СРС №6 Економічно безпечні методи переробки та утилізації відпрацьованих автопокришок

Переробка шин - одна з найбільш актуальних проблем, з числа поставлених світовим автомобілебудуванням перед людством. Утилізація шин, які виробили свій термін служби – це, найчастіше, звичайне викидання їх на смітник. Цей спосіб не можна назвати екологічно безпечним, оскільки в природних умовах шини розкладаються більше 150 років на токсичні органічні сполуки, які потраплять у ґрунт.

Динамічний ріст парку автомобілів у всіх країнах приводить до постійного нагромадження зношених автомобільних шин.

За даними Європейської Асоціації по вторинній переробці шин у Європі щорічно накопичується близько 2 млн. тонн амортизованих автомобільних шин, а обсяг їхньої переробки методом здрібнювання не перевищує 10%. Близько 20% використовується як паливо.

Після того, як автомобільні шини відпрацювали свій термін - в Україні вони найчастіше з’являються не на заводах по переробці - а на стихійних смітниках.

У зв'язку з цим їх накопичилось так багато, що зараз під смітники використовуються величезні території. Гори непотрібної гуми вогненебезпечні, на них виникають цілі колонії дрібних гризунів і різних комах, переносників захворювань. З кожним днем, їх стає усе більше - шини залишають гнити в посадці, у лісі, або їх просто викидають на дорозі. За рік накопичується більше трьохсот тисяч тонн такого сміття.

Якщо ми спалюємо середньої величини шини (вісім з половиною кілограм одна шина), то одержуємо сто двадцять грам канцерогенної речовини, що викликає рак та інші найнебезпечніші хвороби

Утилізація відпрацьованих покришок - одна із самих наболілих екологічних проблем нашого часу. При спалюванні автомобільної шини в атмосферу, попадають біфеніл, антрацен, флуорантен, пірен діфеніламіну, дібутілфталата, фенантрена та інші.

За прогнозами Конференції ООН по навколишньому середовищу і розвитку обсяг твердих відходів до 2025 р. виросте в 4-5 разів. Загальносвітові запаси зношених автошин оцінюються в 25 млн.т. при щорічному приросту не менш 7 млн. тонн. З цієї кількості у світі тільки 23 відсотка покришок знаходять застосування (експорт в інші країни, спалювання з метою одержання енергії, механічне роздрібнення для покриття доріг і ін.). Але 77 відсотків використаних автопокришок ніяк не утилізується через відсутність рентабельного способу утилізації. У СНД щорічний обсяг відпрацьованих автошин оцінюється цифрою більш 1 млн. тон.

При постійному збільшенні світових товарних потоків росте автомобільний ринок вантажного і легкового автотранспорту, а слідом за ним - споживання автомобільних покришок. Таке виробництво енерго- і матеріаловитратне, а як необхідні компоненти, використовується ряд природних елементів (наприклад, нафта, залізо, високоякісний каучук і текстильний корд), які припускають багаторазову переробку і повторне використання. Позитивною стороною утилізації є також і те, що виходить додаткова кількість корисних продуктів для різних галузей хімічної промисловості і не відбувається повторного забруднення навколишнього середовища. З цих причин утилізація є не тільки економічно доцільним, але й екологічно кращим рішенням проблеми використання органічних відходів і гумовмісних матеріалів.

Найбільше широко використовуваними способами утилізації відходів органічної природи методом термічної переробки є спалювання, газифікація, піроліз, термічний сольволіз, крекінг, каталітичний крекінг. У результаті проведення таких процесів одержують величезну кількість різних продуктів (тверді, рідкі, гази). До числа цих продуктів відносяться різні види палив (моторні, котельні та ін.)

Технології переробки. Утилізація шин покришок, таким чином, здатна вирішити відразу дві проблеми: з одного боку, вона знімає екологічну напруженість, а з іншого – дозволяє одержати економічну вигоду від повторного використання природних ресурсів.

Гума – високомолекулярний матеріал і відноситься до термореактивних полімерів, які на відміну від термопластичних не можуть перероблятися при високій температурі і не можуть перероблятися до вторинних гранул, з яких потім випускаються нові товари. Це створює серйозні проблеми для вторинного використанні гумових відходів. Утилізація шин автомобільних покришок ведеться за такими технологіями:

– Здрібнювання гуми в порошок.

– Спалювання шин для одержання енергії

– Виробництво регенерованого матеріалу

Сьогодні у світі застосовується цілий ряд технологій по переробці й утилізації відходів гуми і зношених автомобільних шин. Такі технології припускають використання цілих шин, застосування їх і гумових відходів для одержання енергії (спалювання, використання в цементній промисловості), здрібнювання шин і відходів гуми з метою одержання гумової крихти і порошку, одержання на основі відходів гуми і старих шин регенерату

Спалювання шин з метою одержання енергії. З точки зору екології використання зношених шин для одержання енергії оцінюється неоднозначно. У першу чергу це зв'язано з виділенням цинку й окислів сірки в атмосферу.

Однак очисні установки для шкідливих газів і з'єднань важких металів вимагають великі витрати. Метод спалювання шин – безперспективний з енергетичної точки зору: енергія, накопичена в шині, дорівнює енергії, при спалюванні 27-30 літрів нафти (21 літр витрачається на виготовлення сировини і 6 літрів на процес переробки).

Однак, електроенергія при спалюванні газу і нафти значно дешевше. Основною причиною застосування методів спалювання шин для одержання енергії, в багатьох розвитих країнах, є відсутність ефективних технологій глибокої переробки шин з метою одержання продуктів високої якості.

Застосування шин як палива у цементній промисловості. Цілі або розрубані на шматки шини загружаються в обертову піч, де температура вихідних газів досягає1500 ^о С. Металокорд частково заміняє залізну руду, необхідну у виробництві цементу. Рекомендують заміняти шинами 5 - 10% палива. Застосування зношених шин у цементній промисловості дозволяє заощаджувати 1-2% основного виду палива.

Піроліз. У найбільш розвитих країнах (США, Японії, Німеччини, Швейцарії й ін.) уже досить тривалий час експлуатуються дослідно-промислові установки по піролізу шин потужністю 7-15 тис. т. за рік.

Піроліз шматків шин і гумової крихти здійснюється в середовищі з недостатком кисню, у вакуумі, в атмосфері водню при присутності каталізаторів і без них, у реакторах періодичної і безупинної дії.

Технологія переробки автопокришок у паливо заснована на нагріванні без доступу кисню до температури в 400°С (низькотемпературний піроліз). Без доступу кисню під дією температури будуть відбуватися складні хімічні процеси розпаду на ті основні компоненти, з якого вони були зроблені, а це звичайні нафтові фракції. При цьому через високу температуру ці фракції відразу ж і випарюються. Такі фракції потрібно вибрати з автоклава і скондесувати. А неконденсований газ піролізу, направляється в топку реактора, де спалюється для підтримки процесу.

Виробничий цикл складається з:

1. Сушіння і нагрівання гуми (використовуються допоміжне паливо) - 2 години

2. Низькотемпературний піроліз - 6-8 годин

3. Примусове охолодження вуглецевого залишку - 8-10 годин

4. Продувка вуглекислотою - 40 хв

Основні переваги піролізної технології:

1. По закінченню процесу піролізу, у автоклаві відбувається активація вуглецевого залишку, що дозволяє досягти високих технічних характеристик одержуваного згодом технічного вуглецю.

2. Високі якісні і кількісні показники, і, так само, придатність одержуваної продукції до подальшої переробки, що є результатом "закритого" процесу піролізу (камера піролізу герметично відділена від топкової камери).

3. Устаткування – модульне.

4. Витрата електроенергії мінімальна.

5. Норми викидів відповідають вимогам охорони навколишнього середовища

Шини вітчизняного виробництва дуже сильно відрізняються від закордонних покришок. Цей нюанс вносить значні корективи в переробку основних обсягів шин, які накопичуються на території СНД. При усій своїй зовнішній подібності з закордонними покришками, вони відрізняються своєю будівлею і складом. Переробити таку гуму набагато складніше, ніж закордонні аналоги, насамперед у силу будівлі її армуючої складової - корду. В основному обсязі шин, які накопичуються в Україні, більш 90% складають шини зі змішаним типом корду. Це значить, що "наші" шини мають радіальну конструкцію, де крім армуючого каркасу дроту є і синтетичний корд. У закордонних країнах ситуація дзеркально протилежна - основні обсяги зношених покришок, які накопичуються, мають суцільнометалевий тип корду.

Шини являють собою цінну полімерну сировину: в 1 т шин міститься близько 700 кг гуми, яка може бути повторно використана для виробництва палива, гумотехнічних виробів і матеріалів будівельного призначення. У той же час, якщо спалити 1т зношених шин, то в атмосферу виділяється 270 кг сажі і 450 кг токсичних газів.

Виробництво складається з ділянок:

♦ склад сировини (зношені автопокришки);

♦ділянку підготовки сировини (оброблення шин на шматки);

♦ділянка переробки автопокришок;

♦склади готової продукції: склад рідкого палива, склад технічного вуглецю, ділянка складування металобрухту (металокорд).

Автомобільні шини збираються і звозяться автотранспортом на склад сировини. Далі автогума оглядається на предмет наявності в ній металевих дисків, кілець і направляється на обробку. Потім подрібнену сировину подають в приймальний бункер реактора.

Сировина в реакторі піддається розкладанню при температурі приблизно 450°С, в процесі якого виходять напівпродукти: газ, рідкопаливна фракція, вуглецевмісний залишок і металокорд. Газ частково повертається в топку реактора для підтримання процесу. Частина газу викидається через трубу.

Вуглецевмісний залишок після гасіння й охолодження піддається магнітної сепарації (або проходить крізь сито) з метою відокремлення дроту металокорду.

Через завантажувальний бункер (Рис. 1) в основну колону завантажуються нарізані автошини. Потім підпалюються в нижній частині колони. При цьому завантажувальний бункер і відсік вивантаження закриті.

Вся гума прогрівається, але не горить (за винятком нижньой частини, яка тліє). За допомогою димососа вуглеводневі фракції, які виділяються при нагріванні гуми, висмоктуються димососом з основної колони через циклон з сепаратором, колону 1 і колону 2.

У колонах 1 і 2 вуглеводневі фракції охолоджуються і конденсуються, перетворюючись на рідке піролізне паливо. Фракції, які не конденсувалися, (у газоподібному вигляді) направляються частково в основну колону, а частково на викид.

Вода для охолодження є оборотною і використовується повторно.

Піролізне паливо застосовується як рідке паливо для побутових і стаціонарних опалювальних казанів, є сировиною для виробництва пластифікаторів.

Технічний вуглець, який містить 92-99% чистого вуглецю, у технологічному процесі направляється на облагороджування, у результаті чого виходять вуглецеві матеріали для металургії. Діапазон споживання: вуглець-вуглецеві матеріали для металургії, виготовлення штучних алмазів, канцтоварів, щіток для електродвигунів, хімічних джерел струму, екранів шахтних кабелів, як наповнювач для виготовлення гумових виробів і т.д.

Металобрухт (металокорд очищений) - високолегована сталь. за своїми показниками (М-40) з масової частки змісту сірки- 0.6%

Таке виробництво є екологічно чистим підприємством, що володіє безвідхідною технологією. Дослідження показали можливість безпечного використання вторинного матеріалу після утилізації автомобільних шин на виробництві споживачами: підприємства нафтопереробки і нафтохімії, металургійна, електрокабельна промисловість і т.д.

Пропонований процес гарантує захист навколишнього середовища від виділення летучих токсичних сполук. Вирішується проблема 100% використання усього відпрацьованого матеріалу.

Український державний науково-технічний центр "Енергосталь" виконує комплексні роботи по створенню установок продуктивністю від 50 до 600 кг/рік для утилізації зношених автомобільних шин (ЗАШ).

Крім основного технологічного устаткування - установки термохімічної деструкції - можливе постачання допоміжного устаткування: роздрібнювачів ЗАШ, передатних пристроїв, нагромаджувачів і ін.

В основу роботи установки покладений метод термохімічної деструкції, що дозволяє здійснювати утилізацію.

Переваги пропонованої установки УДНТЦ «Енергосталь»:

· низький рівень енерговитрат на переробку автомобільних шин за рахунок використання в технологічному процесі паливного газу, який утвориться при переробці, і теплоти твердого вуглецевевмісного залишку для підігріву повітря горіння;;

· кінцевими продуктами даної технології є ліквідні паливні енергоресурси - рідкі нафтопродукти з теплотворною здатністю 41-44 МДж/кг (аналог палива грубного побутового ТУ 38.101656-87), твердий вуглецевевмісного продукт - 31-34 МДж/кг (аналог кам'яного вугілля) і металевий брухт;

· рівень шкідливих викидів у навколишнє природне середовище відповідає діючим в Україні стандартам.