Совершенствование методов переработки автомобильных шин

В Японии на фирме "Хебен рисайклер" действует  завод по пиролизу шин периодическим  методом. В фирме "Кобе стил" и "Онахамасмелтингэнд рифайнинг" – непрерывным методом (загрузка 1 т/ час и 4-т/час соответственно). Следует отметить, что наиболее эффективен пиролиз целых шин, так как измельчение требует больших затрат, а полученный материал трудно обрабатывается в реакторах.

В Канаде предусматривается строительство  завода мощностью 10000 т в год по пиролизу шин под вакуумом. В этих условиях увеличивается выход масла, минимальны вторичные реакции, получаемый технический углерод легче диспергируется.

В Англии введен в эксплуатацию завод по переработке 50000 т шин в год в виде кусков размером 20 мм методом пиролиза при 350 - 500°С в бескислородной среде. При  этом получают 3 - 4 тыс. т легкого  дистиллята, 17 тыс. т твердого топлива, аналогичного древесному углю, 5-7 тыс. т металла. На стадии освоения мощность завода не превышает 30% проектной. Стоимость  завода составляла 12 млн. долларов.

 

2.1.5 Дробление (измельчение) изношенных шин.

 

Измельчение (дробление) шин считается наиболее привлекательным методом их переработки, поскольку он позволяет максимально  сохранить физические свойства резины в продуктах переработки. Методы измельчения принято разделять  на измельчение при положительных  температурах и криогенное измельчение.

В США  в 1990 году было произведено резиновой  крошки, методом дробления изношенных шин:

• при положительных температурах 80 – 90 млн. фунтов;
• криогенным методом – 30 – 35 млн. фунтов.

Первая  установка по получению резиновой  крошки криогенным методом в США  начала функционировать у компании "МидвестЭластомерикс" в штате  Огайо в 1979 г.

В Великобритании фирмой "МирэнИнвестмент корпорейшн" должны быть построены 3 завода по измельчению  шин, на которых будет перерабатываться 12 млн. штук ежегодно. Заводы будут снабжаться сырьем через пункты сбора и сортировки шин.

В Германии в 1979 г. имелись 2 установки по дроблению  шин при низких температурах (в  Брауншвейге и в Эссоне).

Фирма "Хэльдт" в 1987 г ежесуточно перерабатывала в  резиновую крошку около 20 т шин  с применением криогенной технологии.

В настоящее  время в Германии работают 2 завода, на которых применяют криогенную технологию измельчения шин, при  этом мощности используются неполностью.

Фирма "Оид  Капитал" (Германия) считает перспективным  строительство установки для  переработки изношенных шин с  целью получения резиновой крошки криогенным методом. Приводятся характеристики и преимущества установки Ппйее  ЕС - 400. Фирма утверждает, что сравнительно малые затраты на изготовление установки  и невысокие производственные расходы  гарантируют рентабельное изготовление крошки.

Японской  компанией "Осана газ энджиниринг" в 1977 г. был разработан криогенный способ дробления шин. Недостатком способа  явились большие эксплуатационные расходы на жидкий азот. Эксплуатационные расходы при дроблении при  положительных температурах, невелики, но стоимость оборудования выше, чем  при использовании низкотемпературного  дробления. В связи с этим фирма  позднее разработала комбинированный  способ: грубое дробление при положительных  температурах, а последующее измельчение  в порошок при низких температурах и построила соответствующую  компактную и полностью автоматизированную установку с годовой производительностью 7000 т.

В Японии производят резиновую крошку из шин (при обычных и низких температурах). Качество крошки регламентируется стандартом Японского научного общества (5ГШ8), в соответствии с которым определяются фракционный состав, плотность, содержание золы, а их величины зависят от требований потребителей.

В бывшем СССР было разработано и внедрено несколько технологий и технологических  линий измельчения изношенных шин  только с текстильным кордом. До 1990 года функционировало более 10 заводов  по производству регенерата из амортизованных шин, при этом каждый завод имел в  своем составе линию измельчения. Для переработки шин использовали технологию измельчения при положительных  температурах на валковом и мельничном оборудовании.

Необходимо  отметить, что все перечисленные  выше зарубежные технологии получили практическое (промышленное) освоение в одном - двух производствах. При, казалось бы, массовом наличии сырья тиражирование  производств не состоялось. Главные  причины – длительность окупаемости производств, ограниченность рынков сбыта продуктов переработки, в том числе и резиновой крошки 3-8 мм.

 

2.1.6 Производство сажи

 

В данный момент функционируют тестовые установки и идет доработка технологии для промышленного использования.

Стандартный завод имеет производительность переработки 22,500 тонн использованных шин в год. Завод производит 9.000 тонн в год сажи, цена на которую  на международном рынке составляет примерно 500 US$ за тонну.

Первая  фаза технологии – декомпозиция фрагментов шин в реакторе пиролиза – описана  ранее. Во второй фазе - масла используются как сырье для производства сажи в нагретой печи. Полукокс, полученный в результате вакуумного пиролиза, с помощью второй фазы пиролиза преобразуется  в горючий газ, используемый для  поддержания реакции получения  сажи. Технология производит больше горючего газа, чем необходимо, и его излишек  используется в генераторе для получения  электроэнергии. В свою очередь, электроэнергия производится в достаточном количестве для собственных нужд процесса.

Завод производит 400 кг. сажи на тонну использованных шин. По данной технологии может производиться  большинство из типов сажи, описанных  в документации ASTM-D-1765.

Сажа  образуется из пиролитических масел  при нагревании и имеет особую структуру, отличающую сажу от графита. Сажа обладает рядом уникальных свойств, самое важное из которых – возможность  усиливать резину. На текущий момент крупнейшим покупателем резины является шинная промышленность, потребляющая 80% мирового производства сажи при общем  обороте 7 миллионов тонн в год.

Шина  содержит по составу примерно 25% сажи, и без этой составляющей шина не смогла бы пройти более 5.000 км. Соответствие производимой сажи техническим условиям ASTM-D-1765 позволяет непосредственно  продавать её производителям шин.

Производство  ценного продукта, потребляемого  в больших количествах шинопроизводителями, дает представляемой технологии важное преимущество перед другими технологиями по переработке использованных шин.

 

2.1.7 Технология озонного разрушения изношенных шин ЗАО «Троицкая технологическая лаборатория «ТТЛ» (г. Троицк, Московской обл.)

 

Озон  действует как рассекающий нож, измельчение сопровождается окислением приповерхностного слоя, требует  низких энергозатрат и существенно  ускоряется при деформациях кус  ков шин.

Работу  «ТТЛ» в указанном направлении  можно разбить на 2 этапа: до 1997 года и в настоящее время.

На первом этапе разработчики исследовали  достаточно хорошо известный эффект растрескивания резины под действием озона в конкретном отношении — растрескивание изношенных автошин. Озонные генераторы в настоящее время производятся в целом ряде организаций, они сравнительно недорогие и поэтому априорно можно было считать, что процесс протекает достаточно эффективно. «ТТЛ» разрабатывала разные установки, в которых отходы резины одновременно подвергаются воздействию потока озона и деформированию. Это были низкопроизводительные и непромышленные установки. Созданная в «ТТЛ» установка озонного разрушения (небольшая пилотная) работает на АРЗ № 10 (Москва).

В 1997 г . «ТТЛ» получила американский патент на способ разрушения резин и одновременно установила эффективные контакты с  немецкими фирмами Баварии.

В 1997 г. немецкие фирмы получили сертификат безопасности в отношении использования данной технологии в заводских и городских  условиях.

Кроме того были разработаны блоки озонного разрушения. Каждый такой блок выполняется  из нержавеющей стали и предназначен для непрерывного измельчения шин легковых автомобилей или кусков шин грузовых автомобилей размером 5 – 30 см. На выходе такого блока осуществляется высыпание резиновой крошки размером несколько миллиметров с производительностью 250 кг/час.

Сказанное выше позволяет рассматривать эту  технологию как весьма эффективную, как новое решение, обеспечивающее начальную стадию разрушения резины с достаточно полным отделением резины от корда. Однако специалисты считают, что едва ли следует стремиться к слишком сильному озонному измельчению, приводящему к получению мелких частиц резины, поскольку он приводит к слишком сильному окислению. Разрушать шину озонной атакой следует до размера частиц 10 — 15 мм, а затем уже доизмельчать ее и превращать в дисперсный порошок с большой удельной поверхностью в экструдерах-измельчителях .

2.2. Линии переработки изношенных покрышек

2.2.1 Линии переработки изношенных покрышек при низкой (криогенной) температуре

 

Основное преимущество таких линий  состоит в том, что при низких температурах можно легко отделить резину от корда. Часто упоминают, что  другим преимуществом этих линий  является снижение энергозатрат, поскольку  с понижением температуры снижается  работа на разрушение и измельчение  резины. Однако, этот вывод не совсем точен. Работа на разрушение резины, действительно, снижается в 2 – 2,5 раза при понижении температуры до              –  (100…120)°С. Но, для этого требуется значительное количество хладоагента, а энергазатраты на производство хладоагента, (0,4 – 3,0 кг жидкого азота на один кг полученной резиновой крошки), как правило, перекрывают и иногда очень значительно ту экономию, которую дает снижение энергозатрат на разрушение резины.

С учетом последнего обстоятельства использование криогенных технологий при переработке изношенных автопокрышек можно признать целесообразным только в тех странах (США, Германия и  некоторые другие), где:

• есть большие мощности по получению жидкого азота;
• продажу жидкого азота фирмам, занимающимся переработкой изношенных покрышек и других резино-полимерных отходов, осуществляют по сниженным ценам;
• есть оборудование, обеспечивающее измельчение резины при низком расходе жидкого азота (например, установки фирмы “INTEC”, Германия; фирмы “WIRTECH” Швейцария и другие, у которых расход жидкого азота составляет 0,5 – 0,8 кг на кг получаемого порошка).

Необходимо учитывать также, что  при криогенном измельчении получают порошок с гладкой поверхностью частиц и что, в силу этого, требуется  дополнительная химическая или физическая модификация порошка, которая приведет к увеличению удельных энергозатрат еще на 100-400 кВт.ч./т. Пожалуй, наиболее эффективной является модификация криогенной резиновой крошки путем переработки ее в роторном диспергаторе. Как было показано в совместной работе ЗАО “РОДАН” (Москва) с фирмой “GajaInternatinal” (Иллинойс, США) переработка в диспергаторе криогенной крошки с размером 0,4 мм позволяет снизить размер крошки в 1,5 раза и увеличить ее удельную поверхность почти в 5 – 10 раз при удельных энергозатратах всего 50 кВт.ч/т.

Одной из линий, на которых использованы турбодетандеры, является линия переработки  автопокрышек взрывоциркуляционным методом, разработанная отечественными фирмами  УНЦ “Криоконсул” и ООО “Эксплотех”. Схема данной линии приведена на рис. 6.

На первом этапе переработки  на этой линии из покрышек вырезают бортовые кольца, делают поперечные разрезы  и сворачивают каждую покрышку в  спираль, образуя из нее небольшую  катушку диаметром 20-25 см.

 Для этого используется специальный станок компактирования (на схеме не показан), который изготавливают либо стационарным, либо смонтированным на автомобильном шасси. Такие компактированные покрышки удобны для перевозки с мест сбора, со свалок и т.д. Из нескольких компактированных покрышек изготавливают цилиндрический пакет длиной около одного метра с центральным каналом, в котором размещают заряд взрывчатого вещества из аммиачной селитры и дизельного топлива.

 

 

Рис. 6. Линия переработки автопокрышек взрывоциркуляционным методом

После охлаждения пакета до –120°С с помощью турбодетандера и помещения его в камеру взрывоциркулятора осуществляют разрушение пакета взрывом заряда ВВ. При взрыве образуется ударная волна, циркулирующая по замкнутому контуру. Если в момент взрыва температура пакета составляет менее –70°С, то происходит отслоение резины от корда и полное разрушение резины до размера частиц 0,5 – 5 мм. Резиновые частицы имеют монолитную структуру, приповерхностный слой частиц частично девулканизован. После магнитной и вибросепарации от остатков корда резиновые частицы превращают в активный дискретно девулканизованный порошка с помощью роторного диспергатора. Характерной особенностью линии является наличие системы фильтрации газов, образующихся во взрывоциркуляторе во время взрыва, т.е. системы очистки газов от токсичных продуктов.

Общие удельные энергозатраты на получение  конечного продукта составляют на такой  линии 200 – 300 кВт.ч./т. Технология защищена патентами РФ [2], а также запатентована в США, Канаде, Японии, Германии и других странах.

При переработке покрышек на линии  ЗАО “КамЭкоТех” (Нижнекамск, Россия) охлаждение перерабатываемого материала  до – 80°С осуществляют с помощью турбодетандера не на первой стадии, а на стадии тонкого измельчения резины. На выходе линии получают резиновую монолитную крошку с гладкой поверхностью частиц размером от 0,2 мм до 5 мм. Удельные энергозатраты на получение конечного продукта составляют около 400 кВт.ч./т. Производительность линии – 500-1000 кг/час; мощность производства – 3000 т/год.

2. Линии переработки изношенных покрышек при нормальной и повышенной температуре