Покрышку маслом не испортишь
Луганские ученые предлагают усовершенствованную технологию переработки изношенных покрышек в углеводородное топливо.
«УТГ» уже писала о технологии переработки автомобильных шин, разработанной специалистами днепропетровского холдинга «Коралл ГРУПП». Ученые Восточноукраинского национального университета имени Владимира Даля (г.Луганск) запатентовали оригинальную схему, в которой одновременно с резиной утилизируются отработанные нефтяные масла. В данном случае «погоня за двумя зайцами» обещает быть успешной: опытная установка дает повышенные показатели выхода углеводородного топлива.
О разработке рассказывает руководитель темы доктор технических наук, профессор Николай Горбунов.
— Николай Иванович, каковы масштабы проблемы? Оценки скорости образования «новых старых шин» и накопленного на сегодня их количества варьируют…
— Думаю, в данном случае сверхточность и не нужна. Достаточно сопоставить порядки этих величин. В качестве первого приближения можно взять 1 миллиард – столько использованных автопокрышек появляется в мире ежегодно. В США годовой износ составляет более 230, в Италии – около 60, в Англии – 30 миллионов штук. На постсоветском пространстве скопилось 50 миллионов изношенных шин. Да только в Украине каждый год выбрасывается около 200 тысяч тонн автопокрышек!
Во всем мире ежегодное производство автомобильных шин в разы превышает утилизацию, причем вследствие экономического развития тенденция долгосрочного роста поступлений «продукта» только усиливается. С этим «богатством» нужно что-то делать.
— Какие предложения имеются?
— Распространены несколько методов утилизации покрышек. Во-первых, сжигание с получением энергии. Наиболее популярно — в цементных печах. Во-вторых, пиролиз в условиях относительно низких температур с образованием легкого дистиллята, твердого топлива, близкого по свойствам к древесному углю, и металла. Наконец, получение резиновой крошки и порошка, используемых для замены натурального и синтетического каучука при изготовлении полимерных смесей и строительных материалов.
К сожалению, все перечисленные методы малопривлекательны – как экономически, так и экологически. Поэтому масштабного применения они не получили.
— Может, тогда лучше просто оставить изношенные шины в покое?
— Складирование и захоронение отходов полимеров – тоже не выход. Ведь это небезопасно. Конечно, негативное воздействие на окружающую среду здесь меньше, чем от сжигания: в последнем случае каждая сожженная тонна изношенных шин – это 270 кг сажи и 450 кг токсичных газов, выброшенных в атмосферу. Однако и при захоронении шины пусть медленно, но распадаются, выделяя вещества, нарушающие экологическое равновесие.
Понятно, что складирование неэффективно экономически. Каждая покрышка требует от 0,5 до 2 квадратных метров складской площади. С другой стороны, в каждой тонне шин содержится около 700 кг резины, которая может быть повторно использована для производства резинотехнических изделий, материалов строительного назначения или топлива. При этом закупочная цена отработанных покрышек очень низкая, а часто их вообще можно собирать бесплатно.
— Технологии пиролиза шин и их переработки в топливо разрабатываются не первый год, в эксплуатации есть опытно-промышленные установки. В чем инновационность вашего метода?
— Разработанный нами способ получения альтернативного углеводородного топлива объединяет переработку изношенных шин и отработанного смазочного масла. В данном методе используется растворяющее влияние масел на резину и ряд других физико-химических эффектов, которые позволяют повысить экономичность, производительность и скорость технологического процесса.
— Почему именно масла?
— Переработка отработанных нефтяных масел имеет первостепенное значение, так как это один из существенных источников загрязнения почвы, поверхностных и грунтовых вод. По данным зарубежных исследователей, их слив превышает по объему аварийные сбросы и потери нефти при ее добыче, транспортировании и переработке. Только в Украине ежегодно образуется, как минимум, 500 тысяч тонн этих опасных отходов.
Одно из наиболее перспективных направлений переработки отработанных нефтяных масел – их вовлечение в производство топлив.
— Изложите, пожалуйста, вкратце технологическую схему.
— В нашем устройстве используется такая последовательность процессов. На первом этапе резиновые материалы загружают в пиролизный аппарат через питатель. Туда же из резервуара добавляют низкопробный бензин типа «Калоша» в пропорции 1:1 для растворения резины. Смесь перемешивают, добавляя к полученному продукту отработанное смазочное масло, также в пропорции 1:1. После этого включается аппарат, создающий ультразвуковые колебания в камере со смесью, – это ускоряет процесс девулканизации резины. Одновременно через смесь пропускают газообразный озон.
На втором этапе пиролизный аппарат подключают к току высокой частоты для размягчения резиновых отходов. Ток разогревает металлический корд и ускоряет процесс растворения резины.
На последнем этапе создают электромагнитное поле, активизируя движение смеси. Одновременно с этим из резервуара насосом в испаритель подается вода. Там она превращается в пар, который пропускают через смесь. Дополнительное барботирование, в свою очередь, ускоряет процесс растворения резины и образования однородной смеси для получения жидкого и газообразного углеводородного топлива.
— В этой схеме на сырье воздействуют различными факторами. Они взаимодополняют друг друга?
— Из-за сложности и высокой ненасыщенности молекул каучука изменять их структуру достаточно легко. Для этих целей подходят самые различные физические факторы: температура, ионизирующее и неионизирующее излучение, электрические разряды, ультразвук, а также различные химические реагенты. Изменение молекулярной структуры и молекулярного веса неизбежно приводит к перемене физических и технических свойств каучука.
Определение эффективных механических активаторов и катализаторов разрушения и растворения каучука – одна из наиболее важных задач при переработке резино-масляных отходов. Именно ее решение во многом определяет скорость растворения и смесеобразования в установке, а значит, и качество получаемой продукции.
— Вы делаете ставку на физические методы активации?
— Да. Единственным «химикатом» в технологии является озон. Положительный эффект дает его сочетание с воздействием электрических разрядов, действие которых подобно нагреванию в среде инертного газа, – вязкость получаемого раствора становится ниже этого показателя в исходном материале. Процесс переработки проводится без сложных многоступенчатых схем сепарации, используемых в традиционных технологиях. Озон, контактируя с поверхностью резины, приводит к быстрому ее окислению, то есть к разрушению межмолекулярных и внутримолекулярных связей. Особенно интенсивно разрушаются напряженные связи. Поэтому при появлении или наличии на поверхности резины микротрещин прежде всего начинается атака озоном молекул, расположенных в вершинах трещин. Это приводит к быстрому их разрастанию и распаду материала на элементы со сравнительно гладкими поверхностями.
Ситуация напоминает низкотемпературное криогенное разрушение, однако в случае озонной атаки поверхность образовавшихся элементов окислена. Разрушение резины происходит при комнатной температуре без термической деструкции, что обуславливает малый уровень вредных газовыделений из перерабатываемого материала и «чистоту» технологии.
— И что на выходе?
— Переработка данным методом 6 тонн сырья (в соотношении 1:1, то есть 3 тонны резиновых материалов к 3 тоннам отработанного технического масла) через сутки дает 4,2 тонны жидкого топлива (это 70%), 0,3 тонны газа (5%), 1,2 тонны углеродосодержащего твердого остатка (20%) и 0,3 тонны металлического корда (5%).
— А во что обойдется инвестору запуск предлагаемой вами технологии в промышленном масштабе? Какова ее экономическая эффективность?
— Мы подготовили инвестиционный проект, в котором рассчитали интегральные показатели. Так, разработка проектной и технической документации, изготовление первой промышленной линии и строительство завода по переработке автомобильных покрышек займет 9 месяцев и обойдется в миллион евро. Срок возврата инвестиций составит полтора года. Построенный завод сможет перерабатывать 140 тонн отходов в сутки, выдавая «на-гора» 100 тонн топлива и 7 тонн металла! Но основное преимущество в том, что себестоимость одной тонны топлива составит всего 120 долларов.
— Насколько сильна конкуренция на данном рынке?
— Рынок переработки шин только начинает наполняться игроками не только в Украине, но даже и в странах Западной Европы. Так, завод мощностью 70 тонн покрышек в сутки способен переработать за год не более 0,7% ежегодного объема непригодных автомобильных покрышек, находящихся на свалках в Западной Европе. Для переработки всех старых автомобильных шин, поступающих за год на европейские свалки, требуется около 200 таких заводов, работающих в режиме непрерывного производства. Так что места под солнцем хватит всем. Да и выиграет от этого каждый.
