Проблемы переработки автомобильных и авиационных шин
Динамичный рост парка автомобилей во всех развитых странах мира приводит к постоянному накоплению изношенных шин.
По данным Европейской Ассоциации по вторичной перера ботке шин ( ETRA ) в Европе ежегодно образуется свыше 2 млн. тонн амортизованных автомобильных шин, а объемы их переработки методом измельчения не превышают 10 %. Большая часть собираемых шин (20 %) используется как топливо.
В России состояние вопроса еще острее. Так по данным на учно- исследовательского института шинной промышленности в России ежегодно выходит из эксплуатации около 1 млн , тонн шин и только в Москве каждый год образуется до 60 тыс. тонн изно шенных шин. Из этого объема 10-12 тыс. тонн перерабатывается Чеховским регенераторным заводом, а остальное количество ока зывается на несанкционированных свалках, в оврагах и пригородных лесах, отягощая и без того тяжелую экологическую обстановку городов Московского региона.
Вышедшие из эксплуатации изношенные шины являются ис точником длительного загрязнения окружающей среды:
- шины не подвергаются биологическому разложению;
- они огнеопасны и в случае возгорания, погасить их доста точно трудно, а при горении в воздух выбрасываются вред ные продукты сгорания и в том числе канцерогены;
- при складировании они служат идеальным местом для размножения грызунов и кровососущих насекомых, перенос чиков инфекционных заболеваний.
Вместе с тем амортизованные автошины содержат в себе ценное сырье: каучук, металл и текстильный корд. Эти материа лы в процессе эксплуатации в основном не меняют первоначаль ные свойства.
Проблема переработки изношенных автомобильных шин и вы шедших из эксплуатации резинотехнических изделий имеет боль шое экологическое и экономическое значение для всех развитых стран мира. А невосполнимость природного нефтяного сырья дик тует необходимость использования вторичных ресурсов с макси мальной эффективностью.
В развитых странах в настоящее время предпринимаются попытки создать технологии по переработке изношенных шин,
которые позволили бы повторно использовать резину в различных товарах и материалах.
По данным журнала «Е UR ОРЕА N RA ВВЕ R » (ноябрь 1995 г .) комиссия ЕС подготовила рекомендации для государств -ч ленов ЕС о добровольных инициативах по использованию изношенных шин. Целью этих инициатив к 2000 году является:
- уменьшение количества амортизованных шин на 10 % за счет улучшения качества новых;
- увеличение количества шин с восстановленным протектором с 20 % до 30 %;
- увеличение уровня вторичной переработки с 30 % до 65 %;
- снижения уровня захоронения с 50 % до 0.
Обзор отечественных и зарубежных технологий по переработке изношенных автомобильных шин и отходов резины
В настоящее время в мире применяется целый ряд технологий по переработке и утилизации отходов резины и изношенных автомобильных шин. Эти технологии предполагают использование целых шин для различных целей, применение шин и резиновых отходов для получения энергии (сжигание, использование в цементной промышленности), измельчение шин и отходов резины с целью получения резиновой крошки и порошка, получение на основе отходов резины и старых шин регенерата.
Использование целых шин
Изношенные шины применяются для устройства искусствен ных рифов, служащих местом обитания рыб и устриц. Фирмой « Гудьир » в 1970 г . у берегов Австралии был создан искусственный риф из 15 тыс. шин. Рифы созданы у берегов Флориды (215 тыс .- шин ); Новой Зеландии, Ямайки, Греции, Японии и др. Загрязне ние морской воды при этом не происходит. Около 200 искусственных нерестилищ из изношенных шин создано в Гер мании.
Старые шины используют для зашиты склонов от эрозии. Для этого склоны покрывают шинами, засыпают землей и засевают травой.
Согласно разработке фирмы «Органикой» (Германия), при со здании звукоизолирующих ограждений вдоль автострад у шин удаляют одну боковину, после чего их соединяют и заполняют землей. В результате образуется наклонный спуск, который можно озеленить. Такая конструкция не отражает звук и требует 5 тыс. шин на 100 м погонной длины барьера. Одновременно конст рукция служит барьером безопасности.
Сжигание шин с целью получения энергии.
С точки зрения экологии использование изношенных шин для получения энергии оценивается неоднозначно. В первую очередь это связано с выделением цинка и окислов серы в атмосферу.
На примере тушения пожара на складе в Канаде (14 млн. шин) были рассмотрены особенности воздействия горения шин на окружающую среду. В дыме горящих шин содержатся канцерогенные субстанции и небольшие количества диоксина . Горевшие в Канаде шины тушили 17 дней с помощью пожарных вертолетов, грязевого ливня и снегопадов. В результате пожара образовались сотни литров диоксинсодержащих масел.
Вследствие выброса ядовитых дымов пришлось эвакуировать окрестное население.
Отмечается в то же время, что продукты сжигания шин в печах могут не загрязнять атмосферу и, что в техническом отношении нет проблем в организации полного и безопасного сгора ния шин в существующих печах, оборудованных соответствующими фильтрами очистки выбросов.
Однако создание печей и очистительных установок для улав ливания вредных газов и соединений тяжелых металлов требуют больших затрат. Имеется информация, что применение шин в качестве топлива требует затрат порядка 20 ~ 25 или даже 30 — 35 долларов на тонну. Метод сжигания шин неперспективен так же с энергетической точки зрения: с учетом КПД при сжигании легковой шины количество энергии примерно равно получаемой от сжигания 3 л . нефти. По данным изготовителей энергия, накопленная в шине, равна энергии, получаемой при сжигании 27- 30 литров нефти ( 21 литр расходуется на изготовление сырья и б литров на процесс переработки).
В Англии отходы резины и изношенные шины для получения энергии используются с 1975 года. Вращающаяся печь, в которую с высокой скоростью тангенциально поступает воздух, имеет производительность 100 шин в час. Более холодный избыточный воздух вытесняется к стенкам печи, наиболее горячая зона сжигания находится в центре в виде высокотемпературного вихря. Благодаря этому . не образуется дыма, отсутствует запах. С 1975 года было сожжено 32000 т отходов, получена существенная экономия нефтяного топлива и средств на захоронение отходов.
В Англии также функционирует установка для сжигания шин фирмы « Гудияр » и « Эйвон », а фирма «Оксфорд энерджи » строит завод, по получению электроэнергии за счет сжигания шин по технологии фирмы «Гумми Майер» (Германия).
Фирмой « Элм Энерджи и Рисайклинг ЛТД» получены разрешения и ассигнования на строительство завода по сжиганию 90 тыс.т. изношенных шин (12 млн. шт.) в округе Волверхемптон с целью производства 25 МВатт электроэнергии.
Одновременно будут получаться 15 тыс. т. отходов стали для сталелитейной промышленности и 300 т сырья для выплавки цинка.
Фирма «ЕРГ Гуммиферарбайтунг » запланировала строительство крупной установки для сжигания целых шин с целью получения энергии. Производительность установки 200000 шин в год. ТЭЦ строили совместно с фирмой « Фихтнер », чья технология сжигания принята в Западной Европе и США. Компания « Конти- ненталь АГ» и консорциум « Джемакн Энджиниринг » сотруднича ют в проектировании и строительстве электростанции, на которой в качестве топлива используют изношенные шины 50 тыс. т в год (Стоимость электростанции составляет 32,6 млн. долларов).
Итальянская фирма « Марангони » с 1982 г . эксплуатирует две установки по сжиганию шин, производящие пар. При сжигании 8000 т шин в год (в г. Ровнато ) и 2000 т шин в год в г. Фельтра . Эти установки характеризуются низким количеством выбросов в атмосферу и удовлетворяют требованиям законодательства ЕС. За счет сжигания 8000 т шин экономится почти 6000 т топлива.
Итальянская группа « Марангони » разработала два проекта ус тановок для сжигания старой резины: вращающаяся конструкция, состоит из двух печей, рукавного фильтра и турбины 5 Мегаватт (24000 т шин в год), и печь шахтного типа 0,2 Мегаватт (4500 т в год).
Изношенные шины сжигаются в 9 штатах США на электростанциях в котельных установках различных типов (механических, циклонного сжигания, сжигания угля в распыленном состоянии, в псевдоожиженном слое).
В США у фирмы «Оксфорд Энерджи уэстли » в 1987 г . в Кали форнии начал функционировать завод по получению энергии при сжигании изношенных шин. Его мощность - 5 миллионов шин в год. Этот 14 мегаватный завод вышел на запланированную мощ ность и начал приносить доход. В течение 3 лет переработано 15 млн. шин. Получаемый при сжигании стальной шлак используется в цементной промышленности или при строительстве дорог. Зола, содержащая большие количества окиси цинка, улавливается, очищается и отправляется на переработку для получения цинка. Сера соскабливается и смешивается с известью. Затем из этой смеси изготовляют гипс, который может быть использован как удобрение или как строительный материал.
Предприятие в штате Коннектикут, испытания которого за кончены, будет сжигать 12 — 13 млн. шин в год и производить 30 Мегаватт электроэнергии.
В будущем планируется построить в окрестностях г. Лас Ве- гас завод, который будет самым крупным предприятием такого рода в мире. Он будет сжигать 18 млн. шин в год и производить 50 Мегаватт электроэнергии.
Стоимость 1 кВт/ час производимой электроэнергии при сжи гании изношенных шин составляет 8,5 цента. Для сравнения при мерно 9 центов в случае применения альтернативных видов энергии (ветра и солнца). Однако, электроэнергия, получаемая при сжигании газа и нефти, значительно дешевле.
Основной причиной применения методов сжигания шин для получения энергии во многих развитых странах является отсут ствие эффективных технологий глубокой переработки шин с це лью получения продуктов высокого качества.
Применение шин в качестве топлива в цементной промышленности
Технология фирмы. « Бриджстоун / Файрестоун » успешно ис пользуется в Японии с начала 1980 — х годов. Целые или разруб ленные на куски шины вводятся во вращающуюся печь, где температура исходящих газов достигает 1200 - 2800° Р (Сжигание целых шин или их кусков может также производится путем их подачи в зону, где температура исходящих газов 600 — 1400Т). Здесь металлокорд частично заменяет железную руду, необхо димую в производстве цемента. Рекомендуют заменять шинами 5 - 10 % топлива. Стоимость реконструкции печей для перевода их . н а процесс фирмы « Бриджстоун » составляет 100 000- 500 000 дол ларов. По информации фирмы возместить затраты можно в тече ние года или даже за более короткий срок.
Применение изношенных шин в цементной промышленности позволяет экономить 1- 2 % основного вида топлива.
Специалистами отмечается, что при сжигании изношенных шин при производстве цемента может быть сокращен на 25% расход ископаемых энергоносителей и снижен уровень загрязнения окружающей среды. Так как содержание кислорода в печи велико, горючие газы достаточно долго находятся в зоне сгорания, в процессе не образуется остатков вредных веществ по той причине, что сера и металл связываются в получаемом продукте.
В фирме « Рорбахцемент » (Германия) в 1982 году была пущена в эксплуатацию печь для получения цемента, в которой с целью частичной замены природного топлива сжигали шины.
В Австрии применение измельченных изношенных шин в це ментной промышленности также считают перспективным.
Но имеются и противоположные данные. Так в Швейцарии фирма « Джура цемент уоркс » в 1989 г . прекратила сжигание шин в цементных печах из-за загрязнения окружающей среды продуктами сгорания.
Два миллиарда шин, лежащих на свалках США, эквивалентны 20 млн. т. угля и гарантируют цементной промышленности снабжение дешевым топливом в течение длительного времени.
Однако, в настоящее время в США из 200 существующих печей только 12 сжигают изношенные шины, несмотря на то, что затраты на замену угля изношенными шинами невелики.
Пиролиз
В наиболее развитых странах (США, Японии, Германии, Швейцарии и др.) уже довольно длительное время эксплуатиру ются опытно-промышленные установки по пиролизу шин мощно стью 7-15 тыс. т. в год по сырью .
Пиролиз кусков шин и резиновой крошки осуществляется в среде с недостатком кислорода, в вакууме, в атмосфере водорода в присутствии катализаторов и без них, в реакторах период и - " ческого и непрерывного действия, в псевдокипящем слое при различных температурах.
Исследован также процесс пиролиза смеси резиновой крош ки (20%) и масла (80%).
Системы пиролиза, популярные в 70-е годы, оказались не удобными в эксплуатации в течение сколько-нибудь длительного времени. В настоящее время это направление считается не оправдавшим возлагавшихся на него ожиданий. Большая часть таких установок работала в периодическом режиме. Получаемые продукты требовали дополнительной очистки перед употреблени ем, а затраты не покрывались стоимостью получаемых материалов. Специалисты считают, что проблема пиролиза старых шин практически исчерпана из-за высоких затрат и низкого качества получаемых продуктов.
Однако, фирма « Энерж Рисерч Интернейшнл » усовершенство вала технологию пиролиза на своей установке «Реактор». Установка может перерабатывать 1 млн. легковых шин ежегодно, получая из 1 т шин 160 галлонов дизельного масла №2, 500 фун тов высокосортного технического углерода и 300 — 400 фунтов стальной проволоки.
Фирма « Америкен Тайр рекламейшн » запатентовала высоко экономичный одноступенчатый процесс пиролиза изношенных шин, особенность которого заключается в улучшении качества остаточного технического углерода за счет очистки его от примесей.
В Японии на фирме « Хебен рисайклер » действует завод по пиролизу шин периодическим методом. В фирме « Кобе стил » и « Онахама смелтинг энд рифайнинг » - непрерывным методом (заг рузка 1 т/ час и 4- т/час соответственно). Следует отметить, что наиболее эффективен пиролиз целых шин, так как измельчение требует больших затрат, а полученный материал трудно обрабатывается в реакторах.
В Канаде предусматривается строительство завода мощнос тью 10000 т в год по пиролизу шин под вакуумом. В этих услови ях увеличивается выход масла, минимальны вторичные реакции, получаемый технический углерод легче диспергируется .
В Англии введен в эксплуатацию завод по переработке 50000 т шин в год в виде кусков размером 20 мм методом пиролиза при 350 — 500 °С в бескислородной среде. При этом получают 3 — 4 тыс. т легкого дистиллята, 17 тыс. т твердого топлива, аналогичного древесному углю, 5-7 тыс. т металла. На стадии освоения мощ ность завода не превышает 30% проектной. Стоимость завода со ставляла 12 млн. долларов.
Дробление (измельчение) изношенных шин.
Измельчение (дробление) шин считается наиболее привлека тельным методом их переработки, поскольку он позволяет макси мально сохранить физические' свойства резины в продуктах 'переработки. Методы измельчения принято разделять на' измельче ние при положительных температурах и криогенное измельчение.
В.США в 1990 году было произведено резиновой крошки, ме тодом дробления изношенных шин:
- при положительных температурах 80 -90 млн. фунтов;
- криогенным методом - 30 - 35 млн. фунтов.
Первая установка по получению резиновой крошки криогенным методом в США начала функционировать у компании « Мид-вест Эластомерикс » в штате Огайо в 1979 г .
В Великобритании фирмой « Мирэн Инвестмент корпорейшн » должны быть построены 3 завода по измельчению шин, на которых будет перерабатываться 12 млн. штук ежегодно. Заводы будут снабжаться сырьем через пункты сбора и сортировки шин.
В Германии в 1979 г . имелись 2 установки по дроблению шин при низких температурах (в Брауншвейге и в Эссоне ).
Фирма « Хэльдт » в 1987 г ежесуточно перерабатывала в резино вую крошку около 20 т шин с применением криогенной технологии.
В настоящее время в Германии работают 2 завода, на которых применяют криогенную технологию измельчения шин, при этом мощности используются неполностью .
Фирма « Оид Капитал» (Германия) считает перспективным стро ительство установки для переработки изношенных шин с целью получения резиновой крошки криогенным методом. Приводятся характеристики и преимущества установки Ппйее ЕС — 400. Фир ма утверждает, что сравнительно малые затраты на изготовле ние установки и невысокие производственные расходы гарантируют рентабельное изготовление крошки.
Японской компанией « Осана газ энджиниринг » в 1977 г . был разработан криогенный способ дробления шин. Недостатком способа явились большие эксплуатационные расходы на жидкий азот. Эксплуатационные расходы при дроблении при положительных температурах, невелики, но стоимость оборудования выше, чем при использовании низкотемпературного дробления. В связи с этим фирма позднее разработала комбинированный способ: грубое дроб ление при положительных температурах, а последующее измель чение в порошок при низких температурах и построила соответствующую компактную и полностью автоматизированную установку с годовой производительностью 7000 т.
В Японии производят резиновую крошку из шин (при обычных и низких температурах). Качество крошки регламентируется стандартом Японского научного общества (5ГШ8), в соответствии с которым определяются фракционный состав, плотность, содер жание золы, а их величины зависят от требований потребителей.
В бывшем СССР было разработано и внедрено несколько технологий и технологических линий измельчения изношенных шин только с текстильным кордом. До 1990 года функционирова ло более 10 заводов по производству регенерата из амортизован-ных шин, при этом каждый завод имел в своем составе линию измельчения. Для переработки шин использовали технологию измельчения при положительных температурах на валковом и мель ничном оборудовании.
Необходимо отметить, что все перечисленные выше зарубежные технологии получили практическое (промышленное) ос воение в одном — двух производствах. При, казалось бы, массовом наличии сырья тиражирование производств не состоялось. Главные причины — длительность окупаемости производств, ограниченность рынков сбыта продуктов переработки, в том числе и резиновой крошки 3- 8 мм .
За последние 10 лет в России накоплен большой научно-технологический опыт в области переработки изношенных шин с ме- таллокордом и изучении рынков сбыта продуктов переработки шин.
10-15 лет назад резиновая крошка размером 3- 8 мм широко использовалась в производстве регенерата, -с прос на который был достаточно устойчив и имел тенденцию к росту. Более того, периодически имел место дефицит этого товара на рынке из-за резкого сокращения его производства в странах бывшего «социалистического лагеря». В настоящее время появился спрос на ка чественный регенерат, который вырабатывается с использованием не 3- 8 мм резиновой крошки с примесью 7-10 % текстиля, а тонкодисперсных резиновых порошков с размерами частиц менее 0,7 мм (Япония, Россия, США и др. страны). Например, в Китае идет переход на использование в этих целях порошков с дисперснос тью менее 0,45 мм (спрос 50 тыс. тонн в год). Стоимость регенерата подошла вплотную к стоимости первичного сырья (каучуков), что "в свою очередь объясняется высокой стоимостью резиновых по рошков по сравнению с крошкой. По имеющимся данным на рын ке Германии стоимость порошков составляет:
Порошок с частицами: |
Цена, в долл. США |
до 1 мм |
465 + 529 |
1- 3 мм |
225 |
3- 5 мм |
200 |
Разработкой оборудования для производства тонкодисперсных порошков из полимерных материалов и резин в последние 2-3 года активно занимаются фирмы США, Англии, Швейцарии, Италии, Германии, и других стран. Однако создать эффектив ное оборудование для получения порошков в промышленных объе мах удалось только российской фирме - « Рекрия Инжиниринг»® г. Москва.
Разработанные ООО « Рекрия Инжиниринг»® технологичес кие линии экструзионного измельчения изношенных автомобильных шин при повышенных температурах различной производительностью (3-13 тыс. тонн в год по сырью) позволяют получить тонкодисперсные «0,5-2,0 мм» резиновые порошки с высокоразвитой удельной поверхностью частиц «2500- 3500 см . кв /г».
Эти порошки обладают хорошей сорбционной способностью и повышенной совместимостью с полимерными связующими «элас томеры, термопласты», что делает их незаменимыми для получения новых материалов - резинопластов и новых нефтяных сорбентов широкого применения.
Поэтому не случайным является то обстоятельство, что фран цузская фирма С. L .M. P . и американская « Redwood Rubber LLC » после испытания порошков (фракции < 0,5; 1,0; 1,5 и 2,5 мм ), которые производит РИЦ « Росполимер » (г. Москва) по технологии экструзионного измельчения, сделали запрос: первая — на по ставку порошков, а вторая на поставку экструдеров — измельчи телей .
Из запросов американской фирмы видно, что она намерена использовать экструдеры-измельчители в производстве регенерата, используя для домола резиновую крошку с размером частиц 3—8 мм.
Что же касается французской фирмы, которая сама изготавливает 2- 3 мм крошку и оборудование для ее производства из изношенных легковых шин, то она намерена перепродавать порошки на европейском рынке, в частности в Германию, фирмам, занимающимся ликвидацией «нефтяных пятен» на воде, образующихся в результате аварий и других причин при заполнении и сливе нефтяных танкеров. Спрос на порошки на Германском рын ке для этих целей составляет 20 000 тонн ежегодно. Цена - 2000 долл. США за тонну.
Указанные выше причины заставили зарубежных и отече ственных разработчиков технологий и оборудования пересмотреть свои подходы к создаваемым технологическим линиям.
Исследование рынка оборудования и современных технологических линий по переработке автомобильных шин и отходов резины
В настоящее время на российском рынке предлагают свои линии по переработке изношенных автомобильных шин до тонкодисперсных порошков (менее 1 мм ) российские фирмы: ООО « Рек- рия инжиниринг» г. Москва, АО « Техпро » (с участием НИИШП), г. Москва, ТОО фирма « Астор » г. Пермь, АО «Троицкая технологическая лаборатория», г. Троицк Московской области, НПП «Роса» г, Королев Московской области.
Активно работают на Российском рынке иностранные фирмы или их посредники:
«INTEC» ( Германия ), «Crumb Rubber Technology Inc» ( США ) и «WIRTECH» ( Швейцария ).
Общее, что характеризует эти фирмы то, что их технологии созданы с учетом ситуации на рынке резинового сырья, т.е. получение от переработки изношенных автомобильных шин новых продуктов - тонкодисперсных резиновых порошков (менее 1,0 мм ).
Технология ООО «Рекрия инжиниринг»
По принципу воздействия на измельчаемый материал этот способ воспроизводит в непрерывном режиме эффект двухвалко вых мельниц ( вальцев ), когда два валка вращаются навстречу друг другу с различной окружной скоростью.
Измельчаемый материал, попадая в межвалковый зазор, под вергается одновременному сжатию и сдвигу. Вследствие этого материал разрушается (хрупкое разрушение), или в нем проте кают процессы надмолекулярного течения, сопровождающиеся необратимой деформацией (пластичные материалы).
В случае упруго-эластичных материалов, какими являются все виды вулканизованных резин, сжатие сопровождается накоплением внутренней энергии, которая высвобождается вследствие одновременного воздействия сдвиговых усилий и сжатия. Другими словами, происходит процесс упруго-дефор мационного измельчения,- сопровождающийся выделением тепловой энергии.
В отличие от эффекта вальцев , в экструзионном варианте, этот процесс протекает в замкнутом пространстве и в непрерыв ном режиме.
Способ запатентован во всех развитых странах: США (патент 4.607.796; 4.607.797), СССР (патент 4-14.31212.А 1 ), Болгария (па тент 52100), Россия (патент 1434663) и др.
Типовая установка экструзионного измельчения изношенных шин комплектуется исходя из следующей концептуальной пред посылки:
- возможность переработки шин с металлокордом ;
- возможность переработки грузовых и автобусных шин диаметром до 1400 мм , а также технологических отходов других видов резин;
- конечной целью производства по переработке изношенных шин является получение прибыли за счет производства качественно нового продукта — тонкодисперсных резино вых порошков, пригодных для эффективного использова ния по новым направлениям;
- исходя из предыдущей предпосылки не целесообразно, осо бенно в случае крупногабаритных шин, производить одно временное измельчение протекторной части с остальными ее составляющими, в частности с бортовым кольцом;
- производство не должно сопровождаться накоплением труд нореализуемых отходов (бортовые кольца, металлокорд , текстиль);
- производство по его экономической эффективности не ори ентировано на государственную финансовую поддержку;
- срок окупаемости капитальных вложений не должен пре вышать полутора лет;
- санитарно-гигиенические условия производства и выбросы должны соответствовать уровню Европейских стандартов и страны его размещения;
- конечные продукты производства должны обладать конку рентоспособностью на мировом рынке, при этом экспорт их должен составлять не менее 50 % от объема выпуска по рошков;
- производство должно быть ориентировано в перспективе на собственную переработку продуктов измельчения в из делия, материалы и композиты.
Описание базовой технологической схемы экструзионного способа производства
Изношенные шины и технологические отходы резины со скла да подаются в зону переработки с помощью электропогрузчика , где у грузовых шин на щиноразделочных станках вырезаются бортовые кольца и снимается протекторный слой резины.
После этого образуется три технологических потока.
Первый поток
Протекторная резина и другие отходы резины подаются в дро билку 2-ой ступени ДР-500х800, где происходит их измельчение до размера кусков, проходящих через решетку с ячейками 10 мм .
Из дробилки резиновая крошка шнековым транспортером по дается в бункер- накопитель, а из него транспортером — в питающий бункер экструдера - измельчителя .
Полученный тонкодисперсный порошок пневмосистемой пода ется на вибросито, где происходит разделение порошка на 3 фрак ции: < 0,5 мм , < 1,5 мм , < 2,0 мм или на любые другие фракции.
Остаток на первом сите возвращается на повторное измельчение в том же экструдере-измельчителе .
Фракционированные порошки с -п омощью винтовых транспортеров подаются в бункера -накопители по фракциям, а затем расфасовываются в мешки по 25- 30 кг или затариваются в мяг кие контейнеры «БИГ-БЭГИ» по 400- 800 кг , которые электропог рузчиком транспортируются на склад готовой продукции.
Второй поток.
Шинные каркасы и целые легковые шины цепным транспор тером подаются в каскадный шредер КШР-88, где происходит измельчение до размера кусков, проходящих через решетку с ячейками 50 мм .
Из каскадного шредера куски шин с помощью шнекового кон вейера подаются в дезинтегратор СЭ-200, в котором происходит разрыхление и отделение текстильного корда от резины, а далее в магнитный барабанный сепаратор для освобождения рези ны от остатков металла.
Затем резино-текстильная смесь с помощью шнекового конвейера подается в гравитационный сепаратор для отбора тексти ля. Текстиль самотеком подается в накопитель.
Очищенная от основного металла и текстиля резиновая крошка подается шнековым конвейером в бункер-накопитель, а из него, также шнековым конвейером - в питающий бункер экструдера, где происходит тонкодисперсионное измельчение.
Полученный в экструдере порошок пневмотранспортной сис темой подается на классификатор, где фракционируется на 3 фракции:<0,5<1,5;< 2,0 мм . и ли на любые другие фракции.
Остаток с первого сита возвращается на последующее измель чение в экструдер-измельчитель с помощью шнекового конвейера.
Фракционированные порошки с помощью шнековых конвей еров подаются в бункера-накопители по фракциям, а затем рас фасовываются в мешки по 25- 3.0 кг . и ли в мягкие контейнеры по 400 и 800 кг , которые электропогрузчиком транспортируются на склад готовой продукции.
Третий поток
Бортовые кольца от шиноразделочных станков с помощью ав топогрузчиков подаются на гильотинный нож и режутся на куски размером 20, 30 или 40 мм , после чего они направляются в нако питель, затариваются в контейнеры и подаются электропогруз чиком на склад готовой продукции.
Описанная базовая схема переработки шин соответствует кон цептуальному подходу разработчика в данной проблеме, является оригинальной и считается предметом «Ноу-хау»
Стоимость комплекта оборудовйния в ценах Российского про изводства - 1300 тыс. долл. США. В ценах производства во Фран ции, Германии, США - 2500-2800 тыс. долл. США.
Стоимость шеф-монтажных и пуско-наладочных работ (по рос сийским данным) составляет до 10 % ° т стоимости оборудования.
Себестоимость производства 1 тонны порошков (в условиях России) - 800-1000 руб.
Отпускная цена порошков — 3000-3200 руб /тонна, в зависи мости от качества порошков и объемов закупки.
Рентабельность — 37,9 %.
Срок окупаемости — до 1,5 лет.
Товарный выход продуктов
Основным конечным продуктом переработки отходов резинотехнических изделий и амортизованных шин является резиновый порошок трех фракции: 0,5; 1-1,5; 2,0 мм .
Выход конечного продукта при переработке отходов производства резинотехнических изделий - 100% от их исходной маccы , а изношенных шин - 65 % от исходной массы.
Вторичные продукты, образующиеся при переработке резиновых отходов и шин
При переработке отходов производства резинотехнических изделий вторичные продукты не образуются.
При получении резинового порошка из одной тонны изношенных шин образуются текстильно - кордные отходы в количестве -170 кг и отходы металлического корда в количестве 170 кг .
Текстильно-кордные отходы продаются потребителям и могут использоваться в собственном производстве для изготовления нефтяных сорбентов типа «Сорбойл».
Отходы металлокорда продаются предприятиям Вторчермета и строительным организациям.
Энергоносители
Электроэнергия напряжением: 220/380 В , частота тока - 50 гц .
Расход электроэнергии на производство 1 т резинового порошка (суммарно по трем фракциям) составляет в среднем 450 кВт. Оборотная вода для охлаждения — 24 м 3 /час.
Технология АО «ТехПРО» (Тушинский машзавод)
В 1995 году АО « ТехПРО » с участием научно-исследователь ского института шинной промышленности (НИИШП) приступило к монтажу технологической линии по переработке изношенных шин с металлокордом собственной разработки производительнос тью 3,5 тыс. тонн в год. Суть технологии — постадийное измельче ние шин ( двухроторная дробильная установка ДУ-1, молотковая дробилка Т -00.000., окончательный домол кротки в мельницах М-800 до порошков фракции 0,5 мм и их просеивание на сите У1-РК-5-2.
В результате переработки 3,5 тыс. тонн изношенных шин получается:
1. |
Резиновый порошок 0,5 мм (с содержанием текстильного корда до 5 %) |
2240 т |
2. |
Текстильные кордные отходы (с содержанием резины до 40 %) |
350т |
3. |
Металлический корд (с содержанием резины до 20 %) |
870т |
4. |
Механические потери |
40т |
Текстильно-кордные отходы возможно использовать в производстве теплоизоляционных плит и для тампонирования нефтяных скважин.
Металлический ко рд в св язи с большим содержанием резины не подлежит переработке и вывозится на полигоны отходов.
Организованное в 1998 году на Тушинском машзаводе производство по переработке изношенных шин производительнос тью 6,0 тыс. тонн в год укомплектовано экструдером-измельчителем ЭЙ -4 (производства ООО « Рекрия Инжиниринг»).
Краткое описание технологии
Целые шины без предварительной вырезки бортового кольца со склада подаются в резательную машину (дробильную установ ку), где разрезаются на куски не более 50 х 100 мм и поступают в расходный бункер.
Из бункера куски поступают в молотковую дробилку для даль нейшего измельчения с одновременным отделением металличес кого и текстильного корда. По замыслу разработчиков молотковая дробилка обес печивает также режим измельчения, при котором резина ведет себя как «твердое тело».
Текстильный корд вентилятором направляется в циклон, а металлический корд отделяется от резины на ленточном магнитном сепараторе и выводятся из производственного процесса.
Частицы резины размерами менее 20 мм поступают на дальнейшее доизмельчение в экструдер-измельчитель ЭИ-4 сагреги-рованный с аеросепаратором ЛПРК.
Конечный продукт — резиновый порошок с частицами 0,5 мм , упаковывается в мешки.
Технико-экономические характеристики линии
1. |
Производительность (по исходному сырью ) |
3,5 тыс. т /год |
2. |
Максимальный размер шик (наружный диаметр) |
1200мм |
3. |
Расход на 1 тонну крошки: электроэнергии воды |
329 кВт /час 5 куб. м |
4. |
Производственные площади |
300 кв .м |
Технология и технологическая линия по переработке изношенных шин ТОО фирмы «АСТОР» (г. Пермь)
Предлагаемая на рынке линия «АСТОР» работает на совмещении бародеструкционного и экструзионного метода разруше ния шин.
Сущность технологии состоит в том, что фрагменты шин по мещаются в рабочую камеру, где под высоким гидростатическим давлением резина «сжижается» (эффект псевдотекучести ) и вытекает через фильеры камеры, а 90 % металлокорда , отделившегося от резины удаляется , на первой стадии переработки.
Дальнейшее измельчение резины происходит в роторно-но-жевой дробилке и экструдере-измельчителе (ООО « Рекрия ин жиниринг») с отделением текстильного корда в кордоотделителях и остатков металлокорда в магнитных сепараторах.
Краткие технические характеристики линии
1. |
Максимальный объем переработки шин в год {при 3-х сменной работе) |
6 тыс. тонн |
2. |
Выход товарной крошки и порошков (0,5 -3,0 мм ) |
4 тыс. тонн |
3 |
Выход текстильного корда |
0,9 -тыс. тонн |
4. |
Выход металлокорда |
1,1 тыс. тонн |
5. |
Удельный расход электроэнергии {на 1 т продукта) |
540 кВт |
6. |
Производственная площадь |
700 кв. м |
7 |
Максимальный размер перерабатываемых шин (наружный диаметр) |
1200 мм |
Линия состоит из трех модулей:
- модуль отделения металлокорда и получения первичной крошки;
- модуль измельчения;
- модуль фракционирования и упаковки.
На производстве (в 3-х сменном режиме) занято 45 человек.
Стоимость линии 2 млн. долларов США.
Окупаемость инвестиций — 6 лет.
Описание технологической схемы
Шина по ленточному транспортеру (поз. 1) подается на стол пресса для резки шин (поз. 2), где режется на куски (фрагменты) массой 14 кг . Далее по ленточным транспортерам (поз. 3) куски подаются в два загрузочных устройства установки высокого дав ления (поз. 4).
В установке высокого давления шина загружается в рабочую камеру, которая передвигается под плунжер пресса, где происходит' экструзия резины в виде кусков размерами 20 - 80 мм и отделение металлокорда .
После установки высокого давления резино-тканевая крош ка и металл по ленточному транспортеру (поз. 5) подаются в иголь чатый барабан (поз. 6), где происходит дополнительное отделение металлокорда от резины и тканевого корда и вся масса по транс портеру (поз. 7) подается в магнитный сепаратор (поз. 8), на кото ром металл в количестве 90 % от его общей массы улавливается и попадает в контейнер, (поз. 35).
Из магнитного сепаратора вся оставшаяся масса подается по ленточному транспортеру (поз. 9) в роторную дробилку (поз. 10), где резина с тканевым кордом и остатками металла измельчается до фракции 10 мм .
Измельченная масса по ленточному транспортеру (поз. 11) по дается в кордоотделитель (поз. 12), где происходит основное от деление резины от корда и разделение резиновой крошки на две фракции: - до 3 мм и от 3 до 10 мм .
Отделившийся от резины текстильный корд поступает в кон тейнер (поз. 36), а мельчайшие частицы корда с помощью мест ного отсоса попадают в фильтр (поз. 34) через конденсор (поз. 32).
Фракция резиновой крошки от 3 до 10 мм поступает по шне- ковому транспортеру (поз. 13} в магнитный сепаратор (поз. 15), где свободный металл улавливается и попадает в контейнер (поз. 35).
Фракция резиновой крошки до 3 мм поступает по пневмо- транспортеру (поз. 14) в циклон (поз. 21). Далее резиновая крошка поступает по шнековому транспортеру (поз. 16) в бункер -н акопи тель (поз. 17), откуда шнековым транспортером (поз. 18) крошка подается в экструдер-измельчитель (поз. 19).
В случае , если резиновая крошка фракцией более 3 мм инте ресует потребителя как товарная продукция, то с помощью объем ного дозатора (поз. 29) она фасуется в бумажные мешки и контролируется на весах (поз. 30).
В эструдере-измельчителе (поз. 19) резиновая крошка и тек стильный корд доизмельчаются . Измельченные продукты пневмо транспортом (поз. 20) подаются в циклон (поз. 21). Из циклона (поз. 21) резиновая крошка до 3 мм и измельченные продукты, посту пившие из экструдера, подаются в магнитный сепаратор (поз. 22).
Из магнитного сепаратора (поз. 22) резиновая крошка с тек стильным кордом подается шнековым транспортером (поз. 23) в кордоотделитель (поз. 24), в котором происходит дополнительное разделение резиновой крошки и текстильного корда.
Отделившийся текстильный корд попадает в контейнер (поз. 36), а мельчайшие частицы корда улавливаются в фильтре (поз. 34).
Из кордоотделителя (поз. 24) шнековым транспортером (поз. 25) крошка с оставшимся кордом поступает в вибросито (поз. 26), где происходит ее фракционирование на :
I фр .......................................... от 0 ,2 до 1,0 мм ;
II фр ........................................ от 1 ,0 до 3,0 мм ;
III фр ...................................... свыше 3,0 мм
Фракция резиновой крошки более 3 мм возвращается в экс т - . рудер-измельчитель (поз. 19).
Далее из вибросита (поз. 26) с помощью шнековых транспор теров (поз. 27) резиновая крошка I и II фракций поступает в бун кера-накопители (поз. 28), откуда объемными дозаторами (поз. 29) крошка дозируется в бумажные мешки и контролируется на ве сах (поз. 30). Заполненные товарной крошкой мешки прошивают ся на машине (поз. 31)
Технология озонного разрушения изношенных шин ЗАО «Троицкая технологическая лаборатория «ТТЛ» (г. Троицк, Московской обл.)
Озон, контактируя с поверхностью резины, приводит к быс трому ее окислению, т.е. к разрушению межмолекулярных и внут римолекулярных связей. Особенно интенсивно разрушаются напряженные связи. Поэтому, при появлении или наличии на по верхности резины микротрещин, прежде всего начинается атака озоном тех молекул, которые расположены в вершинах трещин. Это приводит к быстрому разрастанию трещин и распаду мате риала на куски со сравнительно гладкими поверхностями. Ситуа ция напоминает низкотемпературное криогенное разрушение. Однако, в случае озонной атаки, поверхность образовавшихся кусков окислена, т.е. на поверхностях снижается молекулярная масса и появляются кислородсодержащие продукты окисления резины. На развитие реакции озонного разрушения очень силь ное влияние оказывает напряженность резины, поэтому напрягаемые куски распадаются гораздо быстрее. Реакция протекает при очень низких энергозатратах. Можно сказать, что . о зонное разрушение на частицы определенного размера требует энерго затрат в 5-10 раз меньше, чем криогенное разрушение. Когда разрушение идет до очень малых частиц (меньше 0,5- 1 мм ), то эффект окисления в среднем выражен достаточно сильно. Если же разрушение завершается образованием частиц 2- 10 мм , то окисление в среднем можно рассматривать как слабое.
Озон действует как рассекающий нож, измельчение сопро вождается окислением приповерхностного слоя, требует низких энергозатрат и существенно ускоряется при деформациях кус ков шин.
Работу «ТТЛ» в указанном направлении можно разбить на 2 этапа: до 1997 года и в настоящее время.
На первом этапе разработчики исследовали достаточно хо рошо известный эффект растрескивания резины под действием озона в конкретном отношении — растрескивание изношенных автошин. Озонные генераторы в настоящее время производятся в целом ряде организаций, они сравнительно недорогие и поэтому априорно можно было считать, что процесс протекает достаточно эффективно. «ТТЛ» разрабатывала разные установки, в кото рых отходы резины одновременно подвергаются воздействию потока озона и деформированию. Это были низкопроизводитель ные и непромышленные установки. О разрушении целой шины речь еще не шла. Созданная в «ТТЛ» установка озонного разрушения (небольшая пилотная ) работает на АРЗ № 10 (Москва).
В 1997 г . «ТТЛ» установила контакты с американской фирмой, получила американский патент на способ разрушения резин и одновременно установила эффективные контакты с немецкими фирмами Баварии. В настоящее время эти фирмы самостоятельно ведут проработку процесса, выплачивая «ТТЛ» определенные . с уммы за научные консультации и самостоятельно создают уста новки для переработки шин.
В 1997 г . немецкие фирмы получили сертификат безопаснос ти в отношении использования данной технологии в заводских и городских условиях.
Кроме того «ТТЛ» договорились с двумя предприятиями оте чественной оборонной промышленности во Ржеве и Тамбове, где были разработаны блоки озонного разрушения. Каждый такой блок выполняется из нержавеющей стали и предназначен для непре рывного измельчения шин легковых автомобилей или кусков шин грузовых автомобилей размером 5- 30 см . На выходе такого блока осуществляется высыпание резиновой крошки размером несколько миллиметров с производительностью 250 кг/час. Цены таких установок сравнительно невелики. Две пилотные установки уже доставлены из Ржева в Москву и в закрытом состоянии находятся на площадке.
Сказанное выше позволяет рассматривать эту технологию как весьма эффективную, как новое решение, обеспечивающее начальную стадию разрушения резины с достаточно полным отделением резины от корда. Однако специалисты считают, что едва ли следует стремиться к слишком сильному озонному измельче нию, приводящему к получению мелких частиц резины, поскольку он приводит к слишком сильному окислению. Разрушать шину озонной атакой следует до размера частиц 10 — 15 мм , а затем уже доизмельчать ее и превращать в дисперсный порошок с боль шой удельной поверхностью в экструдерах - и змельчителях .
Сравнительный анализ существующих технологий
- Вопрос заключается в том, по какой из трех известных сейчас технологий идти:
- - традиционно с использованием каскада из 5-ти дробилок (или помольных вальцев );
- - криогенным способом с использованием жидкого азота (или турбохолода с каскадом дробилок);
- - по способу непрерывного сжатия и сдвига в замкнутом объе ме в червячно-кулачковых машинах ( экструзионный спо соб ООО « Рекрия инжиниринг»).
- - Каждый из них обязательно в той или иной мере включает типовой набор оборудования:
- - дробилки грубого дробления на куски 50- 100 мм ;
- - дробилки второй стадии измельчения в целях отделения металлокорда и текстиля;
- - магнитные сепараторы;
- - аэросепараторы для отделения текстиля;
- - сита для фракционирования порошка;
- - бункера-накопители;
- - рукавные фильтры - пылесборники;
- - пневмотранепортные системы;
- - транспортеры;
- - вентиляционные системы.
Различие, в основном, заключается в аппаратурном оформ лении конечных стадий измельчения, требуемых производствен ных площадях и энергозатратах на 1 тонну конечного продукта.
Ниже приводятся сравнительные данные по трем парамет рам производства тонкодисперсных резиновых порошков для ус тановки средней мощности: 10 000 тонн в год по изношенным шинам (6 — 7 тыс. т/год по порошкам).
№№ п.п. |
Параметр |
Порошок с дисперсностью менее 1 мм |
||
Каскадное из мельчение |
Криогенное измельчение |
Экструзионное измельчение |
||
1. |
Количество дополнительных стадий измельчения |
3 |
3 |
2 |
2. |
Производственная площадь, м (кроме складов) |
1500-2000 |
1500-2000 |
750-1200 |
3. |
Энергозатраты , кВтч/т |
1800-2000 |
600 - 700 |
450 - 500 |
4. |
Сопутствующие факторы: |
|||
4.1. |
Дополнительные вентиля ционные системы |
3 |
3 |
- |
4.2. |
Дополнительные выбросы в атмосферу |
да |
Да |
нет |
4.3. |
Хладоагенты |
- |
до 2 кг жид кого азота на 1 кг измельченной резины |
Охлаждающая вода при тем пературе не более 18 °С 24 м 3 в час в за крытой системе охлаиодения . |
4.4. |
Стоимость оборудования с учетом переработки шин диаметром до 1400 мм , тыс. долл. США |
2500 - 2800 |
2800-4000 |
1600 |
4.5. |
Рентабельность производст ва без учета госдотаций, % |
22 |
17 |
37 |
Увеличение числа дробилок, помимо энергозатрат , сопря жено с ухудшением санитарно-гигиенических условий производ ства, во-первых, потому, что это открытые процессы и, во- вторых, именно дробильные аппараты являются источником шу мов на уровне 70 и более децибел.
Весьма существенным фактором является различие в каче стве конечного продукта по такому важному показателю, каким является фактор развитости удельной поверхности частиц по рошков одной и той же дисперсности.
Коммерческое использование технологий утилизации (экономическая выгода)
При разработке бизнес-плана производства по переработке из ношенных автомобильных шин необходимо учитывать некоторые особенности:
Переработчик при приеме сырья в переработку получает некий доход в виде платы за принятые шины. Размер этой платы определяют администрации регионов России в соответствии с по становлением Правительства РФ от 28.08.92 г. № 632 « Об утверж дении порядка определения платы и ее предельных размеров за загрязнение окружающей среды, размещение отходов, другие виды воздействия». В Москве такая плата с 1997 года до настоя щего времени составляет 500 рублей за 1 тонну изношенных ав томобильных шин. В Татарстане- 1000 рублей.
Создаваемые производства по переработке отходов полностью освобождаются от налога на прибыль в местный бюджет на основании решений региональных Администраций. Такое реше ние в Москве оформлено Законом г. Москвы «О ставках и льготах по налогу на прибыль» от 18.06.97 г. № 19.
Региональные администрации могут предоставить предпри ятиям, перерабатывающим отходы, льготные тарифы аренды по мещений, за . п ользование электроэнергией, водой и канализацией. Дополнительные доходы позволят переработчикам снизить цены на продукты переработки отходов и изделий из них, что повысит конкурентоспособность этих продуктов на Российском и зарубежных рынках.
