Автор: Проблема утилизации шинных отходов приобретает все большую актуальность в условиях роста автомобильного парка и сокращения пригодных для захоронения отходов территорий. По данным мировых отчётов, ежегодно производится около одного миллиарда шин, и значительная часть этих шин через несколько лет эксплуатации превращается в отходы, которые требуют безопасной и экологически обоснованной утилизации [1]. Накопление изношенных шин на полигонах создаёт серьёзную угрозу для окружающей среды из-за медленного процесса их разложения, длительностью до 100 лет [2], а также способствует возникновению пожаров, которые крайне трудно потушить. Неправильное обращение с шинными отходами приводит к выбросу в атмосферу токсичных веществ [3], загрязнению почвы и водоёмов. В связи с этим разработка эффективных методов переработки шин становится одной из приоритетных задач в рамках устойчивого развития и охраны окружающей среды [1, 3].
Существует несколько основных методов переработки шинных отходов, каждый из которых обладает своими преимуществами и недостатками. Один из самых распространённых является механическая переработка, включающая крошение и измельчение шин, в результате которого получается резиновая крошка. Другим эффективным методом переработки является пиролиз шин. Основными продуктами пиролиза являются углеродные материалы (технический углерод, карбонизат), жидкие и газообразные продукты (углеводороды различного строения, лёгкие серосодержащие органические соединения, водород, монооксид углерода и др.) [4]. В отличие от механической переработки, пиролиз является более универсальным методом утилизации, так как позволяет использовать любую фракцию резиновых отходов для переработки.
В последнее время большое количество научных работ посвящено использованию технологий совместного пиролиза шинных отходов и растительной биомассы. Добавление в биомассу шинных отходов позволяет существенно улучшить качество жидкой фракции. Установлено, что кислотность, плотность и содержание кислорода уменьшаются, а pH и теплотворная способность увеличиваются по сравнению с пиролизной жидкостью, состоящей только из растительной биомассы. Благодаря этому получается бионефть более высокого качества [5].
Механизм улучшения качества полученной жидкой фракции связан с наличием радикальных взаимодействий между отработанными шинами и продуктами пиролиза биомассы. Кроме того, установлено, что добавление отработанных шин в смесь сырья значительно снижает количество альдегидов и фенольных соединений, что повышает фазовую стабильность полученной бионефти [5]. Совместный пиролиз снижает общую энергоемкость процесса, уменьшает количество образующихся токсичных веществ и способствует повышению экологической безопасности. Таким образом, совместный пиролиз представляет собой многообещающий метод переработки шинных отходов, обладающий потенциалом для широкого применения в будущем.
Для исследований были выбраны подержанные покрышки фирмы BFGOODRICH 2016 г. выпуска (Франция). Полученные покрышки были подвергнуты измельчению (кубики со стороной ~1 см). Масса загрузки образца шинных отходов с кордом составляла 20 грамм. Пиролиз проводили в установке для пиролиза в реакторе с неподвижным слоем. Температурный режим печи: рост температуры 20 — 650оС со скоростью 10оС, выдерживание при 650оС в течение часа. Для совместного пиролиза шинных отходов с биомассой в качестве биомассы была использована щепа хвойных пород с полигона поселения Верхнетуломский Кольского района Мурманской области. При проведении испытаний по совместному пиролизу была использована та же установка, что и для пиролиза шинных отходов. Массовое соотношение отходов было выбрано, как 1:1 биомасса и шинных отходов соответственно.
Исходный материал и полученные продукты исследованы методом CHNS элементного анализа на CHNOS-анализаторе LECO TruSpec Micro CHNS (LECO, США). Масса образца составляла 50 мг. Анализ продуктов реакции осуществляли с помощью газового хроматографа Хроматэк-Кристалл 5000 с детектором по теплопроводности и колонкой М SS316 3м*2мм, Hayesep Q 80/100меш. Температура колонки менялась по следующей программе: 40°С в течение 1,5 мин., подъём до 100°С со скоростью 15°С/мин. После процесса пиролиза были определены выходы основных продуктов (твёрдых, жидких, газообразных). Результаты исследования пиролизной переработки отходов шин и растительной биомассы представлены в таблице 1.
Выводы: Полученные жидкие продукты горят коптящим пламенем, в отличие от пиролизной жидкости исходных опилок, содержащей большое количество воды и органических кислородсодержащих соединений. Добавление шинных материалов в биомассу в массовом отношении 1:1 позволяет также повысить выход жидких продуктов относительно пиролиза исходных шинных отходов. Тем не менее, для использования полученной пиролизной жидкости в качестве топлива необходимо проведения гидрообесеривания для удаления соединений серы и дополнительного облагораживания для введения дополнительного количества водорода.
Литература
- Gaidhane J., Ullah I., Khalatkar A. Tyre remanufacturing: A brief review // Mater Today Proc. 2022. Vol. 60. P. 2257-2261.
- Xu J. et al. High-value utilization of waste tires: A review with focus on modified carbon black from pyrolysis // Science of The Total Environment. 2020. Vol. 742. P. 140235.
- Bijina V. et al. Recent trends in industrial and academic developments of green tyre technology // Polymer Bulletin. 2023. Vol. 80, № 8. P. 8215-8244.
- Jahirul M.I. et al. A Review on the Thermochemical Recycling of Waste Tyres to Oil for Automobile Engine Application // Energies (Basel). 2021. Vol. 14, № 13. P. 3837.
- Martinez J.D. et al. Co-pyrolysis of biomass with waste tyres: Upgrading of liquid bio-fuel // Fuel Processing Technology. 2014. Vol. 119. P. 263-271.
Автор: Нурхаев Н.М., Антипов А.В., Соколовский П.В. ИОХ РАН, г. Москва
