Санкт — Петербургский
Государственный ИнститутСервиса и Экономики
Доклад
Для МежвузовскойНаучно-Практической Конференции
«Проблемы и перспективысервиса»
Технологии утилизации шин и их восстановление
Выполнил:студент 4-ого курса, группы М-42,
Специальности230100,
КудревВиктор Владимирович
E-mail:ushinka108@cards.lanck.net
Санкт — Петербург
2001
Введение
Динамичный рост парка автомобилей во всех развитых странах приводит к постоянномунакоплению изношенных автомобильных шин. По данным Европейской Ассоциации повторичной переработке шин (ЕТРА) в 2000 году общий вес изношенных, нонепереработанных шин достиг:
вЕвропе-2,5 млн тонн;
вСША-2,8 млн тонн;
вЯпонии-1,0 млн тонн;
вРоссии-1,0 млн тонн.
ВМоскве ежегодно образуется более 70 тыс. тонн изношенных шин, в Петербурге иЛенинградской области — более 50 тыс. тонн...
Объем их переработки методом измельчения непревышает 10%. Большая часть собираемых шин (20%) используется как топливо.Вышедшие из эксплуатации изношенные шины являются источником длительногозагрязнения 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, кровососущихнасекомых и служат источником инфекционных заболеваний.
Вместе с тем, амортизированные автомобильные шины содержат в себе ценное сырье:каучук, металл, текстильный корд.
Проблема переработки изношенных автомобильных шин и вышедших из эксплуатациирезинотехнических изделий имеет большое экологическое и экономическое значениедля всех развитых стран мира. Невосполнимость природного нефтяного сырьядиктует необходимость использования вторичных ресурсов с максимальнойэффективностью, т.е. в место гор мусора мы могли бы получить новую для нашегорегиона отрасль промышленности — коммерческую переработку отходов.
Не менее перспективным методом борьбы с накоплением изношенных шинявляется продление срока ихслужбы, путем восстановления.
Внастоящее время, все известные методы переработки шин можно разделить на двегруппы:
1. Физический метод
2. Химический метод
Рассмотримих более подробно.
Физические методыпереработки резиновых отходов
В настоящее время все большее значение приобретаетнаправление использования отходов в виде дисперсных материалов. Наиболее полнопервоначальная структура и свойства каучука и других полимеров, содержащихся вотходах, сохраняются при механическом измельчении.
Установление взаимосвязи между размерами частиц материала,их физико-химическими и механическими характеристиками и затратами энергии наизмельчение и параметрами измельчающего оборудования необходимо для расчетаизмельчителей и определения оптимальных условий их эксплуатации.
Процесс измельчения, несмотря на кажущуюся простоту,очень сложный не только по определению характера, величины и направлениянагрузок, но и по трудности количественного учета результатов разрушения.
Ниже представлена классификация имеющихся внастоящее время способов измельчения вторичных резин.
Способы измельчения вторичных резин
По температуре измельчения
При отрицательных температурах
При положительных температурах
По механическому воздействию
Ударом
Истиранием
Сжатием
Сжатием со сдвигом
Резанием
Согласно данной классификации рассмотрим следующиетехнологии:
1. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯТЕХНОЛОГИЯ УТИЛИЗАЦИИ
Разработчик ипоставщик оборудования ЗАО «ALMASENGINEERING»(Москва)
Принизкотемпературной обработке изношенных шин дробление производится притемпературах -60 град.С… -90 град. С, когда резина находится в псевдохрупком состоянии. Результаты экспериментов показали, что дробление при низких температурахзначительно уменьшает энергозатраты на дробление, улучшает отделение металла итекстиля от резины, повышает выход резины. Во всех известных установках дляохлаждения резины используется жидкий азот. Но сложность его доставки,хранения, высокая стоимость и высокие энергозатраты на его производство являютсяосновными причинами, сдерживающими в настоящее время внедрение низкотемпературнойтехнологии. Для получения температур в диапазоне -80 град.С… -120 град.Сболее эффективными являются турбохолодильные машины. В этом диапазонетемператур применение турбохолодильных машин позволяет снизить себестоимостьполучения холода в 3-4 раза, а удельные энергозатраты в 2-3 раза по сравнению сприменением жидкого азота. Технология не внедрена. Производительность линии6000 т/год.
ОПИСАНИЕТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ
Схема линии представлена в приложении 1. Изношенные автомобильные шины подаются в машину дляудаления бортовых колец. После этого шины поступают в шинорез и далее в ножевуюроторную дробилку. Затем следует магнитный сепаратор и аэросепаратор. Дляохлаждения порезанные и предварительно очищенные куски резины подаются вхолодильную камеру, где охлаждаются до температуры -50 град.С...-90 град.С.Холодный воздух для охлаждения резины подается от генератора холода воздушнойтурбохолодильной машины. Далее охлажденная резина попадает в роторно-лопаточныйизмельчитель, откуда она направляется на повторную очистку в магнитныйсепаратор и аэросепаратор, где отбирается резиновая крошка менее 1 мм… 0,5мм, а также более крупная и затаривается в мешки и отправляется к заказчику.
2. БАРОДЕСТРУКЦИОННАЯТЕХНОЛЛОГИЯ
Разработчик и поставщик оборудования:ГНПП«Корд-экс»
(ПЕРМЬ)
Технологияоснована на явлении «псевдосжижения» резины при высоких давлениях иистечении её через отверстия специальной камеры. Резина и текстильный корд приэтом отделяются от металлического корда и бортовых колец,измельчаются и выходят из отверстий в виде первичной резино-тканевой крошки, которая подвергается дальнейшей переработке: доизмельчению и сепарации. Металлокорд извлекается из камеры в виде спрессованного брикета.Производительность линии6000 т/год. В настоящее время реализованы и успешно работают 2 перерабатывабщих завода: "Астор"(Пермь),ЛПЗ(Лениногорск, Татарстан)
ОПИСАНИЕТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ
Схемалиниипредставлена в приложении2. Автопокрышка подаётся под пресс для резки шин, где режется на фрагменты массой не более 20 кг. Далее куски подаются в установку высокого давления.
В установке высокого давления шина загружается врабочую камеру, где происходит экструзия резины в виде кусков размерами 20-80мм и отделение металлокорда.
После установки высокого давления резинотканеваякрошка и металл подаются в аппараточистки брикетов для отделения металлокорда (поступает в контейнер)от резины итекстильного корда, выделение бортовых колец. Далее остальная масса подаётся вмагнитный сепаратор, где улавливается основная часть брекерного металлокорда.Оставшаяся масса подаётся в роторнуюдробилку, где резина измельчается до 10мм.
Далее вновь в кордоотделитель, где происходитотделение резины от текстильного корда и разделение резиновой крошки на две фракции:
· менее 3 мм;
· от 3 до 10 мм.
Отделившийся от резины текстильный корд поступает вконтейнер.
В случае если резиновая крошка фракцией более 3 мминтересует потребителя как товарная продукция, то она фасуется в бумажныемешки, если нет, то она попадает в экструдер-измельчитель.
После измельчения вновь в кордоотделитель.Текстильный корд — в контейнер, а резиновая крошка — в вибросито, гдепроисходит дальнейшее её разделение на три фракции:
I — от 0,3 до1,0 мм;
II — от 1,0до 3,0 мм;
III — свыше3,0 мм.
Фракция резиновой крошки более 3 мм возвращается вэкструдер-измельчитель, а резиновая крошка I и II фракции отгружаетсяпокупателю.
3. ПОЛНОСТЬЮ МЕХАНИЧЕСКАЯПЕРЕРАБОТКА
Генеральныйразработчик: ООО «Компьютерное проектирование и
конструирование»(Москва).
Поставщикоборудования: ОАО«Тушинский машиностроительный
завод» (Москва).
Воснову технологии переработки заложено механическое измельчение шин до небольшихкусков с последующим механическим отделением металлического и текстильногокорда, основанном на принципе «повышения хрупкости» резины при высокихскоростях соударений, и получение тонкодисперсных резиновых порошков размеромдо 0,2 мм путем экструзионного измельчения полученной резиновой крошки.Производительность линии 5100 т/год. Оборудование успешно эксплуатируется в ЗАО"Экошина"(Москва).
ОПИСАНИЕТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ
Технологическийпроцесс включает в себя три этапа:
— предварительная резка шин на куски;
— дробление кусков резины и отделение металлического и текстильного корда;
— получение тонкодисперсного резинового порошка.
Схема линии представлена вприложении 3.
На первом этапе технологического процесса поступающие со склада шины подаютсяна участок подготовки шин, где они моются и очищаются от посторонних включений.
После мойки шины поступают в блок предварительного измельчения — агрегатытрехкаскадной ножевой дробилки, в которых происходит последовательное измельчениешин до кусков резины, размеры которых не превышают 30х50 мм.
На втором этапе предварительно измельченные куски шин подаются в молотковую дробилку, гдепроисходит их дробление до размеров 10х20 мм. При дроблении кусков обрабатываемаяв молотковой дробилке масса разделяется на резину, металлический корд, бортовуюпроволоку и текстильное волокно.
Резиновая крошка с выделенным металлом поступает на транспортер, с которогосвободный металл удаляется с помощью магнитных сепараторов и поступает в специальныебункеры. После металлические отходы брикетируются.
На третьем этапе куски резины подаются в экструдер-измельчитель. На этой стадииобработки происходит параллельное отделение остатков текстильного волокна иотделение его с помощью гравитационного сепаратора от резиновой крошки. Очищенныйот текстиля резиновый порошок подается во вторую камеру экструдера-измельчителя,в котором происходит окончательное тонкодисперсное измельчение.
По выходу из экструдера — в вибросито, и где осуществляется рассев порошка на 3фракции.
1-аяфракция -0,5…0,8 мм
2-ая фракция — 0,8…1,6 мм
3-яя дополнительная фракция — 0,2…0,45мм (поставка по заказу)
В приложении 4 представленосравнение вышеназванных технологических линий по затратам электроэнергии и повыходу товарного продукта.
4. НОВЕЙШАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Золотая медаль 26-гоМеждународного салона изобретений, прошедшего весной 2000 года в Женеве,присуждена способу озонной переработки изношенных шин, предложенному группойроссийских ученых и инженеров. Суть технологии — в «продувании»озоном автомобильных покрышек, что приводит в полному их рассыпанию в мелкуюкрошку с отделением от металлического и текстильного корда.
При этом новая технология значительно экономнее всехсуществующих и, кроме того, абсолютно экологически безвредна — озон окисляетвсе вредные газообразные выбросы. В России созданы две опытные озонныеустановки, их суммарная производительность — около 4 тыс. тонн резиновой крошкив год.
Возможные направленияиспользования резиновой крошки
· порошковая резина с размерами частиц от 0,2 до 0,45 мм используется вкачестве добавки (5…20%) в резиновые смеси для изготовления новых автомобильныхпокрышек, массивных шин и других резинотехнических изделий. Применение резиновогопорошка с высокоразвитой удельной поверхностью частиц (2500-3500 см. кв/г), получаемой при его механическом измельчении,повышает стойкость шин к изгибающим воздействиям и удару, увеличивая срок их эксплуатации;
· порошковая резина с размерами частиц до 0,6 мм используется в качестведобавки (до 50…70%) при изготовлении резиновой обуви и других резинотехническихизделий. При этом свойства таких резин (прочность, деформируемость) практическине отличаются от свойств обычной резины, изготовленной из сырых каучуков;
порошковую резину с размерами частиц до 1,0 мм можно применять для изготовлениякомпозиционных кровельных материалов (рулонной кровли и резинового шифера),подкладок под рельсы, резинобитумных мастик, вулканизованных и невулканизованных рулонных гидроизоляционных материалов;
· порошковая резина с размерами частиц от 0,5 до 1,0 мм применяется вкачестве добавки для модификации нефтяного битума в асфальтобетонных смесях.
Следуетпривести некоторые результаты исследования ее влияния на
эксплуатационные свойства асфальтобетона.
Приисследовании изучалось влияние количество вводимой в
асфальтобетонную смесь резиновой крошки по количеству и размерам
частицна трещиностойкость асфальтобетона и коэффициент сцепления
колесаавтомобиля с поверхностью проезжей части дороги.
1. Установлено, что применениерезиновой крошки в асфальтобетоне в два
раза повышает коэффициент сцепления намокром покрытии. На сухом
покрытии существенных изменений нет.
2. При использовании резиновойкрошки от 0 до 1.0 мм трещиностойкость возрастает на 30 процентов. Суменьшением размера частиц трещиностойкость увеличивается. Особенно эффективноприменение частиц крошки от 0.14 мм и меньше. Частицы меньше 0.08 за времяперемешивания распадаются, составляющие модифицируют битум, улучшая егосвойства.
3. При небольших размерахчастиц крошка распределяется по массе асфальтобетонной смеси более равномерноповышая упругую деформацию при отрицательных температурах.
4. Объем дробленой резины в составе таких усовершенствованных покрытий yдолженсоставлять около 2% от массы минерального материала, т.е. 60…70 тонн на 1 кмдорожного полотна. При этом срок эксплуатации дорожного полотна увеличивается в1,5 — 2 раза.
Такиепорошки (размерами частиц от 0,5 до 1,0 мм) используются также в каче
стве сорбента для сбора сырой нефти и жидких нефтепродуктовс поверхности
воды ипочвы, для тампонирования нефтяных скважин, гидроизоляции зеле
ных пластов и т.д.;
резиновая крошка с размерами частиц от 2до 10 мм используется при изготов лениимассивных резиновых плит для комплектования трамвайных и железнодорожных переездов,отличающихся длительностью эксплуатации, хорошей атмосферостойкостью,пониженным уровнем шума и современным дизайном; спортивных площадок с удобным ибезопасным покрытием; животноводческих помещений и т.д.
Изношенные автомобильныешины как вторичный энергосурс (химические методы переработки)
Речь идет о методах, приводящих к глубокимнеобратимым изменениям структуры полимеров. Как правило, эти методыосуществляются при высоких температурах и заключаются в термическом разложении(деструкции) полимеров в той или иной среде и получению продуктов различноймолекулярной массы. К этим методам относятся сжигание, крекинг, пиролиз.
Существуютдва способа сжигания с целью утилизации энергии: прямой и косвенный.
Впервом случае шины, грубоизмельченные или целиком, сжигают в избытке кислорода.Иногда грубоизмельченные шины добавляют к другому сжигаемому материалу дляповышения его теплотворной способности.
(теплотворнаяспособность резины составляет 32 ГДж/т, что соответствует углю высокогокачества).
Такв США Фирма«Waste Management Inc» сооружаетустановки по дроблению шин и поставляет резиновую крошку в качестве топлива нацеллюлозно-бумажные комбинаты и цементные заводы. Также резиновая крошка кактопливный материал используется в виде 10% добавки при сжигании угля.
Этой же фирмой проводится эксперимент по сжиганиюрезины крупного дробления (до 25 мм) в циклонных топках энергетических котлов.Доля резины составляет 2-3% от массы угольного топлива.
Сложность процесса дробления изношенных шин(особенно с металлокордом) стимулировала развитие технологии сжигания шин вцельном виде. В Англии фирма "Avon Rubber"эксплуатируетпечи для сжигания шин в цельном виде с 1973 г., т.е. имеет уже почти 20-летнийопыт в этой области.
В США, в свою очередь, развивается строительствоэлектростанций, использующих в качестве топлива только автомобильные шины. Фирма "Oxford Energy"построила и эксплуатирует в г. Модесто электростанцию мощностью 14 МВт длясжигания 50 тыс. т. шин в цельном виде.На основании успешного опыта сжигания шин в США планируется построить 12 такихэлектростанций.
В Великобритании рассматривается вопросстроительства электростанций мощностью 20-30 МВт для сжигания 12 млн. шин в годмассой 90 тыс. т.
Из стран СНГ по такой технологии работают лишь вКазахстане.
Однимиз главных недостатков переработки сжиганием является тот факт, что присжигании изношенных шин, как и при сжигании нефти, уничтожаются химически ценныевещества, содержащиеся в материале изношенных шин.
Во втором случаена сжигание поступает газ,полученный в процессах переработки изношенных шин, например, при пиролизе(основаны на термическом разложении отходов при отсутствии или большом дефицитекислорода с целью сохранения углеводородного сырья).
Энергия горючего газа используется для получениягорячей воды или водяного пара при помощи теплообменников.
НаМеждународной выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции“ был представлен проект ЗАО „Камея“ (Петербург)по созданию эффективной системы сбора и комплексной утилизации покрышек вПетербурге и Ленинградской области. Сутью проекта является оригинальный способутилизации измельченных автопокрышек совместно с горючим сланцем, которыйпозволяет на газогенераторах, стоящих в городе Сланцы, утилизировать до 100тыс. тонн старых покрышек и резины в год, при этом получая жидкое игазообразное топливо.
Такпри термообработке целых и измельченных шин наиболее высокий выход маселнаблюдается при 500оС, при 900оС отмечается наибольшийвыход газа. При этом выход продуктов определяется только температурой, а неразмерами кусков шин. Из тонны резиновых отходов можно получить пиролизом450-600 литров пиролизного масла и 250-320 кгпиролизной сажи, 55 кг металла, 10.2 м3пиролизного газа.
В США внастоящее время фирмой“Firestone Tyres» проведены успешные опыты по трансформированию резины в метанол сполучением пылевидной сажи, соответствующей стандарту для резинотехническогопроизводства. Первая установка имеет производительность по метанолу 300т/сутки. Установка рассчитана на переработку шин легковых автомобилей диаметром50 см. Основным процессом деструкции резины для дальнейшего трансформирования продуктов разложения в метанол являетсяпиролиз в окислительной камере при температуре 1000 °С. Для переработки шиннеобходимо их разрезать на части с отделением борта, который используется какпобочный товарный продукт.
Жидкиеи газообразные продукты пиролиза можно использовать не только как топливо.Жидкие продукты пиролиза можно использовать в качестве пленкообразующихрастворителей, пластификаторов, мягчителей для регенерации резин. Пек пиролизнойсмолы является хорошим мягчителем, который может использоваться самостоятельноили в смеси с другими компонентами. Тяжелая фракция пиролизата как добавка кбитуму, использующемуся в дорожном строительстве, может повысить егоэластичность, устойчивость к холоду и влаге.
Из газообразной фракции пиролиза можно выделятьароматические масла, пригодные для применения в производстве резиновых смесей.Низкомолекулярные углеводороды могут быть использованы в качестве сырья дляорганического синтеза и в качестве топлива.
Восстановление шин
PRIVATE «TYPE=PICT;ALT=»
Вдумайтесь, само по себе, шинное производство — одноиз самых энергоемких — постоянно наращивает мощности. Уничтожение отработавшихшин, пиролизом, описанным выше, еще более энергоемко, а для сжигание 3-4 тыс.покрышек требуется такое же количество кислорода, какое поглощает небольшойевропейский городок за месяц.
И тут наступает очередь цифр.
1:2 — таково соотношение продаж новых ивосстановленных покрышек в странах Западной и Центральной Европы и Скандинавии.
Как это не покажется странным, но среди фирм,занимающихся восстановлением покрышек, лидируют шинные заводы.
Так компания Marangoni(Италия) кроме производства покрышек для грузовых и легковыхавтомобилей и автобусов выпускает оборудование и материалы не только длявосстановления покрышек, но и для их безотходной утилизации.
Существует несколько технологий восстановленияизношенного протектора. Наиболее распространены нарезка и горячая вулканизацияспециальной гладкой ленты с одновременным формированием рисунка (этот процессбыл хорошо известен у нас в стране как «наварка»).
Однако, самые большие надежды и перспективы связанына сегодняшний день именно с «холодной» (при температурах до 100С)вулканизацией с применением лент с заранее нанесенным рисунком. В большинствеслучаев для этого используется лента, равная размерам основных типов покрышек.Однако та же Marangoniуспешно реализует технологию восстановления покрышек с помощью готовых протекторовкольцеобразной формы. Специальный станок растягивает резиновое кольцо инадевает его на подготовленный бреккер.
PRIVATE «TYPE=PICT;ALT=»
В концепрошлого года под Минском был запущен минизавод СП "Белретред",занимающийся восстановлением шин грузовых автомобилей по технологии фирмы «Эллерброк»(Германия). Сущностьданной технологии заключается в том, что новый протектор предварительновулканизируется на предприятии фирмы «Эллерброк», а затем«приклеивается» к предварительно подготовленному каркасу при температуреоколо +100С. При этом исключается возможность вторичной вулканизации иповреждения каркаса шины за счет ослабления связи между резиной и кордом. Под«приклеиванием» в данном случае подразумевается «автоматическаявулканизация», которая осуществляется при помощи специальных химическихвеществ, ускоряющих данный процесс.
Предприятие дает на свою продукцию гарантию 1 год.
Процесс восстановления
Процесс начинается с визуального контроля, врезультате которого отсеиваются покрышки с видимыми дефектами. Затем следуетпроверка шины под давлением, после которой колесо поступает на участок, где снего снимаются остатки старого протектора.
После устранения мелких дефектов, вскрытых послеснятия старого протектора, осуществляется процесс подготовки каркаса кобработке клеем. Затем наносится клей, в состав которого входят вещества,активизирующие процесс вулканизации, и прокладочная лента, по составунапоминающая сырую резину. После всех этих операций на шину накладываетсяпротектор фирмы «Эллерброк».
Следующий этап — закладка колеса в оболочки,называемые энвелопами. Полученный«бутерброд» подается в автоклав, где при температуре чуть ниже +100Спроисходит «холодная вулканизация». На финишных же операцияхосуществляется проверка покрышки под давлением и придание колесу товарноговида.
В России по технологии холодной вулканизацииработают: ООО “Скай”, дилер германской компании Vergolstв Северо-Западном регионе, Чеховский шиновосстановительныйзавод (ЧШЗ); «Совтрансавто-Брянск», работающийпо технологии американской компании Bandag; завод РТИ (г. Копейск).
Заключение
Дляпримера, цена одного нового колеса карьерного самосвала (в зависимости отгрузоподъемности) составляет 8000$ — 20000$, а восстановление методом холоднойвулканизации обходится в 2 — 5 раз дешевле. Шины легковых автомобилей, в видуих большего распространения и при том значительно меньшей стоимости, восстанавливатьне всегда выгодно, поэтому целесообразно их утилизовыватьдля получения гранулята или использывать их каквторичный энергоресурс.
Докладподготовлен по материалам сети Internet
Атакже по материалам журнала «АВТОМОБИЛИ», 1998
Статья«Мы не такбогаты, чтобы выбрасывать дорогие автомобильные покрышки»Автор: ЛеонидКруглов
ПРИЛОЖЕНИЕ1
Низкотемпературнаятехнология
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Бародеструкционная технология
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Полностьюмеханическая переработка
ПРИЛОЖЕНИЕ4