CC BY
31ПОВЕДЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ СЕРЫ ПРИ СЖИГАНИИ ШИН В РЕЖИМЕ ФИЛЬТРАЦИОННОГО ГОРЕНИЯ
Цветкова Ю.Ю. молодой ученый, Кислов В.М., Пилипенко Е.В. Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка, iulya@icp.ac.ru DOI: 10.24411/9999-004A-2018-10057
Анализ мирового опыта в отрасли утилизации изношенных автомобильных шин говорит о том, что все существующие на сегодняшний день методы имеют экономические и/или экологические проблемы. Захоронение резины приводит к загрязнению почвы из-за вымывания токсичных полиароматических углеводородов. Отработанная резина обладает высоким энергетическим потенциалом, который даёт возможность использовать её в качестве альтернативного топлива. Высокая токсичность продуктов сжигания шин предопределяет дорогую систему очистки, что снижает экономичность автопокрышки как энергоносителя. При сжигании автомобильных покрышек, в которых массовое содержание серы, как правило, составляет ~1.5-1.7 % основным газообразным серосодержащим продуктом является диоксид серы.
Цель работы заключалась в исследовании распределения соединений серы в продуктах газификации при сжигании автомобильных покрышек в фильтрационном режиме.
Эксперименты проводили в вертикальном цилиндрическом реакторе периодического действия, выполненном из кварцевого стекла, внутреннего диаметра 46 мм и длиной 800 мм (рис. 1).
17 5 12 11 9
2_/ Ъ] ±/ \б_ \в_ 10/
Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки. 1 - реактор; 2 - электроспираль; 3 - ротаметр; 4 - вентиль подачи воздуха в реактор; 5 -водяной холодильник; 6 - колба для сбора смол; 7 - термометр; 8 -барботажные колбы; 9 -дожигатель горючих газов; 10 - вентиль подачи воздуха в дожигатель; 11 - электроспираль дожигателя; 12 - отбор проб газа для хроматографического анализа.
Были проведены две серии экспериментов, в которых в качестве горючего использовали частицы резины от автомобильной шины (Nexen Roadian) размером 10 мм. В качестве теплоносителя в одной серии экспериментов добавляли технический сапфир (кусочки размером 7-10 мм), в другой крошку мрамора (размер частиц 3-5 мм), способную химически связывать соединения серы.
После прогрева нижней части реактора подавали в неё воздух, что приводило к формированию волны горения, которая распространялась снизувверх навстречу потоку твердой фазы.
Продукты газификации, выходящие из верхней части реактора, содержали пиролизные смолы (30-40% от массы резины). Их направляли сначала в водяной холодильник, в котором смолы частично оседали на стенках и стекали в приемную колбу. Далее продукты газификации через две последовательные барботажные колбы с 10% раствором Na2CO3 (для поглощения кислых газов) направляли в дожигатель, где проводили дожигание оставшихся продуктов в потоке воздуха.
Элементный состав исходных частиц резины и образующихся из неё смол.
Исследуемый материал Элемент, % Зольность, %
С Н N S
резина 83.6 7.5 0.3 1.6 4.9
смола 86.6 11.3 0.2 1.1 -
Состав газообразных продуктов в обеих сериях экспериментов различается незначительно (Ш2 - 13-15 %, Ш - 12-14 %, O2 - 2-3 %, Ш4 - 0.2-0.3 %, ^ - 11.3%). Значения температур у стенок реактора составляли ~850°С, в центре реактора ~1050°С. При этих температурах происходит частичное разложение CaCO3 до CaO c выделением CO2, и поглощение диоксида серы как карбонатом, так и оксидом кальция. Хемосорбция SO2 возможна из газовой фазы или через жидкую фазу (при растворении диоксида серы в сконденсированной воде).
Результаты экспериментов показали, что в случае использования мрамора доля серы в зольном остатке составляла 40-45 %, что примерно в 2 раза больше, чем при использовании сапфира (20-25%). Эффективность улавливания соединений серы с помощью барботажных колб составляла 60-75%.
В случае использования в качестве добавки мрамора найдено больше количества серы в зольном остатке в связи с его способностью связывать серу. В сумме всех собранных продуктов газификации обнаружено 90% серы от её первоначального содержания. В случае использования сапфира удалось найти не более 70%.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Государственного задания ФАНО №0089-2014-0031 (государственная регистрация №01201361842).
