Екологічні аспекти утилізації автопокришок

 

 

 

Продовження таблиці 2.6

 

1	2	3	4
	Кількість пароконденсату від гасіння  залишку, що містить вуглець, кг/год	7
Очистка піролізної води рідкого палива	Вихід піролізного рідкого палива, кг/год	-
	Вихід технічної води, кг/год	-
Прийом і відгрузка залишку, що містить вуглець	Надходження залишку, що містить вуглець, кг/год	178,5
	Відгрузка залишку, що містить вуглець, кг/год	148,77
	Вологість залишку, що містить вуглець, %	70%
Прийом і відгрузка металолома (металокорду)	кг/год	29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ХІМІЧНІ МЕТОДИ ПЕРЕРОБКИ ВІДПРАЦЬОВАНИХ  АВТОПОКРИШОК

 

 

Методи переробки гумових відходів, зручно розділити на групи, які розрізняються характером зміни структури каучукових і інших полімерних складових: хімічні, фізико-хімічні і фізичні. Схема методів переробки зношених автопокришок представлена на рисунку 1.1.

Розглянемо їх більш докладно.[23]

До хімічних методів переробки відносяться методи, що приводять до глибоких необоротних змін структури полімерів. Як правило, ці методи здійснюються при високих температурах і полягають у термічному розкладанні (деструкції) полімерів в тому чи іншому середовищі й одержанню продуктів різної молекулярної маси. До цих методів відносять спалювання, крекінг, піроліз.

 

 

1. Утилізація автопокришок методом спалювання

 

Існують два способи спалювання з метою утилізації енергії: прямий і непрямий. [45]

У першому випадку шини, грубоподріблені або цілком, спалюють у надлишку кисню. Іноді грубоподріблені шини додають до іншого матеріалу, що спалюється, для підвищення його теплотворної здатності (теплотворна здатність гуми складає 32 ГДж/т, що відповідає вугіллю високої якості).Так у США Фірма "Waste Management Inc" споруджує установки по дробленню шин і поставляє гумову крихту як паливо на целюлозно-паперові комбінати і цементні заводи. Також гумова крихта як паливний матеріал використовується у виді 10% добавки при спалюванні вугілля.

Цією же фірмою проводиться експеримент по спалюванню гуми великого дроблення (до 25 мм) у циклонних топках енергетичних казанів. Частка гуми складає 2-3% від маси вугільного палива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1 – Методи переробки  зношених автопокришок

 

Складність процесу дроблення  зношених шин (особливо з металокордом) стимулювала розвиток технології спалювання шин у цільному виді. В Англії фірма "Avon Rubber" експлуатує печі для спалювання шин у цільному виді з 1973 р., тобто має вже майже 20-літній досвід у цій області.

У США, у свою чергу, розвивається будівництво  електростанцій, що використовують як паливо тільки автомобільні шини. Фірма "Oxford Energy" побудувала й експлуатує в м. Модесто електростанцію потужністю 14 МВт для спалювання  50тис.т. шин у цільному виді. На підставі успішного досвіду спалювання шин у США планується побудувати 12 таких електростанцій.

У Великобританії розглядається питання  будівництва електростанцій потужністю 20-30 Мвт для спалювання 12 млн. шин  у рік масою 90 тис. т.

Так, в Англії з 1975т. одержують  енергію з відходів гуми і зношених шин, що істотно економить нафтопродукти  і витрати на поховання відходів. В Англії працює установка для  спалювання шин фірм «Гудір» і  «Ейвон», а фірма «Оксфорд енерджі» будує установку по виробленню електроенергії за рахунок спалювання шин, виготовлених за технологією фірми «Гуммі Майер» (Німеччина). Фірмою «Елм енерджі і Рісайклінг ЛТД» одержан дозвіл і асигнування на будівництво заводу по спалюванню 90 тис. т/год (12 млн. шт.) зношених шин з метою отримання електроенергії. Одночасно тут одержуватимуть 15 тис. т металолому для сталеливарної промисловості і 300 т з'єднань цинку для кольорової металургії. Італійська фірма «Марангоні» з 1982 р. експлуатує дві установки по спалюванню шин. Одна установка розрахована на спалювання 8000, а інша -2000 т шин в рік. Ці установки відрізняються достатньо низькою кількістю викидів забруднень в атмосферу і задовольняють вимогам природоохоронного законодавства ЄС. За рахунок спалювання 8000 т шин економлять майже 6000 т палива.

Зношені шини спалюють в 9 штатах США  на електростанціях в котлоагрегатах різного типа (механічних, циклонного спалювання, спалювання вугілля в  розпиляному поляганні, в псевдозрідженому шарі). В США 1987 р. в Каліфорнії почав функціонувати завод по отриманню енергії при спалюванні зношених шин потужністю 5 млн. шин в рік. Цей завод вийшов на заплановану потужність і почав приносити дохід. Протягом 3 років перероблено 15 млн. покришок. Одержуваний при спалюванні сталевий шлак використовують в цементній промисловості або при будівництві доріг. Зола, що містить великі кількості ZnO, уловлюється, очищається і відправляється на переробку для отримання цинку. Сірка зіскоблюється і змішується з вапном, і потім цю суміш використовують як добриво або як будівельний матеріал.

У майбутньому планують побудувати в околицях Лас-вегаса (США) завод, який буде найкрупнішим підприємством в  світі. Він спалюватиме 18 млн. покришок в рік і проводитиме 50 МВт електроенергії. Вартість 1 кВт·ч вироблюваної електроенергії при використовуванні зношених шин складає 8,5 центи, а використовування інших альтернативних видів енергії (вітер, сонце) близько 9 центів. Проте електроенергія, одержувана при спалюванні газу і нафти, значно дешевше.

З країн СНД за такою технологією працюють лише в Казахстану.

Одним з головних недоліків переробки  спалюванням є той факт, що при  спалюванні зношених шин, як і при  спалюванні нафти, знищуються хімічно  коштовні речовини, що утримуються  в матеріалі зношених шин. Крім того, при спалюванні цілих автопокришок утворюється велика кількість сажи та продуктів неповного спалення вуглеводнів, які забруднюють повітря.

В другому випадку  на спалювання надходить газ, отриманий  у процесах переробки зношених шин, наприклад, при піролізі (засновані на термічному розкладанні відходів при відсутності або великому дефіциті кисню з метою збереження вуглеводної сировини).

Енергія пального газу використовується для одержання  гарячої води або водяної пари за допомогою теплообмінників.

На Міжнародної виставці-конгресі „Високі технології. Інновації. Інвестиції“ був представлений проект ЗАТ „Камея” (Петербург) по створенню ефективної системи збору і комплексної утилізації покришок у Петербурзі і Ленінградській області. Суттю проекту є оригінальний спосіб утилізації здрібнених автопокришок разом з пальним сланцем, що дозволяє на газогенераторах утилізувати до 100 тис. тон старих покришок і гуми в рік, при цьому одержувати рідке і газоподібне паливо.

Так при термообробці цілих і здрібнених шин найбільш високий вихід олій спостерігається при 500^оС, а при 900^оС відзначається найбільший вихід газу. При цьому вихід продуктів визначається тільки температурою, а не розмірами шматків шин. З тонни гумових відходів можна одержати піролізом 450-600 літрів піролізної олії і 250-320 кг піролізной сажі, 55 кг металу, 10.2 м³ піролізного газу, який можна застосовувати як паливо.

У США в даний  час фірмою "Firestone Tyres" проведені  успішні досвіди по трансформуванню  гуми в метанол з одержанням пилоподібної сажі, що відповідає стандартові для гумовотехнічного виробництва. Перша установка має продуктивність по метанолі 300 т/доба. Установка розрахована на переробку шин легкових автомобілів діаметром 50 див. Основним процесом деструкції гуми для подальшого трансформування продуктів розкладання в метанол є піроліз в окисній камері при температурі 1000 °С.

Застосування  в цементній промисловості гумової  крихти в даний час у ряді країн  є основним способом її утилізації. У фірмі "Рорбахцемент" (Німеччина) була пущена в експлуатацію піч для одержання цементу, у якій з метою часткової заміни природного палива спалювали шини. При цьому в зону попереднього кальцинування печі завантажували шмати шин розміром близько 200 мм, оскільки при спалюванні цілих шин утворюється дуже велика кількість окису вуглецю, унаслідок чого відключається фільтрувальна установка. В Австрії застосування розрізаних шин у цементній промисловості також вважають перспективним.

Слід зазначити, що при застосуванні зношених шин  у цементній промисловості може бути скорочена витрата викопних енергоносіїв і зменшений рівень забруднення навколишнього середовища. Так як вміст кисню в печі великий, пальні гази досить довго знаходяться в зоні згоряння, а сірка і метал зв'язуються в продукті який одержують.

У Японії застосування зношених шин у цементній промисловості дозволяє заощаджувати 1-2 % основного палива. Для цієї мети непридатні вантажні й автобусні шини через великий вміст у них сталі і затікання повітря в піч під час завантаження шин, у результаті чого горіння стає переривчастим, порушується баланс між температурою в печі і температурою повітряного потоку.

Однак спалювання покришок для одержання теплової енергії вважається тимчасовою мірою. Одним з головних недоліків переробки  спалюванням є знищення хімічно  коштовних речовин і негативний вплив на навколишнє середовище.

У США в Каліфорнії почав функціонувати  завод по одержанню енергії при  спалюванні зношених шин. Його потужність - 5 млн. т /рік, одержуваною енергією забезпечуються 12 тисяч квартир.

Проводилися дослідницькі і досвідчені роботи зі спільної термічної переробки пальних сланців і гумових відходів. Встановлено, що при додаванні гуми можна підвищити ефективність переробки сланців із низьким утриманням органічної маси. Так, у результаті напівкоксованія сумішей на основі сланців із теплотворною здатністю спалювання  10,5 і 8 МДж/кг, що містять відповідно 10 і 25% гуми, можна одержати такий же вихід смоли, як і з високоякісного сланцю з теплотворною здатністю спалювання 13,4 МДж/кг. При цьому, як показали розрахунки, зростання виходу смоли забезпечується не тільки частковою заміною сланцю гумою, при термообробці якої утвориться біля 50% рідких продуктів, але і більш повним витягом смоли зі сланцю, що, як можна припустити, є результатом єкстракції   мастил, що утворяться при розкладанні гуми. [10]

При промисловому напівкоксованії  сумішей сланцю з гумовими відходами  можливо підвищення виходу смоли  в результаті більш раціонального  використання органічної частини сланцю. Дійсно, процес розкладання сланцю в газогенераторах забезпечується теплом, що виділяється при газифікації напівкокса. Проте в сланцевому напівкоксі невелике утримання фіксованого вуглецю (6-8%), і його газифікацією не можна цілком покрити дефіцит тепла в зоні напівкоксованія. Цей дефіцит тим більше, чим нижче утримання органічної речовини в сланці. У таких умовах на процес витрачається тепло від органічної частини сланцю, і вихід смоли знижується. Подібних явищ не повинно відбуватися при спільній переробці сланцю і гуми, оскільки у твердому продукті термічного розкладання гуми утримується біля 85% вуглецю, і утримання фіксованого вуглецю в напівкоксі може істотно підвищитися.

Досвіди, проведені на комбінаті, що  перероблює сланці, показали технічну можливість спільної переробки сланцю і гумових відходів у промисловому газогенераторі. Такий процес можна рекомендувати для переробки здрібнених зношених шин.

У Росії, у місті Новокузнецьк, у  Кемеровській області, на Західно-Сибірському  металургійному комбінаті подріблені автопокришки утилізують у котло-агрегатах у киснево-конвертерному виробництві сталі. При виплівці сталі в кисневому конверторі реалізується дуже висока температура, при якій руйнуються канцерогени та інші шкідливі газоподібні речовини. Агрегат має міцну систему газоочистки. Таким чином, утилізація автопокришок у цьому випадку є екологічно чистим процесом. Її можливо поширити на сталеплавильних підприємствах.

Термічна переробка твердих  відходів з основною сировиною в  чинних агрегатах не потребує значних  капіталовкладень і може бути швидко реалізована в промисловому масштабі. Доцільність такого варіанта визначається можливостями централізованого збору відходів і дальністю їхній транспортування.

 

 

2. Піроліз

 

Піроліз - процес фізичного і хімічного  розкладання матеріалу при високих  температурах без доступу повітря з метою одержання низькомолекулярної хімічної сировини. Для переробки шин необхідно їх розрізати на частині з відділенням борта, що використовується як побічний товарний продукт. Основна увага при утилізації відходів гумової промисловості приділяється утилізація зношених шин.

У промисловості застосовують 2 способи  пролізу: низькотемпературний рідиннофазний (200-600⁰С). Він звичайно застосовується для переробки пластмас, рідко – шин. Високотемпературний (600-800⁰С) піроліз – для переробки шин.

Ряд інгредієнтів сумішей утворюють  із каучуками хімічні сполуки. Тому важко з достатньою точністю описати  механізм піроліза гуми. Вихід твердого продукту при піролізі в основному  визначається кількістю наповнювачей і нелетучих органічних компонентів  у вихідній гумі, а летучі продукти утворюються в результаті деполімеризації каучуків і термічних перетворень інших органічних складових.

Склад продуктів піроліза залежить як від типу вихідної сировини, так  і від умов проведення процесу. [7]

Піроліз відходів гуми може проводитися двома принциповими засобами. При режимі t=600-800⁰C, що забезпечує одержання газу і твердого залишку при мінімальному виході або навіть повній відсутності смоли. Або при режимі (t=500-600⁰С) одержання смоли в якості одного з цільових продуктів. Мінімальною температурою піроліза, очевидно, варто вважати 500°С. В умовах поступового нагрівання і швидкої евакуації парогазової суміші з реактора при цій температурі досягається максимальний або близький до максимального вихід рідких продуктів. Щоб збільшити вихід газу і твердих вуглеродістих продуктів, необхідно забезпечити умови для повторних перетворень парогазових продуктів первинного розкладання.