Утилизация шин

Наука и техника начала третьего тысячелетия развивается в темпах геометрической прогрессии, не является исключением и промышленность как одна из самых масштабных сфер деятельности человека.

Подобного рода тенденция распространилась по всему миру и уже захватила развивающиеся, в прошлом слаборазвитые, страны.

В связи с безупречностью технологических процессов на данном этапе неизбежно негативное воздействие промышленности окружающую среду, промышленных отходов как компонента данного воздействия. Ежегодно во всем мире и в нашей стране миллиарды тонн твердых, пастообразных, жидких, газообразных отходов поступает в биосферу, нанося тем самым непоправимый урон как живой, так и неживой природы. В глобальных масштабах изменяется круговорот воды и газовый баланс в  атмосфере. Огромное количество видов живых существ подвержены воздействию опасных веществ, в том числе на генетическом уровне, отсюда вытекает поражения целого ряда поколений организмов, а может и множества. Стало очевидным, что и люди не застрахованы от жатвы плодов своей беспечности и халатного отношения природе. Так, лишь по прошествии нескольких десятилетий после создания крупных промышленных узлов, на которых велся недостаточно или не велся вовсе контроль над выбросами токсичных отходов в биосферу, в окрестностях стали появляться на свет дети с очевидными мутациями. Если люди в состоянии позаботиться о себе, животные и растения сами на это не способны, поэтому необходимо тщательно следить за развитием и жизнедеятельностью организмов в зонах прямого и косвенного воздействия промышленных предприятий и смежных с ними объектов. Несмотря на давность и большое количество исследований в области экологически чистого производства, проблема утилизации и переработки отходов остается актуальной до сих пор.

В общем, отходами называются продукты деятельности человека в быту, на транспорте, в промышленности, не используемые непосредственно в местах своего образования и которые могут быть реально или потенциально использованы как сырье в других отраслях хозяйства или в ходе регенерации. Отходами производства являются остатки материалов, сырья, полуфабрикатов, образовавшихся в процессе изготовления продукции и утратившие полностью или частично свои полезные физические свойства. Отходами производства могут считаться продукты, образовавшиеся в результате физико-химической переработки сырья, добычи и обогащения полезных ископаемых, получение которых не является целью данного производства. Отходы потребления – непригодные для дальнейшего использования по прямому назначению и списанные в установленном порядке машины, инструменты, бытовые изделия.

Важность экономного и рационального использования природных ресурсов не требует обоснований. В мире непрерывно растет потребность в сырье, производство которого обходится всё дороже. Будучи межотраслевой проблемой,  разработка малоотходных и безотходных технологий и рациональное использование вторичных ресурсов требует принятия межотраслевых решений.

Острота проблемы, несмотря на достаточное количество путей решения, определяется увеличением уровня образования и накопления отходов. Усилия зарубежных стран направлены, прежде всего, на предупреждение и минимизацию образования отходов, а затем на их рециркуляцию, вторичное использование и разработку эффективных методов окончательной переработки, обезвреживания и окончательного удаления, а захоронения только  отходов, не загрязняющих окружающую среду. Все эти мероприятия, бесспорно, уменьшают уровень негативного воздействия отходов промышленности на природу, но не решают проблему прогрессирующего их накопления в окружающей среде и, следовательно, нарастающей опасности проникновения в биосферу вредных веществ под влиянием техногенных и природных процессов. Разнообразие продукции, которая при современном развитии науки и техники может быть безотходно получена и потреблена, весьма ограничено, достижимо лишь на ряде технологических цепей и только высокорентабельными отраслями и производственными объединениями.

Процесс термического пиролиза углеводородного сырья остаётся основным способом получения низших олефинов – этилена и пропилена. Существующие мощности установок пиролиза составляют 113,0 млн.т/год по этилену или почти 100 % мирового производства и 38,6 млн.т/год по пропилену или более 67 % мирового производства (остальное – 30 % производства пропилена приходится на каталитический крекинг, около 3 % мирового производства пропилена вырабатывается из нефтезаводских газов НПЗ, а именно из газов процессов замедленного коксования и висбрекинга). При этом, среднегодовой прирост потребления этилена и пропилена в мире составляет более 4 %.

Наряду с производством этилена и пропилена, процесс пиролиза является основным источником дивинила, выделяемой из сопутствующей пиролизной С4 фракции и бензола, получаемого из жидких продуктов пиролиза. Около 80 % мирового производства дивинила и 39 % бензола приходится на пиролиз углеводородов.

В промышленных условиях пиролиз углеводородов осуществляют при температурах 800-900 ⁰С и при давлениях, близких к атмосферному (на входе в пирозмеевик ~ 0,3 МПа, на выходе – 0,1 МПа избыточных). Время пребывания сырья  в пирозмеевике составляет 0,1 – 0,5 сек. Большинство исследователей придерживаются теории цепного свободно-радикального механизма разложения при пиролизе в вышеуказанных условиях. Условно все реакции при пиролизе можно разделить на первичные и вторичные. Первичные реакции протекают с увеличением объёма реакционной массы. Это, в основном, реакции расщепления парафинов и нафтеновых углеводородов с образованием углеводородов с меньшей молекулярной массой. Вторичные реакции протекают, преимущественно, на поздних стадиях пиролиза и протекают они с уменьшением объёма реакционной массы. Это, в основном, реакции образования ароматических, полиядерных ароматических углеводородов в результате реакции конденсации/поликонденсации термически стабильных ароматических углеводородов и в результате реакций типа Дильса-Альдера. Также к вторичным реакциям можно отнести реакции образования различных твёрдых углеродистых соединений, которые в промышленности принято называть коксом.

Проект решает проблему переработки резиносодержащих отходов, таких как изношенные шины, а также других полимерных отходов (пластиковые бутылки, текстиль и т.п.).

В настоящее время существуют следующие способы утилизации изношенных шин:

1. Захоронение (вывоз на свалку, сброс в водоемы и т.п.);

2. Сжигание шин в цементных печах или энергетических установках;

3. Переработка в крошку (механическим способом, с помощью озона, взрывоциркулярным, криогенным и т.д.);

4. Пиролиз шин.

Выброшенные на свалку шины выделяют токсичные вещества (до 100 химических веществ), которые, в частности,  с грунтовыми водами разносятся далеко за пределы свалки. При сжигании 1 т изношенных шин в атмосферу выделяется 270 кг сажи  и 450 кг токсичных веществ (диоксиды, бензапирен, дибензоантрацен и т.п.).

Поэтому Европейский Совет 02.04.1999 г. принял специальную Директиву «О свалках», по которой с 2003 г. шины сжигать запрещено.

Из вышеуказанного следует, что первые два способа утилизации шин крайне нежелательны, более того, сами по себе шины являются ценным полимерным сырьем, и закапывать такое сырье или сжигать было бы крайне неразумно.

Переработка отходов резины в крошку максимально сохраняет физико-механические и химические свойства материала. В дальнейшем такая резиновая крошка может быть использована как добавка в дорожные покрытия, в напольных покрытиях спортивных сооружений,  в изготовлении тротуарной плитки и т.п. Однако дороги с таким покрытием разрушаются быстрее, чем с традиционным асфальтовым.

Для переработки отходов посредством пиролиза характерны три режима:

—        400÷700 ⁰С «низкотемпературный пиролиз» приводит к молекулярной деструкции органических компонентов на газообразные, жидкие и твердые углеводороды;

—        700÷1000 ⁰С «среднетемпературный пиролиз» приводит к молекулярной деструкции органических компонентов на газообразные и твердые углеводороды;

—        6000 ⁰С «высокотемпературный пиролиз» приводит к атомарной деструкции органических компонентов на газообразные углеводороды и твердый остаток.

Жидкие углеводороды более транспортабельны, чем газообразные. Исходя из этого, для переработки резиносодержащих отходов (не содержащих радиоактивности, хлора и т.п.) представляет интерес «низкотемпературный пиролиз». Это переработка  резинотехнических и полимерных отходов, в результате которой получаем в примерном соотношении по массе:

~ 30÷50 % — жидкий продукт (смесь циклических углеводородов с плотностью около 925 кг/м³, содержанием серы менее 0,5 %, теплотой сгорания около 49,5 МДж/кг) аналог мазута М100÷Ф5;

~ 30 % — твердый продукт (плотность около 430 кг/м³, зольность менее 15%, теплота сгорания около 27,5 МДж/кг) аналог технического углерода – П803;

~ 10 % — металлический лом;

~ 10 % — углеводородные газы (С₂÷С₅) аналог метана-пропана.

Из приведенного решения следует – данные отходы – полимерное сырье, которое может являться и энергоносителем.

В процессе пиролиза шин и других полимерных отходов не образуются диоксины, которые выбрасываются в атмосферу в избытке при сжигании резины. В Европе начинают применять оборудования, основанные на методе пиролиза. Так, например, в Нидерландах фирмой «ALCOA» построен пиролизный завод по очистке алюминия от краски и пластика, во Франции разработан модуль по переработке изношенных шин (представитель в России «БИКОМ Интернейшнл»). Действующие установки появились в последнее время и в Азии – в Японии есть действующий завод, работающий с 1985 г. (фирма «Spainex», в Турции в 2005 г. фирмой «En—tek» построен завод, корейская фирма «K.K. IncineratorEngineering & ConstructionCo. Ltd.» предлагает завод модульного типа по переработке автомобильных покрышек. В нашей стране производством и продажей пиролизных установок занимается Южно-уральская промышленная компания (г.Орск).

Переработка шин методом пиролиза является безотходным способом утилизации, в результате которого получается: жидкий продукт – аналог мазута, твердый продукт – аналог технического углерода, металлический лом и  углеводородные газы – аналог метан-пропана. Все продукты переработки являются товарной продукцией.

Безотходность данного метода согласуется с мировыми тенденциями в области утилизации отходов, в частности изношенных шин. Новые Международные Декларации, резолюции, Инициативы, такие как

·        Декларация Рио-де-Жанейро и Повестка дня XXI века, июнь 1992 года;

·        Всемирная встреча на высшем уровне по устойчивому развитию в Йоханнесбурге, август 2002 года;

·        Резолюция конгресса Европейского континента  «Об устойчивом пространственном развитии Европейского континента»,

принятая 27.05.2004 г.;

·        «инициатива 3R», которая была поддержана на саммите «Группой восьми» (8G) в Си-Айленде в 2004 году и введена в действие в Токио в апреле 2005 года

 Уделяют особое внимание проблемам ресурсосбережения, безотходности и предотвращения загрязнения окружающей среды («ноль отходов – ноль потерь»).

дд