Конверсия резины в энергию
Отходы резины — это в основном автомобильные шины. По всему миру эти шины уходят в мусор в количестве почти миллиард штук в год. Шины, как правило, закапываются на свалках, и рынок их повторного использования крайне невелик. Огромный топливный потенциал этих отходов не реализован из-за наличия в шинах проволоки, которая дает железные слитки при плавлении или «птичьи гнезда» при более низких температурах. Практической проблемой остается дорогая процедура резки шин на мелкие кусочки, что часто делается по криогенной технологии [90].
Недавно Этел и Левендис [91] провели фундаментальное сравнительное исследование сгорания порошкообразного угля и порошкообразных отходов шин при 897 “С. Столь высокая температура была выбрана из-за неполного сгорания и значительного выхода полинуклеарных ароматических углеводородов (ПАУ) при более низких температурах. Было обнаружено, что кусочки шин частично сгорают в процессе летучего горения — подобно частицам угля — после чего идет стадия выгорания остатка, причем шлак из шин выгорает значительно быстрее, чем частицы угольных остатков такого же размера.
Анализ пиролиза утильных автомобильных шин, проведенный Уильямсом и Беслером [92], показал, что при удалении летучих в азоте образуются остатки сгорания, составляющие примерно 31 %масс; в основном это сажа. Было найдено, что натуральный каучук, бутадиенстирольный и полибутадиеновый каучу - ки, основные резиновые смеси в производстве автомобильных шин, разлагаются при различных температурах между 350 и 550 °С. Карлссон с сотр. [93] провели сравнение характера сгорания автомобильных шин и битуминозного угля в лабораторной печи в температурном диапазоне 800-1000 °С. Целью была проверка возможности использования отходов шин в качества замены топлива в печах для обжига цемента. Было обнаружено, что при пиролизе в азоте большая часть нитросоединений покидает топливо (NO, HCN и NH3), тогда как сера остается в шлаке. При выходе твердого шлака 31 %, уровень генерации NO был порядка 90 мг/100 г утильных шин, что составляет примерно 28 % азота из топлива.
Эвенелл с сотр. [94] описали процесс пиролиза утильных автомобильных шин, при котором при 50 %-ном избытке воздуха над топливом производилось значительное количество ацетилена. Однако из-за высокого содержания пепла шлак не годится в качестве сырья для получения активированного угля, но может служить средой для удаления тяжелых металлов из загрязненной отходами воды. Оптимальная температура пиролиза была 600-730 °С; она обеспечивает минимальный выход смолы и минимальное потребление энергии.
Недавно Конеса с сотр. [95] сообщали о количестве газообразных продуктов и смесях, остающихся после пиролиза во флюидизированном слое. Янг с сотр. [96, 97] провели работу по количественному моделированию вакуумного пиролиза использованных автомобильных шин при температурах 450-800 °С.
Хотя горение шин ужасно, продолжительно и их трудно погасить [98], воспламенить резину непросто. В то же время очевидно, что эластомерные составы обладают высоким энергетическим содержанием по сравнению с другим горючим (33 МДж/кг) [99-101]. В результате было признано, что вместо того чтобы прилагать огромные усилия для разложения полимерной структуры на частично утилизируемые вещества (которые смогут, в конечном счете, служить топливом), необходимо прямое использование энергетического содержания сложных резиновых изделий, и это будет радикальным решением проблемы отходов, особенно в тех случаях, когда изделия включают в себя текстильный или стальной корд. Имеется три возможных пути: 1) заводы по извлечению энергии только из резины («шины-в-энергию»); 2) совместное сжигание с другим мусором; 3) печи для обжига цемента. Недавно возникла тенденция к изготовлению «зеленых» шин с пониженным сопротивлением качению [102], в которых значительная часть сажи заменена негорючим кремнеземом; это существенно снижает содержание энергии в протекторах.
