Переработка изношенных шин

Введение

Изношенные автомобильные шины существенно загрязняют окружающую среду, занимают значительную площадь складирования. Одним из наиболее перспективных методов их утилизации является пиролиз (нагрев без доступа кислорода). Обрабатывать можно предварительно измельченные или целые шины. Измельчение шин обеспечивает большую поверхность теплообмена при пиролизе и, как следствие, ускоряет процесс, снижает затраты на нагрев теплоносителя.

Схемы переработки изношенных шин

Объем переработки шин измельчения не превышает 10%. Большая часть собираемых шин (20%) используется как топливо. Вышедшие из эксплуатации изношенные шины являются источником длительного загрязнения окружающей среды:

* шины не подвергаются биологическому разложению;

* шины огнеопасны и, в случае возгорания, погасить их достаточно сложно;

* при складировании они являются идеальным местом размножения грызунов, кровососущих насекомых и служат источником инфекционных заболеваний.

Вместе с тем, амортизированные автомобильные шины содержат в себе ценное сырье: каучук, металл, текстильный корд.

Проблема переработки изношенных автомобильных шин и вышедших из эксплуатации резинотехнических изделий имеет большое экологическое и экономическое значение для всех развитых стран мира. Невосполнимость природного нефтяного сырья диктует необходимость использования вторичных ресурсов с максимальной эффективностью, т.е. в место гор мусора мы могли бы получить новую для нашего региона отрасль промышленности - коммерческую переработку отходов.

Не менее перспективным методом борьбы с накоплением изношенных шин является продление срока их службы, путем восстановления.

В настоящее время, все известные методы переработки шин можно разделить на две группы:

1. Физический метод переработки шин

2. Химический метод переработки шин

Физические методы переработки резиновых отходов

В настоящее время все большее значение приобретает направление использования отходов в виде дисперсных материалов. Наиболее полно первоначальная структура и свойства каучука и других полимеров, содержащихся в отходах, сохраняются при механическом измельчении.

Установление взаимосвязи между размерами частиц материала, их физико-химическими и механическими характеристиками и затратами энергии на измельчение и параметрами измельчающего оборудования необходимо для расчета измельчителей и определения оптимальных условий их эксплуатации.

Процесс измельчения, несмотря на кажущуюся простоту, очень сложный не только по определению характера, величины и направления нагрузок, но и по трудности количественного учета результатов разрушения.

Таблица 1. - Классификация имеющихся в настоящее время способов измельчения вторичных резин.

Способы измельчения вторичных резин
По температуре измельчения
При отрицательных температурах	При положительных температурах
По механическому воздействию
Ударом	Истиранием	Сжатием	Сжатием со сдвигом	Резанием

Низкотемпературная технология утилизации шин

При низкотемпературной обработке изношенных шин дробление производится при температурах -60 град.С ... -90 град. С, когда резина находится в псевдохрупком состоянии. Результаты экспериментов показали, что дробление при низких температурах значительно уменьшает энергозатраты на дробление, улучшает отделение металла и текстиля от резины, повышает выход резины. Во всех известных установках для охлаждения резины используется жидкий азот. Но сложность его доставки, хранения, высокая стоимость и высокие энергозатраты на его производство являются основными причинами, сдерживающими в настоящее время внедрение низкотемпературной технологии. Для получения температур в диапазоне -80 град.С ... -120 град.С более эффективными являются турбохолодильные машины. В этом диапазоне температур применение турбохолодильных машин позволяет снизить себестоимость получения холода в 3-4 раза, а удельные энергозатраты в 2-3 раза по сравнению с применением жидкого азота.

Изношенные автомобильные шины подаются в машину для удаления бортовых колец. После этого шины поступают в шинорез и далее в ножевую роторную дробилку. Затем следует магнитный сепаратор и аэросепаратор. Для охлаждения порезанные и предварительно очищенные куски резины подаются в холодильную камеру, где охлаждаются до температуры -50 град.С...-90 град.С. Холодный воздух для охлаждения резины подается от генератора холода воздушной турбохолодильной машины. Далее охлажденная резина попадает в роторно-лопаточный измельчитель, откуда она направляется на повторную очистку в магнитный сепаратор и аэросепаратор, где отбирается резиновая крошка менее 1 мм ... 0,5 мм.

Бародеструкционная технология переработки покрышек

Технология основана на явлении "псевдосжижения" резины при высоких давлениях и истечении её через отверстия специальной камеры. Резина и текстильный корд при этом отделяются от металлического корда и бортовых колец, измельчаются и выходят из отверстий в виде первичной резино-тканевой крошки, которая подвергается дальнейшей переработке: доизмельчению и сепарации. Металлокорд извлекается из камеры в виде спрессованного брикета.

Автопокрышка подаётся под пресс для резки шин, где режется на фрагменты массой не более 20 кг. Далее куски подаются в установку высокого давления.

В установке высокого давления шина загружается в рабочую камеру, где происходит экструзия резины в виде кусков размерами 20-80 мм и отделение металлокорда.

После установки высокого давления резинотканевая крошка и металл подаются в аппарат очистки брикетов для отделения металлокорда (поступает в контейнер)от резины и текстильного корда, выделение бортовых колец. Далее остальная масса подаётся в магнитный сепаратор , где улавливается основная часть брекерного металлокорда. Оставшаяся масса подаётся в роторную дробилку , где резина измельчается до 10 мм.

Далее вновь в кордоотделитель, где происходит отделение резины от текстильного корда и разделение резиновой крошки на две фракции:

* менее 3 мм;

* от 3 до 10 мм.

Отделившийся от резины текстильный корд поступает в контейнер.

В случае если резиновая крошка фракцией более 3 мм интересует потребителя как товарная продукция, то она фасуется в бумажные мешки, если нет, то она попадает в экструдер-измельчитель.

После измельчения вновь в кордоотделитель. Текстильный корд - в контейнер, а резиновая крошка - в вибросито, где происходит дальнейшее её разделение на три фракции:

I - от 0,3 до 1,0 мм;

II - от 1,0 до 3,0 мм;

III - свыше 3,0 мм.

Фракция резиновой крошки более 3 мм возвращается в экструдер-измельчитель, а резиновая крошка I и II фракции отгружается покупателю.

Полностью механическая переработка шин

В основу технологии переработки заложено механическое измельчение шин до небольших кусков с последующим механическим отделением металлического и текстильного корда, основанном на принципе "повышения хрупкости" резины при высоких скоростях соударений, и получение тонкодисперсных резиновых порошков размером до 0,2 мм путем экструзионного измельчения полученной резиновой крошки.

Описание технологической линии

Технологический процесс включает в себя три этапа:

* предварительная резка шин на куски;

* дробление кусков резины и отделение металлического и текстильного корда;

* получение тонкодисперсного резинового порошка.

На первом этапе технологического процесса поступающие со склада шины подаются на участок подготовки шин, где они моются и очищаются от посторонних включений.

После мойки шины поступают в блок предварительного измельчения - агрегаты трехкаскадной ножевой дробилки, в которых происходит последовательное измельчение шин до кусков резины, размеры которых не превышают 30х50 мм.

На втором этапе предварительно измельченные куски шин подаются в молотковую дробилку, где происходит их дробление до размеров 10х20 мм. При дроблении кусков обрабатываемая в молотковой дробилке масса разделяется на резину, металлический корд, бортовую проволоку и текстильное волокно.

Резиновая крошка с выделенным металлом поступает на транспортер, с которого свободный металл удаляется с помощью магнитных сепараторов и поступает в специальные бункеры. После металлические отходы брикетируются.

На третьем этапе куски резины подаются в экструдер-измельчитель. На этой стадии обработки происходит параллельное отделение остатков текстильного волокна и отделение его с помощью гравитационного сепаратора от резиновой крошки. Очищенный от текстиля резиновый порошок подается во вторую камеру экструдера-измельчителя, в котором происходит окончательное тонкодисперсное измельчение.

По выходу из экструдера - в вибросито, и где осуществляется рассев порошка на 3 фракции.

1-ая фракция -0,5…0,8 мм

2-ая фракция - 0,8…1,6 мм

3-яя дополнительная фракция - 0,2…0,45 мм (поставка по заказу)

Возможные направления использования резиновой крошки

* порошковая резина с размерами частиц от 0,2 до 0,45 мм используется в качестве добавки (5…20%) в резиновые смеси для изготовления новых автомобильных покрышек, массивных шин и других резинотехнических изделий. Применение резинового порошка с высокоразвитой удельной поверхностью частиц (2500-3500 см. кв/г), получаемой при его механическом измельчении, повышает стойкость шин к изгибающим воздействиям и удару, увеличивая срок их эксплуатации;

* порошковая резина с размерами частиц до 0,6 мм используется в качестве добавки (до 50…70%) при изготовлении резиновой обуви и других резинотехнических изделий. При этом свойства таких резин (прочность, деформируемость) практически не отличаются от свойств обычной резины, изготовленной из сырых каучуков;

порошковую резину с размерами частиц до 1,0 мм можно применять для изготовления композиционных кровельных материалов (рулонной кровли и резинового шифера), подкладок под рельсы, резинобитумных мастик, вулканизованных и не вулканизованных рулонных гидроизоляционных материалов;

* порошковая резина с размерами частиц от 0,5 до 1,0 мм применяется в качестве добавки для модификации нефтяного битума в асфальтобетонных смесях.

Следует привести некоторые результаты исследования ее влияния на эксплуатационные свойства асфальтобетона. При исследовании изучалось влияние количество вводимой в асфальтобетонную смесь резиновой крошки по количеству и размерам частиц на трещиностойкость асфальтобетона и коэффициент сцепления колеса автомобиля с поверхностью проезжей части дороги.

1. Установлено, что применение резиновой крошки в асфальтобетоне в два раза повышает коэффициент сцепления на мокром покрытии. На сухом покрытии существенных изменений нет.

2. При использовании резиновой крошки от 0 до 1.0 мм трещиностойкость возрастает на 30 процентов. С уменьшением размера частиц трещиностойкость увеличивается. Особенно эффективно применение частиц крошки от 0.14 мм и меньше. Частицы меньше 0.08 за время перемешивания распадаются, составляющие модифицируют битум, улучшая его свойства.

3. При небольших размерах частиц крошка распределяется по массе асфальтобетонной смеси более равномерно повышая упругую деформацию при отрицательных температурах.

4. Объем дробленой резины в составе таких усовершенствованных покрытий должен составлять около 2% от массы минерального материала, т.е. 60…70 тонн на 1 км дорожного полотна. При этом срок эксплуатации дорожного полотна увеличивается в 1,5 - 2 раза.

Такие порошки (размерами частиц от 0,5 до 1,0 мм) используются также в качестве сорбента для сбора сырой нефти и жидких нефтепродуктов с поверхности воды и почвы, для тампонирования нефтяных скважин, гидроизоляции зеленых пластов и т.д.;

резиновая крошка с размерами частиц от 2 до 10 мм используется при изготовлении массивных резиновых плит для комплектования трамвайных и железнодорожных переездов, отличающихся длительностью эксплуатации, хорошей атмосферостойкостью, пониженным уровнем шума и современным дизайном; спортивных площадок с удобным и безопасным покрытием; животноводческих помещений и т.д.

Изношенные автомобильные шины как вторичный энергосурс (химические методы переработки).

Речь идет о методах, приводящих к глубоким необратимым изменениям структуры полимеров. Как правило, эти методы осуществляются при высоких температурах и заключаются в термическом разложении (деструкции) полимеров в той или иной среде и получению продуктов различной молекулярной массы. К этим методам относятся сжигание, крекинг, пиролиз.

Существуют два способа сжигания с целью утилизации энергии: прямой и косвенный.

В первом случае шины, грубоизмельченные или целиком, сжигают в избытке кислорода. Иногда грубоизмельченные шины добавляют к другому сжигаемому материалу для повышения его теплотворной способности.

Так в США Фирма "Waste Management Inc" сооружает установки по дроблению шин и поставляет резиновую крошку в качестве топлива на целлюлозно-бумажные комбинаты и цементные заводы. Также резиновая крошка как топливный материал используется в виде 10% добавки при сжигании угля.

Этой же фирмой проводится эксперимент по сжиганию резины крупного дробления (до 25 мм) в циклонных топках энергетических котлов. Доля резины составляет 2-3% от массы угольного топлива.

Сложность процесса дробления изношенных шин (особенно с металлокордом) стимулировала развитие технологии сжигания шин в цельном виде. В Англии фирма "Avon Rubber" эксплуатирует печи для сжигания шин в цельном виде с 1973 г., т.е. имеет уже почти 20-летний опыт в этой области.

В США, в свою очередь, развивается строительство электростанций, использующих в качестве топлива только автомобильные шины. Фирма "Oxford Energy" построила и эксплуатирует в г. Модесто электростанцию мощностью 14 МВт для сжигания 50 тыс. т. шин в цельном виде. На основании успешного опыта сжигания шин в США планируется построить 12 таких электростанций.

В Великобритании рассматривается вопрос строительства электростанций мощностью 20-30 МВт для сжигания 12 млн. шин в год массой 90 тыс.

Из стран СНГ по такой технологии работают лишь в Казахстане.

Одним из главных недостатков переработки сжиганием является тот факт, что при сжигании изношенных шин, как и при сжигании нефти, уничтожаются химически ценные вещества, содержащиеся в материале изношенных шин.

Во втором случае на сжигание поступает газ, полученный в процессах переработки изношенных шин, например, при пиролизе (основаны на термическом разложении отходов при отсутствии или большом дефиците кислорода с целью сохранения углеводородного сырья).

Энергия горючего газа используется для получения горячей воды или водяного пара при помощи теплообменников.

Так при термообработке целых и измельченных шин наиболее высокий выход масел наблюдается при 500^оС, при 900^оС отмечается наибольший выход газа. При этом выход продуктов определяется только температурой, а не размерами кусков шин. Из тонны резиновых отходов можно получить пиролизом 450-600 литров пиролизного масла и 250-320 кг пиролизной сажи, 55 кг металла, 10.2 м³ пиролизного газа.

В США в настоящее время фирмой "Firestone Tyres" проведены успешные опыты по трансформированию резины в метанол с получением пылевидной сажи, соответствующей стандарту для резинотехнического производства. Первая установка имеет производительность по метанолу 300 т/сутки. Установка рассчитана на переработку шин легковых автомобилей диаметром 50 см. Основным процессом деструкции резины для дальнейшего трансформирования продуктов разложения в метанол является пиролиз в окислительной камере при температуре 1000 °С. Для переработки шин необходимо их разрезать на части с отделением борта, который используется как побочный товарный продукт.

Жидкие и газообразные продукты пиролиза можно использовать не только как топливо. Жидкие продукты пиролиза можно использовать в качестве пленкообразующих растворителей, пластификаторов, мягчителей для регенерации резин. Пек пиролизной смолы является хорошим мягчителем, который может использоваться самостоятельно или в смеси с другими компонентами. Тяжелая фракция пиролизата как добавка к битуму, использующемуся в дорожном строительстве, может повысить его эластичность, устойчивость к холоду и влаге.

Из газообразной фракции пиролиза можно выделять ароматические масла, пригодные для применения в производстве резиновых смесей. Низкомолекулярные углеводороды могут быть использованы в качестве сырья для органического синтеза и в качестве топлива.

Утилизация отработанных технических масел

Технические масла применяют в промышленности и быту для смазки механизмов и в качестве рабочих жидкостей в различных гидросистемах, в электроэнергетике для изоляции и охлаждения электросилового оборудования. Обычно это нефтяные масла, содержащие противоокислительные, загущающие, антикоррозийные и др. присадки, улучшающие эксплуатационные свойства масел, а также растительные масла в качестве добавок.

В процессе эксплуатации масла соприкасаются с металлами, подвергаются воздействию воздуха, температуры и других факторов, под влиянием которых с течением времени происходит изменение свойств масла: разложение, окисление, полимеризация и конденсация, обугливание, разжижение горючим, обводнение и загрязнение посторонними веществами. Перечисленные факторы действуют в комплексе и взаимно усиливают друг друга, ухудшая качество масла в процессе его эксплуатации.

Так, наличие воды способствует окислению масла, а также развитию в нем биозагрязнений, которые развиваются на границе масло - вода. Механические примеси, в состав которых в большинстве случаев наряду с сажей входят металлы в виде продуктов коррозии, являются катализаторами окисления масел, в процессе которого образуются кислоты и различные смолисто-асфальтеновые соединения.

Общее содержание образующихся нежелательных примесей может составлять 5-30% в зависимости от срока и условий эксплуатации масел. Масла, содержащие загрязняющие примеси, не способны удовлетворять предъявляемым к ним требованиям и должны быть утилизированы и заменены свежими маслами. Для утилизации отработанных нефтепродуктов (ОНП) используют разные методы, рис. 1.

Рисунок 1. - Методы утилизации отработанных нефтепродуктов

Отработанные нефтяные масла являются одним из существенных источников загрязнения окружающей среды - почвы, водных источников и грунтовых вод. Огромный экологический ущерб наносит слив отработанных масел в почву и водоёмы, который по данным зарубежных исследователей, превышает по объему аварийные сбросы и потери нефти при ее добыче, транспортировании и переработке. В связи с этим большое значение имеет полное или частичное восстановление качества отработанных масел (регенерация) с целью их повторного использования по прямому назначению или для иных целей.

Однако существует организационная проблема, и заключается она в налаживании правильной системы сбора ОНП. Существующая практика показывает, что в настоящих условиях трудно рассчитывать на селективный и технологически своевременный сбор ОНП, а, следовательно, на высокое качество получаемого исходного сырья. Как правило, это будет смесь отработанных масел и других нефтепродуктов, растворителей, промывочных жидкостей и прочих примесей. При этом необходимо учитывать что, с одной стороны, цена такого сырья будет достаточно высокой за счет значительных затрат на организацию их сбора, а с другой, выделение из подобного сырья ценных базовых компонентов для производства товарных масел требует применения сложных, многостадийных и дорогостоящих технологий. В то же время, продукт, полученный в результате переработки, должен быть высоколиквидным на рынке, в том числе зарубежном. Количество же отходов этого процесса должно быть минимальным и легко утилизируемым.

Термический крекинг

В процессе термического крекинга и дистилляции отработанные гидравлические жидкости, моторные и смазочные масла преобразуются в полноценное топливо, подобное дизельному, которое может использоваться для отопления зданий и сооружений. Технология характеризуется высокой эффективностью выхода целевого продукта, который достигает 75-85% от количества перерабатываемого сырья, а также небольшим количеством отходов (кокс и вода). В качестве сырья используются только отработанные масла, и имеется возможность изменения характеристик конечного продукта в зависимости от целей его применения

Отработанное масло собирается в приемной емкости отделения приема и усреднения отработанного масла, где оно перемешивается и нагревается. Усредненное и подогретое масло подается в выпарной аппарат отделения обезвоживания, в котором при температуре 110?С и вакууме происходит отделение масла от воды и легкокипящих углеводородов (в основном, фракций бензина). Пары воды и бензина после конденсации разделяются в отделении очистки водного дистиллята. Бензин и вода после дополнительной доочистки реализуются как товарные продукты. Обезвоженное масло с содержанием воды не более 1% подается в отделение термического крекинга. В котле крекинга при температуре 380-420?С без доступа воздуха происходит деструкция молекул высококипящих углеводородов с образованием более легких углеводородов, входящих в состав печного топлива и бензина, и их испарение. Одновременно с этим процессом из котла непрерывно удаляются неразложившиеся высококипящие углеводороды, образующие битумную фракцию в количестве 8-12% от массы перерабатываемых масел. Пары углеводородов и газы крекинга, проходя через установленный на котле дефлегматор, охлаждаются до температуры 270?С и поступают в конденсатор. Здесь происходит конденсация и разделение продуктов крекинга на фракции бензина и печного топлива. Несконденсированные пары углеводородов и газы крекинга подаются на высокотемпературное сжигание. Бензин после отделения от него воды в сепараторе реализуется как товарный продукт. Печное топливо откачивается в отделение стабилизации, где в стабилизаторе в присутствии небольшого количества стабилизирующего вещества отстаивается в течение некоторого времени. Последующая очистка печного топлива от шлама осуществляется в высокоскоростной центрифуге и на адсорбционном фильтре. Очищенное печное топливо является основным товарным продуктом такого производства.

Единственным отходом технологического процесса является небольшое (около 0,5%) количество кокса, который периодически удаляется из котла крекинга. При коксовании происходит связывание содержащихся в ММО вредных веществ в нетоксичную форму, пригодную для захоронения. К преимуществам такой технологии относятся: простота технологического процесса и его аппаратурного оформления; возможность переработки широкого спектра отработанных масел с предъявлением ограниченных требований к их качеству; малоотходность и экологическая безопасность производства; получение с высоким выходом основного товарного продукта - печного топлива; ограниченная площадь размещения производства и его полная автоматизация; сравнительно небольшой объем капиталовложений.

Регенерация

Однако продукты физико-химических превращений масла и примеси, попадающие извне, составляют незначительную часть в общем объеме отработанных технических масел и при помощи определенных методов могут быть удалены. Обычно современные технологические процессы восстановления качества отработанных нефтяных масел с целью их последующего использования по прямому назначению являются многоступенчатыми и в общем виде включают этапы, представленные на рисунке 2.

Рисунок 2. - Стадии процесса регенерации технических масел

Отдельные этапы процесса регенерации отработанных масел могут исключаться, совмещаться или выполняется в иной последовательности в зависимости от конкретных физико-химических свойств регенерируемого масла и особенностей технологических операций, выбранных для восстановления качества этого масла.

В настоящее время для регенерации отработанных масел используют физические, физико-химические и химические методы. Основные из этих методов и применяемое при их реализации технологическое оборудование представлены в таблице 2.

Таблица 2. - Методы и оборудование для регенерации отработанных технических масел.

Методы	Используемые технологии	Оборудование
Физические	Воздействие силовых полей (гравитационного, центробежного, электрического, магнитного)	Отстойники Гидроциклоны Центрифуги Электроочистители Магнитные очистители

Технические масла применяют в промышленности и быту для смазки механизмов и в качестве рабочих жидкостей в различных гидросистемах, в электроэнергетике для изоляции и охлаждения электросилового оборудования. Обычно это нефтяные масла, содержащие противоокислительные, загущающие, антикоррозийные и др. присадки, улучшающие эксплуатационные свойства масел, а также растительные масла в качестве добавок.

В процессе эксплуатации масла соприкасаются с металлами, подвергаются воздействию воздуха, температуры и других факторов, под влиянием которых с течением времени происходит изменение свойств масла: разложение, окисление, полимеризация и конденсация, обугливание, разжижение горючим, обводнение и загрязнение посторонними веществами. Перечисленные факторы действуют в комплексе и взаимно усиливают друг друга, ухудшая качество масла в процессе его эксплуатации. Так, наличие воды способствует окислению масла, а также развитию в нем биозагрязнений, которые развиваются на границе масло - вода. Механические примеси, в состав которых в большинстве случаев наряду с сажей входят металлы в виде продуктов коррозии, являются катализаторами окисления масел, в процессе которого образуются кислоты и различные смолисто-асфальтеновые соединения.

Общее содержание образующихся нежелательных примесей может составлять 5-30% в зависимости от срока и условий эксплуатации масел. Масла, содержащие загрязняющие примеси, не способны удовлетворять предъявляемым к ним требованиям и должны быть утилизированы и заменены свежими маслами. Для утилизации отработанных нефтепродуктов (ОНП) используют разные методы, рис. 3.

Рисунок 3. - Методы утилизации отработанных нефтепродуктов

Отработанные нефтяные масла являются одним из существенных источников загрязнения окружающей среды - почвы, водных источников и грунтовых вод. Огромный экологический ущерб наносит слив отработанных масел в почву и водоёмы, который по данным зарубежных исследователей, превышает по объему аварийные сбросы и потери нефти при ее добыче, транспортировании и переработке. В связи с этим большое значение имеет полное или частичное восстановление качества отработанных масел (регенерация) с целью их повторного использования по прямому назначению или для иных целей.

Однако существует организационная проблема, и заключается она в налаживании правильной системы сбора ОНП. Существующая практика показывает, что в настоящих условиях трудно рассчитывать на селективный и технологически своевременный сбор ОНП, а, следовательно, на высокое качество получаемого исходного сырья. Как правило, это будет смесь отработанных масел и других нефтепродуктов, растворителей, промывочных жидкостей и прочих примесей. При этом необходимо учитывать что, с одной стороны, цена такого сырья будет достаточно высокой за счет значительных затрат на организацию их сбора, а с другой, выделение из подобного сырья ценных базовых компонентов для производства товарных масел требует применения сложных, многостадийных и дорогостоящих технологий. В то же время, продукт, полученный в результате переработки, должен быть высоколиквидным на рынке, в том числе зарубежном. Количество же отходов этого процесса должно быть минимальным и легко утилизируемым.

Термический крекинг

В процессе термического крекинга и дистилляции отработанные гидравлические жидкости, моторные и смазочные масла преобразуются в полноценное топливо, подобное дизельному, которое может использоваться для отопления зданий и сооружений. Технология характеризуется высокой эффективностью выхода целевого продукта, который достигает 75-85% от количества перерабатываемого сырья, а также небольшим количеством отходов (кокс и вода). В качестве сырья используются только отработанные масла, и имеется возможность изменения характеристик конечного продукта в зависимости от целей его применения

Отработанное масло собирается в приемной емкости отделения приема и усреднения отработанного масла, где оно перемешивается и нагревается. Усредненное и подогретое масло подается в выпарной аппарат отделения обезвоживания, в котором при температуре 110?С и вакууме происходит отделение масла от воды и легкокипящих углеводородов (в основном, фракций бензина). Пары воды и бензина после конденсации разделяются в отделении очистки водного дистиллята. Бензин и вода после дополнительной доочистки реализуются как товарные продукты. Обезвоженное масло с содержанием воды не более 1% подается в отделение термического крекинга. В котле крекинга при температуре 380-420?С без доступа воздуха происходит деструкция молекул высококипящих углеводородов с образованием более легких углеводородов, входящих в состав печного топлива и бензина, и их испарение. Одновременно с этим процессом из котла непрерывно удаляются неразложившиеся высококипящие углеводороды, образующие битумную фракцию в количестве 8-12% от массы перерабатываемых масел. Пары углеводородов и газы крекинга, проходя через установленный на котле дефлегматор, охлаждаются до температуры 270?С и поступают в конденсатор. Здесь происходит конденсация и разделение продуктов крекинга на фракции бензина и печного топлива. Несконденсированные пары углеводородов и газы крекинга подаются на высокотемпературное сжигание. Бензин после отделения от него воды в сепараторе реализуется как товарный продукт. Печное топливо откачивается в отделение стабилизации, где в стабилизаторе в присутствии небольшого количества стабилизирующего вещества отстаивается в течение некоторого времени. Последующая очистка печного топлива от шлама осуществляется в высокоскоростной центрифуге и на адсорбционном фильтре. Очищенное печное топливо является основным товарным продуктом такого производства.

Единственным отходом технологического процесса является небольшое (около 0,5%) количество кокса, который периодически удаляется из котла крекинга. При коксовании происходит связывание содержащихся в ММО вредных веществ в нетоксичную форму, пригодную для захоронения. К преимуществам такой технологии относятся: простота технологического процесса и его аппаратурного оформления; возможность переработки широкого спектра отработанных масел с предъявлением ограниченных требований к их качеству; малоотходность и экологическая безопасность производства; получение с высоким выходом основного товарного продукта - печного топлива; ограниченная площадь размещения производства и его полная автоматизация; сравнительно небольшой объем капиталовложений.

Регенерация

Однако продукты физико-химических превращений масла и примеси, попадающие извне, составляют незначительную часть в общем объеме отработанных технических масел и при помощи определенных методов могут быть удалены. Обычно современные технологические процессы восстановления качества отработанных нефтяных масел с целью их последующего использования по прямому назначению являются многоступенчатыми и в общем виде включают этапы, представленные на рисунке 4.

Рисунок 4. - Стадии процесса регенерации отработанных технических масел.

Отдельные этапы процесса регенерации отработанных масел могут исключаться, совмещаться или выполняется в иной последовательности в зависимости от конкретных физико-химических свойств регенерируемого масла и особенностей технологических операций, выбранных для восстановления качества этого масла.

В настоящее время для регенерации отработанных масел используют физические, физико-химические и химические методы. Основные из этих методов и применяемое при их реализации технологическое оборудование представлены в таблице 3.

Таблица 3.- Методы и оборудование для регенерации отработанных технических масел.

Методы	Используемые технологии	Оборудование
Физические	Воздействие силовых полей (гравитационного, центробежного, электрического, магнитного)	Отстойники Гидроциклоны Центрифуги Электроочистители Магнитные очистители
	Фильтрование через пористые перегородки	Фильтры Фильтры-водоотделители
	Теплофизические технологии (нагревание, выпаривание, водная промывка, атмосферная и вакуумная перегонка и т.п.)	Выпарные колонки Вакуумные дистилляторы Массообменные аппараты
	Комбинированные технологии	Гидродинамические фильтры Фильтрующие центрифуги, магнитные фильтры Трибоэлектрические очистители
Физико-химические	Коагуляция	Смесители-отстойники
	Сорбция	Адсорберы
	Ионообменная очистка	Ионообменные аппараты
	Экстракция	Экстракторы
Химическая	Сернокислотная очистка	Кислотные реакторы
	Щелочная обработка	Щелочные реакторы
	Гидрогенизация	Гидрогенизаторы
	Обработка карбамидами металлов	Реакторы-смесители

По числу установок и объему перерабатываемого сырья на первом месте в мире находятся процессы с применением серной кислоты. В результате сернокислотной очистки образуется большое количество кислого гудрона - трудно утилизируемого и экологически опасного отхода. Кроме того, сернокислотная очистка не обеспечивает удаление из отработанных масел полициклических ароматических углеводородов и высокотоксичных соединений хлора. Нельзя также регенерировать серной кислотой современные масла, совместимые с окружающей средой (растительные и синтетические сложные эфиры), поскольку серная кислота разлагает их, что, в частности, увеличивает выход кислого гудрона. В нашей стране сернокислотную очистку сейчас практически не применяют. Второе место по объему промышленного применения занимают процессы с использованием в качестве основной стадии сорбционной очистки (контактным или перколяционным способом). Наиболее широко такую технологию применяют на небольших предприятиях в США. В качестве сорбентов широко используют активированные глины. Масла, полученные данным методом, как правило, смешивают со свежими порциями и вводят небольшое число присадок.

Недостатки данного процесса заключаются в отсутствии контроля вязкости и фракционного состава получаемого продукта, а также в значительных потерях масла с сорбентом. Возникают трудности и с утилизацией большого количества отработанного сорбента, представляющего опасность для окружающей среды. Синтетические же сорбенты, обладающие высокой термической стабильностью, дающей возможность их регенерации, достаточно дороги.

Сорбционную очистку заменяют гидрогенизационными процессами. Однако и в этом случае сорбенты необходимы для защиты катализаторов гидроочистки от преждевременной дезактивации металлами и смолистыми соединениями. Гидрогенизационные процессы все шире применяются при вторичной переработке отработанных масел. Это связано как с широкими возможностями получения высококачественных масел и увеличения их выхода, так и с большей экологической чистотой этого процесса по сравнению с сернокислотной и адсорбционной очисткой. Недостатки процесса гидроочистки - потребность в больших количествах водорода, а порог экономически целесообразной производительности (по зарубежным данным) составляет 30-50 тыс. т/год. Установка с использованием гидроочистки масел, как правило, размещается непосредственно на соответствующем нефтеперерабатывающем заводе, имеющем излишек водорода и возможность его рециркуляции. Для очистки отработанных масел от полициклических соединений (смолы), высокотоксичных соединений хлора, присадок и продуктов окисления применяются процессы с использованием металлического натрия. При этом образуются полимеры и соли натрия с высокими температурами кипения, что позволяет отогнать масло. Выход очищенного масла превышает 80 %. Процесс не требует давления и катализаторов, не связан с выделением хлор- и сероводородов. Несколько таких установок работают во Франции и Германии.

Малогабаритные регенерационные установки

Исследования показали, что наиболее эффективным средством восстановление качества отработанных масел являются малогабаритные регенерационные установки. Применение таких установок позволяет производить регенерацию отработанных масел в местах их потребления и, таким образом, исключается транспортировка отработанных масел на пункты переработки, что связано со значительными потерями масла и загрязнением окружающей среды. Кроме того, при этом обеспечивается сбор и переработка масел по сортам и маркам, что является непременным условием получения качественных продуктов после регенерации. Главной трудностью при создании малогабаритных регенерационных установок являются выбор достаточно эффективного, экологически безопасного и экономически оправданного способа регенерации отработанных масел, а также его аппаратурного оформления. Указанные установки должны отвечает следующим требованиям: - иметь ограниченные габаритные размеры и массу, для облегчения транспортирования к местам потребления масел;

- обладать универсальностью, т.е. способностью регенерировать отработанные масла различных сортов и марок без существенных изменений технологического регламента;

- не иметь в конструкции сложных узлов и агрегатов, требующих высокой профессиональной подготовки обслуживающего персонала и значительных трудозатрат при техническом обслуживании и ремонте;

- не использовать при осуществлении технологических операций вредных, токсичных и ядовитых веществ, а также не допускать их образование в результате проведения этих операций.

В существующих регенерационных установках на начальных этапах восстановления качества отработанных масел применяются физические процессы, позволяющие удалить из масла твердые загрязнения, воду и легкокипящие фракции, затем используются физико-химические методы (главным образом коагуляция и адсорбция), а при необходимости используются химические методы регенерации, которые чаще применяются в заводских условиях.

Такая многоступенчатость приводит к усложнению технологии регенерации, требует применения крупногабаритного и металлоемкого оборудования, а также использования разнообразных расходных материалов. Поэтому при создании регенерационной установки для использования на транспорте, в сельском хозяйстве, в строительстве и т.п. основной задачей является сокращение количества технологических операций, что позволит упростить конструкцию установки, уменьшить ее габаритные размеры и массу, облегчить работу обслуживающего персонала.

Регенерация на ходу

Особый интерес представляет способ регенерации моторного масла непосредственно в процессе его эксплуатации. Одной из форм этого способа является ввод трибохимического восстановителя (ТХВ), состоящего из щелочных реагентов и кристаллического йода, в смазочную систему двигателя внутреннего сгорания. Основной идеей использования трибохимических восстановителей в системах смазки механизмов является достижение эффекта «безызносности» трущихся поверхностей деталей при одновременном восстановлении и стабилизации физико-химических свойств смазочных масел путём создания саморегулирующейся и самовосстанавливающейся системы (например, двигатель и циркулирующее в нём масло).

Первым действием, не имеющим специфического характера, будет являться нейтрализация щелочным реагентом карбоновых кислот с образованием натриевых солей органических кислот, которые являются моюще-диспергирующими и антидепрессорными присадками.

Вторым, специфическим действием данной композиции на моторное масло является прерывание йодом цепочки образования кислот, причем йод в результате химических реакций возвращается в кристаллическую форму, выступая, таким образом, как ингибитор полимеризации и окисления моторного масла.

Циркулирующее масло, взаимодействуя с элементами трибохимического восстановителя, восстанавливает и стабилизирует свои физико-химические свойства и одновременно становится носителем модификаторов трения, которые обеспечивают образование противоизносных,

противокоррозионных, и антифрикционных покрытий различного состава на поверхностях пар трения и внутренних поверхностях деталей механизмов. В качестве щелочных реагентов могут использоваться сплавы натрия и олова (Na+Sn) или смеси (NаОН + SnО2) с введением в них различных по свойствам модификаторов трения и установкой дозатора йода. Лабораторные и моторные исследования по воздействию данной композиции на моторные масла показали возможность длительной стабилизации их физико-химических свойств на высоком уровне. При этом, наряду с традиционно измеряемыми показателями (например, вязкость и щелочное число) изучалось и содержание в масле различных продуктов окисления, непредельных соединений и хелатных соединений олова. При введении в смазочную систему ТХВ достигается определенная последовательность сопряженных химических реакций циклического характера. Устойчивое их протекание создает единый самоорганизующийся процесс метаболического типа, когда начальные и конечные продукты отдельных реакций постоянно участвуют в едином круговороте превращений. Необратимые потери, возникающие в этом механизме за счет частичного выгорания масла и образования пленок, восполняются дозированным вводом реагентов в реакторное пространство двигателя. Уровень стабилизации физико-химических свойств моторного масла, таких как щелочное число, вязкость, моюще-диспергирующие свойства, можно задавать и изменять, варьируя временем контакта масла с реагентами и температурой в месте контакта.

Трибохимические восстановители могут быть разработаны и применены для систем смазки дизельных и карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, станков и других механизмов, имеющих циркуляционную систему смазки. Применение ТХВ позволяет использовать низкосортные масла и обеспечивать на некоторое время работу двигателя при недостаточном поступлении масла к узлам трения (масляное голодание). Также возможно совмещение ТХВ с регенерированными маслами и, учитывая уровень восстановления эксплуатационных свойств моторных масел, изучается возможность использования ТХВ в составе регенерационных установок для повышения щелочного числа и образования моюще-диспергирующих присадок.

Выращивание биомассы

Отработанные нефтепродукты (смазочно-охлаждающие жидкости, машинные и моторные масла), не подлежащие регенерации и вторичному использованию, а также остаточные нефтепродукты (котельное топливо, смазочные мазуты, гудроны, вазелины) и другие нефтепродукты кубового остатка можно утилизировать с помощью биологических методов и таким образом получить серию ценных биопрепаратов и физиологически активных соединений. Технология основана на выращивании микробной биомассы на отходах нефтепродуктов, являющихся источниками органического углерода. Конечным продуктом биотрансформации является микробная масса, которая может быть использована для различных целей. Во-первых, нативную биомассу в виде суспензии, пасты или порошка применяют в качестве активных и эффективных биопрепаратов для очистки объектов окружающей среды от загрязнений нефтью и другими экотоксикантами. После инактивации микробная масса используется в качестве эффективного удобрения в парково-декоративном и цветоводческом хозяйстве, а также в качестве компонентов компостов, применяемых для повышения урожайности технических культур. Во-вторых, микробная масса является идеальным и дешевым вторичным химическим сырьем для получения серии ценных и дорогостоящих физиологически активных соединений (аминокислот, протеинов, ферментов, витаминов, липидов, лекарственных препаратов и т.д.). Такая технология может быть реализована на вновь создаваемых предприятиях, на простаивающих ныне заводах по производству кормовых добавок на основе парафинов или в виде маломодульных установок непосредственно в местах скопления нефтепродуктов.

Таким образом, существует множество подходов к решению проблемы утилизации отработанных технических масел. Кроме уменьшения количества вредных выбросов в окружающую среду, регенерация и повторное использование масел позволит извлечь дополнительную прибыль. При правильной организации процесса стоимость восстановленных масел будет на 40-70% ниже стоимости свежих масел при практически одинаковом их качестве. В индустриально развитых странах доля регенерированных масел от общего объема их производства составляет около 30%. К сожалению, в России в настоящее время отработанные масла практически не регенерируют.

Заключение

Отработанные автомобильные масла являются одним из существенных источников загрязнения окружающей среды. Их слив в почву и водоемы превышает по объему аварийные сбросы и потери нефти при ее добыче, транспортировании и переработке. В связи с этим большое значение имеет полное или частичное восстановление качества отработанных масел с целью их повторного использования.