Совершенствование методов переработки автомобильных шин

Основным процессом деструкции резины для дальнейшего трансформирования  продуктов разложения в метанол  является пиролиз в окислительной  камере при температуре 1000 °С. Для  переработки шин необходимо их разрезать  на части с отделением борта, который  используется как побочный товарный продукт.

Жидкие и газообразные продукты пиролиза можно использовать не только как топливо. Жидкие продукты пиролиза можно использовать в качестве пленкообразующих растворителей, пластификаторов, мягчителей для регенерации резин. Пек пиролизной смолы является хорошим  мягчителем, который может использоваться самостоятельно или в смеси с  другими компонентами. Тяжелая фракция  пиролизата как добавка к битуму, использующемуся в дорожном строительстве, может повысить его эластичность, устойчивость к холоду и влаге.

Из газообразной фракции  пиролиза можно выделять ароматические  масла, пригодные для применения в производстве резиновых смесей. Низкомолекулярные углеводороды могут  быть использованы  в качестве сырья  для органического синтеза и  в качестве топлива.

1.2.3 Озонная переработка шин

 

Озон, контактируя с  поверхностью резины, приводит к быстрому ее окислению, т.е. к разрушению межмолекулярных и внутримолекулярных связей. Особенно интенсивно разрушаются напряженные связи. Поэтому, при появлении или наличии на поверхности резины микротрещин, прежде всего, начинается атака озоном тех молекул, которые расположены в вершинах трещин. Это приводит к быстрому разрастанию трещин и распаду материала на куски со сравнительно гладкими поверхностями. Ситуация напоминает низкотемпературное криогенное разрушение. Однако, в случае озонной атаки, поверхность образовавшихся кусков окислена, т.е. на поверхностях снижается молекулярная масса и появляются кислородсодержащие продукты окисления резины. На развитие реакции озонного разрушения очень сильное влияние оказывает напряженность резины, поэтому напрягаемые куски распадаются гораздо быстрее. Реакция протекает при очень низких энергозатратах. Можно сказать, что, озонное разрушение на частицы определенного размера требует энергозатрат в 5-10 раз меньше, чем криогенное разрушение. Когда разрушение идет до очень малых частиц (меньше 0,5-1 мм), то эффект окисления в среднем выражен достаточно сильно. Если же разрушение завершается образованием частиц 2-10 мм, то окисление в среднем можно рассматривать как слабое. Озон действует как рассекающий нож, измельчение сопровождается окислением приповерхностного слоя, требует низких энергозатрат и существенно ускоряется при деформациях кусков шин.

 

2. ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И ПАТЕНТНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО СПОСОБАМ И УСТРОЙСТВАМ УТИЛИЗАЦИИ ШИН

2.1. Обзор технологий по переработке изношенных автомобильных шин и отходов резины

В настоящее время в мире применяется  целый ряд технологий по переработке  и утилизации отходов резины и  изношенных автомобильных шин. Эти  технологии предполагают использование  целых шин для различных целей, применение шин и резиновых отходов  для получения энергии (сжигание, использование в цементной промышленности), измельчение шин и отходов  резины с целью получения резиновой  крошки и порошка, получение на основе отходов резины и старых шин регенерата.

2.1.1 Использование целых шин

 

Изношенные  шины применяются для устройства искусственных рифов, служащих местом обитания рыб и устриц. Фирмой "Гудьир" в 1970 г. у берегов Австралии был  создан искусственный риф из 15 тыс. шин. Рифы созданы у берегов Флориды (215 тыс. шин); Новой Зеландии, Ямайки, Греции, Японии и др. Загрязнение морской воды при этом не происходит. Около 200 искусственных нерестилищ из изношенных шин создано в Германии. Старые шины используют для зашиты склонов от эрозии. Для этого склоны покрывают шинами, засыпают землей и засевают травой.

Согласно  разработке фирмы "Органикой" (Германия), при создании звукоизолирующих ограждений вдоль автострад у шин удаляют  одну боковину, после чего их соединяют  и заполняют землей. В результате образуется наклонный спуск, который  можно озеленить. Такая конструкция  не отражает звук и требует 5 тыс. шин  на 100 м погонной длины барьера. Одновременно конструкция служит барьером безопасности.

 

2.1.2 Сжигание шин с целью получения энергии

 

С точки  зрения экологии использование изношенных шин для получения энергии  оценивается неоднозначно. В первую очередь это связано с выделением цинка и окислов серы в атмосферу. В дыме горящих шин содержатся канцерогенные субстанции и небольшие  количества диоксина.

Отмечается  в то же время, что продукты сжигания шин в печах могут не загрязнять атмосферу и, что в техническом  отношении нет проблем в организации  полного и безопасного сгорания шин в существующих печах, оборудованных  соответствующими фильтрами очистки  выбросов.

Однако  создание печей и очистительных  установок для улавливания вредных  газов и соединений тяжелых металлов требуют больших затрат. Имеется  информация, что применение шин в  качестве топлива требует затрат порядка 20 – 25 или даже 30 – 35 долларов на тонну. Метод сжигания шин неперспективен также с энергетической точки зрения: с учетом КПД при сжигании легковой шины количество энергии примерно равно получаемой от сжигания 3 л. нефти. По данным изготовителей энергия, накопленная в шине, равна энергии, получаемой при сжигании 27 – 30 литров нефти (21 литр расходуется на изготовление сырья и 6 литров на процесс переработки).

В Англии отходы резины и изношенные шины для  получения энергии используются с 1975 года. Вращающаяся печь, в которую  с высокой скоростью тангенциально  поступает воздух, имеет производительность 100 шин в час. Более холодный избыточный воздух вытесняется к стенкам  печи, наиболее горячая зона сжигания находится в центре в виде высокотемпературного вихря. Благодаря этому не образуется дыма, отсутствует запах. С 1975 года было сожжено 32000 т отходов, получена существенная экономия нефтяного топлива и  средств на захоронение отходов.

В Англии также функционирует установка  для сжигания шин фирмы "Гудияр" и "Эйвон", а фирма "Оксфорд  энерджи" строит завод по получению  электроэнергии за счет сжигания шин по технологии фирмы "Гумми Майер" (Германия).

Фирмой "Элм Энерджи и Рисайклинг ЛТД" получены разрешения и ассигнования на строительство завода по сжиганию 90 тыс.т. изношенных шин (12 млн. шт.) в  округе Волверхемптон с целью  производства 25 МВатт электроэнергии.

Одновременно  будут получаться 15 тыс. т. отходов  стали для сталелитейной промышленности и 300 т сырья для выплавки цинка.

Фирма "ЕРГ  Гуммиферарбайтунг" запланировала  строительство крупной установки  для сжигания целых шин с целью  получения энергии. Производительность установки 200000 шин в год. ТЭЦ строили  совместно с фирмой "Фихтнер", чья технология сжигания принята  в Западной Европе и США. Компания "Континенталь АГ" и консорциум "Джемакн Энджиниринг" сотрудничают в проектировании и строительстве  электростанции, на которой в качестве топлива используют изношенные шины 50 тыс. т в год (Стоимость электростанции составляет 32,6 млн. долларов).

Итальянская фирма "Марангони" с 1982 г. эксплуатирует  две установки по сжиганию шин, производящие пар. При сжигании 8000 т шин в  год (в г. Ровнато) и 2000 т шин в  год в г. Фельтра. Эти установки  характеризуются низким количеством  выбросов в атмосферу и удовлетворяют  требованиям законодательства ЕС. За счет сжигания 8000 т шин экономится почти 6000 т топлива.

Итальянская группа "Марангони" разработала  два проекта установок для  сжигания старой резины: вращающаяся  конструкция, состоит из двух печей, рукавного фильтра и турбины 5 Мегаватт (24000 т шин в год), и  печь шахтного типа 0,2 Мегаватт (4500 т  в год).

Изношенные  шины сжигаются в 9 штатах США на электростанциях в котельных  установках различных типов (механических, циклонного сжигания, сжигания угля в  распыленном состоянии, в псевдоожиженном  слое).

В США  у фирмы "Оксфорд Энерджи уэстли" в 1987 г. в Калифорнии начал функционировать  завод по получению энергии при  сжигании изношенных шин. Его мощность - 5 миллионов шин в год. Этот 14 мегаватный завод вышел на запланированную  мощность и начал приносить доход. В течение 3 лет переработано 15 млн. шин. Получаемый при сжигании стальной шлак используется в цементной промышленности или при строительстве дорог. Зола, содержащая большие количества окиси цинка, улавливается, очищается  и отправляется на переработку для  получения цинка. Сера соскабливается и смешивается с известью. Затем  из этой смеси изготовляют гипс, который может быть использован  как удобрение или как строительный материал.

Предприятие в штате Коннектикут, испытания  которого закончены, будет сжигать 12 - 13 млн. шин в год и производить 30 Мегаватт электроэнергии.

В будущем  планируется построить в окрестностях г. Лас Вегас завод, который будет  самым крупным предприятием такого рода в мире. Он будет сжигать 18 млн. шин в год и производить 50 Мегаватт электроэнергии.

Стоимость 1 кВт/ час производимой электроэнергии при сжигании изношенных шин составляет 8,5 цента. Для сравнения примерно 9 центов в случае применения альтернативных видов энергии (ветра и солнца). Однако, электроэнергия, получаемая при  сжигании газа и нефти, значительно  дешевле. Основной причиной применения методов сжигания шин для получения  энергии во многих развитых странах  является отсутствие эффективных технологий глубокой переработки шин с целью  получения продуктов высокого качества.

 

2.1.3 Применение шин в качестве топлива в цементной промышленности

 

Технология  фирмы "Бриджстоун/Файрестоун" успешно  используется в Японии с начала 1980-х  годов. Целые или разрубленные на куски шины вводятся во вращающуюся  печь, где температура исходящих  газов достигает 1200 - 2800^oР (Сжигание целых шин или их кусков может также производится путем их подачи в зону, где температура исходящих газов 600 - 1400Т). Здесь металлокорд частично заменяет железную руду, необходимую в производстве цемента. Рекомендуют заменять шинами 5 – 10 % топлива. Стоимость реконструкции печей для перевода их на процесс фирмы "Бриджстоун" составляет 100 000 - 500 000 долларов. По информации фирмы возместить затраты можно в течение года или даже за более короткий срок.

Применение  изношенных шин в цементной промышленности позволяет экономить 1-2 % основного  вида топлива.

Специалистами отмечается, что при сжигании изношенных шин при производстве цемента  может быть сокращен на 25% расход ископаемых энергоносителей и снижен уровень  загрязнения окружающей среды. Так  как содержание кислорода в печи велико, горючие газы достаточно долго  находятся в зоне сгорания, в процессе не образуется остатков вредных веществ  по той причине, что сера и металл связываются в получаемом продукте.

В фирме "Рорбахцемент" (Германия) в 1982 году была пущена в эксплуатацию печь для  получения цемента, в которой  с целью частичной замены природного топлива сжигали шины.

В Австрии  применение измельченных изношенных шин  в цементной промышленности также  считают перспективным.

Но имеются  и противоположные данные. Так  в Швейцарии фирма "Джура цемент уоркс" в 1989 г. прекратила сжигание шин  в цементных печах из-за загрязнения  окружающей среды продуктами сгорания.

Два миллиарда  шин, лежащих на свалках США, эквивалентны 20 млн. т. угля и гарантируют цементной  промышленности снабжение дешевым  топливом в течение длительного  времени.

Однако, в настоящее время в США  из 200 существующих печей только 12 сжигают  изношенные шины, несмотря на то, что  затраты на замену угля изношенными  шинами невелики.

 

 

 

 

 

2.1.4 Пиролизные установки

 

В наиболее развитых странах (США, Японии, Германии, Швейцарии и др.) уже довольно длительное время эксплуатируются  опытно-промышленные установки по пиролизу шин мощностью 7 – 15 тыс.т. в год по сырью.

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.

Исследован  также процесс пиролиза смеси  резиновой крошки (20%) и масла (80%).

Системы пиролиза, популярные в 70-е годы, оказались  неудобными в эксплуатации в течение  сколько-нибудь длительного времени. В настоящее время это направление  считается не оправдавшим возлагавшихся  на него ожиданий. Большая часть  таких установок работала в периодическом  режиме. Получаемые продукты требовали  дополнительной очистки перед употреблением, а затраты не покрывались стоимостью получаемых материалов. Специалисты  считают, что проблема пиролиза старых шин практически исчерпана из-за высоких затрат и низкого качества получаемых продуктов.

Однако, фирма "Энерж Рисерч Интернейшнл" усовершенствовала технологию пиролиза на своей установке "Реактор". Установка может перерабатывать 1 млн. легковых шин ежегодно, получая  из 1 т шин 160 галлонов дизельного масла  №2, 500 фунтов высокосортного технического углерода и 300 - 400 фунтов стальной проволоки.

Фирма "Америкен Тайр рекламейшн" запатентовала  высокоэкономичный одноступенчатый  процесс пиролиза изношенных шин, особенность  которого заключается в улучшении  качества остаточного технического углерода за счет очистки его от примесей.