Научная статья на тему 'Study of ecological characteristics of processes of burning mixtures from tyre crumbs and coal'

Study of ecological characteristics of processes of burning mixtures from tyre crumbs and coal Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
166
56
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
автопокришки / важкі метали / утилізація / теплотворна здатність / додатки до палива / сірка / гумова крихта
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The content of heavy metals in the products of rubber crumbs obtained from worn-out tyres is established. The calorific value of coal-rubber crumb mixtures at different relationship of rubber end coal is determined. The comparative analysis of sulphur content in the gaseous products of coal burning as well as its mixtures with crumb is given. The most favourable relation of the mixture components from the ecological point of view is defined.

Текст научной работы на тему «Study of ecological characteristics of processes of burning mixtures from tyre crumbs and coal»

УДК 678.027:658.567

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕКОЛОГІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕСІВ СПАЛЮВАННЯ СУМІШЕЙ КРИХТИ З АВТОПОКРИШОК ТА

ВУГІЛЛЯ

О.І. Позднякова, доцент, к.х.н., М.В. Статілко, студент, ХНАДУ

Анотація. Встановлено вміст важких металів у продуктах спалювання гумової крихти, яка утворюється зі зношених автопокришок. Визначено теплотворну здатність сумішей вугілля-крихта автопокришок при різних співвідношеннях гуми та вугілля. Проведено порівняльний аналіз вмісту сірки у газоподібних продуктах спалювання вугілля та його сумішей з крихтою. Визначено оптимальні співвідношення компонентів суміші з екологічної точки зору.

Ключові слова: автопокришки, важкі метали, утилізація, теплотворна здатність, додатки до палива, сірка, гумова крихта.

Вступ

Проблема утилізації відходів гуми виникла у зв’язку з необхідністю знищення шин та інших гумових виробів, які вийшли із споживання і непридатні до відновлення. І хоча відпрацьовані автопокришки є цінною вторинною сировиною, основна їх маса не утилізується, а накопичується у відвалах, смітниках, залишається кинутою вздовж доріг і створює загрозу для довкілля.

Аналіз публікацій

Утилізація автопокришок розвивається у трьох напрямках: виробництво гумової крихти, піроліз та спалювання з метою одержання енергії. На сучасному етапі найбільш поширеним методом утилізації відпрацьованих шин є їх спалювання. При цьому можливо економити природне паливо [1]. Так у країнах західної Європи та США спалюють від 20 до 70% від загальної кількості відпрацьованих автопокришок [1, 2]. Шини, подрібнені на великі шматки або повністю, спалюють у надлишку кисню. Іноді великі шматки шини додають до іншого матеріалу, що спалюється, для підвищення його теплотворної здатності. Так, у США фірма “Waste Management Inc” споруджує установки по дробленню шин і поставляє їх на целюлозно-паперові комбінати і цементні заводи, де гумова крихта як паливний матеріал використовується у вигляді 10% добавки при спалюванні вугілля або для циклонних топок енергетичних казанів, де частка гуми складає 2-3% від маси вугілля. В Англії фірма “Avon Rubber” експлуатує печі для спалювання шин у цілому вигляді з 1973 р., тобто має більше ніж тридцятирічний досвід у цій сфері [1]. Російські вчені встановили,

що при додаванні гуми можна підвищити ефективність переробки сланців у промисловому газогенераторі, застосовувати для переробки зношених шин. У Новокузнецьку на Західно-Сибірському металургійному комбінаті (Росія) подрібнені автопокришки утилізують у котлоагрегатах у киснево-конвертерному виробництві сталі. На скільки відомо, в Україні поки що не існує промислової установки для спалювання автопокришок. Відомо, що щорічно в нашій країні утворюється приблизно 150 тис. т зношених автопокришок [2] і тільки невелика їх частина переробляється у крихту на заводах у Лисичансь-ку, Сумах, Комсомольску, а також у паливо методом піролізу у Донецьку.

Таким чином, термічна переробка твердих відходів з основною сировиною в діючих агрегатах не потребує значних капіталовкладень і може бути швидко реалізована в промисловому масштабі. Доцільність такого варіанта визначається можливостями централізованого збору відходів і дальністю їх транспортування. З метою одержання енергії спалюванню підлягають як цілі, так і подрібнені шини у чистому вигляді, або як додатки до вугілля, сланців та інших видів твердого палива.

Мета і постановка задачі

Ціль роботи - встановити чинники, які впливають на екологічні характеристики процесів спалювання відпрацьованих автопокришок. У задачі дослідження входило встановлення вмісту важких металів у продуктах спалювання в залежності від температури процесу, а також визначення оптимальних співвідношень вугілля та гумової крихти при застосуванні їх сумішей як палива.

Дослідження екологічних параметрів спалювання

Проведені раніше дослідження показали, що за складом гумова крихта відрізняється від вугілля найбільше за вмістом цинку та сірки [3]. При спалюванні важкі метали частково переходять у повітря і можуть створювати небезпеку для довкілля. Тому у наших подальших дослідженнях вирішили встановити вміст важких металів у продуктах спалювання автопокришок. Об’єктом дослідження була гумова крихта зі зношеної автопокришки на основі СКИ-3 каучуку. Крихту спалювали на стандартній установці, яка використовується для дослідження вугілля при температурах 300°, 600°, 900 °С, а гази, які утворюються при спалюванні, послідовно пропускали через розчини - абсорбенти 1н Н2804 і 0,003н №2Б. Потім у них визначали вміст Си, Мg, Бе і 2п методом атомно-адсорбційного аналізу за стандартними методиками. При виробництві гуми для автопокришок в її склад додають цинк, магній та сталевий корд, вкритий латунню. Результати вимірювання наведено в табл. 1.

Таблиця 1 Вміст металів у газах, які одержані при спалюванні автопокришок

При температурі спалювання крихти 300 °С у газову фазу метали не переходять. Як слідує з табл. 1, мідь не виявлена в газах, що відходять, при будь-яких температурах. Базуючись на цьому, можна припустити, що основна її частина залишається в золі. Концентрація магнію в уловлюваних газах при температурі 600 °С у два рази більша, ніж при 900 °С. Це дає підставу припустити, що до газової фази магній в основному переходить при температурі приблизно 600 °С. Вміст заліза в уловлюваних газах при температурах 600 °С і 900 °С практично не змінюється. Дані, наведені в табл. 1 дозволяють припустити, що в основному цинк переходить у газову фазу при температурі 900 °С і вище. Також досліджували склад золи, яка залишається після спалювання гумової крихти при температурі 900 °С, на вміст в ній металів. Раніше було показано, що при такій температурі вміст токсичних органічних речовин мінімальний. Виміри проводилися за стандартною методикою [4]. Концентрація металів визначалася комплекснометричним методом. За нашими, даними вміст Си в золі складав - 0,002%, Бе -

0,07%, Mg - 0,48%, 2п - 0,026%. Таким чином,

можна зробити висновок про те, що мідь практично повністю залишається в золі. Із загальної кількості знайденого 40% переходить у газову фазу, інша частка залишається в золі. Приблизно 70% заліза залишається в золі і лише 30% переходить у повітря. З усіх металів найбільш інтенсивно у повітря переходить 2и: близько 40% його від знайденої кількості залишається в золі, інша частина переходить у газову фазу.

Відомо, що відпрацьовані автопокришки використовують не тільки як самостійне паливо, а і як додатки до інших видів палива - вугілля, горючих сланців і т.д. У зв’язку з цим, була поставлена задача дослідження впливу додатків крихти автопокришок на екологічні характеристики процесів спалювання сумішей вугілля - гумова крихта. Перш за все, необхідно було пересвідчитися, що додатки гумової крихти не погіршать якості вугілля як палива. Відомо, що енергетична цінність палива визначається його теплотою згоряння. Вимірювання ОЬ проводили за стандартною методикою [5], введеної з 07.01.1998 р. в Україні як державний стандарт. Було визначено ОЬ трьох сумішей вугілля та гумової крихти, які відрізняються вмістом гумової крихти. Вона відповідно складала 5%, 10%, 15%. Для порівняння вибрали вугілля марки Т Донецького вугільного басейну, яке найчастіше використовується в Україні для енергетичних потреб. Результати дослідження наведено у табл. 2. Як слідує з табл. 2 у присутності гумової крихти автопокришок вища теплота згоряння вугілля зростає. Причому, чим вище вміст крихти, тим більше значення ОЬ . Таким чином, присутність у вугіллі гумової крихти не тільки не знижує його енергетичну цінність, але й приводить до деякого зростання вищої теплоти згоряння.

Під час використання як палива сумішей вугіл-ля-гумова крихта одними з найбільш екологічно небезпечних для навколишнього середовища компонентів можуть бути викиди в атмосферу сполук сірки. Тому, як екологічний показник процесів горіння вибрали кількість сірки, яка виділяється в атмосферу при спалюванні вугілля і його сумішей з крихтою. За попередніми дослідженнями відомо, що оптимальною з екологічної точки зору температурою спалювання крихти є 900 °С. Тому в нашому експерименті спалювали суміші вугілля - гумова крихта при ґ = 900 °С і визначали загальний вміст сірки в продуктах спалювання. У крихті вміст сірки може бути в 2-3 рази вище, ніж у вугіллі марки Т Донецького басейну.

Вимірювання масової частки загальної сірки проводили за стандартною методикою [6]. Результати вимірювань зведено у табл. 2.

Назва металу Температура 300 °С, Сі (%) Температура 600 °С, Сі (%) Температура 900 °С, Сі (%)

Мідь, Си - - -

Магній, Mg - 0,208 0,104

Залізо, Бе - 0,013 0,018

Цинк, 2п - 0,0169 0,0225

Таблиця 2 Залежність (2% і 5'общ від складу сумішей вугілля-гумова крихта

Введення добавок гумової крихти до складу вугілля, як слідує з табл. 2, приводить до збіль-шення викидів загальної сірки. Причому при вмісті крихти в суміші в кількості 15% викиди сірки зростають и на 30% в порівнянні з чистим вугіллям марки Т. Таким чином, використовувати добавки гумової крихти до вугілля як паливо на існуючому обладнанні можна, якщо кількість крихти у складі суміші не перевищує 5%. При застосуванні такої суміші вміст сірки у газах буде такий як і при застосуванні чистого вугілля у якості палива. Якщо збільшувати частку крихти у складі палива, то необхідно передбачати установку додаткового обладнання для очищення газів, що відходять, від сполук сірки. При використанні сумішей вугілля-гумова крихта як паливо на цементних заводах необхідно передбачити рециклі-зацію газів, що відходять, тому що при цьому у цементних печах буде утворюватися сульфат кальцію з діоксидом сірки та оксиду кальцію. А він входить до складу цементу [7]. Відомо, що вміст у вугіллі сірки, може досягати 6%. У дослідженнях порівнювали теплоту згоряння крихти та Донецького вугілля з досить великою теплотворною здатністю. Якщо порівняти, наприклад, теплоту згоряння крихти та вугілля іншого українського басейну - Дніпровського, то у крихті вона буде якнайменше у три рази більше. Таким чином, введення крихти у суміші з Дніпровським вугіллям може привести до зростання теплотворної здатності палива. Крім того, вміст сірки у вугіллі Дніпровського басейну складає 4,4%, тобто перевищує вміст сірки у крихті практично у три рази.

Висновки

При спалюванні автопокришок як палива найбільшу небезпеку довкіллю може принести потрап-

ляння у повітря цинку, тому що він головним чином переходить у повітря при температурах 900°С і вище, але саме при таких температурах вміст органічних токсичних речовин, які потрапляють у гази при спалюванні автопокришок, стає мінімальним;

- решта металів за таких умов залишається головним чином у золі;

- при застосуванні як палива сумішей вугілля-гумова крихта доцільно використовувати суміш з вмістом крихти 5%, якщо не застосовувати додаткове газоочисне обладнання. При цьому теплотворна здатність палива не погіршиться;

- вміст гумової крихти у суміші з вугіллям можливо буде підвищити якщо застосовувати таке паливо у цементних печах і при цьому організувати рециклізацію газів.

Література

1. Вольфсон С.А. Переработка и использование

отходов шин и резиновых изделий в шинной, резинотехнической промышленности и переработке пластмасс. Тенденции развития технологии // Пластические массы. - 1997. -№5. - С. 39-44.

2. Проглов Ф.А. Застосування відходів гуми //

Хімічна промисловість України. - 1996. -№6. - С. 35-37.

3. Позднякова О.І., Соляр М.Ю., Токарева Ю.С.

Исследование отходящих газов при утилизации автопокрышек // Вестник ХНАДУ. -2002. - Вып. 19. - С. 79-82.

4. ГОСТ 10538 - 87. Топливо твердое. Методы оп-

ределения химического состава золы. - М.: Изд-во стандартов, 1987. - 21 с.

5. ДСТУ 147-95. Визначення вищої теплоти зго-

ряння. - М.: Из-во стандартов, 1996. - 45 с.

6. ДСТУ 6263-80. Метод визначення загальної сір-

ки. - М.: Изд-во стандартов, 1980. - 6 с.

7. Сметанин В.И. Защита окружающей среды от

отходов производства и потребления. - М.: Колос, 2003. - 358 с.

Рецензент: М.А. Подригало, професор, д.т.н., ХНАДУ.

Стаття надійшла до редакції 24 січня 2005 р.

№ Склад суміші 2, кДж/кг ^, %

вугілля марки Т (%) гумова крихта (%)

1 100 - 33312 0,56

2 - 100 33310 1,50

3 95 5 33561 0,59

4 90 10 33811 0,67

5 85 15 34061 0,71

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.