Плазменный пиролиз изношенных шин и резиновых изделий

Одна из главных проблем современного общества — растущие темпы образования твёрдых отходов в результате деятельности человека, что превратилось в серьёзную экологическую проблему. Утилизация изношенных шин — автомобильных шин легковых и грузовых автомобилей, велосипедных, мотоциклетных, сельскохозяйственных шин и других изделий на основе полиизопрена — составляет значительную часть таких проблем: по оценкам, ежегодно в мире 1,3 млрд шин достигают конца срока службы.

В Plasma Power мы намерены использовать наиболее экономичные и передовые методы проектирования и изготовления установки, чтобы одновременно удовлетворить и экономические, и экологические требования. Термическая утилизация также становится возможным решением для переработки огромных объёмов такого материала. Три основные технологии термической утилизации — пиролиз, газификация и сжигание.

• 01Пиролиз: термическая деструкция в отсутствие кислорода.
• 02Сжигание: термическая деструкция в присутствии кислорода.
• 03Газификация: термическая деструкция в присутствии газифицирующего агента (поток водяного пара, воздух и т. д.).

Газификация — термический процесс (T > 750 °C), позволяющий превращать углеродсодержащие материалы, такие как органические отходы или биомасса, в монооксид углерода и водород при контролируемом количестве кислорода или водяного пара. Получаемая газовая смесь, называемая также синтез-газом, служит подходящим источником для питания газовых турбин или топливных элементов.

Одна из важных технологий рекуперации — пиролиз. Обширные знания о пиролизе как способе превращения органических отходов (нефтешламы: остаток на дне топливного бака, топливный остаток, накапливающийся на топливном фильтре, остаток от очистки смазочного масла, нефтесодержащие отходы, органические материалы в составе коммунальных отходов: масло, мыло, шины, пластмасса, текстиль и тому подобное) в полезные продукты накапливались десятилетиями. Пиролиз шин заключается в термической деструкции резины шины при температуре 300–900 °C в инертной атмосфере. Пиролизу изношенных шин уделяется всё больше внимания, поскольку условия процесса можно оптимизировать для получения высокоэнергетического масла, газа и углеродного остатка, помимо металлокорда шины. Сталь возвращается в чёрную металлургию. Остальные три продукта используются как энергетические (топливные) и/или химические ресурсы.

В процессе пиролиза органическая летучая часть шин разлагается до продуктов с низкой молекулярной массой — жидких или газообразных. Неорганические компоненты и нелетучий технический углерод остаются в виде твёрдого остатка, который относительно не изменён и потому может быть переработан для полезного применения.

Процесс пиролиза особенно пригоден для сложных отходов, содержащих множество различных пластмасс в смеси с другими материалами (грунтом, текстилем, стеклом и т. д.), как в случае автомобильных шредерных остатков (ASR), которые не требуют предварительной очистки, а твёрдый продукт может использоваться в производстве металлов и для активации технического углерода.

Установка плазменной газификации: изношенные шины, покрышки, резина, утилизация и обработка отходов, крекинг, пиролиз, энергия, производство водорода, EEA, EPA

Плазму многие считают четвёртым агрегатным состоянием вещества — после более привычных твёрдого, жидкого и газообразного. Подведение к газу достаточной энергии превращает газ в плазму. Иными словами, плазма — это ионизованный газ, образующийся, например, в результате электрического разряда. Пиролиз в термической плазме можно описать как процесс взаимодействия твёрдого углеродсодержащего материала с ограниченным количеством кислорода при высоких температурах (10 000 °C > T > 5000 °C) с получением горючего газа с теплотой сгорания в диапазоне 4–9 МДж/нм³ и твёрдых углеродсодержащих продуктов — без жидкого продукта. В высокореакционной зоне плазмы велика доля электронов, ионов и возбуждённых молекул наряду с высокоэнергетическим излучением. При вводе углеродсодержащего материала в плазму он очень быстро нагревается плазмой. Летучие вещества выделяются и подвергаются крекингу, что даёт водород и лёгкие углеводороды, такие как метан и ацетилен. Высокая температура в сочетании с высокой скоростью нагрева в плазме вызывает деструкцию органических отходов; вследствие этого образуются газ и твёрдый остаток с различными свойствами в зависимости от характеристик сырья и режимов работы. Количество газообразного продукта может достигать 70–80 % от массы загружаемого сырья; для сравнения, газообразный продукт при обычном пиролизе изношенных шин составляет лишь 10–20 % при медленном пиролизе и 30–50 % при быстром. Теплота сгорания газообразного продукта находится в диапазоне 4–9 МДж/нм³.

Поэтому его можно использовать непосредственно в качестве топлива в различных энергетических применениях, таких как прямое сжигание в котлах, газовых турбинах или газовых двигателях. Теплота сгорания углеродных остатков, получаемых при плазменном пиролизе, обычно сопоставима с теплотой сгорания бурого угля и кокса, поэтому их можно применять непосредственно как твёрдое топливо.

Реакторам термической плазмы требуется значительный подвод энергии для достижения высоких рабочих температур. Это делает их дорогими в эксплуатации. В Plasma Power мы проектируем и оптимизируем процесс так, чтобы энергия, заключённая в продуктах пиролиза, использовалась и возвращалась в цикл. Благодаря этому процесс обработки методом плазменного пиролиза энергетически самодостаточен, а эксплуатационные затраты существенно снижаются. Плазменный пиролиз обладает следующими преимуществами:

• 01Эффективный подвод тепловой энергии для одновременного быстрого протекания физических и химических превращений в материале отходов.
• 02Лёгкое достижение высоких и эффективных рабочих температур в очень компактных реакторах с высокой производительностью и быстрым откликом.
• 03Свойства продуктов плазменного пиролиза пригодны для производства энергии.
• 04Не загрязняет окружающую среду и способен уничтожать вредные для здоровья человека вещества, при этом продукты предсказуемы, безвредны и приемлемы для здоровья населения и окружающей среды.

Термическое воздействие на шины в реакторе пиролиза (или плазменного пиролиза, или дугового плазменного пиролиза) даёт углеводородный газ с последующей его конденсацией в синтетические жидкие топлива и минеральный остаток в виде шлака. Шлак используется как сырьё для установок плазменной газификации, а жидкие синтетические топлива могут быть коммерчески использованы для производства бензиновой и дизельной фракций. Металлокорд отсеивается на стадии подготовки либо выгружается через систему вывода минерального остатка и используется как товарное сырьё.

Полным и безопасным методом удаления опасных отходов (просроченных лекарств, запрещённых пестицидов, пластиковых шестерён, патологических отходов, тары и т. д.) является высокотемпературный (плазменный) пиролиз. Плазмохимические реакторы Plasma Power применяются как основная часть любой газификационной установки и проектируются, оптимизируются и изготавливаются исходя из состава материала и области применения для каждого заказчика, с разной компоновкой и конфигурацией, для:

• 01Медицинские отходы
• 02Биологические отходы
• 03Газификация коммунальных отходов
• 04Уничтожение жидких лакокрасочных отходов, таких как органические растворители, краски, лаки, клеи, мастики и смолы
• 05Отходы водоподготовки при очистке сточных вод и водопользовании, а также жидкие отходы очистных сооружений сточных вод
• 06Уничтожение компонентов химического и биологического оружия
• 07Наша технология плазмы дугового разряда — эффективный инструмент для многих видов применения, включая обработку опасных отходов

Интерес к плазменным технологиям в процессах обезвреживания вредных веществ огромен. Мы можем использовать их для проведения химических реакций в плазменной среде (пиролиз метана, получение оксида титана, восстановление чистых веществ из их оксидов и хлоридов: урана, титана, германия, тантала и т. д.), для плазмохимического получения оксидов урана для атомных электростанций, гидропиролиза тетрафторида кремния SiF₄ и получения из него фтороводорода HF и ультрадисперсного оксида кремния SiO₂, получения диоксида титана TiO₂ из хлорида титана TiCl₄ и т. д.