VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Во всем мире сейчас остро стоит проблема хранения и утилизации старых автомобильных покрышек. Общемировые запасы изношенных автошин оцениваются в 25 млн. тонн при ежегодном приросте не менее 7 млн. тонн. На европейские страны приходится 3 млрд. шт. изношенных автошин (около 2 млн. т.). Из этого количества в мире только 23 процента покрышек находят применение (экспорт в другие страны, сжигание с целью получения энергии, механическое измельчение для покрытия дорог, спортплощадок и др.), а оставшиеся 77 процентов изношенных автошин не утилизируются из-за отсутствия рентабельного способа утилизации. Изношенные шины хранятся легально и нелегально как на свалках, предназначенных исключительно для использованных автопокрышек, так и на смешанных свалках с другими отходами. Это несет в себе большую опасность: на подобных свалках возникают пожары, которые трудно потушить из-за хорошей воспламеняемости шин. [1] В связи с запретом в Европе на складирование старых покрышек и отсутствием достаточного места для хранения (например, в Японии) возникает вопрос о способах их утилизации. Например, во Франции 18% шин сжигают, 21% измельчают в крошку, 11% используют в парках, портах и т.д., а для 46% находят возможность восстановления. Если обратиться за решением проблемы к мировому передовику в области технологий - Японии, то с удивлением придется отметить, что около 65-70% старых шин сжигается. 45-350% шин сжигает Германия, около 30% Великобритания. В США ежегодно 115 млн. старых шин используются в качестве топлива. По стандартам США, 1 шина типичной пассажирской автомашины эквивалентна 7 галлонам нефти (31,8 литрам). Применяемая в качестве топлива дробленая автомобильная резина дает на 10-16% больше тепла, чем каменный уголь. Также шины используются для строительства автомобильных дорог. При этом дороги еще огораживаются шумозащитными стенами, построенными из смеси цемента и измельченной шинной резины. Около 34 млн. шин перерабатываются в поверхностные покрытия и другие подобные продукты. Рассмотрим основные, существующие на сегодняшний день, способы утилизации резинотехнических отходов.

Переработка в крошку

Измельчение отходов резины признается самым простым и рациональным способом переработки, поскольку позволяет максимально сохранить физико-механические и химические свойства материала. Однако, дороговизна, сложность и энергоемкость оборудования является камнем преткновения экономически эффективного решения проблемы полного рециклинга резиновых отходов. [2]

Сжигание

Сжигание в цементных печах вообще прибыли не приносит. Это тоже самое, что топить печь ассигнациями. Сжигание шин производится в первую очередь в цементной промышленности и на теплоэлектроцентралях. Шины используются здесь, как материал-заменитель угля и мазута. Сжигание большого количества шин имеет исторические причины. Десятилетиями сжигание шин представляло собой недорогой способ получения энергии. Одновременно появлялась возможно сэкономить первичные горючие материалы. Альтернативные способы переработки шин, имеющиеся в прошлом, чаще всего были нерентабельны. Ряд недостатков сжигания шин лежит в самой природе данного метода. Температурные колебания в процессе горения ведут к неполному сгоранию шины. При этом при температуре ниже 1.100°C образуются такие ядовитые вещества, как хлорированный диоксин и фуран. Всем известен и неоспорим тот факт, что подобного рода процессы способствуют усилению тепличного эффекта. Так, в процессе горения образуется ок. 3.700 кг CO2 на тонну шин. В производстве цемента количество используемых в качестве топлива шин технологически ограничено. Применение в данном производстве большого количества старых автопокрышек негативно отражается на качестве цемента, т.к. содержащаяся в них сталь проявляется в цементе как оксид железа, который окрашивает материал. В тоже время актуален вопрос поиска альтернативных вариантов получения топлива и 4электроэнергии. При этом топливо, технический углерод и горючий газ можно получить практически из ничего – из использованных автопокрышек. Зачем же тогда хранить опасные залежи использованных автопокрышек или просто сжигать? Не выгоднее ли пустить старые автопокрышки на переработку?

2.Пиролиз – технология переработки, альтернативная сжиганию Мы предлагаем абсолютно экологически безопасную технологию утилизации старых автопокрышек. Наша технология основана на процессе разложения резины на составляющие компоненты. Для этого используется метод низкотемпературного пиролиза или, как его еще называют, деполимеризации. И термолиза – разложение резины в инертной среде перегретого пара. Шины загружаются в реактор и под воздействием температуры подвергаются пиролизу с образованием парогаза, технического углерода и отделением металлокорда. При воздушном охлаждении парогаз конденсируется в жидкую фракцию продуктов пиролиза. Основное преимущество этой технологии – получение более ликвидных (по сравнению с ре-зиновой крошкой) продуктов.

Продукты, которые мы получаем в процессе переработки при температуре ведения процесса в диапазоне 400-500°С: [3]

1).Прессованный металлокорд – до 10 - 20%. Ссоответствует ГОСТ 2787-75 и используется в металлургической промышленности. Дополнительной очистки не требует.

2).Синтетическая нефть - 40-45%. По своим свойствам замещает или превосходит некоторые нефтепродукты. Жидкая углеводородная фракция является аналогом смеси нефтяных топлив. Разделяется на высокооктановую присадку в бензины и

печное топливо.

3).Углерод технический – выше 25-35%. Пригоден для использования в резинотехнических смесях различного назначения: в металлургии, производстве лакокрасочных и строительных материалов, топливных брикетов. На его основе возможно производство сорбентов для очистки воды и газоочистки, сбора нефтяных пятен с водных и грунтовых поверхностей.

4).Термолизный газ - - 5-10 %. Аналог природного газа.

5).Тепловая энергия - 1,36 Гкал при переработке одной тонны сырья в час.

Предлагаемая технология может быть интересна руководителям компаний, занимающихся утилизацией отработанных автопокрышек, которые на выходе получают продукт с низкой стоимостью и имеют сложности с его последующей реализацией.5

3.Положительные особенности технологии

Все продукты переработки не содержат высокотоксичных веществ. Исключена возможность попадания в атмосферу продуктов разложения. Перечислим наиболее важные положительные особенности технологии:

1).Низкая потребность в электроэнергии (по сравнению с другими технологиями),замкнутость цикла и экономичность, возможность использования для технологических потребностей топлив различного вида: жидкое, твердое, газообразное.

2).Безотходность. Отсутствуют отходы производства, которые требуют последующей утилизации.

3).Получение высоколиквидной продукции, включая энергоносители. Установка по переработке шин позволяет решить проблему утилизации не только с точки зрения экологии, но и дает возможность превратить переработку шин в экономически высокоэффективное производство, что в настоящее время не позволяет сделать ни одна другая технология.. Все продукты соответствуют ГОСТ-ам России. Протоколы испытаний имеются.

4).Экологическая безопасность. Продукты переработки высокотоксичных веществ не содержат. Исключена возможность выхода в атмосферу продуктов разложения. Оборудование экологически, пожаро и взрывобезопасно.

4.Установка МС.

Предлагаются следующие варианты установок для переработки резинотехнических и полимерных отходов. Установка МС перерабатывает как цельные автошины, так и мелкие отходы РТИ с добавлением отходов пластмасс. Изготавливается в виде модулей, установленных на двух шасси грузового полуприцепа. Основой технологии является способ паротермического разложения резины. Основное преимущество технологии – получение более ликвидных по сравнению с резиновой крошкой продуктов: -жидкая углеводородная фракция (выход из тонны отходов - до 45%, аналог смеси нефтяных топлив – близок к котельному топливу), -порошкового наполнителя углеродного, аналога технического углерода (выход из тонны отходов – от 35 до 50%, пригоден для использования в резинотехнических смесях различного назначения; в металлургии, производстве лакокрасочных и строительных материалов), -топливных брикетов.

6.Наименование и область применения продукции пиролиза

Установка термической переработки изношенных шин МС (далее – установка) в качестве модульного быстро разборного агрегата найдет применение на предприятиях крупного автосервиса, полигонах ТБО, автохозяйствах и других подобных местах скопления изношенных шин.

7.Состав изделия и требования к конструктивному устройству

Все составные части установки размещаются на рамных конструкциях в виде четырех модулей: модуль термолиза, модуль пароподготовки, модуль конденсации и модуль переработки твердой фракции. Модуль термолиза содержит теплоизолированную камеру термообработки (реактор), соединенную по торцам с двумя шлюзовыми камерами загрузки-выгрузки. Внутри камеры термообработки и в одной из шлюзовых камер размещены две тележки с обрабатываемым материалом. Камера термообработки содержит металлический корпус из термостойкой стали с газоходами для внутренней циркуляции теплоносителя, осуществляемой вентилятором потолочного типа по замкнутому контуру, и газоходами для обогрева камеры дымовыми газами. Газоходы внутренней циркуляции оборудованы устройством струйной подачи перегретого пара в слой обрабатываемого материала снизу вверх. На торцевых стенках корпуса установлены герметичные теплоизолированные затворы с электрическим приводом. Камера термообработки имеет полости отвода газообразных продуктов переработки и дымовых газов, оканчивающиеся выводными патрубками, а также патрубки подвода перегретого пара и дымовых газов. В камере термообработки установлен взрывной клапан, а также датчики температуры перегретого пара, газообразных продуктов переработки и газоанализатора. Шлюзовые камеры выполнены в виде теплоизолированного герметичного металлического корпуса из обычной стали, который одним из торцов герметично присоединен к камере термообработки. В донной части шлюзовой камеры установлен цепной транспортер с двухсторонним приводом для осуществления подачи в камеру термообработки и извлечения из нее тележки с обрабатываемым сырьем, шнековый транспортер для выгрузки твердого остатка и поворотное устройство для выгрузки твердого остатка из тележки. В верхней части шлюзовой камеры установлено загрузочное устройство с электороприводом, а также водораздающая система для охлаждения твердого остатка путем орошения после вывода тележки из камеры термообработки. На свободном торце шлюзовых камер установлена технологическая дверь с ручным приводом. Тележки для размещения резанных изношенных шин изготовлены из термостойкой стали, имеют поворотное днище для обеспечения выгрузки твердого остатка, имеют непровальные щелевидные отверстия для прохода теплоносителя в слой материала, а также объем, обеспечивающий загрузку не менее 1000 – 1200 кг в каждую. Модуль пароподготовки содержит топку – пароперегреватель, парогенератор, дымосос, емкость для питательной воды парогенератора, емкость для жидкого топлива. На площадке модуля размещен пульт управления установкой.Топка – пароперегреватель должна работать на жидком топливе в качестве основного с периодической подачей газообразной фракции продуктов переработки в качестве дополнительного топлива. Она должна быть оборудована серийной регулируемой горелкой и иметь датчик для измерения температуры продуктов сгорания. Дымосос также является серийно изготавливаемым изделием и обеспечивает отсос из рубашки камеры термообработки продуктов сгорания топлива в топку - пароперегреватель. Емкость для питательной воды и емкость для жидкого топлива обеспечивают запас для непрерывной работы установки в 1 смену. Пульт управления установкой обеспечивает управление и контроль всей системы электрооборудования установки. Система электрооборудования, кроме центрального пульта управления, при необходимости может быть снабжена местными постами управления для работы с отдельными агрегатами по месту их установки. Система электрооборудования должна обеспечивать защиту электрооборудования от перегрузок, сигнализацию о работе, контроль параметров работы установки, защиту от поражения электрическим током. Модуль конденсации содержит три блока конденсаторов, работающих при различных перепадах температур и оборудованных системой контроля и регулирования режимов работы каждого конденсатора. Кроме того, в модуль конденсации входит блок водоохлаждения и блок водоочистки. Конденсаторы выполнены в виде вертикальных кожухотрубных теплообменников с противоточным движением охлаждаемой и охлаждающей сред. В качестве охлаждающей среды для одной группы конденсаторов используетсянизкотемпературный насыщенный пар, а для другой – техническая вода. Для поддержания и регулировки заданных тепловых режимов в конденсаторах первой ступени и второй ступени предусмотрена система периодической подачи технической воды через калиброванные шайбы. Блок водоохлаждения состоит из батареи стандартных водовоздушных калориферов и вентилятора и обеспечивает автоматическое охлаждение технической воды, циркулирующей в конденсаторе по замкнутому контуру. Блок водоочистки обеспечивает отделение конденсата (воды) от жидких продуктов разложения шин, очистку конденсата до показателей принятых при возврате конденсата в парогенератор и перекачку с помощью насосов разделенных фракций по месту их использования. Модуль сепарации твердой фракции содержит транспортеры для перемещения твердой фракции от мест выгрузки ее из шлюзовых камер до места разделения ее на составляющие компоненты (углерод и металлокорд). Для этой цели он содержит магнитный улавливатель металлокорда и вибросито.Узел загрузки подготовленного сырья, включающий бункер-дозатор и систему транспортеров, также ходит в состав установки.

8.Принцип работы установки

Разрезанные на куски размером 100 – 300 мм изношенные автомобильные шины из бункера – дозатора, расположенного в подготовительном отделении, транспортером загружают в одну из тележек, расположенную в шлюзовой камере. После загрузки тележку с отходами с помощью цепного транспортера перемещают в камеру термообработки и закрывают затворы. Другая тележка для отходов в это время находится в другой шлюзовой камере в режиме выгрузки - загрузки и ожидания. От парогенератора через пароперегреватель в камеру термообработки подают перегретый водяной пар и с помощью вентилятора создают циркуляцию водяного пара через слой отходов. С помощью датчиков температуры и давления контролируют процесс термического разложения отходов. Регулировка процесса осуществляется путем изменения температуры перегрева поступающего в камеру термообработки пара. Образующиеся газообразные продукты термического разложения отходов выводят в систему охлаждения и разделения на жидкие и газообразные фракции.

9.Стационарная установка11

Основываясь на 10-летнем опыте нефтедобывающей компании по эксплуатации пиролизных установок для переработки шин в топливо и технический углерод, была спроектирована стационарная установка нового поколения по переработке резинотехнических отходов. В данный момент она существует в виде опытно-промышленной установки, созданной в масштабе 1:4 Разработанная технология переработки резинотехнических отходов предназначена для того, чтобы с помощью пиролизной установки решить проблему экологически чистой утилизации отходов. Установка предназначена для переработки и утилизации следующих видов отходов:

 мелкие резинотехнические отходы (рукава, шланги и т.д.);

 автомобильные шины.

За счет использования пиролизной технологии выброс в атмосферу вредных компонентов не превышает норм ПДК, принятых на территории РФ. Технология основана на пиролизе резинотехнических отходов при одновременном огневом обезвреживании отходящих газов в теплогенераторе.

Список использованной литературы.

1. Электронный ресурс: http://www.ntds.ru/statyi/116_piroliz_pokrishek.pdf

2. Статистический сборник/ В.А.Агафонов, Н.Г.Бауков, М.И.Карпова

3. Социально-экономический положение приморского края.2012/ В.А.Агафонов, Н.Г.Бауков, М.И.Карпова

Код для цитирования: Скопировать