Ученые вуза предложили использовать отработанные шины для производства метанола

08:00, 2 июля 2019

Эффективная и экологичная технология переработки основана на методе паровой газификации

Полученные учеными результаты показывают эффективность технологии и возможность ее практического применения. Фото: David Edelstein/Unsplash.

Перерабатывать старые автомобильные шины для изготовления метанола предложили ученые Уральского федерального университета. Для этого предполагается использовать метод паровой газификации шин при температуре 700 °C и получать синтез-газ с последующей переработкой его в полезный продукт — метанол.

По словам зав. кафедрой атомных станций и альтернативной энергетики УрФУ Сергея Щеклеина, требуемая для осуществления процесса тепловая энергия получается от окисления 0,368 части производимого синтез-газа, а водяной пар, необходимый для осуществления процесса газификации, получается в котле-утилизаторе. Синтез-газ очищается от сероводорода и лишнего диоксида углерода моноэтаноламином. Сам же метанол получается в циркуляционном реакторе при давлении 3 МПа и температуре 270 °C на медьсодержащем катализаторе.

«Газификация автомобильных шин водяным паром происходит во вращающемся барабанном реакторе с устройством для загрузки шин и выгрузки металлокорда и сухого углеродистого остатка, — говорит Щеклеин. — Количество резины, перерабатываемое установкой, составляет до 457 килограммов в час, а производительность по метанолу — до 328 кг/ч. Удельный расход резины на производство метанола — 1,39 килограмма на килограмм метанола. Наши расчеты, выполненные под руководством профессора Алексея Дубинина и доцента Андрея Матвеева, показали эффективность технологии и возможность ее применения».

Установка состоит из устройства герметичной загрузки автомобильных шин со шлюзовой камерой, реактора на раме, совмещенного с топочным блоком и имеющего теплоизолированный кожух, узлов герметичной выгрузки сухого углеродистого остатка и металлокорда, котла-утилизатора для производства водяного пара, блока для удаления сероводорода и избыточного диоксида углерода, компрессора синтез-газа, установки для производства метанола из СО и Н2 проточного типа на медьсодержащем катализаторе при давлении 3 МПа и температуре 270 °С. Для удаления продуктов сгорания предусмотрен дымосос и дымовая труба.

«Реактор выполнен из высоколегированной стали, — подчеркивает Щеклеин. — Температура в нем — около 700 °С. Непрерывный режим работы позволяет утилизировать автомобильные шины без полного охлаждения реактора благодаря устройству непрерывной дозагрузки шин через шлюзовую камеру и устройствам герметичной выгрузки продуктов переработки. Для брикетирования шин перед загрузкой в реактор предусмотрен пресс. Внутренняя часть обечайки барабана реактора оснащена спиралью, а торцевая стенка — лопатками для выгрузки сухого углеродистого остатка».

Разработанная физико-химическая модель технологии получения ценного химического сырья-метанола из отработанных шин открывает возможность конверсии трудно перерабатываемых отходов в сырье для предприятий органического синтеза. Из получаемого метанола можно производить формальдегид для изготовления полимерных материалов.

Такие материалы, в свою очередь, необходимы для получения карбамидоформальдегидных и фенолформальдегидных, карбамидных, меламиновых и других синтетических смол, а в последнее время нового пластического материала — полиформальдегида, отличающегося высокой механической прочностью, химической стойкостью и легкостью переработки. Метанол также может использоваться в качестве моторного топлива для автотранспорта и авиации.

Исследования показали, что при температуре газификации 700 °С выход синтез-газа составляет 0,37 м3/с при расходе шин 0,127 кг/с, теплота сгорания синтез-газа — 9 385 кДж/м3, термический КПД установки — 55 %, а полезный выход метанола — 0,091 кг/с. Удельный расход шин на производство метанола — 1,39 кг шин на 1 кг метанола. Доля синтез-газа, идущего на обогрев барабанного реактора, составляет не более 0,368. Важнейшим преимуществом технологии является возможность утилизации отходов с получением ценного химического сырья при минимальной дополнительной нагрузке на биосферу. Полученные результаты показывают эффективность технологии и возможность ее практического применения.

Научная группа данного проекта под руководством Сергея Щеклеина войдет в состав межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня, создаваемого в Уральском регионе в рамках национального проекта «Наука».

Утилизация и эффективное использование отходов является одной из актуальных задач, с которой столкнулось человечество на текущем этапе развития. Отработанные автомобильные шины представляют существенную угрозу для окружающей среды, поэтому их эффективная переработка очень важна. Мировой объем образования этого вида отходов оценивается более чем в 10 млн тонн в год, а российский — в 1 млн тонн в год.

Использование изношенных шин имеет большое экономическое значение, поскольку ликвидация свалок позволит освободить значительные площади занимаемых ими земель для использования по назначению. Переработка отработанных шин в другие полезные продукты также имеет существенное экономическое значение. В настоящее время используется ряд технологий по переработке шин: механическая, с применением криогенной технологии, химические методы, озонная переработка шин, пиролиз шин и газификация. При всем многообразии разработанных технологий проблему утилизации изношенных шин нельзя считать решенной.