Перероблення зношених шин і гумових виробів плазмовим піролізом

Одним із головних викликів для сучасного суспільства є дедалі швидше накопичення твердих відходів, породжених діяльністю людини, що стало серйозною екологічною проблемою. Значну частку цих проблем становить утилізація відпрацьованих шин — автомобільних шин легковиків і вантажівок, велосипедних, мотоциклетних, сільськогосподарських шин та інших виробів на основі поліізопрену: за оцінками, щороку у світі 1,3 млрд шин добігають кінця свого життєвого циклу.

Ми в Plasma Power маємо намір застосовувати найекономніші та найпередовіші методи проєктування й виготовлення установки, щоб водночас задовольнити й економічні, і екологічні вимоги. Термічна валоризація також постає як можливе розв'язання для перероблення величезних обсягів такого матеріалу. Три основні технології термічної валоризації — це піроліз, газифікація та спалювання.

• 01Піроліз: термічна деструкція за відсутності кисню.
• 02Спалювання: термічна деструкція за наявності кисню.
• 03Газифікація: термічна деструкція за наявності газифікувального агента (потоку водяної пари, повітря тощо).

Газифікація — це термічний процес (T > 750 °C), який дає змогу перетворювати вуглецевмісні матеріали, як-от органічні відходи чи біомасу, на монооксид вуглецю та водень за контрольованої кількості кисню або водяної пари. Одержана газова суміш, яку називають також синтез-газом, є придатним джерелом для живлення газових турбін або паливних елементів.

Однією з важливих технологій відновлення ресурсів є піроліз. Ґрунтовні знання про піроліз як спосіб перетворення відходів органічних матеріалів (нафтошламу: залишку на дні паливного бака, паливного залишку, накопиченого на паливному фільтрі, залишку від очищення мастильної оливи, нафтовмісних відходів, органічних матеріалів у побутових відходах: олії, мила, шин, пластику, текстилю тощо) на корисні продукти накопичувалися десятиліттями. Піроліз шин полягає в термічній деструкції гуми шини за температури 300–900 °C в інертній атмосфері. Піролізу зношених шин приділяють дедалі більше уваги, бо умови процесу можна оптимізувати так, щоб одержувати високоенергетичну оливу, газ і вуглецевий залишок додатково до металокордного каркаса шини. Сталь повертають до чорної металургії. Решту три продукти використовують як енергетичний (паливний) та/або хімічний ресурс.

У процесі піролізу органічні леткі речовини шин розкладаються до низькомолекулярних продуктів — рідин або газів. Неорганічні складники та нелеткий технічний вуглець залишаються у вигляді твердого залишку, який майже не змінюється, а тому його можна з користю використати повторно.

Процес піролізу особливо доречний для складних відходів, які містять багато різних пластмас у суміші з іншими матеріалами (ґрунтом, текстилем, склом тощо), як у випадку відходів подрібнення автомобілів (ASR): вони не потребують попереднього очищення, а твердий продукт можна використати у виробництві металів та для активації технічного вуглецю.

Установка плазмової газифікації: зношені шини, автопокришки, гума, утилізація та оброблення відходів, крекінг, піроліз, енергія, виробництво водню, EEA, EPA

Багато хто вважає плазму четвертим агрегатним станом речовини — після звичніших твердого, рідкого та газоподібного. Надання газу достатньої енергії перетворює його на плазму. Інакше кажучи, плазма — це іонізований газ, що виникає, наприклад, унаслідок електричного розряду. Піроліз термічною плазмою можна описати як процес взаємодії твердої вуглецевмісної речовини з обмеженою кількістю кисню за високих температур (10 000 °C > T > 5000 °C). Мета — одержати горючий газ із теплотою згоряння в діапазоні 4–9 МДж/нм³ і тверді вуглецевмісні продукти, без рідкого продукту. У високореакційній зоні плазми міститься велика частка електронів, іонів і збуджених молекул, а також високоенергетичне випромінювання. Коли вуглецевмісний матеріал уводять у плазму, вона нагріває його дуже швидко. Летка речовина вивільняється й піддається крекінгу, що дає водень і легкі вуглеводні, як-от метан та ацетилен. Висока температура в поєднанні з високою швидкістю нагрівання в плазмі спричиняє деструкцію органічних відходів; унаслідок цього утворюються газ і твердий залишок, властивості яких залежать від характеристик завантаження та режимів роботи. Кількість газоподібного продукту може сягати 70–80 % завантаження; для порівняння, за звичайного піролізу зношених шин газоподібний продукт становить лише 10–20 % за повільного піролізу і 30–50 % за швидкого. Теплота згоряння газоподібного продукту відповідно перебуває в діапазоні 4–9 МДж/нм³.

Отже, його можна використовувати безпосередньо як паливо в різних енергетичних застосуваннях — для прямого спалювання в котлах, газових турбінах або газових двигунах. Теплота згоряння вуглецевих залишків, одержаних плазмовим піролізом, зазвичай зіставна з теплотою згоряння бурого вугілля та коксу, тож їх можна одразу використовувати як тверде паливо.

Реактори термічної плазми потребують значних витрат енергії, щоб досягти високих робочих температур. Через це їх експлуатація коштує дорого. Ми в Plasma Power проєктуємо та оптимізуємо процес так, щоб енергетичний вміст продуктів піролізу використовувався та повертався в цикл. Завдяки цьому процес оброблення плазмовим піролізом є енергетично самодостатнім, а експлуатаційні витрати істотно зменшуються. Плазмовий піроліз має такі переваги:

• 01Ефективне підведення теплової енергії для одночасного швидкого перебігу і фізичних, і хімічних змін у матеріалі відходів.
• 02Легке досягнення високих та ефективних робочих температур у дуже компактних, високопродуктивних і швидкодійних реакторах.
• 03Властивості продуктів плазмового піролізу придатні для виробництва енергії.
• 04Не забруднює довкілля і здатний руйнувати шкідливі для здоров'я людини речовини, а самі продукти передбачувані, нешкідливі та прийнятні для громадського здоров'я і довкілля.

Теплова дія на шини в реакторі піролізу (або плазмового піролізу чи дугового плазмового піролізу) дає вуглеводневий газ із подальшою його конденсацією в синтетичні рідкі палива, а також мінеральний залишок у вигляді шлаку. Шлак використовують як сировину для установок плазмової газифікації, а рідкі синтетичні палива можна комерціалізувати у виробництві бензинової та дизельної фракцій. Металокорд відсортовують на етапі підготовки або виводять через систему вивантаження мінерального залишку і використовують як товарну сировину.

Методом повного та безпечного видалення небезпечних відходів (прострочених ліків, заборонених пестицидів, пластикових шестерень, патологоанатомічних відходів, тари тощо) є високотемпературний (плазмовий) піроліз. Плазмохімічні реактори Plasma Power слугують основною частиною будь-якої газифікаційної установки; їх проєктують, оптимізують і виготовляють з огляду на склад матеріалу та застосування для кожного замовника, з різним компонуванням і конфігурацією, для:

• 01Медичні відходи
• 02Біологічні відходи
• 03Газифікація побутових відходів
• 04Знищення рідких лакофарбових відходів — органічних розчинників, фарб, лаків, клеїв, мастик і смол
• 05Відходи водопідготовки під час очищення стічних вод і водокористування та рідкі відходи очисних споруд стічних вод
• 06Знищення компонентів хімічної та біологічної зброї
• 07Наша технологія плазми дугового розряду — ефективний інструмент для багатьох типів застосувань, зокрема для оброблення небезпечних відходів

Інтерес до плазмової технології в процесах знешкодження шкідливих речовин величезний. Ми можемо застосовувати її для проведення хімічних реакцій у плазмовому середовищі (піроліз метану, виробництво оксиду титану, відновлення чистих речовин з їхніх оксидів і хлоридів: урану, титану, германію, танталу тощо), для плазмохімічного виробництва оксидів урану для атомних електростанцій, гідропіролізу тетрафториду кремнію SiF₄ з одержанням із нього фтороводню HF та ультрадисперсного оксиду кремнію SiO₂, виробництва діоксиду титану TiO₂ з хлориду титану TiCl₄ тощо.