Преимущества технологии и оборудование для пиролиза автомобильных шин

Одной из наиболее острых проблем современности является безопасная и эффективная утилизация синтетических отходов, представляющих значительную часть образующегося твердого мусора. На многочисленных полигонах и несанкционированных свалках на поверхности Земли хранится до 25 млн т использованной резины, при этом более половины этого объема приходится на использованные автомобильные покрышки. Из методов утилизации данной категории отходов наиболее экологичным и безопасным является пиролиз шин.

Плюсы и минусы данного способа переработки

Сравнивая пиролиз покрышек с двумя наиболее распространенными подходами к утилизации резиновых отходов (переработкой в крошку и традиционным сжиганием), можно выделить как сильные, так и слабые стороны этого способа.

Плюсы	Минусы
по результатам процесса отсутствуют продукты горения, т.е. не происходит ухудшения экологической ситуации и загрязнения атмосферы, нет вреда здоровью человека;	необходимость технологически сложного оборудования (печи, котлы и т.д.);
продукты пиролиза (зола) не содержат агрессивных веществ, что позволяет осуществлять их захоронение в почве или использовать в качестве топлива (в т.ч. на самой установке) без урона окружающей среде;	высокая себестоимость процесса;
пиролиз является практически безотходным циклическим производством, процесс энергетически автономен;	трудоемкость и требования к квалификации, навыкам и опыту рабочих;
установки не представляют опасности для населённых пунктов и могут использоваться как дополнительный источник электроэнергии.	во время пиролиза диоксины не распадаются полностью, а тяжелые металлы не выходят в осадок.

Технология и этапы пиролиза шин

В основе пиролиза лежит процесс разложения тяжелых органических соединений в результате термического воздействия (350-450 градусов Цельсия) в условиях отсутствия кислорода (также известен как полукоксование). Вещества на выходе являются легкими, с малой молекулярной массой. Полученные при переработки шин продукты получают вторую жизнь: их используют как топливо или вторичное промышленное сырье.

Процесс осуществляется под воздействием двухэтапного горения: сначала горит топливо, потом загорается пиролизный газ, отдающий значительный объем тепла в воздух.

Технологический цикл пиролиза включает 4 этапа:

1. сушка шин при температуре 150-200 градусов;
2. непосредственно пиролиз, сопровождающийся разложением органических соединений и коксованием резиновой массы;
3. окисление в результате горения, происходящее в процессе охлаждения массы до 100 градусов;
4. восстановление и разделение полученных продуктов:

• пирогаз конденсируется, фильтруется и подается в камеру сжигания установки, откуда подается для вторичного использования на производстве;
• твердые отходы направляются на выгрузку для дальнейшей сортировки;
• вода и пар отводятся с целью последующего использования в технологическом цикле.

Отдельно следует отметить подготовительную стадию, которая осуществляется на сортировочной линии: собранные для переработки автошины сушатся, разрезаются, от протекторов отделяют бортовые участки, убирается стекло, пластик, металл и другие отходы.

Варианты вторичной продукции и ее применение

Основными продуктами пиролиза, образующимися на выходе, являются:

• пиролизный или пиролитический газ (неконденсируемая смесь из горючих и негорючих газов);
• жидкое топливо на основе пиролизного масла – до 40-65% полученного осадка;
• пикарбон (твердый углеродсодержащий осадок) – до 37%;
• металлический корд – 10-15%;
• вода – 5-10%.

Полученные в результате переработки покрышек продукты подходят для вторичного использования как на самом заводе, так и в других сферах.

Жидкое топливо

Жидкость, получаемая в процессе перегонки резины, называется пиролизным маслом. В результате ее очистки от воды, осадка и примесей получается синтетическая нефть, по химическому составу аналогичная природной.

Сфера применения синтетической нефти:

• необработанная – в качестве топлива на промышленных и энергетических объектах (котельные, ТЭЦ и т.д.);
• очищенная – как заменитель бензина, керосина, масла, дизеля, иных горюче-смазочных материалов.

Одна автомобильная покрышка позволяет получить до 30 л синтетической нефти.

Твердый остаток с содержанием углерода

Полезным продуктом твердой фракции пиролиза автошин является полукокс – быстро воспламеняющееся вещество с высоким содержанием углерода, дающее до 35 Мдж на кг в процессе горения.

Область использования твердого остатка значительна:

• высококалорийное твердое топливо применяется в промышленности, на ТЭЦ и котельных;
• черный краситель – на лакокрасочных и цементных производствах;
• полукокс как вспомогательный компонент на производстве резиновых материалов и деталей (транспортные ленты, утеплители, новые покрышки);
• сорбент на производстве (аналог обычного угля).

Пиролизный газ

Продукт газообразной фракции пиролиза, представляющий летучее соединение, похожее по химическому составу на природный газ. Отсутствие в технологическом процессе кислорода позволяет получать экологически-безопасное соединение без диоксинов.

Более чем половину всего пирогаза конденсируют для получения жидкого топлива, оставшаяся часть применяется для обеспечения процесса перегонки и обеспечения процесса горения в печи. В перспективе – внедрение пиролитического газа в технологические процессы на энергетических установках как аналог природного.

Металлический корд покрышек

Под металлическим кордом понимается металлическая проволока из армирующего материала, располагающаяся в сердцевине автошин. Поскольку она изготовлена из высокопрочной стали, то в результате пиролитической обработки не подвергается изменениям и остается в первоначальном виде.

При низко- и среднетемпературном пиролизе металлическая сердцевина отделяется от резины на стадии подготовки. При высокотемпературном процессе для извлечения металла пиролизная масса подвергается фильтрации с использованием магнитного сепаратора.

Отходы утилизации покрышек применяют на металлургическом и строительном производстве:

• для армирования железо-бетонных конструкций;
• в процессе производства фибробетона;
• как вторсырье в плавильных аппаратах;
• как металлолом на перепродажу (после брикетирования).

Устройство пиролизных установок

Пиролизная установка представляет блочную мобильную конструкцию, состоящую из следующих элементов:

• сортировочная лента;
• загрузочный блок;
• реторта;
• отсеки (камеры) для горения;
• теплообменник;
• вспомогательные инструменты (конденсаторы, охладители и т.д.);
• модуль выгрузки.

Реторта для загрузки сырья

Реторта представляет высокопрочную герметичную емкость, в которой измельченные автопокрышки подвергаются процессу разложения под воздействием пиролизного раствора. Для качественного протекания процесса необходимо обеспечить хороший теплообмен внутри резиновой массы, что достигается за счет регулирования загрузки емкости.

Для изготовления реторты используются материалы, способные выдерживать не только большие температуры, но и высокое давление (до 0,4 атмосфер).

Важно. Недопустима разгерметизация емкости: попадание кислорода в реторту во время пиролиза приведет к взрыву.

Два отсека для горения

Камера для горения состоит из двух отсеков, предназначенных для сжигания топлива.

• Первая камера (нижний отсек) предназначена для обеспечения основного горения печи. За счет нее поддерживается необходимая температура для протекания технологического процесса.
• Вторая камера (верхний отсек) используется для дожигания использованного топлива, чтобы избежать выброса опасных соединений в окружающую среду. Она снабжена специальными отверстиями для естественного захода воздуха.

Для поддержания процесса горения может применяться как твердое топливо, так и пиролизный газ, подающийся из соседней установки, работающей в противофазе.

Теплообменник для конденсации газа

Теплообменник пиролизной установки представляет сложную конструкцию из металлических труб различного диаметра. Он применяется для охлаждения пиролизного газа и его последующего разделения на составляющие (жидкая и газообразная фракции, вода, пар и т.д.):

• осушенный газ направляется по трубам в камеру для горения;
• жидкая фаза подвергается фильтрации и очистке для вторичного использования в качестве топлива.

При условии соблюдений правил эксплуатации и техники безопасности теплообменник является экологически-безопасным оборудованием.

Дополнительное оборудование для ускорения процесса

Для повышения производительности и увеличения прибыли при пиролизе резины применяют дополнительные инструменты. За счет них происходит ускорение процесса, повышение качества полученного вторичного сырья, а также его первичная переработка.

Вспомогательное оборудование на пиролизном производстве представляют:

• скруббер – установка для охлаждения пиролизного газа под воздействием химических веществ, частичной конденсации пирогаза в жидкую фракцию;
• сепаратор – устройство для снижения параметра влажности пирогаза перед подачей в камеру горения;
• конденсатор – инструмент, используемый для преобразования пиролитических газов в жидкость;
• система фильтров – комплекс оборудования, предназначенного для очистки продуктов горения от осадка и вредных веществ.

Изготовление пиролизной установки своими руками

Простота конструкции пиролизной установки позволяет изготовить ее самостоятельно, из подручных элементов.

Материалы для сборки:

1. трубы из высокопрочной нержавеющей стали;
2. производственные термометры;
3. бидон или иная металлическая емкость (станут основой для реторты);
4. металлический бак вместимостью 200 л (основа для камеры горения);
5. краны и вентиля;
6. герметик (для обработки реторты).

Камера горения может быть собрана и сварена в кустарных условиях из стальных листов, по скачанному или распечатанному чертежу. В качестве топлива могут быть использованы дрова, опилки, фанера, пиломатериалы, древесный уголь и т.д.

Несмотря на легкость изготовления, практической выгоды от самодельной установки нет: оборудование подходит только для исследовательских и познавательных целей. Объемы переработки малы, а получаемые продукты горения требуют дополнительной очистки от примесей и осадка. Для промышленных объемов утилизации шин лучше не рисковать и использовать готовую установку.

Поставщики готовых установок

Производитель	Тип	Цена (руб.)
АП БМП	Мобильная пиролизная установка	1 100 000
ПризОйл	Промышленная установка для переработки резины и др. отходов	7 600 000
Изобилие	Промышленная установка для переработки 250 видов органических отходов	9 980 000

Применение метода в России и в мире

Несмотря на относительную “молодость” технологии, утилизация покрышек за счет пиролиза уже применяется во многих станах. Наибольшей популярностью этот способ пользуется в США: за год на пиролизных установках перерабатывается более 100 млн. использованных шин.

В России на начало 2020 года зарегистрировано 15 пиролизных заводов, при этом работают только 5 из них. Более 90% автошин перерабатывается опасными для окружающей среды способами. Медленный переход к альтернативному экологичному методу связан с высокой ценой оборудования и трудоемкостью процесса.