Использование автомобильных шин в качестве топлива

ТАЛЛИНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Вирумааский колледж

RAR0720 Taastuvkütused

 

 

 

 

Анна Андреева

091435RDKR

Использование автомобильных шин в качестве топлива

Реферат

 

 

 

 

 

 

Преподаватель: А. А. Згуро

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОХТЛА-ЯРВЕ 2012

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

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.   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.

 

На европейские страны приходится 3 млрд. штук изношенных автошин (около 2 млн. т.). Утилизируется приблизительно 82% отработанных шин.

 

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  возникает вопрос об утилизации автомобильных шин  с эколого-экономическим эффектом.

 

В работе приводится детальное рассмотрение способов использования  шин с  целью

получения топлива.

 

.…………………………………………………..…………………… 

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1. 1 Состав автомобильных  шин ¹

 

Основные составляющие резиновой  смеси:

• Каучук. Основа автомобильной резины.
• Технический углерод - (промышленная сажа). Сажа обеспечивает в процессе вулканизации хорошее молекулярное соединение, что придаёт покрышке особую прочность и износостойкость.
• Кремниевая кислота. Добавка кремниевой кислоты вводится в состав автомобильной резины так же с целью увеличения износостойкости.   
• Масла и смолы. Смолы и масла служат мягчителями и добавляются в качестве вспомогательных материалов. От достигнутой жёсткости резиновой смеси во многом зависят ездовые свойства и износостойкость шины.
• Сера. Сера - вулканизующий агент. Связывает молекулы полимера «мостиками» с образованием пространственной сетки. Пластичная сырая резиновая смесь превращается в эластичную и прочную резину.
• Вулканизационные активаторы, такие как оксид цинка и стеариновые кислоты, а также ускорители инициируют и регулируют процесс вулканизации в горячей форме  и направляют реакцию взаимодействия вулканизующих агентов с каучуком в сторону получения пространственной сетки между молекулами полимера.
• Экологические наполнители. Новая и ещё не распространённая технология предполагает собой применять в смеси протектора крахмал из кукурузы (в перспективе картофеля и сои). За счёт значительно уменьшенного сопротивления качения шина на основе новой технологии выделяет в атмосферу почти вдвое меньше соединений углекислого газа по сравнению с обычными шинами.

1.2. Износ автомобильных  шин  ²

 

Под долговечностью автомобильных  шин понимают срок их службы и выработку  до протектора, разрыва каркаса или  расслоения.

Износ шин  зависит от температуры окружающей среды, от скорости движения, от давления воздуха в шине, от нагрузки на шину. Процесс износа протектора происходит по трём последовательным этапам:

 

• Образование фрикционных связей с дорогой

 

• Существование фрикционных связей при изменяющихся деформациях и развивающихся температурах

 

• Нарушение фрикционных связей и разрушение поверхности

                                                                                                  

1.3. Способы использования   автомобильных шин с целью получения топлив ³

 

1.3.1 Прямое  сжигание автомобильных шин

 

Одним из методов  утилизации изношенных шин является использование их в  качестве топлива. Теплота сгорания резины составляет 33,5 МДж/кг, т.е. соответствует  углю высокого качества. Сжигание шин производится в первую очередь в цементной промышленности и на электростанциях.

Обычно резиновая крошка как  топливный материал используется в  виде  добавки при сжигании других топлив.

Однако у этого метода имеется  ряд недостатков, который  лежит в самой природе данного метода.

Температурные колебания в процессе горения ведут к неполному  сгоранию шины. При этом, при температуре  ниже 1100°C образуются такие ядовитые вещества, как

хлорированный диоксин и фуран.

Так же в процессе горения образуется большое количество  CO2.

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 снижает прочностные характеристики цемента.

 

1.3.2 Пиролиз автомобильных шин. ⁴

 

Технология пиролиза автомобильных  шин основана на процессе разложения резины под действием повышенных  температур без доступа кислорода.

Один из методов -  метод низкотемпературного  пиролиза или  деполимеризации.

Так же существует метод  термолиза  – разложение  резины в инертной среде перегретого пара.

Оба эти метода имеют одинаковый принцип.

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.

Процесс протекает в диапазоне  температур от 400 до 500°С.

Рисунок 1

Принципиальная схема  пиролизной установки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продукты, получаемые  в процессе пиролизной переработки: ⁵

 

• Прессованный металлокорд – 10 - 20%. Может использоваться в металлургической промышленности. Дополнительной очистки не требует.

 

• Синтетическая нефть - 40-45%. По своим свойствам замещает или превосходит некоторые нефтепродукты. Жидкая углеводородная фракция является аналогом смеси нефтяных топлив, из которой возможно получать различные топливные фракции при дальнейшей дистилляции.

 

• Углерод технический  – 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 сводных и грунтовых поверхностей.

 

• Термолизный газ  - 5-10 %. Аналог природного газа.

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  В ЭСТОНИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН  В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА⁶

 

По данным KESKKONNAINFO в Эстонии образовывается более 20 тысяч тонн автомобильной резины в год.

Сбором изношенных автомобильных  шин в Эстонии занимается недоходное объединение  - Эстонский шинный союз. Эстонский шинный союз – это  старейшая в Эстонии организация  ответственности производителя, занимающаяся сбором и переработкой старых покрышек. Членами союза являются крупнейшие производители и импортеры шин в Эстонии, в интересы которых входит оптимальная и экологичная переработка автомобильных покрышек как проблемного материала согласно действующим в Эстонии Закону об отходах и постановлению об утилизации.

В качестве топлива  в  Эстонии  автомобильные шины используются в  двух направлениях:

 

• Прямое сжигание автомобильных шин с целью получения тепла.

 

• Пиролизная  переработка автомобильных шин с целью извлечения полезных продуктов.

2.1. Прямое сжигание  автомобильных шин с целью получения тепла ⁷

 

Прямым сжиганием автомобильных  шин в Эстонии с целью получения  тепла занимаются два предприятия: Kunda Nordic Cement  и Нарвские электростанции.

Предприятие Kunda Nordic Cement  использует автомобильные шины в качестве топлива, сжигая их в туннельных печах совместно с другими топливами  – сланцем и биополевом. Сжигание автопокрышек в туннельных печах оправдано, т. к. теплота сгорания резины 33,5 МДж/кг.

Однако, в соответствие с технологическим  регламентом предприятия, автомобильных шин не может быть более 2% от общего объёма  сжигаемого топлива. Данное ограничение связано с тем, что  содержащаяся в шинах сталь проявляется в цементе как оксид железа, который снижает качество  цемента.

 

Нарвские электростанции так же занимаются сжиганием автомобильных шин с целью получения тепла, но пока это направление остаётся на уровне экспериментов.

2.2.  Пиролизная переработка автомобильных шин с целью извлечения полезных продуктов ⁸

 

Начиная с  середины 2011 года в Эстонии  действует предприятие Hansa biodiesels по производству моторного топлива из автомобильных покрышек. Предприятие расположено в  Кунда.

Моторные топлива производят  пиролизной переработкой автомобильных  шин. Завод работает с мощностью 10000 тонн переработанных шин в год. Из этого количества исходного сырья получается 4000 тонн пиролизного масла и 4000 тонн металокорда и технического углерода (сажи). В ближайшие 3 года  предприятие планирует увеличить мощность производства  в два  раза.

Синтетическое топливо из пиролизного масла идёт на экспорт в Финляндию, где его используют как  моторное топливо в судоходстве.………………………………. 

3. ЗАКОНОДАТЕЛЬНАЯ  ЧАСТЬ ⁹

 

В соответствие с Европейской директивой The Landfill Directive 199/31/EC принята программа, запрещающая захоронение изношенных шин, поощряется только их экологическая переработка.

Программа предусматривает решение  следующих задач:

• запрет на захоронение целых шин;
• жёсткие ограничения на захоронение резаных шин;
• запрет отправки на свалки шин диаметром до 1400 мм;
• содействие государства развитию экологической переработки покрышек   (измельчению, использованию как топливо, производству резиноасфальта и пр.);

На ближайшее десятилетие программа  предусматривает:

• снижение шинных отходов на 10%;
• увеличение доли восстановленных покрышек до 25-30% от общего объёма шинной продукции;
• переработку не менее 60% отработанных шин в резиновую крошку;
• вывоз на свалки должен практически прекратиться;

На сегодняшний день в  Евросоюзе  утилизируется 82% старых шин, а в 2020 году, в соответствие с программой,  эта цифра приблизится почти к 100%. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Резкое увеличение автотранспорта на дорогах страны, происходящее в  последние годы, возвело решение  вопроса с утилизацией старых шин в ранг национальной проблемы.

Экологи утверждают, что автомобильные шины являются источником длительного загрязнения окружающей среды вследствие высокой стойкости к воздействию внешних факторов (солнечному свету, влажности, холода и т. д.). Шины не исчезнут сами собой практически никогда, т. к. они не подвергаются биологическому разложению.

В европейских странах начали постепенный  переход к переработке от бесцельного  хранения, которое, в долговременной перспективе, может обходиться еще  дороже, чем утилизация. 

Внедрение сберегающих технологий в области переработки старых автомобильных шин поможет решить многие экологические проблемы с положительным экономическим эффектом.…………………………………………………………………. 

ЛИТЕРАТУРА:

1. Конспект по предмету «Охрана окружающей среды»
2. Утилизация покрышек методом пиролиза, интернет-статья.

[WWW] http://www.ntds.ru/statyi/116_piroliz_pokrishek.pdf

3. Н. В. Корзун, Р. З. Магарил, Учебное пособие «Термические процессы переработки нефти», раздел – Пиролиз, 2008 г.
4. Официальный сайт организации «Эстонский шинный союз»

            [WWW] http://www.rehviliit.ee/web2/

5. Официальный сайт AS Kunda Nordic Tsement

[WWW] http://www.heidelbergcement.com/ee/et/kunda/home.htm

6. Официальный сайт HANSA BIODIESEL, раздел  Tehnoloogia ja Keskkond

[WWW] http://hansabiodiesel.ee/?page_id=46

7. The_European_Landfill_Direc

[WWW]http://www.no2purplehaze.co.uk/Documents/The_European_Landfill_Directive_campaign_research.doc