Результат интеллектуальной деятельности: Способ облагораживания твердого остатка пиролиза автошин

Изобретение относится к технологии переработки отработанных автошин, в частности, твердого углеродсодержащего остатка пиролиза автошин. Полученный облагороженный твердый углеродсодержащий остаток может использоваться в качестве сорбентов, пигмента красок, красящего порошка для офисной техники, конденсаторов и ионисторов высокой емкости, армирующего материала в резиновой промышленности, бездымного топлива и т.д.

Объемы образования и накопления отработанных автошин в мире достигают огромных размеров. Одним из наиболее экологически безопасных способов переработки изношенных автошин является пиролиз, в процессе которого получаются полупродукты: газ, жидкотопливная фракция, углеродсодержащий остаток и металлокорд. Получаемый твердый углеродсодержащий остаток - низкокачественный углерод, практически не может найти своего применения напрямую и складируется на промплощадке предприятия. Выход этого остатка после пиролиза составляет 30-40% от исходной массы автошин. Твердый остаток чаще всего имеет неприемлемую для прямого использования зольность (V^daf=8,9-20,4% мас.) из-за присадок в резине, обладает сильным неприятным токсичным запахом, который не дает использовать его в широком спектре товарной продукции, твердый остаток может быть весьма токсичен из-за нарушений технологического режима и отсутствия протекания реакций ароматизации и полициклизации с отщеплением газообразных продуктов, которые интенсифицируются при температуре выше 550°С.Он не годится ни как сорбент, ни в электродную промышленность, ни как топливо.

Проблема утилизации твердого остатка пиролиза автошин является весьма актуальной. В таблице 1 представлены результаты технического анализа углеродсодержащего остатка пиролиза автошин, полученные в лаборатории термодинамики многофазных систем КузГТУ, подтверждающие литературные данные о его составе.

Изобретение способствует решению экологических проблем, связанных с образованием и переработкой отходов (твердого углеродсодержащего остатка пиролиза автошин) и использованию твердого углеродсодержащего остатка пиролиза автошин в широком спектре товарной продукции.

Известны способы переработки углеродсодержащего твердого остатка пиролиза автошин с получением твердых брикетированных и жидких топлив (Патент РФ №2608733, МПК C10L 5/04 C10L 5/00 C10L 5/12, опубл. 23.01.2017 г.и Патент РФ №2603006, МПК C10L 1/32 C10L 1/00 C10L 1/10, опубл. 20.11.2016 г.). Способы включают предварительное измельчение твердого углеродсодержащего остатка до крупности частиц 0,1 мм, обогащение методом масляной агломерации, дальнейшее получение жидкого или твердого топлива. Недостатки данных способов переработки углеродсодержащего твердого остатка пиролиза автошин: многоэтапный затратный процесс, не полное освобождение от неприятного запаха, необходимость использования дополнительных компонентов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ переработки твердого остатка пиролиза автошин, включающий измельчение твердого остатка пиролиза автошин до крупности частиц 0,1 мм, обогащение жидкой фракцией пиролиза в количестве 4,0-6,0% к массе воды, используемой для обогащения, гранулирование полученного концентрата, нанесение на поверхность гранул водостойкого, поглощающего запах покрытия из нефтяных продуктов (Патент РФ №2557652, МПК C10L 5/04, опубл. 27.07.2015 г.).

Недостаток способа состоит в том, что не решается проблема удаления неприятного запаха из-за отсутствия протекания реакций ароматизации и полициклизации с отщеплением газообразных продуктов, которые интенсифицируются при температуре выше 550°С.

Предлагается облагораживание углеродсодержащего остатка пиролиза автошин термической переработкой.

Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение качества твердого углеродсодержащего остатка пиролиза автошин и снижения выхода летучих веществ, удаление неприятного токсичного запаха, что позволит использовать его в качестве адсорбента, сырья для получения бездымного топлива, восстановителя металлов и проч., а также более полно утилизировать отработанные автошины и улучшить экологическую обстановку в регионах.

Технический результат достигается тем, что в способе облагораживания твердого остатка пиролиза автошин, согласно изобретению, твердый остаток пиролиза автошин прокаливают при температуре 700-850°С в отсутствие кислорода воздуха до полного прекращения процессов газовыделения.

Прекращение процесса газовыделения свидетельствует об окончании протекания реакций ароматизации и полициклизации с отщеплением газообразных продуктов, которые интенсифицируются при температуре выше 550°С.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Твердый углеродсодержащий остаток пиролиза автошин с исходной зольностью 8,9-20,4% мас., сернистостью 2,5-5,0% мас. загружают в реторту на ³/4 объема и помещают в муфельную печь, нагревают до температуры 700-850°С и прокаливают в отсутствии кислорода воздуха до полного прекращения процессов газовыделения, свидетельствующего об окончании протекания реакций ароматизации и полициклизации с отщеплением газообразных продуктов, которые интенсифицируются при температуре выше 550°С.

После завершения процесса твердый углеродсодержащий остаток пиролиза автошин охлаждают и выгружают.

Исследование времени термического облагораживания в отсутствии кислорода воздуха показало, что дальнейшее прокаливание после прекращения процессов газовыделения не оказывает существенного влияния на характеристики твердого углеродсодержащего остатка.

Термическая деструкция макромолекул твердого углеродсодержащего остатка пиролиза автошин протекает аналогично термодеструкции высокомолекулярных соединений. Существенным отличием является тот факт, что она осложнена нерегулярностью и неоднородностью структуры.

При температурах выше 550°С в процессе термодеструкции реакции циклизации и ароматизации интенсифицируются. Вместе с тем, в результате взаимодействия образующихся продуктов формируются высокомолекулярные полициклические системы сетчатого строения.

Дальнейшее повышение температуры нагревания сопровождается протеканием реакций ароматизации и полициклизации с отщеплением газообразных продуктов, преимущественно водорода, и в меньшем количестве метана, оксида углерода, серы, азота. Содержание углерода в твердом остатке термической деструкции увеличивается. При температуре 700-850°С, происходит наиболее интенсивное газовыделение, упорядочение структуры, увеличиваются число и размеры кристаллитных графитоподобных систем, наблюдается усадка и уплотнение структуры. Дальнейшее повышение температуры нецелесообразно, т.к. описанные химические процессы уже завершились.

При термическом облагораживании улучшилось качество твердого углеродсодержащего остатка пиролиза автошин. Исчез резкий токсичный запах, очистились поры и стали видны невооруженным глазом цилиндрические макроотверстия, что открывает перспективы использования полученного облагороженного углеродного остатка в качестве адсорбента.

Получают облагороженный твердый углеродсодержащий остаток пиролиза автошин со следующими характеристиками (таблица 2).

Пример 1.

Твердый углеродсодержащий остаток пиролиза автошин загружают в реторту на % объема и помещают в муфельную печь, нагревают до температуры 850°С и прокаливают в отсутствии кислорода воздуха до окончания процессов газовыделения. После завершения процесса углеродсодержащий остаток пиролиза автошин охлаждают и выгружают.

Получают облагороженный твердый углеродсодержащий остаток пиролиза автошин со следующими характеристиками (таблица 3).

5

Пример 2.

Твердый углеродсодержащий остаток пиролиза автошин загружают в реторту на ³/4 объема и помещают в муфельную печь, нагревают до температуры 650°С и прокаливают в отсутствии кислорода воздуха до окончания процессов газовыделения. После завершения процесса углеродсодержащий остаток пиролиза автошин охлаждают и выгружают.

При данной температуре прокаливания остается неприятный запах, что говорит о незавершенных реакциях ароматизации и полициклизации.

Пример 3.

Твердый углеродсодержащий остаток пиролиза автошин загружают в реторту на % объема и помещают в муфельную печь, нагревают до температуры 900°С и прокаливают в отсутствии кислорода воздуха до окончания процессов газовыделения. После завершения процесса углеродсодержащий остаток пиролиза автошин охлаждают и выгружают.

Однако, при данной температуре проводить прокаливание не целесообразно, т.к. необходимый результат достигается при меньшей температуре.

Предложенный способ облагораживания твердого углеродсодержащего остатка пиролиза автошин позволяет получить из отходов широкий спектр материалов для производства новой товарной продукции. Утилизация твердого остатка пиролиза автошин позволит улучшить экологическую обстановку, расширить сырьевую базу для различных отраслей промышленности.