Разработка технологии получения композиционного топлива на основе отходов пиролиза автошин и вторичных полимеров

В данной статье рассмотрены проблемы утилизации отходов пиролиза автошин и вторичных полимеров. Проанализировано текущее состояние данной проблемы в России. Проведён анализ существующих методов утилизации шин и вторичных полимеров. Автором предлагается альтернативная технология, заключающаяся в производстве композиционного топлива из отходов данных отходов, позволяющая существенно увеличить объёмы утилизации существующих отходов. В работе приведены результаты исследований предлагаемого композиционного топлива. По полученным результатам данное топливо практически по всем параметрам превосходит аналоги, что говорит целесообразности внедрения данной технологии

Целью проводимых исследований является разработка технологии получения композиционного топлива на основе отходов переработки автошин – твердого углеродсодержащего остатка пиролиза автошин и вторполимеров.
Задачи исследований:
- изучить состав исходного сырья и оценить его пригодность для практического использования;
- выбрать метод обогащения углеродосодержащего остатка;
- провести подбор и исследования связующего полимера;
- получить брикетированное топливо и провести его анализ, оценить качество.

На сегодняшний день одним из главных факторов, способствующих загрязнению окружающей среды в мире, является рост количества техногенных отходов. По данным научно-исследовательского института шинной промышленности, каждый год, в нашей стране выходит из употребления около 1,5 млн т. шин. При этом около 70 % шин находят своё захоронение на свалках и полигонах. Это крайне нецелесообразно, как с экологической, так и с экономической точки зрения. Аналогично ситуация обстоит с полимерными отходами. Ежегодно, производство изделий из полимеров увеличивается на 5-6 %. Объёмы вышедших из употребления полимерных изделий растут огромными темпами. По данным Минприроды РФ, в нашей стране ежегодно выходит из употребления около 2 млн. т полимерных отходов.

Твердый углеродсодержащий остаток пиролиза автошин диспергировали до крупности частиц 0,1 мм. Далее, из измельчённого остатка, методом масляной агломерации, получали глубоко обогащённые угли. Как реагент в обогащении применялось отработанное машинное масло.

На первом этапе смешивали твердый остаток пиролиза автошин с водой в течение 1-2 мин. при помощи лопастной мешалки, соединенной с двигателем. Затем добавляли отработанное машинное масло в количестве 8,0-9,0 % к массе углеродсодержащего остатка и перемешивали еще в течение 5-8 мин.

В результате турбулизации пульпы происходит образование масляных агрегатов. Зольность полученных концентратов составляет 4,0-5,5 % мас., сернистость не превышает 0,5 % мас. Снижение зольности и сернистости концентратов по сравнению с исходным сырьем связаны с полнотой разделения органической и минеральной частей твердого углеродсодержащего остатка пиролиза автошин в процессе обогащения методом масляной агломерации.

Полученный образец обогащённого концентрата смешивался с измельчённым вторичным полимером (полиэтилен), 7-10 % к массе обогащённого концентрата, далее производилась загрузка полученной смеси в пресс форму, после пресс форму помещали в муфельную печь и выдерживали в течении 30 мин под воздействием температуры в 170-180 °C для полного расплавления связующего полимера, нагретую пресс форму помещали под пресс и плавно доводили нагрузку до 100 кгс/см² и на выходе получали прочный брикет.

Был проведён технический анализ обогащённого технического углерода: 

1. Зольность – 4,0-5,5 % мас.
2. Содержание влаги – 8,5-10,5 % мас.
3. Выход летучих веществ – 6,0-10,0 % мас.
4. Теплота сгорания – 6600-6700 ккал/кг
5. Сернистость – 0,5 % мас.

Готовые образцы брикетированного топлива проверяли на механическую прочность. Руководствуясь ГОСТами 18132-72 и 21289-75 определяли механическую прочность при истирании в барабане, сжатии и сбрасывании.

Данные испытаний:

1. Механическая прочность – 99 %
2. Прочность на сдавливание – 50,0 кг/см²
3. Прочность на сбрасывание – 85-99 %
4. Прочность на истирание – 60-90 %

Также был проведён технический анализ образцов, результаты анализа:

1. Зольность – 4,5-7 % мас.
2. Содержание влаги – 2,5-3 % мас.
3. Выход летучих веществ – 8,0-11,0 % мас.
4. Теплота сгорания – 6800-7500 ккал/кг
5. Сернистость – 0,5 % мас.

Проведённые исследования показали возможность обогащения низкокачественного углеродсодержащего остатка пиролиза автошин и дальнейшего получения из него качественного твёрдого топлива. Полученное композиционное топливо не только не уступает, но и по ряду показателей превосходит свои аналоги, что говорит о перспективности и конкурентной способности данного топлива. Данная работа открывает возможности решения проблемы утилизации изношенных автошин и вторичных полимеров, что очень важно в условиях современной экологизации. 

1. Вольфсон С.И. Методы утилизации шин и резинотехнических изделий / С.И. Вольфсон, Е.А. Фафурина, А.В. Фафурин // Вестник Казанского технологического университета. – 2011. – № 1. – С. 74-79.
2. Валуева, А.В. Перспективы переработки автомобильных покрышек в кузбассе // Сборник научных трудов SWORLD. – 2012. – Т.7. - № 1. – С. 19-20.
3. Хизов, А.В. Сбор, переработка и утилизация автомобильных шин / А.В. Хизов, К.Е. Панкин // Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции «Развитие технических наук в современном мире» г. Воронеж, 08 декабря 2014 г. Изд-во: Инновационный центр развития образования и науки. – Воронеж, 2014. – С. 57-79.
4. Папин А.В., Получение композиционного топлива на основе технического углерода пиролиза автошин / А.В. Папин, А.Ю. Игнатова, Е.А. Макаревич, А.В. Неведров // Вестник КузГТУ. – № 2. – 2015. – С. 107-113.

This article discusses the problem of recycling waste tire pyrolysis and secondary polymers. Analyzed the current state of the problem, the formation of said volumes of waste on the territory of Russia. The analysis of existing methods of waste tires and secondary polymers. Based on the analysis and identified a legitimate need for a new utilization of technogenic waste data technology. The author suggests an alternative technology is the production of composite fuels from pyrolysis of waste tires and secondary polymers, which allows to significantly increase the volume of recycling of existing waste. The results of the proposed composite fuel research. According to the results this fuel in almost all respects superior counterparts, suggesting the viability and feasibility of implementation of this technology.