ПЕРЕРАБОТКА ОТРАБОТАННЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН МЕТОДОМ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПИРОЛИЗА

Источник:Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів – 2004 / Матеріали. Всеукраїнська наукова конференція аспірантів і студентів. – Донецьк, ДонНТУ – 2004.

Руководитель: А.В. Булавин

Разработана и смонтирована технологическая установка низкотемпературного пиролиза шин. В качестве топлива применяют не сконденсировавшиеся газы, а также твердый остаток продуктов пиролиза. Это обеспечивает минимальное количество газообразных и твердых отходов при отсутствии технологических сточных вод. Проведенный анализ жидкой фазы, образующихся продуктов разложения автомобильных шин, показал, что они могут служить ценным сырьем для дальнейшего их использования в народном хозяйстве.

Непрерывный рост парка автомобилей во всех развитых странах приводит к постоянному увеличению количества изношенных автомобильных шин. Проблема переработки изношенных автомобильных шин и вышедших из эксплуатации резинотехнических изделий имеет большое экологическое и экономическое значение для всех развитых стран мира. А невосполнимость природного нефтяного сырья диктует необходимость использования вторичных ресурсов с максимальной эффективностью. Пиролиз кусков шин и резиновой крошки осуществляется в среде с недостатком кислорода, в вакууме, в атмосфере водорода в присутствии катализаторов и без них, в реакторах периодического и непрерывного действия, в псевдокипящем слое при различных температурах.

Резина относится к высокомолекулярным материалам – реактопластам, которые не могут, в отличие от термопластов (например, полиэтилена) перерабатываться с получением вторичных гранул, пригодных для выпуска товарных изделий. Известно несколько основных технологий переработки и утилизации резиновых отходов и изношенных автошин. К ним относятся: измельчение резиновых отходов с извлечением крошки и порошка; сжигание отработанных шин с получение энергии; производство из резиновых отходов и автошин регенерированного материала, а также пиролиз резины, который является одним из наиболее перспективных направлений утилизации автомобильных шин, позволяющий получить продукты необходимые для народного хозяйства.

Технологический процесс состоит из подготовительной стадии и стадии пиролиза. Производительность установки до 1000 т отработанных шин в год. Сырье доставляют в производственное здание. Затем автошины разделывают на куски с помощью механического инструмента, перекладывают в корзины для пиролиза. В реактор пиролиза корзины загружают через верхнюю крышку с помощью крана мостового электрического при температуре в аппарате не менее 75-100 градусов. После закрытия уплотнения крышки реактора производится контроль герметичности установки. Избыточное давление должно сохраняться в течение 3-5 минут. После испытания аппарата пиролиза на герметичность углекислота стравляется. Температура в аппарате поддерживается на уровне, который обеспечивает работу конденсатора жидких продуктов пиролиза без перегрузки. Для охлаждения холодильника – конденсатора предусмотрена замкнутая оборотная система водоснабжения с охлаждением на градирне. Для охлаждения аппарата пиролиза до температуры 1000С производится продувка системы углекислотой с баллона, после чего с помощью крана выгружаются корзины с твердым остатком продуктов пиролиза. Жидкие продукты пиролиза передаются в емкость хранения. К достоинствам разработанной установки можно отнести простоту и надежность конструкции, а также экологическую чистоту технологии. Газовая фаза и твердый остаток используются в топках печей для создания температуры, а жидкая фракция, представляющая собой смесь углеводородов, по своим свойствам может быть доведена до различных товарных продуктов. Твердые отходы, которые представляют собой механические загрязнения после чистки шин и угольную золу из топок печей, по мере накопления, вывозят на полигоны.

Получены данные в реальных условиях загрузки от 600 до 900 кг отработанных покрышек. Пиролизируемые шины не унифицированы, использовались как отечественные, так и импортные марки с метало- и текстильным кордом, поэтому представлены усредненные результаты.

Материальный баланс по стадиям процесса:

газ пиролиза – 5%;
жидкая фракция пиролиза – 50%;
твердый остаток продуктов пиролиза с металлокордом – 45%.

Из приведенного баланса следует, что из тонны переработанной резины может образоваться до 50 м³ газа. Его основными компонентами, определенными хроматографически, являются (% об.): Водород – 17,9; Метан – 30,4; Этан – 14,3; Пропан – 5,0; н - Бутан – 1,0; Изобутан – 2,1; Оксид углерода (2) – 4,2; Оксид углерода (4) – 9,9.

Твердый остаток автомобильных шин представляет собой относительно хрупкий, жирный на ощупь черный продукт. Его характеристики в сравнении с антрацитом представлены в таблице 1.

Параметр	Твердый остаток пиролиза автошин	Антрацит
Массовая доля влаги,%	13.0	0,7-3
Зольность, %	13,2	–
Массовая доля серы, %	2,31	–
Сера на сухое состояние, %	2,36	–
Выход летучих веществ, %	4,0
Углерод на сухое беззольное состояние, %	95,5	94-97
Высшая теплота сгорания (кДж/кг)	34131	33520-35615

Петрографические исследования показали, что форма осколков неправильная, остроугольная (типичная для антрацитов) как бы оплавленная, состоящая на 80-85% из черного сажистого материала, чаще окаймленного иногда как бы примыкающего. В образце наблюдается очень тонко рассеянный минерал сходный с пиритом (около 1% от состав угля или 0,1 % от общей массы пробы). Показатель отражения измеренный по шероховатой поверхности составил 1,10. Для антрацита средний показатель отражения витринита находится в интервале 2,60-5,60. Следовательно, можно использовать твердые продукты пиролиза как хорошее топливо.