способ и установка для получения битума из устаревших кровельных материалов

Формула изобретения

Способ получения битума и отделения твердых включений из крошки устаревших кровельных материалов, заключающийся в том, что для интенсивного нагрева и расплавления смеси крошки и отработанных углеводородных жидкостей, битумную крошку и отработанные вторичные углеводороды непрерывно подают через обогреваемый дозатор с ультразвуковым излучателем в плавильник, в котором происходит разделение жидкого битума и твердых включений, добавляют в состарившийся битум необходимое количество легких фракций углеводородов, транспортируют твердые включения и одновременно отмывают в противоточном движении твердых включений и растворителя, экстрагируют остаточный битум растворителем, возвращают экстрагированный битум в плавильник, возвращают затраченное тепло на испарение растворителя при конденсации его в емкости для растворителя - конденсаторе, охлаждаемом отработанными углеводородными жидкостями, регенерируют растворитель, сушат и выгружают очищенные твердые включения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработанные углеводородные жидкости, подлежащие утилизации, подают в коническую воронку и равномерно распределяют по поверхности стенки обогреваемого дозатора, а битумную крошку подают сверху в обогреваемый дозатор, внутри которого вдоль оси размещен ультразвуковой излучатель, который обеспечивает равномерное распределение отработанной углеводородной жидкости по объему смеси, быстрое плавление битума, снижение вязкости.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что углеводородную жидкость, подаваемую в обогреваемый дозатор, предварительно нагревают за счет тепла конденсации циркулирующего в шнеке растворителя.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплавленную в обогреваемом дозаторе битумную смесь крошки и углеводородной жидкости подают в нижнюю часть плавильника с помощью ультразвуковых колебаний излучателя, активируя расплавленную массу и снижая вязкость битумной смеси, одновременно высаживая твердые частицы на нижнюю часть шнека.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что твердые включения промывают растворителем по мере движения твердой фазы снизу вверх по шнеку, который обеспечивает гидростатический затвор для обратного потока раствора, содержащего битум, в плавильник, при этом испаряют растворитель из раствора с битумом в средней части шнека за счет тепла, поступающего с горячим битумом и твердой фазой, поступающих из нижней части плавильника, сушку промытого твердого осадка осуществляют в верхней части шнека.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что тепло, затраченное на испарение растворителя, возвращают обратно на расплавление битумной крошки, путем нагрева углеводородной жидкости в емкости для растворителя - конденсаторе и частично в верхней половине поверхности корпуса шнека.

7. Установка для получения битума из устаревших кровельных материалов, содержащая загрузочную воронку, плавильник, емкость для растворителя - конденсатор, размещенный в корпусе шнек, емкость для отработанных углеводородных жидкостей, разгрузочный патрубок, отличающаяся тем, что установка снабжена обогреваемым дозатором, ультразвуковым излучателем, расположенным внутри обогреваемого дозатора, при этом плавильник выполнен в виде емкости, сечение которой увеличивается в сторону разгрузочного патрубка, у выхода обогреваемого дозатора расположена нижняя полуоткрытая часть шнека, который установлен наклонно, при этом корпус шнека выполнен с расширением в средней части на уровне разгрузочного патрубка плавильника и имеет патрубки для входа растворителя и выхода его паров, для подачи последних в емкость для растворителя - конденсатор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к утилизации и переработке отходов и вторичного сырья с получением полезной продукции, а именно к способу получения битума из вторичного сырья (кровельных материалов, бывших в употреблении, предназначенных к утилизации органических отработанных жидкостей), с получением качественного битума из вторичного сырья и утилизацией твердой основы строительных кровельных материалов.

При ремонте крыш, реконструкции зданий и сооружений в крупных городах образуется большое количество отходов кровельных материалов. Особую экологическую опасность представляют кровельные материалы, содержащие битум. При утилизации отходов, содержащих битум, путем сжигания количество вредных отходов значительно уменьшается. Однако образуются зола и вредные газовые выбросы, представляющие экологическую опасность.

В процессе эксплуатации кровельных материалов в результате облучения их солнечной радиацией в состарившемся битуме содержится меньшее количество легких фракций углеводородов по сравнению с первоначальным их содержанием в свежем битуме.

В связи с этим требуется восполнение легких фракций в состарившемся битуме. Использование состарившихся кровельных материалов, содержащих битум, а также в смеси с отработанными маслами или другими органическими веществами, позволит комплексно решить экологическую проблему с одновременным производством полезной продукции.

Основная проблема при получении битума из состарившихся кровельных материалов является разделение битума от картона и твердых включений.

Существующие технические решения состоят из последовательных операций:

предварительная подготовка сырья - нарезка; дробление или иное измельчение кровельных материалов (Патент RU № 2117532 C1, 6 B03B 9/02); обеспечение в различных установках специальных условий для термической обработки с целью плавления твердого битума и отделения его от картона (Патент RU № 2117532 C1, 6 B03B 9/02; патент RU № 2117532 C1, 6 B03B 9/02; заявка на изобретение RU № 94036405 А1, 6 С10С 3/10, C08L 95/00; патент RU № 2195475 C1, 7 С10С 3/10; «Установка битумоплавильная УБП2. Паспорт и инструкция по эксплуатации». ООО - фирма «Олимп-Дизайн», г.Калининград, 2006); раздельная выгрузка битума и твердой фазы (в случае недостаточного разделения битума и картона осуществляется дополнительная обработка картона - пропускание через вальцы (Заявка на изобретение RU № 94036405 А1, 6 С10С 3/10, C08L 95/00) или промывка в жидком растворителе (Патент RU № 2244731 C1, 7 С10С 3/00, В09В 3/00).

В связи с высокой вязкостью битума и низкой его теплопроводностью процесс расплавления осуществляется очень медленно и требует длительного нагрева (1-3 часа) при достаточно высоких значениях температуры подогрева битума (160-210°С). Соответственно, процесс требует значительных энергетических затрат, а также ручного труда или дополнительных специальных решений после разгрузки по дополнительной обработке твердых отходов (Патент RU № 2195475 C1, 7 С10С 3/10).

Наиболее близким к заявленному способу является способ (Патент RU № 2117532 C1, 6 B03B 9/02), заключающийся в одновременном измельчении, растворении и отделении твердой фракции в среде текущего подогретого растворителя, циркулирующего в замкнутом технологическом цикле за счет его испарения и конденсации в ректификационной колонне из раствора, содержащего битум. Установка (Патент RU № 2117532 C1, 6 B03B 9/02) состоит из измельчительных ножей, нагревателей, лопастных активаторов, уловителя твердых фракций с транспортным шнеком, ректификационной колонны. Основными недостатками способа и установки (Патент RU № 2117532 С1, 6 B03B 9/02) являются низкие скорости смешения и растворения битума в растворителе и осаждения твердой фазы в цилиндрическом U-образном контейнере; низкие значения теплопроводности и теплопередачи, что приводит к увеличению поверхности теплообмена и увеличению металлоемкости аппаратуры; низкие удельные характеристики по производительности единицы объема технологической аппаратуры; высокие удельные энергетические затраты, связанные с необходимостью испарить практически весь растворитель, используемый для растворения измельченного (битумной крошки) кровельного материала; низкая степень очистки твердой фазы от битума и растворителя; отсутствие возможности утилизации других отработанных органических жидкостей при получении битума высокого качества.

Целью изобретения является утилизация отходов и получение битума высокого качества из вторичного сырья - состарившихся кровельных материалов и различных отработанных углеводородов, более глубокая очистка твердой фазы состарившихся кровельных материалов; снижение энергетических затрат за счет снижения вязкости и повышения теплопередачи, битумной смеси при нагреве и расплавлении путем использования ультразвуковых колебаний; повышение производительности установки за счет сокращения времени осаждения частиц твердой фазы и разделения твердой фазы путем ввода расплавленной смеси битума, вторичных углеводородов и твердых компонентов кровельных материалов в точку отбора осажденной твердой фазы; сокращение энергетических затрат на стадии экстракции оставшегося битума из твердой фазы растворителем в процессе ее транспортировки к месту разгрузки, с последующей регенерацией растворителя путем организации потоков тепла внутри транспортирующей системы за счет тепла конденсирующегося растворителя для подогрева вторичных углеводородов и путем использования тепла битума, приготовленного к выгрузке.

В предлагаемом способе получения битума и в установке регенерации битумных материалов предлагается при загрузке увеличить скорость нагрева битумной крошки кровельных материалов путем увеличения коэффициентов тепломассопереноса путем использования добавки предварительно нагретых углеводородных жидкостей теплом, полученным от конденсации растворителя, и за счет использования ультразвуковых колебаний, испускаемых ультразвуковым излучателем, расположенным внутри обогреваемого дозатора. При этом подача нагретых углеводородных жидкостей организуется по стенкам дозатора, что обеспечивает эффективный нагрев крошки и одновременно препятствует ее налипанию на стенки дозатора.

Установка регенерации битумных материалов изображена на чертеже и состоит из плавильника 1, обогреваемого дозатора 2, ультразвукового излучателя 3, загрузочной воронки 4, шнека 5, корпуса шнека 6, емкости для растворителя - конденсатора 7, емкости для отработанных углеводородов 8.

Ультразвуковой излучатель 3 проталкивает битумную крошку вниз; одновременно снижает вязкость и активирует битум, разрушая на некоторое время водородные связи и длину молекулярных цепочек углеводородов, из которых состоит битум; увеличивает скорости тепломассопереноса в битуме; ускоряет процесс растворения вторичных углеводородных жидкостей в битуме и ускоряет расслоение битума и твердой фазы кровельных материалов.

В нижней части плавильника 1 происходит расслоение на тяжелую твердую фазу и расплавленный битум, активированный ультразвуковыми колебаниями, обладающий низкой вязкостью, легко поднимается наверх к разгрузочному патрубку. В нижней части плавильника 1 происходит расслоение на тяжелую твердую фазу и легкий расплавленный битум, активированный ультразвуковыми колебаниями, обладающий низкой вязкостью, легко поднимается наверх к разгрузочному патрубку.

Такая организация потока расплавленной смеси более выигрышна по сравнению с обыкновенной загрузкой битумной крошки кровельных материалов на поверхность расплавленного битума или на поверхность растворителя, так как затрачивается меньше времени на растворение и осаждение твердых частиц в вязкой среде. При движении частиц вниз через весь слой битума или раствора затрачивается частицами больше времени, чем подача частиц в нижнюю часть, в то место, где осуществляется отбор осажденной твердой фазы. Скорость осаждения частиц определяется размером частиц и вязкостью среды. В нашем случае частицы уже находятся на дне, а наверх поднимается легкий битум. Твердые частицы накапливаются и удаляются шнеком 5, при этом достаточно обеспечить скорость движения битума меньше скорости витания твердых частиц в нем. Плавильник 1 имеет увеличивающееся сечение по мере движения битума наверх к разгрузочному штуцеру, что позволяет иметь низкие значения скорости движения битума ниже скорости витания частиц. В связи с этим захват твердых частиц не происходит.

Ультразвуковой обогреваемый дозатор 2 расположен вертикально. У выхода обогреваемого дозатора в нижней части расположена нижняя полуоткрытая часть шнека 5, которая выполняет две функции: 1) заставляет активированную массу битума двигаться и тем самым сохранять свои положительные свойства, полученные в результате обработки ультразвуком; 2) отбирает твердый осадок кровельных материалов. Шнек 5 расположен наклонно и подает на выгрузку осадок наклонно снизу вверх. Твердый осадок содержит вместе с твердыми частицами часть расплавленного битума.

По мере движения твердого осадка часть битума стекает вниз по шнеку 5. Шнек расположен внутри корпуса шнека 6 таким образом, что его ось находится ниже оси корпуса шнека 6. Это дает возможность стекать раствору битума вниз поверх твердой фазы, перемещая шнеком твердую фазу при этом наверх.

В верхнюю часть шнека 5 подается из конденсатора 6 растворитель. Растворитель, двигаясь противотоком вниз по шнеку 5, промывает от битума осадок, который поднимается наверх к разгрузочному люку. Растворитель с примесями битума попадает в среднюю часть шнека 5, где происходит экстракция основного количества битума. При этом растворитель выкипает за счет тепла вновь поступающего количества твердого осадка с температурой выше температуры кипения растворителя. При этом охлажденный до температуры не ниже температуры кипения растворителя битум накапливается в зоне экстракции шнека. Затем перемещается вниз и, обеспечивая гидростатический затвор внутри шнека для раствора битума, не дает растворителю попасть в нижнюю зону плавильника 1, где собирается весь битум.

Настоящее техническое решение дает возможность утилизировать отработанные углеводороды и другие жидкости путем их подачи через шнек 5. Для этого необходимое количество утилизируемых жидкостей может также подаваться в шнек 5. В этом случае формируется режим работы шнека 5 таким образом, что жидкости проходят вниз по шнеку вместе с охлажденным битумом, в количестве, компенсирующем потери легких фракций в старом битуме.