Екологічні аспекти утилізації автопокришок

3 – псевдоожижений шар;

4 – прилад для перемішування;

5 – піч

 

Рисунок 1.6 –  Реактор для піролізу шин

 

 

Таким чином, на сучасному етапі  діючи промислові установки для  утилізації автопокришок працюють по схемі низькотемпературного рідинно-фазного  пролізу, часто з доступом кисню. Не подрібнені шини, таким чином, важко  переробляти. До того ж процес проходить по стадіям, необхідно перевантажувати реактор, що знижує ефективність праці та погіршує вплив на довкілля.

Сучасне устаткування для сухого високотемпературного пролізу  дозволяє утилізувати цілі шини. Тобто  зовсім виключити операцію подрібнення та економити енергію. Головним чином застосовувати для цього установки псевдоожиженого шару, барабанного та шахтного типу.

У Польщі розроблена установка для переробки зношених покришок і гумових відходів розчиненням  їх у важкому нафтовому залишку  або в ароматичних смолах .На установці одержують гумовий деструкт, що містить біля 36% гуми.

В Франції розроблений метод  швидкого розчинення гуми у нафтовій олії. По цьому методу шматки шини розчиняють при атмосферному тиску і температурі  біля 380°С в олії при дії інертного газу (азоту). Процес розчинення триває декілька секунд. У порівнянні з іншими методами утилізації гуми, цей метод має ряд переваг: немає необхідності в застосуванні високих температур і тиску, тому вартість процесу утилізації гуми знижується. При зануренні 1 т шин у 1 т олії одержують біля 100 кг пального газу, 100 кг металу з каркаса шин і більш 1,8 т рідинного палива з теплотою спалювання 35,-37,8 МДж/кг (теплість спалювання вугілля і нафти відповідно дорівнює 29,4 і 45,4 МДж/кг). [20, 21]

Найважливішою перевагою піроліза як методу переробки твердих відходів є можливість одержання продуктів, що можна використовувати в якості джерела енергії і хімічної сировини. Напрямок використання продуктів піроліза визначається їхнім складом і  фізико-хімічними властивостями. Розглянемо докладніше це питання.

Газоподібні продукти. Вихід і склад газоподібних продуктів піролізу залежать від складу вихідних відходів. Результати термічного розкладання окремих компонентів твердих відходів показують, що газ піролізу гуми складається переважно з вуглеводів і водню. Склад газу також істотно залежить від засобу проведення процесу, у першу чергу, від наявності в піролізній системі окисних агентів і інертних розріджувачів.

При високотемпературному піролізі твердих відходів газ є єдиним енергетично цінним продуктом і його використовують для одержання пару в казанах-утилізаторах даного виробництва. Можливо застосування газу в якості додаткового палива для котлів, що працюють на ріддинному паливі.

Гази, отримані при низько- і середньотемпературному піролізі як побічні продукти, звичайно використовують у якості палива для цього ж процесу. Надлишок газу можна застосовувати для одержання пару або гарячої суміші також для цього виробництва. Передача газу по трубопроводах економічно недоцільна. Використання піролізних газів для інших цілей, наприклад для виробництва високооктанових бензинів  поки не рекомендується.

Рідкі продукти. Рідкі продукти (смоли), які одержані в результаті термообробки відходів, істотно різняться по складу і основним фізико-хімічним показникам. Пропозиції щодо використання цих смол зводяться в основному до застосування їх у якості котельного палива.

У смолі, яка одержана зі зношених шин, утримуються тверді елементи, причому  вміст сірки складає біля 0,7%. У порівнянні з типовими нафтами в цій смолі декілька більше вуглецю і помітно менше водню що може свідчити про підвищене утримання ненасичених сполук. Внаслідок великої кількості фракцій з низкою температурою кипіння, ці смоли не відповідають вимогам, які запропоновані до котельного палива. Таким чином, для використання цих смол у якості палива їх необхідно попередньо звільняти від  фракцій , що киплять при низьких температурах (до 200 ⁰С). Фракція вище 200 °С із смоли піроліза зношених шин має слідуючи фізико-хімічні показники:  Щільність 0,976 г/см³ при 20°С, умовна грузькість 2,6 град при 50°С, температура спалаху 96°С, температура загустіння 10 °С, теплота спалювання 41,1 МДж/кг, вміст механічних домішок і сірки відповідно 0,3 і 0,72% практично цілком відповідає вимогам ДЕРЖСТАНДАРТу 10585-75 на нафтовий малосерністий мазут марки 40. Проте в якості котельного палива може бути використано не більш 60% смоли із  зношених шин. Таким чином, потенційні енергетичні можливості смол цілком не реалізуються. Тому краще використовувати не тільки важкі фракції, а сумарні фракції (без попереднього фракціонування) у якості додатку до нафтових або інших палив.

Пропонуються також інші засоби застосування піролізних смол.[8, 13]

а) Перевірено можливість використання смоли піроліза зношених шин у суміші з кам'яновугільною смолою для брикетування коксової дрібниці. Термооброблені  брикети, що містять біля 8,5% піролізной смоли, мають гарну тривкість і вологостійкість.

б) З підвищенням температури  піроліза зростає вміст ароматичних сполук у рідинних продуктах. Смоли, одержувані при 750-800 °С, містять 93-96% ароматних вуглеводнів. Такі смоли пропонується фракціонірувати із виділенням бензолу, толуолу, нафталіну і різноманітних технічних смол і мастил.

Фракціонування рідинних продуктів, доцільно, якщо їх одержують на великих піролізних установках, і вони можуть бути використані на данному виробництві.

У рідинних продуктах піроліза, поряд  із смолою, утримується вода, кількість  якої залежить від складу вихідних твердих відходів (3-4%). У цій воді є присутнім значна кількість органічних сполук (100 г/л по ХПК), тому її необхідно знешкоджувати, використовуючи біологічні або термічні методи.

При піролізі твердих відходів утвориться обвуглений залишок органічних і  мінеральних компонентів, склад якого залежить від складу відходів і засобу переробки.

а) Після відповідної обробки  його можна використовувати в  якості заповнювача легких бетонів. При піролізі відходів в інертному  середовищі вміст вуглецю у твердому залишку тим більше, чим менше неорганічних вмикань у вихідному сировина. Проте навіть при переробці відходів, із котрих попередньо віддалена основна кількість мінеральних складових, утвориться твердий залишок із високою зольністю.

б) Тверді продукти термічної переробки  зношених шин і інших гумових відходів містять значну кількість вуглецю і незначну  кількість неорганічних речовин . Встановлено, що у твердих продуктах піроліза зношених шин при виході 40-50% (на установках періодичної дії) і 30-40% (в  апаратах непереодічної дії) залишається 12-15% золи. Вміст фіксованого вуглецю в продуктах, отриманих при температурі біля 500 С, складає 80-85%.

Вуглеводневі продукти піролізу зношених шин пропонується застосовувати  в якості наповнювачей гумових сумішей. Якість цих наповнювачей визначається багатьма чинниками, зокрема  складом шин. Встановлено, що при піролізі протекторів шин, які містять технічний вуглець із поліпшеними фізико-механічними характеристиками, можливо одержати наповнювач кращої якості, ніж при піролізі каркасів шин. Тому запропоновано протектори і каркаси шин переробляти роздільно, а продукти які одержали застосовують у якості наповнювачей при виготовлені відповідних частин шин.

в) Тонкоподріблені продукти низькотемпературного (450-500 ⁰С) піроліза шин після звільнення від ферромагнітних матеріалів можливо використовувати у якості наповнювачей без будь-якої додаткового обробки. Проте висока зольність, підвищений вихід летучих і пов'язані з цим низькі посилюючі характеристики не дозволяють гарантувати широке промислове застосування цих продуктів. Їх можна рекомендувати тільки замість низькосортного технічного вуглецю.

г) Для зниження виходу летучих  продуктів піролізу, тверді продукти піролізу пропонується обробляти перегрітим водяним паром. У результаті такої  обробки при 850 С вихід летучих продуктів знижується з 34,5 до 26-30%. Обробку паром можна здійснювати й у процесі піролізу. При подачі в піролізний реактор пару з температурою 700-750 С в кількості 50 кг на 30 кг  гумових  відходів можна одержати продукт із виходом летучих речовин не більш 2%.

Проте, незважаючи на істотне зниження виходу летучих, якість оброблених паром  продуктів як наповнювачей не тільки не  покращується  але навіть погіршується. Значно сповільнюється, наприклад, швидкість  вулканізації гумових сумішей. Це пояснюється, мабуть тим, що на поверхні вуглецю при обробці паром утвориться комплекс СхОу що перешкоджає взаємодії молекул наповнювача і агентів, що вулканізують. Тому для видалення летучих продуктів із наповнювача більш доцільно пропікати твердий залишок піролізу в інертній атмосфері.

д) Для зниження зольності продуктів  піролізу гумових відходів пропонується видаляти з них сполучення цинку  шляхом обробки їх  розчинами  мінеральних кислот (соляної і  сірчаної). У результаті такої обробки  нерозчинений сульфід цинку, що утворюється в процесі піролізу при взаємодії оксиду цинку і сірки, перетворюється в розчинну сіль. Сірководень, який виділяється, абсорбується  розчином лугу. Розчин фільтрують та виділяють вуглеводородні продукти. До розчину добавляють вапняну воду й осаджують гидроксид цинку. Після цього його сушать і прожарюють, а потім регенерують оксид цинку чистотою 92%.

е) З метою поліпшення розподілу  часток наповнювача в гумових  сумішах здрібнений продукт піроліза запропоновано діспергувати у водному  розчині ПАР, змішувати з латексом, коагулювати. Отриманий після безводнювання матеріал використовують у виробництві шинних гум.

ж) Щоб зменшити утворення пилу із здрібненого матеріалу, доцільно його гранулювати. Для виробництва  гранул із дисперсного продукту піролізу шин можна застосувати технологію одержання мокрого грануліруваня технічного вуглецю. При цьому витрати карбоксілметілцелюлози яка необхідна для цього процесу  можна значно знизити.

Застосування продуктів піроліза гумових відходів у якості наповнювачей  гумових сумішей є, найбільше перспективним напрямком. Можливо також застосування цих продуктів (особливо після обробоки паром) у якості адсорбентів.

При оцінці ефективності альтернативних варіантів переробки твердих  відходів виходять із потенційних можливостей скорочення обсягу відходів (з урахуванням вимог охорони навколишнього середовища), а також із можливостей утилізації енергії і матеріалів, придатних для повторного використання. У зв'язку з неможливістю урахування множини чинників, що впливають на структуру витрат, висловлюються суперечливі думки про перспективність методів піролізу  твердих відходів. Так, робиться висновок про те, що в даний час процеси піроліза недостатньо ефективні і найбільше доцільно використовувати здрібнені відходи в якості палива. По іншій оцінці, як спалювання  з утилізацією теплоти, так і піроліз з одержанням рідинного палива є однаково перспективними.

Піроліз відходів автопокришок має  як економічні, так і екологічні переваги перед їх похованням і спалюваннем, і являється  перспективним  методом утилізації і знешкодження твердих відходів. При збільшенні потужності установки істотно поліпшуються показники процесу. Слід враховувати також витрати на збір і транспортування зношених шин. Піроліз відходів при високих температурах є в цілому занадто складним, дорогим і енергоємним. Утилізація одержуваних вуглеводнів таким чином у даний час нерентабельна. Проте із урахуванням подорожчання сировинних ресурсів і можливостей використання каталітичного процесу піролізу гумових відходів останній може стати джерелом цінної сировини. У результаті піроліза утворюються речовини, які подібні з продуктами крекінга нафти, і вони можуть використовуватися як сировина для процесів нафтохімічного перетворення. Крім того, піроліз суттєво зменшує забруднення атмосфери в порівнянні з процесом спалювання, який призводить до забруднення атмосфери пилюками і шкідливими хімічними речовинами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ НАФТИ  І НАФТОПРОДУКТІВ

 

 

3.1 Основні показники, що характеризують склад і властивості нафти

 

Для визначення галузей застосування піролізної рідини у якості палива в різному промисловому устаткуванні необхідно спочатку встановитит  головні її параметри  та порівняти  з іншими рідинними паливами. На украіїні для визначення властивостей рідинних нафтопродуктів на сучасному етапі діють ДСТУ 3868-99 та ТУ 38101656-87. Один з головних параметрів, які необхідно визначити за вимогами ДСТУ – це фракційний склад рідинного палива. В нашій роботі за стандартними методами ми визначали фракційний склад піролізної рідини та порівнювали його з іншими традиційними рідинними паливами.

Далі приведені теоритичні застави  проведення фракційної розгонки рідких палив.

Нафти досить різноманітні по фракційному  та хімічному складі. Це необхідно враховувати при виборі переробки сирої нафти того або іншого родовища на товарні продукти. Крім того, з кожним роком росте видобуток нафти на нових площах і в нових нафтових районах. Тому важливою задачею є всебічне дослідження складу і властивостей нафти і продуктів їхньої прямої перегонки. У залежності від місця і мети такого дослідження воно може проводитися в різних масштабах і по різних програмах (схемах).

Мінімальна програма дослідження  включає лабораторну атмосферно-вакуумну перегонку (на 10 - градусні фракції до 300⁰С) і фізико-хімічну характеристику нафти за наступними показниками: зміст мінеральних домішок, температура спалаху, температура застигання, тиск пару, коксівність, щільність, в'язкість при різних температурах, молекулярна маса, зміст сірки і сірчистих з'єднань, зміст парафіну, зміст смолисто-асфальтенових речовин, кислотність, елементний склад.