Утилизация резины - Дипломная работа

1. Аналитическая часть Общее количество отработанных автомобильных шин, которое в настоящее время накоплено в Европе и США, точно назвать нельзя, поскольку они не только депонированы на официальных полигонах, но размещены также и в несанкционированных местах. Наибольшее количество их было накоплено в следующих штатах [1] Нью-Йорк 22 млн. Огайо 35 млн. Мэн 26 млн. Пенсильвания 17 млн. Мичиган 25 млн. Нью-Джерси 10 млн. При этом остаётся неизвестным количество шин на несанкционированных местах. Таким образом, имеется весьма значительное количество этого вида технического сырья, которое к тому же постоянно увеличивается. В частности, в США сейчас разрешено депонирование шин в неограниченном количестве только в 14 из 49 штатов. 1.1 Экологическая опасность, создаваемая отработанными шинами Угроза опасности для окружающей среды, а, следовательно, и здоровью людей, от изношенных шин, складывается из нескольких факторов: 1. под действием ультрафиолетового излучения, озона и других сильных окислителей происходит медленная деструкция резины и её компонентов, что приводит к образованию и вымыванию природными водами целого ряда опасных веществ. Из неорганических веществ это, прежде всего, сернистый газ и оксиды азота, а из органических - многочисленные углеводороды и их производные, в том числе такие чрезвычайно вредные продукты, как полихлорированные дибензодиоксины (ПХДД), полихлорированные дибензофураны (ПХДФ) и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Указанные выше вещества являются сильными канцерогенами и чистятся приоритетными загрязнителями в списках Европейского союза и России. Эти вещества не производятся промышленностью и образуются в результате горения полимерных материалов, в том числе резины. Таблица 1 - Изомеры ПХДД и ПХДФ Число атомов Cl Число изомеров ПХДД ПХДФ 1 2 4 2 10 16 3 14 28 4 22 38 5 14 28 6 10 16 7 2 7 8 1 1 75 135 Из приведённых в таблице 1 изомеров ПХДД наиболее опасным канцерогеном является 2,3,7,8 - тетрахлордибензодиоксин: В России его ПДК составляет 5•10-10 г/м3, а ПДВ на 1-2 порядка выше. В настоящее время широкое применение получило сжигание твёрдых бытовых отходов (ТБО), в которых значительно содержание полимерных материалов, в том числе резины. Таблица 2 - Концентрация изомеров ПХДД в летучей золе от сжигания ТБО Изомеры Число изомеров Концентрация, n•10-7, %, вес. По данным [3] содержание ПАУ в золе ещё выше. Так, по данным [4] только на мусоросжигательном заводе №2 в городе Москве за год образуется около 30 000 тонн этих продуктов. 1.2 Существующие технологии утилизации резинотехнических изделий Серьёзную проблему представляет складирование и переработка изношенных шин, число которых в мире составляет ежегодно несколько сотен миллионов штук. Большую часть изношенных шин (90%) вывозят на свалки и лишь незначительную часть утилизируют для различных целей, в частности, для получения регенерируемых материалов, дополнительного топлива и в строительстве. Технологическая часть 2.1 Технология деструкции резины концентрированной серной кислотой Как было показано в аналитическом обзоре, в настоящее время нет экологически чистой технологии утилизации отработанных резинотехнических изделий, в частности автомобильных шин. Расчеты сделаны по первому приближению Улиха. 2.2.1 Термодинамика деструкции предельных углеводородов Величины изобарно-изотермических потенциалов (?Gт) были рассчитаны для следующих реакций деструкции предельных углеводородов: С2Н6 3H2SO4 = 2С 3SO2 6Н2О (1) С3Н8 4H2SO4 = 3С 4SO2 8Н2О (2) С4Н10 5H2SO4 = 4С 5SO2 10Н2О (3) С5Н12 6H2SO4 = 5С 6SO2 12Н2О (4) С6Н14(ж) 7H2SO4 = 6С 7SO2 14Н2О (5) С7Н16(ж) 8H2SO4 = 7С 8SO2 14Н2О (6) или в общем виде: СnН2n 2 (n 1) H2SO4 = nС (n 1) SO2 (2n 2) Н2О (7) Полученные результаты приведены в таблице 5 и на рисунке 1. Проведенные расчеты показывают, что при действии концентрированной серной кислоты на технические резины деструкции должны подвергаться все ее органические компоненты, что делало целесообразным проведение соответствующих экспериментов. 2.3 Вариант технологической схемы утилизации резины с регенерацией серной кислоты Серная кислота является одним из основных продуктов неорганических производств (более 100 млн. т/год мировое производство). Необходимая для процесса деструкции резиновая крошка (фракция 1-2 мм) может быть получена по известным технологиям, в частности на установке, разработанной в МГТУ им. Н.Э. Баумана [9, 10].