CC BY
186
УДК 691.002.8:678.4
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ И ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ ПИРОЛИЗА АВТОПОКРЫШЕК И ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА
Е.И. Позднякова, доцент, к. хим. н.,
О.А. Шапарь, О.С. Половинка, студенты, ХНАДУ
Аннотация. Рассмотрены свойства твердых и газообразных продуктов пиролиза. Выяснено, что в настоящее время ни пиролизный газ, ни шлак не могут быть непосредственно использованы как заменители традиционных топлив.
Ключевые слова: автопокрышки, традиционные топлива, пиролизный шлак, уголь.
Введение
В настоящее время, когда объем изношенных автопокрышек в нашей стране превышает 180 тыс. тонн в год, нельзя не задуматься над вопросом использования и утилизации изношенных шин. В Украине действуют несколько предприятий по утилизации автопокрышек, однако их производственная мощность позволяет утилизировать не более трети от ежегодного объема образования изношенных шин. Для Украины, в условиях недостатка собственных энергоресурсов, особенно актуальным является использование вторичного сырья в качестве топлив. С этой целью можно использовать продукты, образующиеся при утилизации автомобильных шин.
Анализ публикаций
Одним из наиболее распространенных методов утилизации автопокрышек является метод высокотемпературного пиролиза. Единого мнения о перспективах развития пиролиза как метода утилизации автопокрышек пока не существует [1, 2]. Известно, что в процессе пиролиза образуются пиролизная жидкость, шлак и пиролизный газ. Потенциально каждый из них может быть использован в качестве заменителя традиционного топлива. В основном с этой целью используется пиролизная жидкость, а свойства твердых и газо-
образных продуктов пиролиза изучены недостаточно.
Цель и постановка задачи
Целью работы является исследование основных стандартных экологических характеристик твердых и газообразных продуктов пиролиза, сравнение их с аналогичными свойствами традиционных топлив, а также проведение анализа существенных отличий.
Объектом наших исследований были твердые и газообразные продукты пиролиза, получаемые на промышленном российском оборудовании для пиролиза автопокрышек, которое производится в г. Орске.
Ход эксперимента
Такая установка два года эксплуатируется в г. Харькове. Пиролиз автопокрышек проходит при температуре 500 °С. За сутки оборудование позволяет переработать около 4 тонн изношенных автопокрышек. Такое оборудование позволяет перерабатывать автопокрышки как с металлокордом, так и без него. Металлокорд, получаемый в процессе пиролиза, утилизируется как металлолом. В Украине, как нам известно, есть только одно предприятие, в г. Комсомольске, которое работает на итальянском оборудовании и перераба-
тывает автопокрышки с металлокордом в резиновую крошку.
На первом этапе наших исследований мы установили состав пиролизного газа. Результаты определения состава газообразных продуктов пиролиза с помощью газоанализатора ДАГ-500 представлены в табл. 1 (пиролизный газ № 1). Также в табл. 1 представлен состав природного газа Уренгойского месторождения России и газа из месторождений Средней Азии. Для сравнения мы привели данные по составу пиролизного газа при утилизации автопокрышек на установке БКР-003-01 производства Украины г. Кривой Рог [3] (пиролизный газ № 2).
Таблица 1 Состав природного и пиролизного газов
Концентрация, %
Веще- ство Пиролизный газ № 1 Пиролизный газ № 2 за г й кс й о г Д е и и с с о Р Средней АзииПриродный газ
N0* 0,49 - — —
802 9,67 - — —
СО 36,48 4,2 — —
Пыль 6,15 — — —
С1-С10 47,38 63,0 99,04 98,0
Фенол 0,01 — — —
СО2 - 4,9 0,06 1,0
N2 - 0,90 1,0
Н2 17,7
Как видно, 47 % пиролизного газа № 1 составляют углеводороды с числом атомов углерода от 1 до 10. Именно поэтому его используют на установках для пиролиза для поддержания необходимой температуры процесса. По остальным компонентам природный газ любого происхождения существенно отличается от пиролизного. В природном газе отсутствуют такие вещества, как пыль, N0*,, SO2 и оксид углерода, которые вместе составляют примерно 55 % пиролизного газа. В пиролизном газе №2 содержание углеводородов достигает 63 %. Кроме того, почти в 10 раз меньше концентрация оксида углерода и присутствует в существенных количествах водород, что может представлять угрозу
взрывоопасности при эксплуатации установки. Очевидно, что непосредственная замена природного газа на любой пиролизный не представляется возможной. Очистка пиролизного газа от вредных примесей теоретически возможна, но в настоящее время экономически не выгодна даже в условиях дефицита газа на Украине.
Таким образом, пиролизный газ может быть использован только для технологических нужд установки и, возможно, для обогрева производственных помещений и не является в настоящее время товарным продуктом.
На следующем этапе объектом наших исследований был твердый шлак, который образуется при утилизации автопокрышек как с металлокордом, так и без него. Для характеристики шлака как топлива необходимо было показать, что экологические показатели шлака, по крайней мере, не хуже, чем у угля. С этой целью мы исследовали химический состав золы и газов, которые образовываются при сжигании шлака, и проводили технический анализ шлака. Результаты сравнивали с аналогичными усредненными показателями угля Донецкого угольного бассейна.
Результаты технического анализа шлака характеризуют практическую его ценность, в частности, для целей сжигания и приведены в табл. 2. Шлак № 1 получен нами на установке для пиролиза российского производства, а результаты по шлаку № 2 использованы нами по данным разработчиков пиролизной установки г. Кривой Рог [3].
Таблица 2 Результаты технического анализа шлака и угля
Показатели Шлак №1 Шлак №2 Угольный концен- трат
Влажность, % 4,9 до 2,4 8,6
Зольность, % 14,63 до 14,0 22,4
Выход летучих веществ, % 65,0 — ~ 38,0
Как видно из табл. 2, влажность и зольность у шлака меньше, чем у угля. А выход летучих веществ в 1,5 раза больше, т.е. по данным технического анализа шлак превосходит уголь.
Количественный элементный анализ достаточно широко используется при исследовании шлака. Такие химические элементы как углерод (С), водород (Н2), кислород (О2), азот (N2) и сера ^) определяли по стандартным методикам. Полученные данные были сопоставлены с аналогичными показателями для угля. Кроме того, была определена теплота сгорания шлака и угля, которая у шлака №1 несколько выше, чем у донецкого угля [4].
По элементному составу главных компонентов, которые отвечают за количество тепла, образующегося при сжигании, то есть по содержанию углерода и водорода, шлак практически не отличается от угля — количество серы в шлаке составляет 1,8 — 3,6 %, что соответствует содержанию серы в различных марках угля. Вероятно, оптимальным будет применение шлака не в чистом виде, а в смеси с углем. При использовании шлака в качестве добавок к твердому топливу необходимо будет установить оптимальные соотношения смесей шлак-уголь для сжигания таких смесей без дополнительного газоочистного оборудования. Ранее мы установили оптимальные соотношения компонентов в смеси при совместном сжигании угля и автопокрышек [4, 5].
Выводы
Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что в настоящее время ни пиролизный газ, ни шлак не могут быть непосредственно использованы как заменители
традиционных топлив. Процессы их дополнительной обработки и очистки приведут к повышению стоимости и сделают продукт неконкурентоспособным.
Литература
1. Тюленев М.А. Переработка покрышек; до-
стоинства и недостатки // Твердые бытовые отходы. — 2007. — № 4. —
С.42 — 48.
2. Петренко Т.В., Новичков Ю.А. Пиролиз
резиновой крошки // Твердые бытовые отходы. — 2007. — № 4. — С. 6 — 9.
3. Установка по переработке — регенерации
резинотехнических отходов, отходов полимеров (БКР-003-01(03)) ТУУ29.5-
2644705912-001/2006. — Кривой Рог, 2005.
4. Позднякова О.1., Статилко М.В. Дослщ-
ження еколопчних характеристик про-цешв спалювання сушшей крихти авто-покришок з вугшлям // Вестник ХНА-ДУ. — Харьков: ХНАДУ. — 2005. — Вып. 30. — С. 110 — 113.
5. Позднякова Е.И., Грипас. О.М., Статил-
ко М.В. Анализ токсичных компонентов газовых выбросов при сжигании автопокрышек // Экология и промышленность. — 2005. — № 1 — С. 59 — 62.
Рецензент: В.А. Юрченко, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 12 сентября 2008 г.
