Екологічні аспекти утилізації автопокришок

Екологічні аспекти утилізації автопокришок

 

 

ВСТУП

 

 

Добре відомо, що одним з головних джерел забруднення повітря великих  міст та промислових центрів являється  автомобільний транспорт. Безумовно, головний шкідливий вплив на довкілля автомобілем пов’язан із викидом відпрацьованих газів. Але суттєві екологічні проблеми виникають також при утилізації автомобілів, у яких закінчився термін експлуатації, в тому числі і зношених автопокришок.

Зношені шини є головною складовою  промислових гумово – технічних відходів і серйозним забруднювачем довкілля внаслідок високої стійкості до дії природних чинників. При утилізації автопокришок не тільки знищуються звалища твердих відходів, а також економиться природна, дефіцитна сировина. Ця проблема актуальна і для України. На Україні щорічно з експлуатації виходить приблизно 150 тис. тон автопокришок. Основна їх маса не переробляється і накопичується у відвалах, звалищах, розкидається вздовж доріг і на полях, створюючи загрозу пожеж і біологічного забруднення. До найбільш екологічно несприятливих регіонів України по кількості щорічно накопичуваних зношених шин відноситься також і Харківська область (5 тис. тон/рік).

У економічно розвинених країнах Західної Європи, США і Японії близько 70% щорічно  утворюваних автопокришок потрапляє на звалища, близько 20% зношених автопокришок відновлюються і знов поступають в продаж. Різним видам утилізації піддаються приблизно 10% від загальної кількості утворюваних автопокришок, причому приблизно половина від цієї кількості переробляються методом спалювання.

Спалювання автопокришок при високих  температурах, наприклад, в цементних печах в якості палива створює умови для повного сгоряння каучуків гуми без виділення токсичних органічних речовин.

На Україні п'ять цементних  заводів мають печі діаметром 5м, в яких ефективно можна спалювати щорічно 20 тис. тон автопокришок. Підраховано, що впровадження установок для спалювання шин в печах тільки трьох заводів - Миколаївському, Кам’янець-Подільському і Балакліївському забезпечить утилізацію до 100 тис. тон автомобільних шин щорічно і дасть економію природного газу 176 млн.м³ в рік. Крім того, газоподібні з'єднання сірки, які утворюються при сгорянні автопокришок можна спрямовувати в цементну піч, де вони перетворюватимуться на сульфати кальцію, магнію і інші з'єднання, необхідні для отримання цементу.

Разом з спалюванням останнім часом  поширюється застосування піролізу, як методу утилізації автопокришок, який розглянуто в моїй роботі. В процесі піролізу утворюється три типи продуктів: твердий залишок, піролізна рідина та газ. Усі вони можуть використовуватися у промисловості у різних галузях. Але найбільш реальним і працюючим у даний час в Харківській області є застосування продуктів піролізу (піролізної рідини) у якості палива.

Метою моєї роботи є продовження дослідження властивостей рідинних продуктів утилізації автомобільних шин та пошук нових галузей їх застосування у сучасних умовах України.

У задачі роботи входило дослідження  вмісту сірки та води в піролізній рідині, розгонка її на фракції та порівняння отриманих характеристик з характеристиками вже відомих стандартних палив. На підставі отриманих експериментальних даних необхідно було встановити нові властивості піролізної рідини та нові можливості застосування рідинних продуктів піролізу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ПРИНЦИП ДІЇ УСТАНОВКИ ДЛЯ УТИЛІЗАЦІЇ АВТОПОКРИШОК МЕТОДОМ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПІРОЛІЗУ

 

 

2.1 Принцип дії установки для піролізу автопокришок

 

Промислова установка піролізу запроектована в складі комплексу  по переробці зношених автопокришок. Проектна потужність - 2300 тон по сухій сировині у рік. При цьому завантажуються у установку порубані 20х20х18 см. зношені автопокришки. Переробка зношених автопокришок заснована на засобі попереднього розбирання автопокришок на значні частини, що забезпечує гарний прохід газів, із наступним піролізом самої зношеної авторезини. У процесі такого опрацювання утворюється кондиційна продукція у виді: рідкого палива, високо вуглеводного твердого залишку (технічного вуглецю), металу у виді розрізаного металокорду і газу.

Виробництво складається з слідуючих  ділянок (технологічних вузлів):

- склад сировини (суцільних зношених автопокришок);

- ділянка підготування сировини (розбирання на значні шматки);

- ділянка піролізу автопокришок;

- склади готової продукції: склад рідкого палива (мазуту), склад технічного вуглецю, ділянка складування металобрухту (металокорду).

Основні техніко-економічні показники  виробництва за паспортними даними складають:

- розрахункова річна продуктивність комплексу по переробці зношених автопокришок складає 2300 тон у рік;

- розрахунковий час роботи реактора в році - 330 робочої доби;

- добова продуктивність по вихідній сировині (зношені автопокришки) -  7 тон/ добу;

- добова продуктивність установки по виходу продукції:

1) по рідкому паливу - 2,94 тони;

2) по обуглеводженому залишку - 2,1 тони;

3) по металокорду - 0,7 тони;

4) по піролізному газу - 1,26 тони.

При цьому передбачається використовувати  піролізний газ на технологічні потреби  установки у кількості від 30 до 50 відсотків. Кількість газу, що залишилася, можна подати на коротку відстань споживачу, або, якщо такий поруч відсутній, газ подається на викид і спалюються в смолоскипі.

Готовою продукцією підприємства, що відпускається споживачам, є: синтетичне рідке паливо - 2,94 тони в добу, твердий обуглеводжений залишок (технічний вуглець) - 2,1 тони в добу, що може знайти застосування в якості сорбенту (активованого вугілля), у виробництві високо чистого вуглецю, надходити як наповнювач на заводи, що виготовляють гумовотехнічну продукцію, або використовуватися в якості висококалорійного палива; високоякісний метал у виді металокорду, розрізаного на шматки (здається на підприємства, що приймають металобрухт). Питання відпустки газу стороннім споживачам розглядаються лише як перспектива.

Перелік і якість виробленої продукції за даними виробника установки складає такі данні, які наведені у таблиці 2.1.

Готова продукція може бути застосована  у таких галузях народного  господарства, які наведені у таблиці 2.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 2.1 – Характеристика готової продукції переробки автопокришок

 

Найменування	Характеристика продукту	Аналог
1	2	3
Піролізне рідке паливо	Щільність = 985 кг/м3  Теплість згорання = 49,5 МДж/кг  Утримання сірки = 0,5%  Грузькість = 6,97 сСт	Мазут М 100
Обуглеводжений твердий залишок	Щільність = 430 кг/м3 Теплість згорання = 27,25 МДж/кг Зольність = 15% Тривкість = 94% Вологість = не більш 24%	Брикети паливні з відходів деревини, вугілля активоване марки АГ, БАУ, КАД
Піролізний газ	Щільність = 0,8 кг/м Теплість згорання = 8250 кДж/кг Склад газу: Азот = 32-40% Водень =18-25% Окис вуглецю = 15-18% Двоокис вуглецю = 10-18% Метан = 4-7% Гази С2-С4 = 2,5-5% Кисень = 0,5-0,7% Волога = 20%	Піролізний газ
Металобрухт		Металобрухт

 

 

Таблиця 2.2 – Галузі застосування продуктів піролізу автопокришок

 

Найменування продукту	Призначення продукції
1	2
Піролізне рідке паливо	Застосовується в якості рідкого  палива для котлоагрегатів, замінник мазуту. Можлива розгонка на фракції з метою одержання різноманітних нафтопродуктів (бензин, дизельне паливо, олії, смоли й ін.).
Твердий залишок	Застосовується в якості твердого палива, а також можливо використання для готування модифікованого рідкого палива, у якості сорбенту, замінника активованого вугілля, у якості наповнювачу при виготовленні нових гумовотехнічних виробів.
Піролізний газ	Використовується частково 30-50% для  роботи установки, інша частина дожигається в теплогенераторах або в смолоскипах.
Металобрухт (металокорд)	Має у своєму складі високоякісну сталь. Застосовується для наступної переробки в метал.

 

У таблиці 2.3 наведені дані про властивості твердих, рідинних та газоподібних продуктів піролізу автопокришок.

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 2.3 – Фізико-хімічні властивості продукції

 

Найменування продукту	Властивості продукції
1	2
Піролізне рідке паливо	Темна оліїста рідина, із характерним запахом нафти. Цвіт - чорний із легким коричнюватим відтінком. Кінематична грузькість від 6,97 сСт (при 55°С) до 20 сСт (при 20°С). Частково розчинна у воді (до 20%). Температура спалаху не менше 90 0С.
Твердий залишок	Основна маса являє собою крихітку 0.3 - 2 см, з окремими корольками розмірами до 5 см. Усадка по обсязі до 60% від вихідної сировини і зниженням маси до 70%. Частково (до 25%) руйнується, краї обламуються. Цвіт – чорний, із сіруватим відтінком. Структура пориста.
Піролізний газ	Безбарвний, із легким серпанком білого відтінку, із запахом гару. Вологість  до 20%. Спроможний горіти в нагрітому стані, при температурі понад 90 0С.
Металобрухт (металокорд)	Являють собою обрізки дроту  з частково блискучою поверхнею. Там де відбулося перегартовування металу цвіт поверхні темно-сірий. Пресується добре.

 

У процесі проведення пуско-наладочних робіт необхідно виконати точне обстеження й опис одержуваних продуктів, із метою їхньої сертифікації.

Для збереження якості готової продукції, а також забезпечення безпеки праці з нею необхідно виконувати слідуючи рекомендації, які наведені у таблиці 2.4.

 

 

 

 

Таблиця 2.4 – Умови транспортування та збереження продукції

 

Найменування продукту	Умови транспортування, маркірування і збереження
1	2
Рідке піролізне паливо	Відповідно до ДЕРЖСТАНДАРТ 1510 - 84 «Нафта і нафтопродукти. Маркірування, транспортування і збереження». Збереження рекомендуємо в горизонтальних або вертикальних резервуарах по ДЕРЖСТАНДАРТ 17032-71. Транспортування усіма видами обладнаних транспортними засобами для транспортування мазуту.
Твердий залишок	Для упаковування продукції високої  якості застосовувати мішки паперові по ДЕРЖСТАНДАРТ 2226, із наклеєним маркіруванням. У маркіруванні вказується найменування продукту, посилання на ТУ, дата випуску, теплість згорання, клас пожежонебезпеки. Збереження фасованої продукції в сухому, провітрюваному місці, захищеному від осадків і грунтових вод. Транспортування фасованої продукції високої якості - у контейнерах, що охороняють від осадків. Продукція низької якості поставляється в навал, за умови забезпечення захисту від осадків у період транспортування і збереження.
Піролізний газ	Використовується в міру одержання  в технологічних процесах. Надлишок піролізного газу передається стороннім споживачам. Транспортується по трубопроводах.
Металобрухт (різаний металокорд)	Для збереження рекомендується суха бетонована площадка, накрита легким дахом для захисту від атмосферних  осадків. Пакетується в брикети  відповідно до ДЕРЖСТАНДАРТУ 2787 -75 пункти (12А), (13А).

Перелік і характеристика вихідної сировини і видаткових матеріалів приведені нижче в таблиці 2.5.

 

Таблиця 2.5 – Характеристика сировини

 

Найменування	Позначення НТД	Основні показники	Примітка
1	2	3	4
Зношені автопокришки розрубані	немає	Техвуглець = 35% Каучукова матриця = 45% Металокорд або полімекорд=11,5% Пластифікатор=6%	Потрібна розробка ТУ
Піролізна вода	немає	Органічні домішки до 1%	Потрібна розробка ТУ
Вода	ДЕРЖСТАНДАРТ 23732-79	По ДЕРЖСТАНДАРТ 23732-79	–

 

 

2.2 Фізико-хімічна схема процесів виробництва

 

У основі переробки зношених автомобільних  покришок, описаної даним регламентом, використаний засіб термічного розкладання - піролізу. Під терміном «піроліз» розуміють розкладання органічних речовин під дією високих температур без доступу повітря, при якому забезпечується протікання глибоких деструктивних перетворень. У процесі піролізу утворяться обуглеводжений залишок і парогазова суміш. Парогазова суміш складається з парів нафтоподібної рідини (рідке піролізне паливо), парів води (піролізна вода) і пальних газів, що не конденсуються. Газова фракція складає суміш різноманітних газів: виділених із сировини в процесі піролізу, а також продуктів згоряння обернених газів, утворених при згоранні оберненого газу нагрівання сировини.

Структура гуми являє собою складну  просторову сітку. Її вузлами є поперечні  зшивки між макромолекулами каучуку. Їм властиві декілька основних типів  хімічних зв'язків: вуглець-вуглецеві, моносульфідні, дисульфідні, полісульфідні і інші. Поряд із поперечними зв'язками в молекулярних ланцюгах утримуються бічні угруповання, що складаються з молекул речовин, що вулканізують, і пришвидшувач вулканізації, сірчисті і кисневі з'єднання. При температурному впливі початковим актом розпаду вулканізованої гуми є розірвання найбільше слабких місць у просторовій сітці і полімерних ланцюгах. Такими місцями є полісульфідні, сульфідні і кисневі зв'язки. Продукти розпаду полімерних ланцюгів вступають у повторні реакції між собою, у результаті яких утворяться як низькомолекулярні, так і високомолекулярні з'єднання - смоли, важкі обсмолені залишки і кокс. У даній технології для одержання максимального виходу рідкого палива і дисперсного вуглецю необхідно придушувати повторні реакції. Для цього нами було використане введення в зону піролізу топкових газів, що одночасно дозволяє підводити тепло до гумової сировини і швидко виводити продукти розпаду гуми. Склад і фізико-хімічні властивості продуктів піролізу амортизаційної гуми змінюються в залежності від температури піролізу, тиску газу в реакторі й інших умовах проведення процесу.