Утилизация и переработка отходов резиновой промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

утилизация автомобильная шина покрышка термодеструкция

Все более острой в современном обществе становится проблема экологической безопасности. В связи с этим для сохранения окружающей среды выделяются огромные средства на реструктуризацию производственных процессов. В оптимальном случае необходимо создавать замкнутые производственные циклы, в которых не выделяется вредных отходов, а конечные продукты, после их использования, вновь перерабатываются и могут быть использованы. Имеющиеся технологии переработки позволяют утилизировать практически любые отходы человеческой жизнедеятельности. Но для успешного воплощения в жизнь таких технологий, конечный процесс утилизации должен быть рентабельным в соответствии с законами экономики.

ГЛАВА 1. НАПРАВЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИЗМЕЛЬЧЕННЫХ ОТХОДОВ РЕЗИНОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Проблема утилизации резиновых отходов остается актуальной, несмотря на совершенствование технологии производства новых изделий и их вторичной переработки. К моменту потери резиновыми изделиями их эксплуатационного качества сам полимерный материал претерпевает незначительные структурные изменения, что обусловливает возможность его вторичной переработки.

Наиболее перспективными являются виды переработки резиновых отходов, которые связаны с их измельчением. Показана возможность применения измельченных вулканизатов при создании композиционных материалов на основе эластомеров.

Разработана технология создания композиций для обработки поверхности измельченного вулканизата с целью повышения степени совместимости его с эластомерной матрицей. Она включает в себя подбор соединений, выполняющих функции деструктирующих агентов, активаторов деструкции, модификаторов поверхности и технологических добавок. Процессы, происходящие при совмещении вулканизата с эластомерной матрицей, можно представить в виде следующей модели: при механическом измельчении вулканизата в присутствии разработанных составов происходит разрыв сульфидных связей вулканизатов под действием органических дисульфидов и, благодаря присутствующим в системе азотсодержащим веществам, на поверхности измельченной резины образуются различные комплексные соединения. Они способствуют лучшему совмещению резиновой смеси и модифицированной крошки. Вероятно, модификаторы на поверхности измельченного вулканизата способствуют созданию переходного слоя на границе "вулканизат - эластомерная матрица" с комплексом лабильных связей. Эти связи, с одной стороны обеспечивают взаимодействие поверхности крошки с каучуковой средой, а с другой - большую гибкость системы и играют роль внутренней смазки.На основании вышеизложенного произведен подбор различных типов добавок с использованием олигомерных серосодержащих веществ, производных канифоли, производных ароматических диаминов, блокированных изоцианатов и т. д.

Отработаны условия синтеза новых композиций и рецептурно-технологические приемы их использования для модификации поверхности измельченного вулканизата, полученного как при переработке шин, так и переработке резинотехнических изделий (РТИ). Отработаны температурно-временные режимы и другие технологические параметры обработки измельченного вулканизата с использованием различного оборудования: валкового, обогреваемого смесителя с Z-образными лопастями, червячного девулканизатора. Поверхностная обработка измельченного вулканизата позволяет использовать его для изготовления как динамически ненагруженных изделий, так и высоконагруженных. Показана возможность использования модифицированного измельченного вулканизата в количествах до 25 мас. ч. на 100 мас.ч. эластомера в составе эластомерных композиций для изготовления протекторов автошин, до 10 мас. ч. в резинах для каркаса и брекера шин, в количествах до 80 мас. % в резинах для РТИ на основе каучуков общего и специального назначения; эффективно применение измельченного вулканизата в покрытиях для спортивных и детских площадок, кровельно-изоляционных материалов.

ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН

Амортизированные автомобильные шины (АШ) относятся к категории сложных видов отходов промышленного производства. Они не наносят прямого вреда здоровью человека, но весьма устойчивы к разным воздействиям. Их саморазложение практически не происходит, а вопрос рентабельной переработки еще не решен, и данный материал накапливается в огромных количествах, занимая все больше и больше площадей промышленных свалок. При этом, как свидетельствует практика, подобные свалки таят в себе уже вполне реальную опасность для человека. Возникший пожар на такой свалке способен создать огромные облака ядовитых загрязнений, к тому же его практически нельзя потушить, и он может длиться годами. Площади свалок на практике становятся очагами размножения и развития разных насекомых - носителей заболеваний, само использование земли под свалки стоит средств и наносит урон окружающей среде. Только в Германии за год из оборота изымается 81 000 000 шт. использованных покрышек (около 600 000 тонн). Учитывая, что одна тонна покрышек занимает в среднем около 15 кубических метров, общий объем свалок составляет 9 000 000 м3 .

Для решения данной проблемы немецкие власти выделяют дотации (от 100 до 250 немецких марок на тонну шин) предприятиям, занимающимся переработкой шин. Аналогичные меры применяют в других государствах Западной и Восточной Европы. В Латвии, например, дотация составляет около 100 немецких марок. В России выделение дотаций зависит от региональных властей, применяющих способ получения средств на дотации посредством введения разных обязательств и директив к пользователям или производителям (распространителям) шин. Несмотря на все меры, проблема использованных шин остается достаточно острой во всем мире, подтверждая, что до сих пор не найдена достаточно рентабельная технология переработки шин.

Наиболее перспективным методом утилизации шин является их механическое измельчение. Конечным продуктом такой переработки является резиновый порошок или крошка. Отработано множество методик измельчения резины, но, как правило, энергоемких и капиталоемких, что обуславливает высокую себестоимость резинового порошка. Методики переработки, с применением предварительного охлаждения или дополнительного химического воздействия, существенно не снижают себестоимость, но при этом получается конечный продукт низкого качества, делая его непригодным для ряда практических применений.

Основными показателями качества резинового порошка являются его химическая чистота, “активность”, форма и размер частиц. Такой порошок успешно используют в производстве регенерата для резиновой промышленности, в строительстве, в дорожном покрытии, для производства подставок и эластичных пластмасс, в любых сферах, когда конечный материал должен обладать эластичностью и звукоизоляцией, а также в качестве сорбента. Главным препятствием для более широкого применения резинового порошка становится его высокая себестоимость, поскольку, для производства одной тонны мелкодисперсного резинового порошка существующими технологиями тратится до 1000 кВт электроэнергии.

Проблема переработки амортизированных шин определяется рентабельностью технологии и качеством производимых продуктов переработки, так как получаемые из амортизованных шин материалы (порошок резины, вмскозный корд и металлического корда) являются дорогостоящей товарной продукцией.

Разрабатываемые в настоящее время комплексы по утилизвции шин перерабатывают автошины в порошок-крошку различного качества и имеют огромный разброс как по затратам на производство, так и по производительности. Однако тщательный анализ показывает, что по совокупности основополагающих параметров все известные решения энергозатратны и малопроизводительны, а качество производимой продукции низкое при высокой стоимости, т. е. процесс переработки шин на известных установках по-прежнему является нерентабельным. При этом, ключевым технологическим процессом в переработке шин в товарный продукт является механическое измельчение крошки в порошок. Однако, существующее множество измельчающих механизмов, как правило, обладают большими энергозатратами, сложны и дорогостоящи.

Разработан принципиально новый подход к процессам разрушения-измельчения, на основе которого создан комплекс уникальных ресурсосберегающих машин и технологий широкого назначения, содержащих “ноу-хау” и обладающих высокой конкурентоспособностью на мировом рынке. Разработаны эффективные универсальные установки нового поколения для переработки материалов широкой гаммы свойств в порошки, пасты и суспензии. Они экономичны, компактны, просты и надежны в эксплуатации. Созданные машины обладают высокой удельной производительностью при низких энергозатратах, универсальны, быстро переналаживаются, позволяют производить продукцию высшего качества и по техническим параметрам превосходят известные аналоги. Они открывают широкие возможности для разработки новых технологических операций измельчения-диспергирования, а также для коренного усовершенствования существующих процессов дробления-измельчения, и прежде всего для переработки вязко-пластичных и упруго-вязких материалов, таких как волокнистые материалы, полимеры, резина, глина и т. п.

Кроме того, в результате многолетних исследований, созданы простые и высоко эффективные вихревые аэродинамические сепараторы, нормализаторы и классификаторы, позволяющие отделять, сепарировать и классифицировать материалы в широком диапазоне как размеров (от зернистых сыпучих до микронных порошков), так и свойств, включая порошки вязкоупругих и вязкопластичных материалов, таких как соевая мука, полимеры, резины.

Разработанный комплекс потребляет всего лишь около 300 кВт электроэнергии на 1 тонну исходного сырья, его вес не превышает 5 тонн, а резиновый порошок можно измельчить до размера частиц 200 мкм.

Описание комплекса по переработке амортизированных шин (АШ)

Технологический цикл созданного нами процесса производства порошков резины из АШ основан на разработанных технологических решениях, которые точно и экономично обеспечивают заданные механические операции: дробление, измельчение, выделение армирующих элементов и классификацию порошков резины с целью получения заданного марочного ассортимента. По предлагаемой технологии исходные амортизированные автошины в Утилизаторе перерабатываются в 3-5 мм крошку, содержащую металло-тканный корд, которая на дисковом дефибраторе и лопастном дисмембраторе дробится в крошку менее 1 мм при одновременном отделении от кордовых составляющих, которые в барабанном магнитном и аэродинамическом вихревом сепараторах отделяются в самостоятельный товарный продукт, а крошка резины далее измельчается в роторно-ситовых мельницах в порошок заданного размера, который разделяется в вихревом аэродинамическом классификаторе. Внутритехнологическое перемещение материалов осуществляется пневмотранспортом. Комплекс состоит из двух технологических линий:

Линия 1 (Мини-завод) первичного дробления АШ производительностью 5-10 тн/час, которая включает:

Утилизатор предварительного (первичного) дробления исходных автошин в 3-5 мм крошку, производительностью 5 - 10 тн/час с удельными энергозатратами порядка 15-20 кВт.ч./т..

Эстакаду для накопления шин и подачу их в приемное устройство Утилизатора.

Транспортную систему отвода крошки.

Линия обеспечивает:

Транспортировку и сортировку АШ.

Первичное дробление АШ в крошку.

Транспортировку крошки на складирование.

Технические характеристики Линии 1:

Производительность, т/ч до 10

Установочная мощность, кВт 70

Время дробления одной шины, сек 10

Размер частиц продукта дробления,мм 3 - 5

Списочная численность работающих 3

Вес установки, т 3,5

Габаритные размеры, м 3 x 3,5 x 2

Линия изготавливается в мобильном исполнении. Особых требований к производственным помещениям нет.

Линия 2 производства порошка резины и кордных составляющих производительностью 1 тн/час включает:

Дисковый дефибратор дробления исходной 3-5 мм крошки в 1-2 мм крошку и отделения металлокордной части, с энергозатратами в 38 кВт.ч./т.;

Магнитный сепаратор для выделения металлокорда;

Роторный дисмембратор дробления исходной крошки 1-2 мм в грубый порошок с размером частиц менее 1 мм с полным отделением резины от тканного корда с удельными энергозатратами в 55 кВт.ч./т.;

Вихревой аэродинамическом сепаратор для выделения тканного корда с удельными энергозатратами в 5-10 кВт.ч./т;

Роторно-ситовая мельница для получения порошка резины требуемой дисперсности (менее 350 мкм) с удельными энергозатратами в 150 кВт. ч./т;

Вихревой аэродинамический классификатор для разделения порошка резины на фракции с энергозатратами в 5-10 кВт. ч./т;

Основным преимуществом предлагаемых решений является высокая экономичность безреагентного технологического процесса глубокой переработки изношенных шин различных размеров, простота базовых технических средств переработки, обеспечивающих высокий процент выхода качественного высокодисперсного резинового порошка, а также легированного металла и вискозного корда в виде ватообразной массы.

Высокая эффективность предлагаемой ресурсосберегающей технологии переработки утилизованных автошин основана на инженерной реализации разработанной нами физической модели разрушения при измельчении, в виде нового поколения интенсивных ресурсосберегающих методов, машин и технологий, в том числе, для переработки вязко-пластичных материало

ГЛАВА 3. ИТАЛЬЯНСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПОКРЫШЕК

Переработка резиновых покрышек

Технология измельчения: В начале с шины срезается металлический корд XQK-800, затем бывшая шина нарезается на длинные полосы XQT-380. Полосы резины режут малыми отрезками XQP-100. Получаются квадратные (крупные) кусочки, затем эти кусочки проходят через мощные валы XKP-400, в которых размельчаются, и проходя по конвееру ссыпаются через отверстия в подставляемые емкости (сито).

Технологическая линия для утилизации изношенных шин XKP-400

Рисунок. Станок для резки резиновых полос XQP-100 (крошка)

Рисунок. Станок для резки внутреннего кольца шин XQK-800

Рисунок. Станок для резки резины (получение полосы) XQT-380

Рисунок. Станок для измельчения резины XKP-400

Рисунок. Транспортер

ГЛАВА 4. УТИЛИЗАЦИЯ ШИН И ДРУГИХ РЕЗИНОВЫХ ОТХОДОВ МЕТОДОМ ТЕРМОДЕСТРУКЦИИ

1. Преимущества метода термодеструкции

Высокая экономическая эффективность метода переработки резиносодержащих отходов (РСО);

Экологическая чистота;

Минимальное потребление внешних ресурсов (электроэнергия, топливо);

Широкий спектр областей применения получаемого продукта переработки РСО;

Исключается предварительное измельчение шин;

В качестве растворителя могут быть использованы отработанные нефтепродукты, органические отходы нефтехимических производств, кубовые остатки и так далее.

Сохранение в продукте каучуковых структур, резиновых наполнителей, антиоксидантов, антипиренов, компонентов, повышающих адгезию, клейкость и другие свойства резиновых смесей.

В качестве основного сырья используются любые резиносодержащие отходы, включая изношенные автомобильные и другие шины с любым кордом.

В качестве растворителей могут использоваться различные высококипящие углеводороды, в частности, отработанные нефтепродукты и отходы нефтехимических и химических производств, мазуты, гудрон, битум и так далее.

Основным товаром при переработке РСО является новый продукт, не имеющий аналогов - суспензия растворенной (деструктированной) резины (СРР).

Вторым продуктом переработки шин и резинометаллических отходов является металлолом. Его доля составляет приблизительно 10 % от массы переработанных отходов.

Третий продукт - это образующийся в процессе термодеструкции РСО углеводородный конденсат (олигомеризат - пиролизная нефть), являющийся смесью углеводородов кипящих выше 20-30 0С.

В настоящее время проверено использование СРР в следующих областях:

В качестве модификатора вяжущего для приготовления асфальтобетонных смесей. Применение такого вяжущего улучшает качество асфальтобетонного дорожного покрытия и увеличивает срок его службы.

В качестве компонента гидроизоляционных и антикоррозионных мастик. Мастики, получаемые с использованием СРР, не уступают или превосходят по качеству выпускаемые в настоящее время мастики и имеют более низкую себестоимость.

В качестве высокотемпературной смазки, заменяя дорогие и менее качественные материалы.

Предварительные результаты проведенных исследований говорят о возможности значительно более широкого использования этого продукта вплоть до возврата в резину.

Использование конденсата

Углеводородный конденсат (УВК) используется для внутренних нужд производства и в качестве сырья для заводов нефтеперерабатывающей промышленности.

Использование металлолома

Металлолом идет на переплавку.

Описание технологии

Резиносодержащие отходы (РСО), включая изношенные шины с любым кордом, без предварительного измельчения загружаются в реактор. Затем в реактор подается стабилизированный растворитель - гудрон, битум, отходы нефтехимических и химических производств. Если полученный продукт предназначен для модификации асфальта, то в качестве растворителя используют гудрон или битум.

Рисунок. Технологическая схема

Термодеструкцию РСО проводят при температуре 250-350оС и небольшом избыточном давлении. В результате образуется продукт - суспензия растворенной (деструктированной) резины (СРР) и парогазовая смесь.

Для разогрева растворителя используется котел типа битумоварочного, но с повышенным температурным диапазоном нагреваемой среды. Избыточное тепло используется на установке для нужд технологии.

Парогазовая смесь охлаждается и конденсируется. Не сконденсировавшиеся пары используются в качестве топлива. Часть углеводородного конденсата (УВК) возвращается в процесс, а часть является товаром - может использоваться как печное топливо или сырье для нефтеперерабатывающей промышленности.

При завершении деструкции резины реактор охлаждается, промывается, продувается и разгружается.

Полученная СРР подвергается стабилизации, после чего может быть отгружена потребителю. Металлокорд промывается углеводородным конденсатом, извлекается из реактора и может быть отгружен в качестве сырья на переплавку.

Загрязненные углеводородами вода и пар, а также сдувки, направляются на дожигание.

Предлагаемая технология реализует патент России от 27.03.1996 года № 2057012 "Способ переработки резиносодержащих отходов и установка для его осуществления".

Сырье

РСО - 3400 тонн в год.

Растворители - 3500 тонн в год.

Продукты

Суспензия растворенной резины (СРР) - 6000 тонн в год.

Конденсат (УВК) - 590 тонн в год.

Газообразное топливо для нужд производства - 10 тонн в год.

Металлолом - 300 тонн в год.

Потребление ресурсов

Потребление электроэнергии - 65 квт час на тонну СРР.

Потребление воды для целей технологии - 1 м3 в сутки.

Занимаемая площадь - от 600 до 1500 м2.

Обслуживающий персонал - 25 человек.

Режим работы - круглосуточно, 330 суток в году.

Состав установки

1. Емкостная аппаратура, в том числе реакторы: единиц - 16;

2. Теплообменная аппаратура: единиц - 2;

3. Насосы: установленная мощность - 50 кВт, единиц - 14;

4. Компрессоры и вентиляторы: установленная мощность - 10 кВт, единиц - 4;

5. Котел для подогрева растворителя - 1;

6. Система управления:

аналоговые входы - 51 (датчики),

дискретные входы - 217 (сигнализаторы),

дискретные выходы - 143 (запорная арматура, управление двигателями).

Рисунок. Примерная компоновка оборудования

В зависимости от реализуемого варианта технологии и инженерной инфраструктуры площадки, на которой ведется строительство, состав оборудования установки может несколько изменяться.

Стоки и твердые отходы отсутствуют.

С дымовыми газами выбрасывается приблизительно 0,3 г/с окислов серы в пересчете на диоксид, 0,024 г/с окислов азота в пересчете на диоксид и 0,06 г/с окиси углерода. Максимальные (расчетные) концентрации вредных веществ в приземном слое при наиболее неблагоприятных метеорологических условиях для средней полосы России, значительно меньше предельно допустимых.

Размещено на Allbest.ru