Піроліз

Піроліз - процес фізичного і хімічного розкладання матеріалу при високих температурах без доступу повітря з метою одержання низькомолекулярної хімічної сировини. Для переробки шин необхідно їх розрізати на частині з відділенням борта, що використовується як побічний товарний продукт. Основна увага при утилізації відходів гумової промисловості приділяється утилізація зношених шин.

У промисловості застосовують 2 способи пролізу: низькотемпературний рідиннофазний (200-6000С). Він звичайно застосовується для переробки пластмас, рідко – шин. Високотемпературний (600-8000С) піроліз – для переробки шин.

Ряд інгредієнтів сумішей утворюють із каучуками хімічні сполуки. Тому важко з достатньою точністю описати механізм піроліза гуми. Вихід твердого продукту при піролізі в основному визначається кількістю наповнювачей і нелетучих органічних компонентів у вихідній гумі, а летучі продукти утворюються в результаті деполімеризації каучуків і термічних перетворень інших органічних складових.

Склад продуктів піроліза залежить як від типу вихідної сировини, так і від умов проведення процесу. [7]

Піроліз відходів гуми може проводитися двома принциповими засобами. При режимі t=600-8000C, що забезпечує одержання газу і твердого залишку при мінімальному виході або навіть повній відсутності смоли. Або при режимі (t=500-6000С) одержання смоли в якості одного з цільових продуктів. Мінімальною температурою піроліза, очевидно, варто вважати 500°С. В умовах поступового нагрівання і швидкої евакуації парогазової суміші з реактора при цій температурі досягається максимальний або близький до максимального вихід рідких продуктів. Щоб збільшити вихід газу і твердих вуглеродістих продуктів, необхідно забезпечити умови для повторних перетворень парогазових продуктів первинного розкладання.

Переважне одержання тих або інших продуктів визначається можливостями їхній використання і може бути досягнуто відповідним апаратурним оформленням процесу піроліза.

Протягом ряду років у різних країнах ведуться роботи з піролізу гумових відходів. У Японії вже діють промислові виробництва для піроліза шин. У Західній Європі працює декілька досвідчених установок. У США фірмами «Гудір» і «Ойл Шелл» створена установка потужністю що перероблює 15 т шин на добу. Піроліз гумових відходів дозволяє організувати безвідходну утилізацію гумових виробів.

Є також розробка, що передбачає спільну термічну переробку відходів і твердого палива або інших матеріалів, що містять вуглерод. Піроліз зношених шин роблять із метою руйнації сітчастої структури. Здріблені шини подають в обертову піч з зовнішнім обігрівом (рисунок 1.2), де при 500-800 С вони піддаються термічному розкладанню; час перебування в печі складає 10 20 хвилин. Основними продуктами розкладання є твердий вуглеводний залишок і смола. Газ після лужного промивання в скруберу (для очищення від сірчистих з'єднань) використовується на цій же установці в якості палива для обігріву печі та інших цілей. Якщо змінити умови проведення процесу, можна у широких межах варіювати вихід продуктів піроліза. Так, при 600С і перебуванні матеріалу в печі протягом 14 хв. утворюється 10% газу, 50% смоли і 40% твердого продукту, а при 800 °С (10 хв.) вихід цих продуктів складає відповідно 30, 39 і 30%.

Американські фірми здійснюють піроліз утильних шин за технологією термічної переробки пальних сланців. На рис. 1.3. показана схема установки для піроліза здрібнених шин у суміші з твердим теплоносієм, у якості якого використовують керамічні протоки діаметром біля 1,3 см. Шматочки шин надходять у горизонтальну обертову піч, де мішаються з нагрітими протоками і піддаються піролізу при 650 °С. Суміш твердого залишку піроліза і проток розділяється на барабанному гуркоті. Парогазова суміш надходить у колону, що фракціонірує. Піролізний газ використовується для нагрівання проток.[17]

Слід зазначити, що застосування керамічних проток у якості теплоносія дозволяє значно зменшити спікання матеріалу.

Запропоновано застосовувати для піроліза шин вертикальні шахтні печі. У цьому випадку матеріал контактує з безкисневим газовим теплоносієм, що рухається в прямотоку з твердим матеріалом. У якості теплоносія використовується газ піроліза, причому для нагрівання до 700°С частину його спалюють. Розкладання шинного матеріалу відбувається при 450- 500°С. Твердий залишок вивантажується з нижньої частини реактора. Відома конструкція вертикальної баштової печі, у нижній частині якої змонтоване пристосування у виді спіралі, що піднімається, для повторної подачі матеріалу з низькою щільністю (тобто недостатньо термічно обробленого) у зоні піролізу.

Встановлено, що оптимальна температура піроліза, при якій забезпечується максимальний (46- 50%) вихід рідких продуктів, складає 480-520°С. У цих умовах утвориться 32-38% твердого залишку і 18-20% газу. При використанні шматків розміром 20-30 мм спостерігалося схоплювання матеріалу у верхній частині реактора, очевидно, унаслідок конденсації на ньому важких фракцій смоли. Найбільше стабільна робота реактора забезпечується при переробці матеріалу у виді шматків розміром 80-120 мм із насипною щільністю 320-350 кг/м3.

Поряд із розвитком методів піроліза, заснованих на принципі щільного шару, розробляються і поступово удосконалюються засоби й устрої для термічної переробки зношених шин у псевдоожиженом прошарку з теплоносієм.

По методі, що впроваджується в промисловість японськими компаніями, зношені шини піддаються двохступінчатому роздрібненню, у результаті якого сталевий корд практично цілком відокремлюється від гуми і потім уловлювається магнітними сепараторами. Шматки шин розміром 20-30 мм подаються шнековим живильником у реактор установки піроліза (рисунок 1.6). Реактор попередньо розігрівають, подаючи в прошарок завантаження нагрітий у спеціальній печі повітря. Потім, коли починається процес розкладання, подачу палива в пекти припиняють, і процес здійснюється за рахунок часткового спалювання гуми (біля 2% при 450°С), причому теплоносієм служить вуглеводний залишок якій утворюється у процесі піролізу. Для запобігання агломерації часток псевдоожиженого прошарку і місцевих перегрівів запропоновано організувати механічне перемішування прошарку спеціальною мішалкою.[13]

Надлишкова кількість твердого продукту виводиться безпосередньо з прошарку, а також захоплюється