способ извлечения битума из кровельных материалов и установка для его реализации

Формула изобретения

1. Способ извлечения битума из кровельных материалов, заключающийся в помещении кровельных материалов в резервуар с нагретым битумрастворяющим веществом, выделении битума и удалении нерастворяющихся твердых фракций, отличающийся тем, что кровельный материал измельчают, операции размельчения, растворения битума и отделение твердых фракций осуществляют одновременно и непрерывно в среде текущего растворителя, циркулирующего в замкнутом технологическом цикле, включающем его испарение из конечного продукта и последующую конденсацию.

2. Установка для извлечения битума из кровельных материалов, содержащая резервуар с кровельными отходами и битумрастворяющим веществом, нагреватель, а также приспособление для загрузки кровельного материала, отличающаяся тем, что резервуар выполнен в виде U-образного цилиндрического контейнера, в загружаемой части которого расположена воронка с двумя рядами отверстий: верхним - для всасывания воздуха, нижним - для подачи растворителя, в нисходящей ветви контейнера последовательно установлены нож грубого разрушения, шнековый конусный нож и нож тонкого разрушения битумных отходов, расположенные на валу, проходящем аксиально оси контейнера, а также нагреватели, в горизонтальной части контейнера расположены лопастные активаторы, имеющие противоположные направления вращения, в восходящей ветви контейнера в его нижней стенке установлен улавливатель твердых фракций с транспортным шнеком и выходящей в накопительный бункер трубой, на конце восходящей ветви контейнера внутри битумного собирателя установлен шнековый пресс в виде конусной спирали, расположенной в перфорированном конусе с отверстием на конце, входящим в накопительный бункер, выход битумного собирателя соединен с битумным накопителем, выход газовой смеси через конденсатор соединен с накопителем растворителя, трубопровод которого подведен к нижним отверстиям загрузочной воронки, а газовый вход соединен с верхними отверстиями воронки.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что U-образный контейнер заполнен растворителем, уровень которого расположен выше ножей грубого разрушения и ниже входного отверстия шнекового пресса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ремонтно-строительных работ, к переработке отходов, содержащих битумные материалы.

Известен способ извлечения битума из отходов, заключающийся в погружении в нагретый битум битумосодержащих материалов, выдерживании их в течение 10-15 мин и выдавливании битума [1]. Данный способ чрезвычайно энергоемок, имеет циклический характер и низкую производительность.

Как способ так и устройство не позволяют надежно отделить битум от твердой фракции, процент выхода его низок, кроме того разделенные фракции содержат большое количество воды, так как предварительное размельчение отходов происходит в водной среде. Способ также периодический и по этой причине низкопроизводительный.

Авторы решают задачу создания способа, позволяющего:

1) осуществить непрерывный технологический процесс отделения битума от твердых фракций отходов кровли;

2) обеспечить минимальную затрату энергии на процесс разделения;

3) обеспечить максимальную экологическую чистоту технологии разделения;

4) обеспечить максимальную чистоту и процент выхода битума из отходов;

5) обеспечить большую производительность промышленной установки при минимальных габаритах и площадях, занимаемых ею.

Предложенный способ извлечения битума из кровельных материалов заключается в измельчении битумных отходов, добавлении в них растворителя и нагревании.

Предложенная установка для реализации способа содержит контейнер с растворяемыми битумными отходами, куда подведен трубопровод от резервуара с растворителем и нагреватель.

Отличием способа от прототипа является то, что размельчение битумосодержащих отходов, растворение из них битума и отделение твердой фракции осуществляют непрерывно и одновременно в среде текущего растворителя, циркулирующего в замкнутом технологическом цикле путем его испарения и конденсации из конечного продукта.

Отличиями установки от прототипа является то, что:

1. Контейнер выполнен в виде образного цилиндрического резервуара, в загружаемой части которого расположена воронка с двумя рядами отверстий для засасывания воздуха и подачи растворителя; в нисходящей ветви контейнера установлены последовательно - нож грубого разрушения, шнековый конический нож и нож тонкого разрушения битумных отходов, расположенные на валу, проходящим аксиально оси контейнера, а также нагреватели; в горизонтальной части контейнера расположены лопастные активаторы, имеющие противоположные направления вращения; на восходящей ветки контейнера в его нижней стенке установлен улавливатель твердых фракций с транспортным шнеком и выходящей в накопительный бункер трубой; на конце восходящей ветви контейнера внутри битумного собирателя установлен шнековый пресс в виде конусной спирали, расположенный в перфорированном конусе с отверстием на конце, входящим в накопительный бункер; выход битумного собирателя соединен со входом реактификационной колонны, жидкостный выход которой соединен с битумным накопителем, выход газовой смеси через конденсатор соединен с накопителем растворителя, подающегося в отверстие загрузочной воронки, в газовый вход соединен с засасывающими отверстиями воронки, расположенными выше отверстий подающих растворитель.

2. Контейнер заполнен растворителем, уровень которого расположен выше ножей грубого разрушения и ниже выходного отверстия шнекового пресса.

Описанные отличительные признаки находятся в следующей причинно-следственной связи с решаемыми задачами.

Непрерывное и одновременное размельчение битумосодержащих отходов, растворение из них битума и отделение твердой фракции в среде горячего текущего растворителя позволяет:

а) минимизировать затраты энергии на весь технологический процесс, так как растворитель при механическом размельчении отходов служит смазкой для ножей, одновременно происходит размягчение отходов и растворение битума; температура же нагрева растворителя незначительна;

б) обеспечить максимальную производительность на единице площади, так как все технологические процессы идут в одном и том же рабочем объеме и параллельны во времени;

в) достичь максимального процента выхода чистого битума из отходов, так как последние на протяжении всего времени находятся в контейнере, подвергаются воздействию движущегося горячего растворителя и полностью отмываются от битума, растворитель же удаляется затем из него испарением;

г) минимизировать вредные выделения в среду, так как невысокая температура нагрева, практически полная изоляция рабочего объема и замкнутый технологический цикл для растворителя способствуют устранению вредных выбросов;

д) обеспечить непрерывный технологический процесс переработки.

В устройстве выполнения контейнера в виде - образного цилиндрического резервуара с загружаемой и выводящей ветвями, с последовательным расположением в нем разрушающих ножей, активаторов, накопителя твердых отходов и шнекового пресса с выходным отверстием выше уровня растворителя позволяет:

а) обеспечить непрерывный технологический процесс, поскольку в любой взятый отрезок времени происходит одновременное выполнение всех технологических операций - размельчение отходов, растворение битума и отделение битума от твердых фракций;

б) обеспечить минимальные энергетические затраты на единицу продукции - смазка ножей с одновременным растворением битума в движущейся среде, тепловая изоляция стенок контейнера, минимальная транспортировка;

в) обеспечить максимальную производительность при минимальных габаритах (по причинам, раскрытым в комментариях к способу).

Расположение в загружаемой части контейнера воронки с двумя рядами отверстий, верхние из которых служат для забора воздуха, а нижние для подачи растворителя, обеспечивает удаление паров растворителя с единственной открытой поверхности, что улучшает экологические характеристики и экономит растворитель.

Расположение нагревателей после зоны разрушения (ножей) до активаторов по движению растворителя позволяет уменьшить энергозатраты, так как нагревание растворителя осуществляется в зоне основного растворения битума.

Активаторы в горизонтальной части со встречным направлением вращения значительно ускоряет процесс растворения, т.е. производительность установки, одновременно они обеспечивают подачу твердой фракции к местам их отделения.

Шнековый пресс на конце восходящей ветви контейнера, как и улавливатель твердых фракций с транспортным шнеком, выходящие в накопительный бункер в комплекте со всеми другими отличиями обеспечивают собственно работоспособность установки.

Ректификационная колонна, питаемая подогретым воздухом из приемной воронки, куда поступает растворенный битум, а выходит чистый битум и пары растворителя, которые в свою очередь, благодаря конденсору, возвращаются в виде жидкости в технологический процесс обеспечивают:

а) максимальную чистоту и процент выхода битума из отходов;

б) экономическую чистоту работы установки;

в) непрерывный технологический процесс отделения битума от твердых фракций.

Расположение уровня растворителя выше ножей разрушения в приемной (нисходящей) части обеспечивает минимизацию затрат энергии при разрушении (смазка) с одновременной экономией энергии на транспортировку продуктов разрушения, так как они опускаются в направлении переработки под собственной тяжестью.

Расположение верхней части шнекового пресса над уровнем растворителя позволяет эффективно отделить твердые отходы от жидкой фракции, так как движение в накопительный бункер они осуществляют уже без растворителя в воздушной среде, кроме того, такая конструкция снижает энергетические затраты на разделение фракций.

Таким образом, все упомянутые отличия позволяют достичь заявленным изобретением новых качеств по сравнению с прототипом и находятся в прямой связи с достижениями этих качеств.

На фиг. 1 показана схема установки для извлечения битума из кровельных материалов, которая реализует заявленный способ. Установка содержит:

1 - загрузочный бункер в виде воронки

2 - неподвижный нож грубого разрушения

3 - подвижный нож грубого разрушения

4 - шнековый конический нож

5 - подвижный нож тонкого разрушения

6 - неподвижный нож тонкого разрушения

7 - вал ножей

8 - двигатель привода ножей

9 - червячная передача ножевого вала

10 - рабочий контейнер

11 - нагреватели

12 - отверстия подачи растворителя

13 и 14 - лопастные активаторы, имеющие встречное направление вращения

15 - двигатель привода активаторов

16 - перфорированный конус шнекового пресса

17 - конусообразный шнек пресса

18 - принимающий бункер твердой фракции (накопительный бункер)

19 - заслонка бункера

20 - транспортное средство

21 - двигатель привода шнека пресса

22 - червячная передача вала пресса

23 - битумный собиратель

24 - ректификационная колонна

25 - воздушный трубопровод

26 - отверстия для забора воздуха

27 - воздушный насос

28 - воздушный фильтр

29 - воздушный калорифер

30 - конденсатор

31 - накопительная емкость для растворителя

32 - накопитель битума

33 - вентиль подачи битума

34 - насос подачи растворителя

35 - трубопровод подачи растворителя

36 - резервная емкость для растворителя

37 - вентиль подачи растворителя

38 - накопитель твердых отходов

39 - транспортный шнек твердых отходов

Центральным элементом установки является рабочий контейнер 10, который представляет собой U- образный цилиндрический резервуар, покрытый тепловой изоляцией и наполненный растворителем. На его загружаемом (нисходящем) конце закреплен бункер 1 в виде воронки, в стенках которой расположены отверстия для забора воздуха 26 и подачи растворителя 12. Непосредственно в устье воронки закреплены неподвижные ножи 2 для грубого разрушения битумосодержащих отходов, подвижные ножи 3 закреплены на вращающемся валу 7, на котором также находится конусообразный шнековый нож 4 и подвижные ножи тонкого разрушения 5. Подвижные ножи 5 скользят по неподвижным 6. Вал 7 проходит через центр нисходящей ветви контейнера 10. В начале плавного закругления контейнера установлены нагреватели 11. Их место выбрано с возможностью разогрева загружаемой части контейнера в случае засорения зоны разрушения. Циркуляцию растворителя при этом прекращают и нагретый растворитель поднимается вверх.

В горизонтальной части контейнера установлены активаторы 13 и 14, вращающиеся в разные стороны, но лопасти которых расположены таким образом, чтобы создать некоторый поток в восходящую часть контейнера. На закруглении восходящей ветви в нижней его стенке сформирован накопитель твердой фракции 38, куда попадают мелкие тяжелые вкрапления кровли, камни, щебенка и т.п., не способные выносится потоком к выходной части контейнера, где установлен шнековый пресс, содержащий конус 16, перфорированный отверстиями, размер которых меньше измельченных отходов твердой фракции - волокна, картон, ленты и минеральные включения. В конусе 16 вращается шнековый винт 17. Выходное отверстие конуса выходит в принимающий бункер твердой фракции 18. Все механические элементы, расположенные в контейнере, приводятся во вращение с помощью двигателей, расположенных снаружи 8, 15 и 21 и червячных передач, применение которых целесообразно в условиях низких скоростей вращения.

Вокруг конуса шнекового пресса сформирован битумный собиратель, куда стекает смесь раствора и битума, отжимаемая сквозь отверстия стенок шнекового пресса. Жидкая фракция подается в ректификационную колонну 24, которая выполнена традиционным образом. Выводной трубопровод битума из колонны направлен в накопитель битума 32, снабженный выходным краном 33. В нижнюю часть ректификационной колонны подается воздух от калорифера 29 с помощью насоса 27, заборный конец насоса через воздушный фильтр 28 соединен трубопроводом с отверстиями 26 в загрузочном бункере 1. Верхний выводной трубопровод ректификационной колонны соединен с водяным конденсатором 30, откуда растворитель поступает в накопительную емкость 31. Эта емкость соединена через нагнетающий насос 34 трубопроводом ,35 с отверстиями 12 для подачи растворителя в рабочий контейнер 10. Установка содержит резервную емкость 36 для растворителя, который поступает в накопитель 31 через кран 37. Для выгрузки твердых фракций из бункера 18 используется транспорт 20, куда отходы поступают через задвижку 19.

Установка для извлечения битума работает сведущим образом.

В бункер 1 загружаются крупные куски битумного покрытия, полученные в результате разрушения кровли и свободные от посторонних включений. Внизу воронки бункера расположены неподвижный 2 и подвижный 3 ножи грубого разрушения кровельной массы. Ножи расположены на одном валу со шнековым коническим ножом 5 тонкого размельчения кровли, который скользит по неподвижному ножу 6. Вал 7, на котором расположены все ножи, приводится во вращение двигателем 8 через червячную передачу 9.

Все пространство U-образного контейнера 10, заполненного растворителем битума, нагретым с помощью нагревателей 11 до температуры, определяемой активной работой взятого растворителя и энергетическими затратами. (В качестве растворителя могут быть применены смесь уайтспирита с ксилором, бензол и дихлорэтан, керосин, легроин и множество других, определяемых составом перерабатываемой кровли). Уровень растворителя в U-образном контейнере расположен выше ножей грубого разрушения 2 и 3 (показан пунктирной линией). Поверхность контейнера покрыта теплоизоляционным материалом, мелкие куски, опускаясь до ножей тонкого разрушения 5 и 6 дополнительно разрезаются шнековым ножом 4, который с силой прижимает их к ножам тонкого разрушения.

Подвергаясь измельчению в среде растворителя, куски кровли уже частично растворяются в нем. Одновременно растворитель служит хорошей смазкой для ножей. В U-образном контейнере жидкость перемещается из бункерной части в выходную - правую часть. Перемещение обеспечивается постоянной подачей растворителя через отверстия в стенках воронки бункера 12 и лопастями встречно вращающихся активаторов 13 и 14, основной функцией которых является создание вихревой зоны в контейнере, которые ускоряют процесс растворения и вымывания битума из кровельного материала. Активаторы приводятся во вращение двигателем 15. При необходимости таких турбин может быть установлено несколько в пространстве контейнера.

Твердая фракция битумного покрытия после вихревых активаторов 13 и 14 двигается во взвеси в густой массе смеси растворителя и битума по направлению к верхнему выходному концу U-образного контейнера 10. Верхняя часть контейнера представляет собой конусообразную поверхность 16 с перфорированными стенками, размер отверстий которых не позволяет твердым продуктам разрушения попасть за ее пределы (кроме порошкообразной фракции). В сочетании со спиральным коническим шнеком 17 перфорированный конус 16 образует отжимающий пресс, который выдавливает растворенный битум из смеси раствора и взвешенных частей, постепенно спрессовывая их к узкому концу воронки 16. Часть конуса выступает над уровнем растворителя и битума в контейнере, а ее верхнее отверстие выходит в принимающий бункер твердой фракции 18, из которого происходит выгрузка через открываемую заслонку 19 в транспортное средство 20. Шнековый винт 17 приводится во вращение двигателем 21 через червячную передачу 22.

Очищенная смесь растворителя и битума из собирателя 23 поступает в реактификационную колонну 24. В нижнюю часть колонны поступает горячий воздух по трубопроводу 25. Воздух засасывается через отверстия 26 в стенках приемного контейнера. Поток нисходящего воздуха от приемного отверстия бункера к отверстиям 26 создает газовую завесу для паров растворителя и предотвращает их попадание в атмосферу, что значительно улучшает экологические характеристики установки. Подачу воздуха обеспечивает насос 27, воздух в который попадает через фильтр 28. Одновременно воздух засасывается и из бункера 18, удаляя из него пары растворителя. Воздух нагревается в калорифере 29 и попадает в ректификационную колонну 24. При стекании раствора битума по полкам колонны, растворитель из него испаряется и пары растворителя вместе с воздухом попадают в конденсатор 30. Поток воды (показан стрелками) охлаждает пары растворителя и последний в виде конденсатора попадает в накопительную емкость 31.

Битум вместе со взвешенной порошкообразной минеральной фракцией скапливается в нижней части колонны 24 и стекает в накопитель 32, откуда происходит выгрузка через вентиль 33. Из накопительной емкости 31 растворителя с помощью насоса 34 по трубопроводу 35 растворитель подается в воронку приемного бункера 1. Тем самым обеспечивается замкнутый циркуляционный характер используемого растворителя в технологической цепочке установки. Небольшая убыль растворителя от испарения в атмосферу компенсируется добавлением его из резервной емкости 36 через вентиль 37 в накопительную емкость 31. Крупная фракция твердых включений кровли (гравий, мелкие камни), которая не выносится потоком на восходящей ветки U- образного контейнера, накапливаются в накопителе 38 и удаляется из него шнеком 39, который транспортирует продукты по трубопроводу, параллельному восходящей ветки U - образного контейнера (на чертеже не показан) и который имеет выгружающий конец, выходящий также в бункер 18 и расположенный выше уровня растворителя в контейнере 10. Таким образом происходит полное удаление твердых фракций кровли, имеющих различные свойства.

Все технологические параметры переработки обеспечиваются скоростями вращения двигателей 8, 15, 21 и двигателя, приводящего во вращение шнек 39, производительность насосов 27 и 34, мощностью нагревателей 11 и калорифера 29. Поскольку каждый из параметров может регулироваться независимо от других, в целом установка имеет очень большой динамический диапазон приспособляемости к любым видам исходного сырья и применяемых растворителей, а также обеспечивает различные физико-химические характеристики выходных продуктов - битума и твердых фракций. Непрерывный режим работы обеспечивает ее высокую производительность и компактность. Вся установка может быть размещена на шасси серийного КРАЗа. Производительность такой передвижной установки может достигать 1 т в час переработки кровельного битумосодержащего материала, она потребляет малую энергию и экологически числа.