Физико-энергетический институт имени А. И. Лейпунского (Обнинск, Калужская обл.) разработали прорывную технологию утилизации отработавших свой срок автомобильных покрышек, которую на днях представят Владимиру Путину. В Год экологии технология, позволяющая не загрязнять атмосферу, а утилизировать опасные отходы с пользой, не сможет остаться незамеченной.
Для утилизации шин российские переработчики сегодня используют в основном технологию механического дробления изношенной резины. Измельченная в крошку, она используется в самых различных целях, например, для изготовления покрытий и ряда резинотехнических изделий. Это простой процесс, не требующий сложного оборудования, но чтобы получить из покрышек более ценные компоненты, например, сорбенты, которые потом используются для очистки газов, необходимо использовать другой процесс – пиролиз. В специальных герметичных емкостях при ограниченном доступе кислорода шины нагреваются до высокой температуры, но не горят. Поэтому вредные соединения не выделяются в атмосферу, а разлагаются.
Технология пиролиза востребована во многих странах. Однако у созданных на данный момент пиролизных установок есть один общий недостаток – процесс пиролиза протекает в газовой среде. А любой газ – плохой проводник тепла, поэтому процесс переработки одной партии резины занимает от 8 до 12 часов. Все это время нужно нагревать емкость с шинами, расход энергии соответствующий.
Чтобы решить эту проблему, в Японии разработали технологию, позволяющую существенно сократить энергозатраты. Там научились эвакуировать газ из емкостей и проводить пиролиз в вакууме. Но только российские ученые из Обнинска сумели предложить действительно революционное решение. Заменив газ на жидкий металл, они сократили время пиролиза, как следствие, и расход энергии в десятки раз. “Мы также загружаем изношенные автомобильные покрышки в герметичную емкость. Но в этой емкости находится не газ, а жидкий металл, в частности, мы используем расплавленный свинец, – рассказывает Владимир Ульянов, ведущий научный сотрудник Физико-энергетического института им. А. И. Лейпунского. – Жидкий металл – отличный теплоноситель, поэтому весь процесс переработки одной партии покрышек у нас занимает не более одного часа”.
По мнению Владимира Ульянова, российские ученые сумели опередить зарубежных коллег и разработать технологию жидкометаллического пиролиза. Сама идея – заменить газ на металл – достаточна проста. Представить, как должен проходить процесс переработки, не сложно. Намного сложнее реализовать задуманное. Для этого необходимо знать, как ведут себя жидкие металлы при различных температурах. “А полноценный опыт обращения с жидкими металлами на данный момент есть только у России. С начала пятидесятых годов прошлого века мы создаем реакторные установки, где применяются различные жидкие металлы – и натрий, и свинец, – поясняет Владимир Ульянов. – На начальном этапе схожие разработки велись и в США, и в Великобритании, и во Франции. Однако сейчас этими реакторными технологиями обладает только Россия. И мы все время думаем, в какой еще области, помимо основной, они могут найти применение. Так и возникла идея разработать установку для переработки автомобильных шин”.
Установка, созданная в Обнинске, позволяет переработать до 1000 кг использованных покрышек в сутки. Экономия, достигаемая за счет уменьшения времени переработки по сравнению с традиционной технологией пиролиза в газе, составляет от 2 до 4 раз в зависимости от применяемого газового аппарата. А если задействовать нагрев от сжигания пиролизного газа и оптимизировать теплоизоляцию, экономия составит от 8 до 18 раз.
Еще одна особенность инновационной технологии пиролиза, разработанной обнинскими ядерщиками, заключается в том, что основные процессы проходят при относительно невысокой температуре – от 400 до 500 °C. Если температура будет выше, то из изношенных покрышек удастся получить в основном газообразные продукты. А наибольшую ценность имеют продукты жидкие. “Мы получаем четыре основных продукта переработки, – говорит Владимир Ульянов. – Первый – металлокорд, который изначально присутствует в покрышках. Он не имеет большой ценности, мы считаем его металлоломом. Второй – пиролизный газ, аналог природного газа. Его можно использовать для обогрева установки, в которой утилизируются шины. Третий продукт является твердым – это технический углерод, сырье для производства сорбентов и черного пигмента красок. Четвертый продукт, наиболее ценный, – пиролизная жидкость, близкая по своему составу к синтетической тяжелой нефти. Можно считать ее аналогом мазута”.
Любой нефтеперерабатывающий завод может выделить из пиролизной жидкости бензин, керосин и другие полезные фракции. Есть и более простой вариант ее использования по аналогии с мазутом – сжигать как печное топливо. Килограмм мазута стоит на рынке 10-12 руб., а переработка 1000 кг покрышек дает около 300 кг такой жидкости. Однако продавать этот продукт как обычный мазут было бы расточительством. Пиролиз в жидком металле преподнес российским ученым неожиданный подарок: оказалось, что в полученной с его помощью пиролизной жидкости намного больше, чем при традиционном пиролизе, ценного вещества – лимонена.
“Лимонен образуется и при традиционном пиролизе, однако успевает разложиться из-за длительного времени нагрева, – поясняет Владимир Ульянов. – У нас нагрев короче, поэтому ценных продуктов сохраняется больше. Наша пиролизная жидкость содержит до 20-30% лимонена. При переработке 1000 кг покрышек можно получить до 60-90 кг лимонена”.
Лимонен – отличный органический растворитель, его используют, например, в 3D-принтерах для очистки после печати. Это вещество абсолютно безопасно для здоровья человека, поэтому широко применяется при производстве различных синтетических моющих веществ. А больше всего высокочистый лимонен востребован в парфюмерии. Он используется в качестве ароматической отдушки при производстве косметики и даже лекарств. Он не только не является канцерогеном, но и не вызывает аллергии. По крайней мере не чаще, чем другие ароматизаторы, в том числе натурального происхождения.
Килограмм технического лимонена стоит сегодня на рынке от 500 до 900 руб. Косметический лимонен высокой очистки – еще дороже. Себестоимость же лимонена, получаемого при жидкометаллическом пиролизе, не превысит 200 руб./кг. Значит, перерабатывать шины таким способом не только экологично, но и прибыльно.
Демонстрационный образец пиролизной установки в Обнинске специально сделали компактным. Он немногим больше метра в высоту и легко помещается в кузов КАМАЗа. “Небольшие габариты для нас – момент принципиальный, – говорит Владимир Ульянов. – Так уж сложилось, что в России нет практики свозить покрышки на перерабатывающий завод. Установку придется привозить на склад шин, а когда все будет утилизировано, отправлять на следующий. Небольшие габариты и транспортабельность будут важны и при продвижении нашей разработки на зарубежных рынках, поскольку мы нацелены не только на Россию”. (plastinfo/Химия Украины и мира)