Оренбургский государственный университет
Совершенствование конструкции установки утилизации автомобильных шин
Горбунов С.Н.
Утилизация автомобильных шин по окончании срока их эксплуатации во всем мире является значительной проблемой разработчиков технологий, проектировщиков, а также касается производителей шин и автомобильной промышленности, поскольку на них в ряде стран через государственные программы возлагается ответственность за развитие системы управления отходами автомобильных шин.
Изношенные шины представляют собой самую крупнотоннажную продукцию полимеросодержащих отходов, практически не подверженных природному разложению. Поэтому переработка и вторичное использование вышедших из эксплуатации шин имеют важное экономическое и экологическое значение.
Шины представляют собой ценное полимерное сырье: в 1 т шин содержится около 700 кг резины, которая может быть повторно использована для производства топлива, резинотехнических изделий и материалов строительного назначения [1].
Изношенные шины представляют собой сложный композит из металлокорда, текстильного корда и резины. Главный компонент этого композита - резина, являющаяся матрицей. Именно резина наиболее трудна для переработки из-за своих физико-механических свойств, и именно она является самым ценным компонентом с точки зрения вторичного использования. Соотношение различных материалов в автомобильной шине представлено в таблице1. [2].
Таблица 1 - Усредненный состав автомобильной шины
|
Компонент покрышки |
Массовая доля, % |
|
|
Каучук и эластомеры |
46 - 62,1 |
|
|
Сажа |
21 - 31 |
|
|
Металл |
17 - 19 |
|
|
Текстиль |
6 - 8 |
|
|
Масляные наполнители |
1,9 - 2,1 |
|
|
Окись цинка |
1 - 1,9 |
|
|
Стеариновая кислота |
1,2 - 1,5 |
|
|
Сера |
1,1 - 1,3 |
|
|
Катализаторы |
0,7 - 0,8 |
Из-за отсутствия эффективных решений по утилизации, шины накапливаются в хранилищах или выбрасываются на свалки, ухудшая и без того напряженную экологическую обстановку [3].
Практическое решение проблемы возможно путем разработки научно обоснованного метода переработки шин, а также технологии и оборудования для его реализации в виде высокорентабельного производства [4].
Одним из решений задачи энергоэффективности и экологичности переработки автомобильных шин является технология переработки методом термоожижения.
Сущность данной технологии заключается в термоожижении, основанной на термической деструкции резины в среде продуктов нефтепереработки (например, в моторном масле). Полученные в результате процесса продукты представляют собой металлокорд - до 10 - 20 % и жидкую суспензию деструктурированной резины в технологическом растворителе (синтетическая нефть) - 40-45 %, используемую для получения технического углерода выше - 25-35 % или в качестве добавки для получения защитных и битумных мастик, печного топлива и т.д., а также термолизный газ - 5-10 % (аналог природного газа) [5].
На рисунке 1 представлена схема установки, реализующей переработку полимерных отходов.
Работа установки утилизации осуществляет способ термохимического ожижения полимерных отходов.
Подлежащие утилизации продукты помещают в загрузочную корзину и затем корзину помещают в реактор.
Рисунок 1 - Схема установки утилизации полимерных материалов транспортных машин
1 - реактор; 2 - крышка; 3 - зажимное устройство; 4 - нагревательный блок; 5 - конденсатор; 6 - расширительная емкость; 7 - манометр; 8 -предохранительный клапан; 9 - высокотемпературные ТЭНы.
Далее производят заправку технологическим растворителем (отработанное моторное масло) рабочий объем реактора до необходимого уровня. На поверхность фланца реактора укладывают уплотнительную паронитовую прокладку, предварительно смазанную высокотемпературным герметиком и накрывают реактор крышкой.
С помощью зажимного механизма фланец крышки плотно притягивается к фланцу реактора, сжимая уплотнительную прокладку, тем самым герметизируя рабочую полость реактора от прорыва газов, выделяющихся при проведении рециклинга.
Включают общее питание установки в шкафе управления и устанавливают пределы регулирования температуры процесса на регулировочном приборе ТРМ-202 на отметке 450 0С, затем включают питание ТЭНов. автомобильный шина термоожижение экологичность
ТЭНы нагревают воду в нагревательном блоке до температуры кипения. После закипания воды, излишки которой вытесняются по трубопроводу в расширительную емкость, в объеме нагревательного блока создается паровая среда. При помощи ТЭНов водяной пар нагревается до температуры превышающей температуру процесса утилизации на 50 0С, тем самым, создавая температурный напор позволяющий нагреть продукты утилизации до необходимой температуры.
На протяжении всего цикла переработки контролируют температуру процесса при помощи термопары ТХК-600, показания которой, при помощи измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) смонтированного в шкафе управления, выводятся на монитор компьютера и отображаются в виде графиков. Давление внутри реактора контролируют по показаниям манометра размещенного на боковине реактора.
После достижения температуры 450 оС производят выдержку продуктов утилизации в течение 2-х часов. После выдержки отключают питание ТЭНов.
После охлаждения установки до температуры 280 0С ослабляют зажимной механизм, удерживающий крышку, и снимают её. Затем при помощи сливного вентиля сливают продукты рециклинга в специальную емкость. Вынимается загрузочная корзина из реактора и производится выгрузка остатков продуктов рециклинга. Затем цикл повторяется. Отстоявшаяся жидкость представляет собой суспензию отработанного масла и разложившихся продуктов полимеров.
Все продукты переработки не содержат высокотоксичных веществ, также исключена возможность попадания в атмосферу продуктов разложения. Перечислим наиболее важные положительные особенности технологии:
1) Низкая потребность в электроэнергии (по сравнению с другими технологиями), замкнутость цикла и экономичность, возможность использования для технологических потребностей топлив различного вида: жидкое, твердое, газообразное.
2) Безотходность. Отсутствуют отходы производства, которые требуют последующей утилизации.
3) Получение высоколиквидной продукции, включая энергоносители. Установка по переработке шин позволяет решить проблему утилизации не только с точки зрения экологии, но и дает возможность превратить переработку шин в экономически высокоэффективное производство, что в настоящее время не позволяет сделать ни одна другая технология.
4) Экологическая безопасность. Продукты переработки высокотоксичных веществ не содержат. Исключена возможность выхода в атмосферу продуктов разложения. Оборудование экологически, пожаро и взрывобезопасно [7].
Список литературы
1 Валуев Д.В., Ананьева О.Р. Перспективы переработки автомобильных шин // Вестник науки Сибири. № 1. 2011. С. 699-704.
2 ГОСТ 8407-89 «Сырьё вторичное резиновое. Покрышки и камеры шин. Технические условия». -- М.: Издательство стандартов, 1990.
3 Федеральный закон от 10.01.2002 N 7-ФЗ (ред. от 03.07.2016) «Об охране окружающей среды» // Российская газета. № 6. 12.01.2002.
4 Тарасова Т. Ф. Экологическое значения и решение проблемы переработки изношенных автошин / Т. Ф. Тарасова, Д. И. Чапалда // Вестник ОГУ. Т. 2. Естественные и технические науки. 2006. № 2. С. 130-135.
5 Штанов В. Переработка шин: перспективный бизнес, который предстоит создать // Ведомости. № 3353 от 28.05.2013.
6 Пославский А.П., Сорокин В.В. Стратегия формирования энергоэффективной технологии утилизации автомобильных шин: Журнал. - Вестник ОГУ:2011 №10 с. 169.