CC BY
72
Энергометаллургический комплекс по переработке старых автомобильных шин
Бигеев В.А., Богдановский A.C.
УДК 669.15-196
Бигеев В.А., Богдановский A.C.
ЭНЕРГОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ПЕРЕРАБОТКЕ СТАРЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН
Аннотация. В статье рассмотрен способ утилизации использованных автомобильных шин методом пиролиза, при помощи которого можно не только уничтожать различные виды отходов, но и получать готовую продукцию, не нанося вреда экологии. Ключевые слова: утилизация, автомобильные шины, пиролиз, отходы, экология.
Анализируя информацию о текущем состоянии различных производств, можно говорить о том, что современные достижения в производственных сферах находятся на сегодняшний момент на достаточно высоком уровне. Этот уровень позволяет удовлетворить желания потребителя в полной мере. Однако такую оценку следует давать не всем видам производств. Только единицы технологических циклов можно называть законченными, для остальных это всего лишь условная характеристика. Все это связано с неизбежным накоплением отходов различного характера, которые, так или иначе, оказывают свое вредное воздействие на окружающую среду.
Для решения этой пресловутой проблемы необходимо вовлекать в производственный оборот отходы, которые можно превратить в товарную продукцию, тем самым создавать специализированные предприятия по их использованию и обезвреживанию [1].
Бесконечный рост цен на нефть и природный газ спровоцировал необходимость поиска другого топлива. Источником такого топлива является огромное количество вышедших из эксплуатации автомобильных шин, которые не подвергаются биологическому разложению и огнеопасны.
Несмотря на многообразие способов использования отработанных автомобильных шин, эта проблема
в настоящий момент с достаточной экологической и экономической эффективностью решена не полностью. В ряде случаев шины подвергаются переработке «в крошку», используются в качестве топлива для получения энергии. Однако такие направления являются затратными и малоэффективными, так как не позволяют в полной мере использовать ценные свойства и материалы, содержащиеся в старых шинах.
В основе предлагаемого способа извлечения полезных продуктов из полимерных и резиносодержа-щих отходов лежит метод пиролиза.
Пиролиз (от греч. Pyr - огонь, жар и Lysis - разложение, распад) термическое разложение органических соединений в среде с недостатком кислорода при различных температурах [2].
В свете данной проблемы была разработана принципиально новая схема переработки отходов, предназначенная для термического разложения углеводородного сырья, которая позволяет решать сразу несколько целевых задач, связанных не только с улучшением экологической обстановки окружающей среды, но и с получением ликвидных продуктов. «Во главе» схемы находится установка для переработки твердых отходов (пат. РФ №110819).
Технологическая схема установки для переработки твердых отходов представлена на рис. 1.
Рис. 1. Технологическая схема установки для переработки твердых отходов: 1 - реактор; 2 - крышка; 3 - топка; 4 - газоход; 5 - нижний участок газохода; 6 - вертикальный участок газохода; 7 - полость реактора; 8 - торцевая стенка; 9 - верхнийучасток; 10 - изогнутыйучасток; 11 - утилизатортепла; 12 - устройство очистки; 13, 14 - система охлаждения; 15-20 - механизм выгрузки; 21-24 - система конденсации
Работает установка следующим образом:
Сырье загружают в полость реактора из жаростойкого материала. Сырье нагревается до определенной температуры и подвергается разложению с образованием газовой смеси, углеродистого остатка и металлолома. Газовая смесь направляется из реактора в охладитель. Там она конденсируется и превращается в жидкое топливо. Образующиеся неконден-сируемые горючие газы используются для поддержания стабильной температуры реактора. Углеродистый остаток и металлолом извлекают из полости реактора после завершения процесса.
При этом из некоторого количества данного сырья получаются следующие продукты:
- жидкое топливо 40%;
- углеродистый остаток 35%;
- металлолом 15%;
- горючие газы 10%.
В зависимости от вида используемого сырья возможны колебания в объемах получаемых продуктов.
Полученные продукты уже нашли свое применение в промышленности.
Синтетическое жидкое топливо имеет коричневатый цвет и специфический запах. Этот запах обусловлен присутствием большого количества ароматических углеводородов.
На основании обзора технической информации и экспериментальных данных по качеству жидкий продукт пиролиза изношенных автопокрышек можно классифицировать как топливо печное бытовое и наметить следующие направления его использования:
1. В качестве печного бытового топлива для сжигания в котельных различного вида.
2. В качестве альтернативной замены мазута для бытового обогрева.
3. В качестве флотореагента на угольных обогатительных фабриках.
4. Для разгонки на тяжелую мазутную, дизельную, бензиновую, керосиновую фракции на нефтеперерабатывающих предприятиях.
Результаты испытания жидкого топлива представлены в табл. 1.
Углеродистый остаток представляет из себя крошку 0,5-3 см, с отдельными кусочками размером до 8-15 см. Цвет черный, с сероватым оттенком. Структура пористая, частично (до 25%) разрушается, края хрупкие, обламываются.
Основные направления использования углеродистого остатка в качестве готового продукта:
1. Как наполнитель при составлении резиновых смесей, а именно:
- в различных рецептурах мягких резин [3];
- в производстве пластмасс и в лакокрасочной промышленности [5].
2. Как сорбент при очистке сточных вод и стоков промышленных предприятий [5].
3. Как активированный уголь, близкий к свойствам
промышленных осветляющихуглей марки ОУ-А [3].
4. Как компонент угольной шихты для получения металлургического кокса удовлетворительного качества [6].
5. Как добавка к топливу (углю) для сжигания в котельных [4,7].
Таблица 1
Результаты испытания жидкого топлива
6. В качестве топливной добавки на стадии предварительного нагрева лома в технологии выплавки стали в конвертере [9].
7. Как вспениватель и карбюризатор при выплавке стали в современных электродуговых печах [9].
9. В качестве топлива для агломерационного производства.
Сравнительная характеристика углеродсодержа-щих материалов представлена в табл. 2.
Таблица 2
Сравнительная характеристика углеродсодержащих материалов
Параметр сравнения Антрацит Кузнецкого бассейна Продукт пиролиза углеродистый остаток
[С], % 93-97 94-97
[Б], % Не более 1,0 1,49
Зольность, % 4-16 СО 7,
Летучие, % 4-42 4,07
Теплота сгорания, МДж/кг 29,1-36,01 32,5
Металлом представляет собой металлокорд, канатное изделие различного диаметра, свитое из нескольких тонких высокопрочных стальных проволок.
Химический состав стали, применяемой для изготовления металлокорда, приведен в табл. 3.
Наименование показателя Печные топлива Жидкий продукт
ТУ 38.101656-87 ТУ 38.101656-05
Температура вспышки в закрытом тигле, °С Не ниже 65 45 63
Температура застывания, °С Не выше -15 -5 -50
Массовая доля воды, % Не более 1,0 0,2 0,24
Массовая доля серы,% Не выше 0,5 1,1 0,4
Плотность при 20°С, кг/м3 Не нормируется 800-970 9 со
Зольность, % Не выше 0,02 0,02 0,011
Теплота сгорания, кДж/кг Не ниже 41454 41454 41380
Энергометаллургический комплекс по переработке старых автомобильных шин
Бигеев В.А., Богдановский А.С.
Таблица 3
Химический состав стали, применяемой для металлокорда
Сталь Соде ржание элементов, %
С Мп Я А P S
70 корд 0,65-0,68 0,65-1,30 0,17-0,25 - 0,025 < 0,018
70 техно 0,65-0,72 0,65-0,90 0,17-0,35 0,05 < 0,025 < 0,025
70 0,68-0,73 0,35-0,70 0,35-0,40 0,08 < 0,025 < 0,025
По классификации фирмы «Даниэли» кордовый металлический лом попадает в разряд качественного лома, это можно увидеть на рис. 2 - содержание остаточных элементов в различных видах шихты.
Содержание остаточных элементов (Си, Сг, Ж Мо, Эп. РЪ) в различных видах шихты
Жёл&зо пшм. | еосс-ия(ОЕ1}
Чугун
Кордовый лом
Лист и балки
Рельсы
Тяжёлое ёсный лом (НМБ №1)
Шредерный лом
Тяжёлое есньш лои (НМЕ №1)
А9-А10
т Ь |акс]|Ш.ТЫ!1|Й уровень - сталь для автояиста
Максимальный урркиь -стапыиих/к проката
0,35
0,45 ■
0,5
0,5 * Мяьаы.пьньш уровень - стмьд<м арматуры
0,75
0,9
Содержание остаточных Элементов (Си+ Сг+М+Мо+ Эп+РЬ),%
Рис. 2. Содержание остаточных элементов в различных видах шихты
Были произведены расчеты плавок с различными вариантами шихтовок в дуговой сталеплавильной печи (ДСП) по модели, разработанной на кафедре металлургии черных металлов Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова с использованием углеродистого остатка и извлеченного кордового лома, которые показали, что использование извлеченных материалов целесообразно.
Это видно на рис. 3 - содержание примесей в металле при различных вариантах шихтовки.
Содержание примесей цветных металлов в готовой стали с увеличением доли кордового металлического лома уменьшается.
Получаемый неконденсируемый газ можно использовать как топливо для энергетических котлов бытовых и промышленных котельных, двигателей внутреннего сгорания, газовых турбин, сушильных и теп-
лообменных аппаратов разного назначения, т.е. как альтернативу природному газу или жидким видам топлива.
Выявляя преимущества отдельно взятой установки для переработки твердых отходов и всего энергометаллургического комплекса, можно обозначить, что:
1. Данный процесс требует меньшей подготовки исходного материала по сравнению с другими методами, т.е. исключается процесс измельчения сырья, он менее чувствителен к содержанию в нем влаги.
2. Структура такого предприятия предполагает самообеспечение электроэнергией и собственный выпуск полупродуктов и готовой продукции.
3. Переработка 100% бытовых и некоторых других видов отходов.
4. Высокая экологичность. Исходя из всего вышеперечисленного, можно сделать вывод, что создание объектов для переработки полимерных и резиносодержащих отходов, в частности старых автомобильных шин, позволит не только экономить первичные энергоресурсы, но и, как следствие, снизить себестоимость выпускаемой продукции в различных отраслях промышленности.
Таким объектом может стать энергометаллургический комплекс по переработке изношенных автомобильных шин, при котором образуются вторичные энергоресурсы, количество и качество которых достаточно для дальнейшего передела других отходов в полезные продукты, а также для преобразования одного вида энергии в другую.
Содержание примесей в металле в зависимости от варианта шихтовки
^^^^^^^ 0,03
I
100%обычного металлического лома
50% обычного и Б0% кордового металлического лома
Биршшты шихтовки
100% кордового металлического лома
Рис. 3. Содержание примесей в металле при различных вариантах шихтовки
Использование энергоресурсов установки пиролиза для переработки изношенных автомобильных шин представлено на рис. 4.
Рис. 4. Направления использования вторичных энергоресурсов установки пиролиза
Список литературы
Косырев К.Л., Фоменко А.П. Энергометаллургический комплекс -ключ к решению проблемы переработки техногенных отходов // Черная металлургия. 2012. №10.
2. Электронный ресурс. Режим доступа: http://dic.academic.ru
3. Глезин И.Л., Вишнев В.Г., Боровиков Г.И. Новые возможности использования сланцеперерабатывающих агрегатов // Нефтепереработка и нефтехимия. 2002. № 10.
4. Использование отработанных автомобильных покрышек / Волынкина Е.П., Кудашкина С.А., Незамаев A.B. и др. // Экология и промышленность России. 2004. № 1.
5. Тимонин A.C. Инженерно-экологический справочник. Т.З. Калуга: Изд-во. Н. Бочкаревой, 2003.
6. Пат. 2202903 ФРГ, кл 10в, 16/17 (с 10 15/48) 1972. Способ утилизации и использование отработанных покрышек автомашин.
7. Утилизация отработанных автомобильных покрышек / ВолынкинаЕ.П., КудашкинаС.А., Охотников В.Ф. и др. // Экология и промышленность России. 1999. № 3.
8. Исследование свойств резины, наполненных остаточным углеродом - продуктом пиролиза изношенных автопокрышек / Алаичев В.А., Грабо-рова Е.М., Емельянов Д.П. и др. // Совершенствование производства технического углерода: сб. науч. тр. ЦНИИПЭ нефтехим. Москва, 1979.
9. Старке Э.П. Страхов В.М. Карбюризатор на основе буроугольного кокса для химико-термической обработки стали // Кокс и химия. 2003. №9.
Сведения об авторах
Бигеев Вахит Абдрашитович - д-р техн. наук, проф., директор института металлургии, машиностроения и материало-обработки, зав. кафедрой металлургии черных металлов ФГБОУ ВПО «Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова». Тел.: 29-85-59. E-mail: v.bigeev11@yandex.ru.
Богдановский Александр Сергеевич - аспирант ФГБОУ ВПО «Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова». E-mail: sasha174@inbox.ru.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
ENERGY METALLURGICAL COMPLEX ON OLD AUTOMOBILE TIRE RECYCLING
Bigeev Vahit Abdrashitovich - D.Sc. (Eng.), professor, Director of «Metallurgy, Mechanic Engineering and Materials Processing» Institute, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: 8(3519)29-85-59. E-mail: v.bigeev11@yandex.ru.
Bogdanovsky Alexander Sergeevich - a postgraduate student, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: sasha174@inbox.ru.
Abstract. This article considered the method of disposal of utilized tires by pyrolysis, with the help of which you can not only destroy the various types of waste, but get ready products without harming the environment.
Keywords: recycling, tires, pyrolysis, waste, ecology.
References
1. Kosirev K.L., Fomenko A.P. Jenergometallurgicheskij kompleks - kljuch k resheniju problemy pererabotki tehnogennyh othodov. [Energy and metals complex - the key to solving the problem of recycling industrial waste]. Chernaja metallurgija. [Metallurgy Bulletin scientific, technical and economic information]. 2012, no. 10.
2. Electronic resource. Mode of access: http://dic.academic.ru
3. Glezin I.L., Cherry V.G., boletus G.I. Novye vozmozhnosti ispol'zovanija slancepererabatyvajushhih agregatov [New features of the oil shale units].
Refining and Petrochemicals. 2002, no. 10. •-
4. Volynkina E.P., Kudashkin S.A., Nezamaev A.V. etc. Ispol'zovanie otrabotannyh avtomobil'nyh pokryshek. [The use of used car tires]. Ecology and Industry of Russia. 2004, no. 1.
5. Timonin A.S. Inzhenernojekologicheskj spravochnik. [Engineering and Environment Book]. Kaluga: Univ. N. Botchkareva, 2003, vol. 3.
6. Pat. Germany number 2202903 cl 10c, 16/17 (10-15/48), 1972. Method of disposal and use of waste tires of motor vehicles.
7. Volynkina E.P., Kudashkin S.A. Hunters V.F. etc. Utilizacija otrabotannyh avtomobil'nyh pokryshek. [Dispose of used tires]. Ecology and Industry of Russia, 1999, no. 3.
8. Alaichev V.A., Graborova E.M., Emelyanov D.P. et al. Issledovanie svojstv reziny, napolnennyh ostatochnym uglerodom - produktom piroliza iznoshen-nyh avtopokryshek. [Study of the properties of rubber filled with residual carbon - the product of pyrolysis of used tires]. Improvement of production of carbon: Sat scientific. tr. TSNIIPE Petrochemical, Moscow, 1979.
9. Stark E.P., Fears V.M. Karbjurizator na osnove burougol'nogo koksa dlja himiko-termicheskoj obrabotki stali. [Carburizator based on lignite coke chemical heat treatment of steel]. Coke and Chemistry, 2003, no. 9.
