MÛANYAG- ÉS GUMIHULLADÉKOK
5.2
Gumiabroncs-hulladékok alacsony hőmérsékletű pirolízise Tárgyszavak: gumiabroncs-hulladék pirolízis; technológiai paraméterek.
A természetes nyersanyagforrások kimerülése, áruk emelkedése, valamint a környezeti problémák napjainkban előtérbe helyezik a gumiabroncshulladékok hasznosításának megoldását, amelyek fontos másodlagos nyersanyagforrások lehetnek. A gumiabroncs-hulladékok hasznosításának problémája az iparilag fejlett országokban közismert, a megoldására intenzív kutató– fejlesztő munka folyik többek között Észtországban és a balti államokban is. Ha már nincs lehetőség a további hasznosításukra, az abroncsokat kidobják a városok és a gyárterületek szomszédságába, szennyezve ezáltal a környezetet. Észtországban évente 15 E t gumiabroncs-hulladékot dobnak ki, és ez a mennyiség nem kisebb Lettországban és Litvániában sem. Észtországban a palaolaj termikus feldolgozása során szerzett hosszú távú tapasztalatok jó lehetőséget biztosítanak a pirolízistechnológia gumiabroncs-hulladékok esetében történő alkalmazására is. A Tallini Műszaki Egyetem Olajpala Intézetében végzett laboratóriumi vizsgálatok szerint a gumiabroncs-hulladékok retortában történő kezelése során 50%-ban alacsony kéntartalmú olaj, valamint magas – 25–29 MJ/kg – fűtőértékű koksz keletkezett. Ez arra utal, hogy a gumiabroncs-hulladékok nyersanyagként hulladékmentesen feldolgozhatók, a keletkező koksz magas fűtőértékű tüzelőanyagként hasznosítható. A másodlagos nyersanyag hasznosítása javítja a gazdaságossági mérleget, a gumiabroncs-hulladékok teljes hasznosítása nemcsak megoldja az okozott környezeti problémákat, hanem új, áramtermeléshez használható alapanyagforrást is teremt. Az olajpala folyamatosan növekvő ára miatt a belőle előállított folyékony termékek (pl. palaolaj) nem versenyezhetnek az ásványolajtermékekkel, ezért az észt, olajpalát feldolgozó vállalatoknak alternatív nyersanyagokat kell keresniük, amire a gumiabroncs-hulladékok megfelelő megoldást jelenthetnek. Vizsgálni kellett azonban, hogyan viselkednek a gumiabroncs-részecskék a függőleges retortában a pirolízis során, el lehet-e kerülni a gumirészecskék kiülepedését és a koromképződést, illetve a gumiabroncsok feldolgozhatók-e
önmagukban, vagy csak palaolajjal összekeverve? Meg kellett találni továbbá a technikai lehetőségét a gumiabroncs-hulladékok 60–80 mm-es darabokra történő aprításának. A megoldás érdekében az intézetben kísérleteket végeztek gumiabroncsrészecskékkel egy 1995-ben kifejlesztett, 6-700 kg pala/nap kapacitású retortában. A retorta telepítését az EU Joule-Peco programja támogatta. A vizsgálatokat az intézet és a Viru Ölitööstus GGS-4 üzemének munkatársai hajtották végre. A vizsgálatokhoz 4 t gumiabroncs-hulladékot daraboltak fel 60–80 mm-es darabokra. Az abroncsokban levő fémszálat nem távolították el. Az Európából származó gumiabroncs-hulladékot szilárd hőhordozót tartalmazó SHC-3000 berendezésben dolgozzák fel a narvai erőműben. A szilárd hőhordozóhoz finomra őrölt alapanyagot adagolnak. A gumiabroncs-hulladékot 1:9 vagy 2:8 arányban olajpalával keverik össze. A keletkező olaj palaolaj és a gumiból keletkező olaj keveréke. A fémszálat tartalmazó abroncs az SCH-3000 berendezésben nem dolgozható fel. A kapott eredmények ismertetése és értékelése A vizsgálatok során felhasznált gumiabroncs 90,6% szerves anyagot tartalmaz. A Fischer-eljárással meghatározott olajkitermelés 55,6% volt. A gumiabroncs fűtőértéke 36,38 MJ/kg. A retorta égőjében a GGS-5 berendezésben keletkezett, állandó összetételű gázt használták fel. A vizsgálatok első szakaszában (1998. október 13–14.) a kokszot a kísérletek végén vízzel töltött extraktoron vezették át. A kokszelvezetést abba kellett hagyni, mert finomkoksz úszott a víz felszínén, amit nem lehetett elvezetni, ezért a koksz elvezetését át kellett alakítani. Víz maradt az extraktor alján. Az extraktorelemek túlhevülésének elkerülése érdekében gőzt tápláltak a rendszerbe. A vizsgálatok második szakaszában (1998. október 26–28.) a betáplálás sebessége 656 kg/nap volt, szemben az első vizsgálatsorozatban alkalmazott 1087 kg/nap értékkel. 1087 kg/nap esetén 35,9% olaj keletkezett, és el nem reagált gumirészecskék távoztak az extraktorból. A kisebb betáplálási sebesség esetén az olaj kitermelése 45,9%-ra nőtt, és a betáplált gumi teljes menynyisége átalakult. Ennek oka, hogy az 1087 kg/nap betáplálási sebesség feltehetően túl nagy volt az optimális olajkitermelés eléréséhez. A második vizsgálatsorozatban a gázfázisú hőhordozó oxigéntartalma 1,7% volt, jelezve, hogy a levegő hasznosítása az égőben jó hatásfokú volt. Ez lehetett az oka annak, hogy nem került sor intenzív koromképződésre (ezt az eredményt támasztotta alá a gumiolaj kis (0,24%) adalékanyag-tartalma). 1998. október 28-án aktív szénen történő adszorpcióval meghatározták a retortagáz benzintartalmát. 300 dm3 gázból 4,6 g/m3 benzin vált le az aktív szénen. A második vizsgálatsorozatban keletkezett koksz fűtőértéke magas
(24,83 MJ/kg) volt, ami kedvező a gumiabroncs-hulladékok hulladékmentes pirolízistechnológiájának kidolgozásához. Az anyag a retortában jelentős mértékben lebomlott. A keletkezett gáz fűtőértéke a nagy (600–800 m3/t) fajlagos levegőfelhasználás következtében kicsi (1,45–1,65 MJ/m3) volt, amit elsősorban a mellékégető kamrából a környezetbe kerülő nagy hőveszteség okozott. A gáz égéshője 3–4-szer volt nagyobb az ipari léptékű feldolgozás során. A keletkezett kátrányos víz mennyisége 50–57 dm3/t, pH-ja 4,0–5,5 volt. A gumiabroncs-hulladékok pirolízisének hőmérlege az 1. táblázatban, anyagmérlege a 2. táblázatban látható. 1. táblázat A gumiabroncs-hulladékok kísérleti retortában történő vizsgálatának hőmérlege MJ/kg
kcal/kg
%
36,00
8600
89,5
GGS-5 termék gáz 1,154 m3/kg · 2,51 MJ/kg
2,90
692
7,2
A GGS-5 gáz benzintartalma 1,154m3/kg · 0,025 kg/m3 · 46,05 MJ/kg
1,33
317
3,3
40,23
9609
100,0
Olaj * 0,459 kg/kg · 43,04 MJ/kg
19,75
4718
49,1
Retortagáz* 1,332 m3/kg · 1,55 MJ/kg
2,06
493
5,1
Benzin a retortagázban 1,332 m3/kg · 0,046 kg/m3 · 43,54 MJ/kg
0,27
64
0,7
Koksz (acélhulladék kivételével) 0,340 kg/kg · 24,83 MJ/kg
8,44
2016
21,0
Folyamathő és hőveszteségek (a vizsgálatok pontossága)
9,71
2318
24,1
40,23
9609
100,0
30,52
7291
75,9
Betáplálás Gumiabroncs-hulladék
Összesen Termékek
Összesen * a hasznos termékek kémiai hőtartalma
2. táblázat A gumiabroncs-hulladékok kísérleti retortában történő vizsgálatának anyagmérlege kg
%
Betáplálás Gumiabroncs-hulladék
1,000
39,18
GGS-5 termék gáz 1,154 m3/kg · 1,32 MJ/kg
1,523
59,68
A GGS-5 gáz benzintartalma 1,154m3/kg · 0,025 kg/m3
0,029
1,14
Összesen
2,552
100,0
Termékek Olaj
0,459
17,99
Retortagáz 1,332 m3/kg · 1,23 kg/m3
1,638
64,18
Benzin 1,332 m3/kg · 0,046 kg/m3
0,006
0,23
Koksz (acélhulladékkal)
0,447
17,52
Hiba, illetve mérési pontatlanság
0,002
0,08
Összesen
2,552
100,0
A kísérleti retortából a második vizsgálatsorozatban száraz koksz távozott. A keletkezett olaj mennyisége 46% volt (83%-a a Fischer-eljárással meghatározott olajkitermelésnek). Az olaj paraffin jellegű volt (dermedéspont + 12 °C). Kaloriméter-bombában meghatározott fűtőértéke 43 MJ/kg, kéntartalma 1,0–1,1%, a 200 °C alatti forráspontú könnyűfrakció mennyisége 2–3 %(V/V) volt, amelyben 28 mg/kg benzo(a)pirént mutattak ki. A kokszkitermelés (acélhuzalok nélkül) 340 kg/t volt. A koksz 24% acélhulladékot tartalmazott. A teljes kokszkitermelés (acélhuzallal) 447 kg/t volt. Szemcseszerkezete az alábbiak szerint alakult (%(V/V)): − <0,2 mm = 15,72, − 0,1–1,25 mm = 40,99, − 1,25–6,3 mm = 35,52, − >6,3 mm = 7,77. A koksz fűtőértéke 24 MJ/kg, illékonyanyag-tartalma 4,8–5,7% (a kiindulási anyag 60%-a), összkéntartalma 2,4–2,7% volt. Az 1,3 µg/kg benzo(a)pirén tartalma nem haladja meg a természetes háttér értéket. Mennyisége az olajpalából keletkező kokszban 20–80 µg/kg.
A gumiabroncs-hulladékok retortában hulladék keletkezése nélkül feldolgozhatók. A kapott eredmények jó alapul szolgálnak a gumiabroncs-hulladékok ipari léptékű feldolgozásához. A retortát azonban úgy kell kialakítani, hogy lehetővé váljon a keletkező koksz száraz elvezetése. (Regősné Knoska Judit) Joonas, R.; Yefimov, V.: Low-temperature processing of waste tyres in experimental retort. = Oil Shale, 17. k. 4. sz. 2001. p. 351–358. Chen, J. H.; Chen, K. s. stb.: On the pyrolysis kinetics of scrap automotive tires. = Journal of Hazardous Materials, 84. k. 1. sz. 2010. jún. p. 43–55.
