Реферат: Технологии утилизации шин и их восстановление

Санкт — Петербургский

Государственный Институт Сервиса и Экономики

Доклад

Для Межвузовской Научно-Практической Конференции

«Проблемы и перспективы сервиса»

Технологии утилизации шин и их восстановление

Выполнил:студент 4-ого курса, группы М-42,

Специальности 230100,

Кудрев Виктор 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:

в Европе-2,5 млн тонн;

в США-2,8 млн тонн;

в Японии-1,0 млн тонн;

в России-1,0 млн тонн.

В Москве ежегодно образуетсяболее 70 тыс. тонн изношенных шин, в Петербурге и Ленинградской области — более50 тыс. тонн...

 Объем их переработки методомизмельчения не превышает 10%. Большая часть собираемых шин (20%) используетсякак топливо. Вышедшие из эксплуатации изношенные шины являются источникомдлительного загрязнения 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 накоплениемизношенных шин является продление срока их службы, путем восстановления.

В настоящее время, всеизвестные методы переработки шин можно разделить на две группы:

1.  Физический метод

2.  Химический метод

Рассмотрим их более подробно.

Физические методы переработки резиновых отходов

Внастоящее время все большее значение приобретает направление использованияотходов в виде дисперсных материалов. Наиболее полно первоначальная структура исвойства каучука и других полимеров, содержащихся в отходах, сохраняются примеханическом измельчении.

Установлениевзаимосвязи между размерами частиц материала, их физико-химическими имеханическими характеристиками и затратами энергии на измельчение и параметрамиизмельчающего оборудования необходимо для расчета измельчителей и определенияоптимальных условий их эксплуатации.

Процессизмельчения, несмотря на кажущуюся простоту, очень сложный не только поопределению характера, величины и направления нагрузок, но и по трудности количественногоучета результатов разрушения.

Нижепредставлена классификация имеющихся в настоящее время способов измельчения вторичныхрезин.

 

Способы измельчения вторичных резин

 

 

По температуре измельчения

 

При отрицательных температурах

При  положительных температурах

 

По механическому воздействию

 

Ударом

Истиранием

Сжатием

Сжатием со сдвигом

Резанием

 

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Согласноданной классификации рассмотрим следующие технологии:

1.   НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ УТИЛИЗАЦИИ

 

Разработчик и поставщик оборудования ЗАО «ALMAS ENGINEERING»(Москва)

При низкотемпературной обработкеизношенных шин дробление производится при температурах -60 град.С… -90 град.С, когда резина находится в псевдохрупком состоянии. Результаты экспериментов показали, что дробление при низких температурах значительно уменьшаетэнергозатраты на дробление, улучшает отделение металла и текстиля от резины,повышает выход резины. Во всех известных установках для охлаждения резиныиспользуется жидкий азот. Но сложность его доставки, хранения, высокаястоимость и высокие энергозатраты на его производство являются основнымипричинами, 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. 

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ

 

Схемалинии представлена в приложении 1.  Изношенныеавтомобильные шины подаются в машину для удаления бортовых колец. После этогошины поступают в шинорез и далее в ножевую роторную дробилку. Затем следуетмагнитный сепаратор и аэросепаратор. Для охлаждения порезанные и предварительноочищенные куски резины подаются в холодильную камеру, где охлаждаются дотемпературы -50 град.С...-90 град.С. Холодный воздух для охлаждения резиныподается от генератора холода воздушной турбохолодильной машины. Далееохлажденная резина попадает в роторно-лопаточный измельчитель, откуда онанаправляется на повторную очистку в магнитный сепаратор и аэросепаратор, гдеотбирается резиновая крошка менее 1 мм… 0,5 мм, а также более крупная изатаривается в мешки и отправляется к заказчику.

 

 

2.   БАРОДЕСТРУКЦИОННАЯ ТЕХНОЛЛОГИЯ

 

Разработчик и поставщик оборудования: ГНПП «Корд-экс»

(ПЕРМЬ)

 

Технология основана на явлении«псевдосжижения» резины при высоких давлениях и истечении её черезотверстия специальной камеры. Резина и текстильный корд при этом отделяются отметаллического корда и бортовых колец, измельчаются и выходят из отверстий ввиде первичной резино-тканевой крошки, которая подвергается дальнейшейпереработке: доизмельчению и сепарации. Металлокорд извлекается из камеры ввиде спрессованного брикета.Производительность линии 6000 т/год. В настоящее время реализованы и успешноработают 2 перерабатывабщих завода: «Астор»(Пермь),ЛПЗ(Лениногорск, Татарстан)

 

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ

  Схема линии представлена вприложении 2.  Автопокрышка  подаётсяпод пресс для резки шин, где режется на  фрагменты массой не более 20 кг.Далее  куски подаются в  установку высокого давления.

Вустановке высокого давления шина загружается в рабочую камеру, где происходитэкструзия резины в виде кусков размерами 20-80 мм и отделение металлокорда.

Послеустановки высокого давления резинотканевая крошка 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 роторную дробилку, где резина  измельчается до 10мм.

Далеевновь в кордоотделитель, где происходит отделение резины от текстильного кордаи  разделение резиновой крошки на две фракции:

·менее 3 мм;

·от 3 до 10 мм.

Отделившийсяот резины текстильный корд поступает в контейнер.

Вслучае если резиновая крошка фракцией более 3 мм интересует потребителя кактоварная продукция, то она фасуется в бумажные мешки, если нет, то она попадаетв экструдер-измельчитель.

Послеизмельчения вновь в кордоотделитель. Текстильный корд — в контейнер, а резиноваякрошка — в вибросито, где происходит дальнейшее её разделение на три фракции:

 I- от 0,3 до 1,0 мм;

 II- от 1,0 до 3,0 мм;

 III- свыше 3,0 мм.

Фракциярезиновой крошки более 3 мм возвращается в экструдер-измельчитель, а резиноваякрошка I и II фракции отгружается покупателю.

3.   ПОЛНОСТЬЮ МЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА

 

Генеральный разработчик: ООО«Компьютерное проектирование и

                                                   конструирование»(Москва).

Поставщик оборудования:  ОАО«Тушинский машиностроительный

                             завод» (Москва).

В основу технологиипереработки заложено механическое измельчение шин до небольших кусков споследующим механическим отделением металлического и текстильного корда,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).

 

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ

Технологический процессвключает 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 молотковуюдробилку, где происходит их дробление до размеров 10х20 мм. При дроблении кусковобрабатываемая в молотковой дробилке масса разделяется на резину, металлическийкорд, бортовую проволоку 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…0,45 мм (поставка по заказу)

В приложении 4представлено сравнение вышеназванных технологических линий по затратамэлектроэнергии и по выходу товарного продукта. 

4. НОВЕЙШАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Золотаямедаль 26-го Международного салона изобретений,прошедшего весной 2000 года в Женеве, присуждена способу озонной переработкиизношенных шин, предложенному группой российских ученых и инженеров. Сутьтехнологии — в «продувании» озоном автомобильных покрышек, чтоприводит в полному их рассыпанию в мелкую крошку с отделением от металлическогои текстильного корда.

Приэтом новая технология значительно экономнее всех существующих и, кроме того,абсолютно экологически безвредна — озон окисляет все вредные газообразныевыбросы. В России созданы две опытные озонные установки, их суммарная производительность- около 4 тыс. тонн резиновой крошки в год.

 

Возможные направления использования резиновой крошки

 

·    порошковая резина с размерамичастиц от 0,2 до 0,45 мм используется в качестве добавки (5…20%) в резиновыесмеси для изготовления новых автомобильных покрышек, массивных шин и других резинотехническихизделий. Применение резинового порошка с высокоразвитой удельной поверхностьючастиц (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 размерамичастиц до 0,6 мм используется в качестве добавки (до 50…70%) при изготовлениирезиновой обуви и других резинотехнических изделий. При этом свойства такихрезин (прочность, деформируемость) практически не отличаются от свойств обычнойрезины, 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 размерамичастиц от 0,5 до 1,0 мм применяется в качестве добавки для модификациинефтяного битума в асфальтобетонных смесях.

     Следует привести некоторые результаты исследования ее влияния  на            

     эксплуатационные свойства асфальтобетона.

     При исследовании изучалось влияние количество вводимой в      

      асфальтобетонную смесь резиновой крошки по количеству и размерам

      частиц на трещиностойкость асфальтобетона и коэффициент сцепления

      колеса автомобиля с поверхностью проезжей части дороги.

1.  Установлено, что применениерезиновой крошки в асфальтобетоне в два                     

       раза повышает коэффициент сцепления на мокромпокрытии. На сухом

      покрытии существенных изменений нет.

2.  При использовании резиновой крошкиот 0 до 1.0 мм трещиностойкость возрастает на 30 процентов. С уменьшениемразмера частиц трещиностойкость увеличивается. Особенно эффективно применениечастиц крошки от 0.14 мм и меньше. Частицы меньше 0.08 за время перемешиванияраспадаются, составляющие модифицируют битум, улучшая его свойства.

3.  При небольших размерах частицкрошка распределяется по массе асфальтобетонной смеси более равномерно повышаяупругую деформацию при отрицательных температурах.

4.  Объем дробленой резины в составетаких усовершенствованных покрытий yдолжен составлять около 2% отмассы минерального материала, т.е. 60…70 тонн на 1 км дорожного полотна. Приэтом срок эксплуатации дорожного полотна увеличивается в 1,5 — 2 раза.

     Такие порошки (размерами частиц от 0,5 до 1,0 мм) используются также вкаче     

     стве сорбента для сбора сырой нефти и жидких нефтепродуктов с поверхности 

     воды и почвы, для тампонирования нефтяных скважин, гидроизоляциизеле                   

     ных пластов и т.д.;

      резиновая крошка с размерамичастиц от 2 до 10 мм используется при изготов         лении массивных резиновыхплит для комплектования трамвайных и железнодорожных переездов, отличающихсядлительностью эксплуатации, хорошей атмосферостойкостью, пониженным уровнемшума и современным дизайном; спортивных площадок с удобным и безопаснымпокрытием; животноводческих помещений и т.д.

Изношенные автомобильные шины как вторичный энергосурс(химические методы переработки)

Речьидет о методах, приводящих к глубоким необратимым изменениям структурыполимеров. Как правило, эти методы осуществляются при высоких температурах изаключаются в термическом разложении (деструкции) полимеров в той или инойсреде и получению продуктов различной молекулярной массы. К этим методам относятсясжигание, крекинг, пиролиз.

Существуют два способасжигания с целью утилизации энергии: прямой и косвенный.

 В первом случае шины,грубоизмельченные или целиком, сжигают в избытке кислорода. Иногдагрубоизмельченные шины добавляют к другому сжигаемому материалу для повышенияего теплотворной способности.

(теплотворная способностьрезины составляет 32 ГДж/т, что соответствует углю высокого качества). 

Так в 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 проводитсяэксперимент по сжиганию резины крупного дробления (до 25 мм) в циклонных топкахэнергетических котлов. Доля резины составляет 2-3% от массы угольного топлива.

Сложность процесса дробленияизношенных шин (особенно с металлокордом) стимулировала развитие технологиисжигания шин в цельном 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 строительство электростанций, использующих в качестве топливатолько автомобильные шины. Фирма «OxfordEnergy» построила и эксплуатирует в г. Модесто электростанциюмощностью 14 МВт для сжигания  50 тыс. т. шин в цельном виде. На основанииуспешного опыта сжигания шин в США планируется построить 12 такихэлектростанций.

В Великобританиирассматривается вопрос строительства электростанций мощностью 20-30 МВт длясжигания 12 млн. шин в год массой 90 тыс. т.

 

Из стран СНГ по такой технологииработают лишь в Казахстане.

Одним из главных недостатковпереработки сжиганием является тот факт, что при сжигании изношенных шин, как ипри сжигании нефти, уничтожаются химически ценные вещества, содержащиеся вматериале изношенных шин.

 

Во втором случае на сжигание поступает газ, полученный в процессахпереработки изношенных шин, например, при пиролизе (основаны на термическомразложении отходов при отсутствии или большом дефиците кислорода с цельюсохранения углеводородного сырья).

Энергия горючего газаиспользуется для получения горячей воды или водяного пара при помощитеплообменников.

 

На Международнойвыставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции “ былпредставлен проект ЗАО „Камея“ (Петербург) по созданию эффективной системы сбораи комплексной утилизации покрышек в Петербурге и Ленинградской области. Сутьюпроекта является оригинальный способ утилизации измельченных автопокрышексовместно с горючим сланцем, который позволяет на газогенераторах, стоящих вгороде Сланцы, утилизировать до 100 тыс. тонн старых покрышек и резины в год,при этом получая жидкое и газообразное топливо.

Так при термообработке целыхи измельченных шин наиболее высокий выход масел наблюдается при 500оС,при 900оС отмечается наибольший выход газа. При этом выход продуктовопределяется только температурой, а не размерами кусков шин. Из тонны резиновыхотходов можно получить пиролизом 450-600 литров пиролизного масла и 250-320 кгпиролизной сажи, 55 кг металла, 10.2 м3пиролизного газа.

В  США в настоящее времяфирмой “Firestone Tyres»проведены успешные опыты по  трансформированию резины в метанол с получениемпылевидной сажи, соответствующей стандарту для резинотехнического производства.Первая установка имеет производительность по метанолу 300 т/сутки. Установкарассчитана на переработку шин легковых автомобилей диаметром 50 см. Основнымпроцессом деструкции резины для  дальнейшего трансформирования продуктовразложения в метанол является пиролиз в окислительной камере при температуре1000 °С. Для переработки шин необходимо их разрезать на части с отделениемборта, который используется как побочный  товарный продукт.

Жидкие и газообразныепродукты пиролиза можно использовать не только как топливо. Жидкие продуктыпиролиза можно использовать в качестве пленкообразующих растворителей,пластификаторов, мягчителей для регенерации резин. Пек пиролизной смолыявляется хорошим мягчителем, который может использоваться самостоятельно или всмеси с другими компонентами. Тяжелая фракция пиролизата как добавка к битуму,использующемуся в дорожном строительстве, может повысить его эластичность,устойчивость к холоду и влаге.

Изгазообразной фракции пиролиза можно выделять ароматические масла, пригодные дляприменения в производстве резиновых смесей. Низкомолекулярные углеводородымогут быть использованы в качестве сырья для органического синтеза и в качестветоплива.

Восстановление шин

<p/>

Вдумайтесь,само по себе, шинное производство — одно из самых энергоемких — постоянно наращиваетмощности. Уничтожение отработавших шин, пиролизом, описанным выше, еще болееэнергоемко, а для сжигание 3-4 тыс. покрышек требуется такое же количествокислорода, какое поглощает небольшой европейский городок за месяц.

Итут наступает очередь цифр.

1:2- таково соотношение продаж новых и восстановленных покрышек в странах Западнойи Центральной Европы и Скандинавии.

Какэто не покажется странным, но среди фирм, занимающихся восстановлениемпокрышек, лидируют шинные заводы.

Так компания Marangoni (Италия) кромепроизводства покрышек для грузовых и легковых автомобилей и автобусов выпускаетоборудование и материалы не только для восстановления покрышек, но и для ихбезотходной утилизации.

Существуетнесколько технологий восстановления изношенного протектора. Наиболеераспространены нарезка и горячая вулканизация специальной гладкой ленты содновременным формированием рисунка (этот процесс был хорошо известен у нас встране как «наварка»).

Однако,самые большие надежды и перспективы связаны на сегодняшний день именно с«холодной» (при температурах до 100С) вулканизацией с применением лент сзаранее нанесенным рисунком. В большинстве случаев для этого используетсялента, равная размерам основных типов покрышек. Однако та же Marangoni успешно реализует технологиювосстановления покрышек с помощью готовых протекторов кольцеобразной формы.Специальный станок растягивает резиновое кольцо и надевает его наподготовленный бреккер.

/>

<p/>

 Вконце прошлого года под Минском был запущен минизавод СП «Белретред», занимающийсявосстановлением 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.

Предприятиедает на свою продукцию гарантию 1 год.

Процесс восстановления

Процессначинается с визуального контроля, в результате которого отсеиваются покрышки свидимыми дефектами. Затем следует проверка шины под давлением, после которойколесо поступает на участок, где с него снимаются остатки старого протектора.

Послеустранения мелких дефектов, вскрытых после снятия старого протектора,осуществляется процесс подготовки каркаса к обработке клеем. Затем наноситсяклей, в состав которого входят вещества, активизирующие процесс вулканизации, ипрокладочная лента, по составу напоминающая сырую резину. После всех этих операцийна шину накладывается протектор фирмы «Эллерброк».

Следующийэтап — 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.

ВРоссии по технологии холодной вулканизации работают: ООО “Скай”, дилер германской компании Vergolst в Северо-Западном регионе, Чеховский шиновосстановительный завод (ЧШЗ); «Совтрансавто-Брянск», работающий по технологииамериканской компании Bandag;  завод РТИ  (г. Копейск).

Заключение

Для примера, цена одногонового колеса карьерного самосвала (в зависимости от грузоподъемности)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 утилизовывать для получениягранулята или использывать их как вторичный энергоресурс.

Доклад подготовлен поматериалам сети Internet

А также по материалам журнала«АВТОМОБИЛИ», 1998

Статья «Мы не так богаты, чтобы выбрасывать дорогиеавтомобильные покрышки»Автор: Леонид Круглов

                                                              ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Низкотемпературная технология

 

/>

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Бародеструкционная технология

/>

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

 Полностьюмеханическая переработка

/>

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

/>

/>