Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Пиролиз автопокрышек

Московский Государственный Технический Университет

«МАМИ»

Кафедра «Экология и безопасность жизнедеятельности»

Курсовая работа на тему «Пиролиз автопокрышек»

Студент: Ткаченко Е. Б.

Группа:10-ВИО-2

Преподаватель: Бобович Б.Б.

Москва, 2011 г.

Содержание

1.Введение………………………………………………………………...……..3-5

2. Способы переработки……………………………………………………..…6-7

3.Пиролиз – технология, альтернативная сжиганию………………………....8-9

3.1. Виды пиролиза………………………………………………...................10-12

4.Установки по переработке отходов……………………………………… 13-16

4.1.Принцип работы установки……………………………………………...17-18

4.2.Стационарная установка…………………………………………….. ….19-20

5. Технологическая схема переработки отходов…………………………...21-24

6. Заключение………………………………………………………………….…25

7. Список используемой литературы…………………………………………...26

1.Введение

Во всем мире сейчас остро стоит проблема хранения и утилизации старых автомобильных покрышек. Общемировые запасы изношенных автошин оцениваются в 25 млн. тонн при ежегодном приросте не менее 7 млн. тонн. На европейские страны приходится 3 млрд. шт. изношенных автошин (около 2 млн. т.). Из этого количества в мире только 23 процента покрышек находят применение (экспорт в другие страны, сжигание с целью получения энергии, механическое измельчение для покрытия дорог, спортплощадок и др.), а оставшиеся 77 процентов изношенных автошин не утилизируются из-за отсутствия рентабельного способа утилизации.

Изношенные шины хранятся легально и нелегально как на свалках, предназначенных исключительно для использованных автопокрышек, так и на смешанных свалках с другими отходами. Это несет в себе большую опасность: на подобных свалках возникают пожары, которые трудно потушить из-за хорошей воспламеняемости шин.

В связи с запретом в Европе на складирование старых покрышек и отсутствием достаточного места для хранения (например, в Японии) возникает вопрос о способах их утилизации. Например, во Франции 18% шин сжигают, 21% измельчают в крошку, 11% используют в парках, портах и т.д., а для 46% находят возможность восстановления.

Если обратиться за решением проблемы к мировому передовику в области технологий -Японии, то с удивлением придется отметить, что около 65-70% старых шин сжигается, 45-50% шин сжигает Германия, около 30% Великобритания. В США ежегодно 115 млн. старых шин используются в качестве топлива. По стандартам США, 1 шина типичной пассажирской автомашины эквивалентна 7 галлонам нефти (31,8 литрам). Применяемая в качестве топлива дробленая автомобильная резина дает на 10-16% больше тепла, чем каменный уголь. Также шины используются для строительства автомобильных дорог. При этом дороги еще огораживаются шумозащитными стенами, построенными из смеси цемента и измельченной

шинной резины. Около 34 млн. шин перерабатываются в поверхностные покрытия и другие подобные продукты. Рассмотрим основные, существующие на сегодняшний день, способы утилизации резинотехнических отходов.

Динамичный рост парка автомобилей во всех развитых странах приводит к постоянному накоплению изношенных автомобильных шин. По данным Европейской Ассоциации по вторичной переработке шин (ЕТРА) в 2000 году общий вес изношенных, но непереработанных шин достиг: в Европе-2,5 млн тонн; в США-2,8 млн тонн; в Японии-1,0 млн тонн; в России-1,0 млн тонн.
В Москве ежегодно образуется более 70 тыс. тонн изношенных шин, в
Петербурге и Ленинградской области - более 50 тыс. тонн.
Объем их переработки методом 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.

В своей работе я рассмотрела проблему утилизации автопокрышек различными способами, раскрыла преимущества каждого из них и проанализировала дальнейшие действия, направленные на получение ценного сырья, такого как: 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.

2. Способы переработки

Переработка в крошку

Измельчение отходов резины признается самым простым и рациональным способом переработки, поскольку позволяет максимально сохранить физико-механические и химические свойства материала. Однако, дороговизна, сложность и энергоемкость оборудования является камнем преткновения экономически эффективного решения проблемы полного рециклинга резиновых отходов.

Сжигание

Сжигание в цементных печах вообще прибыли не приносит. Это тоже самое, что топить печь ассигнациями. Сжигание шин производится в первую очередь в цементной промышленности и на теплоэлектроцентралях. Шины используются здесь, как материал- заменитель угля и мазута. Сжигание большого количества шин имеет исторические причины. Десятилетиями сжигание шин представляло собой недорогой способ получения энергии. Одновременно появлялась возможно сэкономить первичные горючие материалы.

Альтернативные способы переработки шин, имеющиеся в прошлом, чаще всего были нерентабельны. Ряд недостатков сжигания шин лежит в самой природе данного метода. Температурные колебания в процессе горения ведут к неполному сгоранию шины. При этом при температуре ниже 1.100°C образуются такие ядовитые вещества, как хлорированный диоксин и фуран. Всем известен и неоспорим тот факт, что подобного рода процессы способствуют усилению тепличного эффекта. Так, в процессе горения образуется ок. 3.700 кг CO2 на тонну шин. В производстве цемента количество используемых в качестве топлива шин технологически ограничено. Применение в данном производстве большого количества старых автопокрышек негативно отражается на качестве цемента, т.к. содержащаяся в них сталь проявляется в цементе как оксид железа, который окрашивает материал. В тоже время актуален вопрос поиска альтернативных вариантов получения топлива и электроэнергии. При этом топливо, технический углерод и горючий газ можно получить практически из ничего – из использованных автопокрышек. Зачем же тогда хранить опасные залежи использованных автопокрышек или просто сжигать? Не выгоднее ли пустить старые автопокрышки на переработку?

3.Пиролиз – технология переработки, альтернативная сжиганию

Это абсолютно экологически безопасная технологическая утилизация старых автопокрышек. Технология основана на процессе разложения резины на составляющие компоненты. Для этого используется метод низкотемпературного пиролиза или, как его еще называют, деполимеризации. И термолиза – разложение резины в инертной среде перегретого пара. Шины загружаются в реактор и под воздействием температуры подвергаются пиролизу с образованием парогаза, технического углерода и отделением металлокорда. При воздушном охлаждении парогаз конденсируется в жидкую фракцию продуктов пиролиза. Основное преимущество этой технологии – получение более ликвидных (по сравнению с резиновой крошкой) продуктов. Продукты, которые мы получаем в процессе переработки при температуре ведения процесса в диапазоне 400-500°С:

1).Прессованный металлокорд – до 10 - 20%. Ссоответствует ГОСТ 2787-75 и используется в металлургической промышленности. Дополнительной очистки не требует.

2).Синтетическая нефть - 40-45%. По своим свойствам замещает или

превосходит некоторые нефтепродукты. Жидкая углеводородная фракция является аналогом смеси нефтяных топлив. Разделяется на высокооктановую присадку в бензины и печное топливо.

3).Углерод технический – выше 25-35%. Пригоден для использования в

резинотехнических смесях различного назначения: в металлургии, производстве лакокрасочных и строительных материалов, топливных брикетов. На его основе возможно производство сорбентов для очистки воды и газоочистки, сбора нефтяных пятен с водных и грунтовых поверхностей.

4).Термолизный газ - - 5-10 %. Аналог природного газа.

5).Тепловая энергия - 1,36 Гкал при переработке одной тонны сырья в час.

Предлагаемая технология может быть интересна руководителям компаний, занимающихся утилизацией отработанных автопокрышек, которые на выходе получают продукт с низкой стоимостью и имеют сложности с его последующей реализацией.

Положительные особенности технологии

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.

3.1.Виды пиролиза

Окислительный пиролиз применяется для обезвреживания отходов тех категорий, которые непригодны к сжиганию и газификации. К ним относятся: влажные осадки, пластмассы, шламы высокой зольности, почва, загрязненная различными элементами, в том числе, мазутом и маслами, вязких, пастообразных, пылящих отходов. Окислительный пиролиз основан на термическом разложении промышленных отходов, во время их контакта с продуктами сгорания топлива, или частичного сжигания.
Этот метод оптимален для изношенных покрышек, измельченного кабеля, автомобильного скрапа и других отходов, содержащих соли металлов и сами металлы, плавящиеся или поддающиеся воспламенению при нормальных температурах сгорания. Окислительный пиролиз – оптимальный и перспективный метод для ликвидации изношенных автопокрышек. Сухой пиролиз гарантирует высокую степень обезвреживания твердых промышленных отходов. Этот метод предусматривает последующее использование переработанного продукта в качестве горючего и химического сырья, и, тем самым стимулирует создание безотходных либо минимизирующих количество отходов производств. Предполагает активное внедрение рациональных технологий и позволяет сохранить природные ресурсы.
Процесс сухого пиролиза основан на реакции термического разложения при отсутствии доступа кислорода. В итоге химической реакции получаются: пиролизный газ с высокой теплотой сгорания, жидкая фракция и твердый углеродистый остаток. Сухой пиролиз, в зависимости от температурного режима делится на следующие виды: Низкотемпературный (полукоксование) процесс, протекающий при 450-550?С, для которого является характерным большой выход полукокса (твердого остатка) и жидкого остатка с максимальной теплотой сгорания и выходом пиролизного газа. Данный метод оптимален для получения такого жидкого топлива как первичная смола. Также метод используют для переработки отходов каучука в мономеры – сырье для создания каучука повторного цикла. Полукокс довольно часто используют и в качестве бытового и энергетического топлива.
Среднетемпературный пиролиз, или метод среднетемпературного коксования, процесс, протекающий при температуре не выше 800?С. Характеризуется меньшей теплотой сгорания и меньшим выходом жидкой фракции и кокса, но увеличенным объемом пиролизного газа.
Высокотемпературный пиролиз или процесс коксования, протекающий при температуре от 900 до 1050⁰С, с минимальным выходом продуктов жидкой и твердой фракции, и повышенным выходом пиролизного газа при предельно малой теплоте сгорания, который является оптимальным, пригодным для транспортировки на большие расстояния топливом. В итоге имеем уменьшенное количество смолы и содержание в ней ценных легких фракций.
Сухой пиролиз – наиболее перспективный и распространенный метод вторичной переработки и утилизации твердых бытовых отходов, отходов РТИ, органических отходов и извлечения из них ценных компонентов путем применения современных технологий переработки.

Схема переработки автопокрышек на основе пиролиза

4.Установки по переработке отходов

Предлагаются следующие варианты установок для переработки резинотехнических и полимерных отходов.

Установка МС перерабатывает как цельные автошины, так и мелкие отходы РТИ с добавлением отходов пластмасс. Изготавливается в виде модулей, установленных на двух шасси грузового полуприцепа. Основой технологии является способ паротермического разложения резины. Основное преимущество технологии – получение более ликвидных по сравнению с резиновой крошкой продуктов:

-жидкая углеводородная фракция (выход из тонны отходов - до 45%, аналог смеси нефтяных топлив – близок к котельному топливу),

-порошкового наполнителя углеродного, аналога технического углерода (выход из тонны отходов – от 35 до 50%, пригоден для использования в резинотехнических смесях различного назначения; в металлургии, производстве лакокрасочных и строительных материалов),

-топливных брикетов.

Установка термической переработки изношенных шин МС (далее – установка) в качестве модульного быстроразборного агрегата найдет применение на предприятиях крупного автосервиса, полигонах ТБО, автохозяйствах и других подобных местах скопления изношенных шин.

Все составные части установки размещаются на рамных конструкциях в виде четырех модулей: модуль термолиза, модуль пароподготовки, модуль конденсации и модуль переработки твердой фракции.

Модуль термолиза содержит теплоизолированную камеру термообработки (реактор), соединенную по торцам с двумя шлюзовыми камерами загрузки-выгрузки. Внутри камеры термообработки и в одной из шлюзовых камер размещены две тележки с обрабатываемым материалом.

Камера термообработки содержит металлический корпус из термостойкой стали с газоходами для внутренней циркуляции теплоносителя, осуществляемой вентилятором потолочного типа по замкнутому контуру, и газоходами для обогрева камеры дымовыми газами. Газоходы внутренней циркуляции оборудованы устройством струйной подачи перегретого пара в слой обрабатываемого материала снизу вверх. На торцевых стенках корпуса установлены герметичные теплоизолированные затворы с электрическим приводом. Камера термообработки имеет полости отвода газообразных продуктов переработки и дымовых газов, оканчивающиеся выводными патрубками, а также патрубки подвода перегретого пара и дымовых газов. В камере термообработки установлен взрывной клапан, а также датчики температуры перегретого пара, газообразных продуктов переработки и газоанализатора.

Шлюзовые камеры выполнены в виде теплоизолированного герметичного

металлического корпуса из обычной стали, который одним из торцов герметично присоединен к камере термообработки. В донной части шлюзовой камеры установлен цепной транспортер с двухсторонним приводом для осуществления подачи в камеру термообработки и извлечения из нее тележки с обрабатываемым сырьем, шнековый транспортер для выгрузки твердого остатка и поворотное устройство для выгрузки твердого остатка из тележки. В верхней части шлюзовой камеры установлено загрузочное устройство с электороприводом, а также водораздающая система для охлаждения твердого остатка путем орошения после вывода тележки из камеры термообработки. На свободном торце шлюзовых камер установлена технологическая дверь с ручным приводом. Тележки для размещения резанных изношенных шин изготовлены из термостойкой стали, имеют поворотное днище для обеспечения выгрузки твердого остатка, имеют

непровальные щелевидные отверстия для прохода теплоносителя в слой материала, а также объем, обеспечивающий загрузку не менее 1000 – 1200 кг в каждую.

Модуль пароподготовки содержит топку – пароперегреватель, парогенератор, дымосос, емкость для питательной воды парогенератора, емкость для жидкого топлива. На площадке модуля размещен пульт управления установкой.

Топка – пароперегреватель должна работать на жидком топливе в качестве

основного с периодической подачей газообразной фракции продуктов переработки в качестве дополнительного топлива. Она должна быть оборудована серийной регулируемой горелкой и иметь датчик для измерения температуры продуктов сгорания. Пароперегреватель топки должен обеспечивать перегрев водяного пара в количестве до 500 кг/ч от температуры 130 – 140 0С до температуры 600 - 650 0С.

Парогенератор является серийно изготавливаемым изделием, работает на газовом топливе и обеспечивает подачу в пароперегреватель заданного количества пара с температурой 130 – 140 0С.

Дымосос также является серийно изготавливаемым изделием и обеспечивает отсос из рубашки камеры термообработки продуктов сгорания топлива в топку - пароперегреватель.

Емкость для питательной воды и емкость для жидкого топлива обеспечивают запас для непрерывной работы установки в 1 смену.

Пульт управления установкой обеспечивает управление и контроль всей системы электрооборудования установки. Система электрооборудования, кроме центрального пульта управления, при необходимости может быть снабжена местными постами управления для работы с отдельными агрегатами по месту их установки. Система электрооборудования должна обеспечивать защиту электрооборудования от перегрузок, сигнализацию о работе, контроль параметров работы установки, защиту от поражения электрическим током.

Модуль конденсации содержит три блока конденсаторов, работающих при

различных перепадах температур и оборудованных системой контроля и

регулирования режимов работы каждого конденсатора. Кроме того, в модуль

конденсации входит блок водоохлаждения и блок водоочистки.

Конденсаторы выполнены в виде вертикальных кожухотрубных теплообменников с противоточным движением охлаждаемой и охлаждающей сред. В качестве охлаждающей среды для одной группы конденсаторов используется низкотемпературный насыщенный пар, а для другой – техническая вода. Для поддержания и регулировки заданных тепловых режимов в конденсаторах первой ступени и второй ступени предусмотрена система периодической подачи технической воды через калиброванные шайбы.

Блок водоохлаждения состоит из батареи стандартных водовоздушных калориферов и вентилятора и обеспечивает автоматическое охлаждение технической воды, циркулирующей в конденсаторе по замкнутому контуру.

Блок водоочистки обеспечивает отделение конденсата (воды) от жидких продуктов разложения шин, очистку конденсата до показателей принятых при возврате конденсата в парогенератор и перекачку с помощью насосов разделенных фракций по месту их использования.

Модуль сепарации твердой фракции содержит транспортеры для перемещения твердой фракции от мест выгрузки ее из шлюзовых камер до места разделения ее на составляющие компоненты (углерод и металлокорд). Для этой цели он содержит магнитный улавливатель металлокорда и вибросито.

Узел загрузки подготовленного сырья, включающий бункер-дозатор и систему транспортеров, также входит в состав установки.

4.1.Принцип работы установки

Разрезанные на куски размером 100 – 300 мм изношенные автомобильные шины из бункера – дозатора, расположенного в подготовительном отделении, транспортером загружают в одну из тележек, расположенную в шлюзовой камере.

После загрузки тележку с отходами с помощью цепного транспортера перемещают в камеру термообработки и закрывают затворы. Другая тележка для отходов в это время находится в другой шлюзовой камере в режиме выгрузки - загрузки и ожидания. От парогенератора через пароперегреватель в камеру термообработки подают перегретый водяной пар и с помощью вентилятора создают циркуляцию водяного пара через слой отходов. С помощью датчиков температуры и давления контролируют процесс термического разложения отходов. Регулировка процесса осуществляется путем изменения температуры перегрева поступающего в камеру термообработки пара. Образующиеся газообразные продукты термического разложения отходов выводят в систему охлаждения и разделения на жидкие и газообразные фракции. При этом парогазовая смесь проходит три ступени конденсации. В первой ступени отделяется тяжелая фракция с температурой кипения 250 – 380 0С, во второй ступени отделяется жидкая фракция с температурой кипения 160 – 260 0С и в третьей ступени осуществляется конденсация водяного пара и легкокипящей фракции с температурой кипения 85 – 160 0С Неконденсирующиеся горючие газы из последней ступени конденсации подают в топку и сжигают.

После завершения процесса термического разложения отходов тележку с твердым остатком выводят из камеры термообработки назад в шлюзовую камеру и охлаждают до температуры 100 – 120 0С.

После охлаждения твердую фракцию высыпают на выгружной транспортер путем поворота днища тележки и далее по транспортной линии отправляют на модуль сепарации, где при помощи магнитного барабана отделяют металлокорд от углерода, а затем на вибросите очищенный углерод разделяют на мелкую и крупную фракции.

После вывода отработанной тележки из камеры термообработки в нее подают подготовленную тележку из противоположной шлюзовой камеры и процесс повторяют.

4.2.Стационарная установка

Основываясь на 10-летнем опыте нефтедобывающей компании по эксплуатации пиролизных установок для переработки шин в топливо и технический углерод, была спроектирована стационарная установка нового поколения по переработке резинотехнических отходов. В данный момент она существует в виде опытно- промышленной установки, созданной в масштабе 1:4 Разработанная технология переработки резинотехнических отходов предназначена для того, чтобы с помощью пиролизной установки решить проблему экологически чистой утилизации отходов.

Установка предназначена для переработки и утилизации следующих видов отходов:

· мелкие резинотехнические отходы (рукава, шланги и т.д.);

· автомобильные шины.

За счет использования пиролизной технологии выброс в атмосферу вредных

компонентов не превышает норм ПДК, принятых на территории РФ. Технология основана на пиролизе резинотехнических отходов при одновременном огневом обезвреживании отходящих газов в теплогенераторе.

Принцип действия стационарной установки

В основу технологии положено термическое разложение резинотехнических отходов в безкислородной атмосфере (пиролиз). Образующиеся газообразные продукты термического разложения отходов выводят в систему охлаждения и разделения на жидкие и газообразные фракции. При этом парогазовая смесь проходит три ступени конденсации. В первой ступени отделяется тяжелая фракция с температурой кипения 250 – 380 0С, во второй ступени

отделяется жидкая фракция с температурой кипения 160 – 260 0С и в третьей ступени осуществляется конденсация 85 – 160 0С. Неконденсирующиеся горючие газы из последней ступени конденсации подают на теплогенератор и сжигают. После завершения процесса термического разложения отходов твердый остаток выводят из камеры термообработки в шлюзовую камеру и охлаждают до температуры 100 – 120 0С. После охлаждения твердую фракцию высыпают на выгружной транспортер и далее по транспортной линии отправляют на модуль сепарации, где при помощи магнитного барабана отделяют металлокорд от углерода.

5.Технологическая схема переработки покрышек

Процесс переработки резинотехнических отходов (РТО), в частности использованных автомобильных шин, осуществляется согласно следующей технологической схеме. Состав установки: ретортная печь, реторты, конденсатор-холодильник, сборник-сепаратор жидких продуктов, газожидкостные сепараторы.(см.рис.1)

Рис.1

1. Батарея ретортных печей
2. Реторта из нержавеющей стали
3. Сильфон
4. Магистраль парогаза пиролиза
5. Конденсаторы - холодильники
6. Сборник - сепаратор
7. Газожидкостные сепараторы
8. Топка
9. Горелка
10. Инжектор
11. Воздуходувка
12. Дымовая труба
13. Реторта на загрузке-выгрузке
14. Крышка реторты ПГС - парогазовая смесь
ГЖС - газожидкостная смесь
ГП - газ пиролиза
МП - масло пиролиза
В - воздух
ОГ - отбор газа
ОМ - отбор масла
РО - загрузка отходов (сырья)
ПК - выгрузка полукокса

Ретортная печь - вертикальная, шахта печи футерована огнеупорным бетоном и высокотемпературной теплоизоляцией на основе керамического волокна. В нижней части шахты печи установлены колосники для сжигания твердого топлива и горелочное устройство для сжигания горючих газов. Интенсификация горения и перемешивания топочных газов достигается воздушным наддувом. В шахту печи через открытый верх шахты помещается реторта с сырьем. Реторта - цилиндрический сосуд из жаростойкой стали, с крышкой. Специальный затвор по периметру сопрягаемых поверхностей реторты и печи обеспечивает герметизацию внутреннего пространства печи. Конденсатор-холодильник предназначен для охлаждения и конденсации паров жидких продуктов пиролиза. Парогазовая смесь поступает из реторты в конденсатор-холодильник по трубопроводу через быстроразъемное соединение и сильфонный компенсатор деформаций. Конденсат и неконденсирующиеся газы отводятся по трубопроводу в сборник-сепаратор. Сборник-сепаратор - цилиндрическая емкость, предназначенная для сбора жидких продуктов пиролиза и частичного улавливания брызг жидких продуктов из газового потока. Окончательная очистка газа от капель жидкости осуществляется в газожидкостном сепараторе. Горючий газ поступает в горелочное устройство печи и/или другим потребителям.