Позднякова О.І., Ширяєва І.Ю., Шапар О.В.
Харківський Національний автомобільно-дорожній
Університет
МОЖЛИВІСТЬ
ЗАСТОСУВАННЯ ПІРОЛІЗНОЇ РІДИНИ ВІД АВТОПОКРИШОК В ЯКОСТІ АЛЬТЕРНАТИВНОГО
ДИЗЕЛЬНОГО ПАЛИВА
Добре відомо, що суттєві
екологічні проблеми виникають при утилізації автомобілів, у яких закінчився
термін експлуатації, в тому числі й зношених автопокришок.
У світі щорічно
накопичується велика кількість зношених автопокришок. У країнах з розвинутим
автомобілебудівництвом щорічне утворення шин складає від 250 тис. тон (Італія),
до 1 млн 800 тис. тон (США). В Україні щорічно утворюється не менше ніж 200
тис. т. зношених шин. Рівень переробки автопокришок за кордоном коливається в
дуже широких межах : від 87% в Японії до 20-30 % в США. На Україні він складає 10 %. Крім того, слід враховувати, що
велика кількість автопокришок вже накопичена на звалищах. У США їх кількість
складає приблизно 2 млрд., а в країнах СНД не менш ніж 50 млн.На Україні доки
ще не існує галузі виробництва, яка займалася б утилізацією старих автомобілів.
Але вже біля 10 років існують підприємства, які переробляють автопокришки в
крихту [1]. Крім цього способу також застосовуються такі методи як спалювання
та піроліз. Останнім часом поширюється застосування піролізу, як методу
утилізації автопокришок. Цей
напрямок є дуже актуальним для України, тому що дозволяє одержувати рідинні палива. До того ж слід
зауважити, що дві третини зношених автопокришок в Україні – це автопокришки з
металокордом, для яких піроліз, на нашу думку, є найкращим методом утилізації [2].
В процесі піролізу
утворюється три типи продуктів: твердий залишок, піролізна рідина та газ. Усі
вони можуть використовуватися у промисловості у різних галузях. Але найбільш
реальним і працюючим у даний час є застосування піролізної рідини у якості
палива. Виробники установок для піролізу автопокришок не наводять технічних
характеристик продуктів піролізу, або дають часткову інформацію, яка не
дозволяє зробити висновки про можливість застосування продуктів піролізу у
якості палива [3]. Тому ми вирішили встановити основні фізико-хімічні властивості рідинних
продуктів піролізу та порівняти їх з традиційними паливами (табл 1). У наших дослідженнях ми
використовували стандартні для рідинних палив методики аналізу [4]. В якості об’єкта аналізу ми застосовували піролізну рідину, яка була
вироблена на установці вітчизняного виробництва в місті Дніпропетровськ.
Таблиця 1. Порівняння
властивостей піролізної рідини з паливами.
|
Найменування
показнику |
Норма для палив |
Піролізна рідина (за експериментом) |
||
|
Мазут паливний марки 100, ДСТУ 4058-2001 |
Паливо дизельне марки З ДСТУ 3868-99 |
Паливо
пічне, ДСТУ 38101656-76 |
||
|
Щільність
при 200С, кг/м3 |
не нормується |
840 |
не
нормується |
928 |
|
В′язкість
при 1000С, не більш, м2/с |
50,0·10-6 |
не нормується |
не
нормується |
1,7·10-6 |
|
В′язкість
кінематична при 200С, не більш, сСт |
не нормується |
1,8-6,0 |
5,0 |
8,0 |
|
Зольність, %, не більш, для мазуту малозольного |
0,05 |
0,01 |
0,02 |
0,063 |
|
Масова частка механічних домішок, %, не більш |
1,0 |
відсутні |
відсутні |
0,01 |
|
Масова частка води, %, не більш |
1,0 |
відсутні |
менш ніж 0,03 |
2,6-4,8 |
|
Масова частка сірки, % |
1,5 |
0,05-0,5 |
0,5 |
1,1 |
Різниця між властивостями піролізної рідини та традиційних палив
спостерігається за значеннями кінематичної в’язкості, зольності та вмісту
сірки. Вона має характерний різкий неприємний запах. Вміст ароматичних сполук в
піролізній рідині досягає 93 %. Ці сполуки легко окислюються й полімеризуються
з утворенням смолеподібного осаду. Таким чином, безпосередньо піролізну рідину
не можна застосовувати у якості палива.
У подальших дослідженнях ми вирішили розділити її на фракції. З
аналізу літератури відомо, що у промисловості запропоновано сумісні установки,
які проводять і піроліз і фракціонування одночасно [5].Ми провели фракціонування
піролізної рідини на звичайній лабораторній установці та порівняли одержані
результати з вимогами ДСТУ до фракційного складу традиційних рідинних палив [4].
Результати представлені в таблиці 2.
Таблиця
2. Аналіз фракційного складу.
|
№ |
Найменування |
Проба № 1 |
Проба № 2 |
Пічне побутове паливо |
Дизельне пальне |
|
1 |
Густина при 20 0C,
г/см3 |
0,942 |
0,975 |
не нормується |
0,85 |
|
2 |
Фракційний склад, - температура початку перегонки - - 50% переганяється при температурі, oo3m}rgknms{mw~os}q|9mm{googotu{m{|{le=gm{g{om~o|vw};om{oi~osooj~vo}=~t;=:ptm{omomcow|~sm{me~{~mnenu~w>ux};masgynmovo}?yzq;qt?tu|oonmon{omn}rMoesloow-zomgnv;oman{}mnmwpw;u{?=?ptmr=nyuy}g~w}woioi~wom/>4{|e?~~uos{~}~u=/v~oovm~q}o|y~;tooufoml{mkn";}{omsnwmlsoouoge>}o;}>smooinvyom}?~o~u}w{ezw}n=r~voo~-namym};ou{om-newtzomk{woonko}}oo~~=wuyw|~Mne-jomeo~:~os}an?>?suq~<qoo=}koo=e}}euoo}/wo~u=s}~uzu?n~~t?foo}m{o}m}*newt{omsnnsomok?msoouowm?}ioagm{Ooo}w{mwoovmwmmgo~~ommg~u>o|do>s~a~}u}ooontvy~e?7vo~t}{oo~=vo}y|{~ont-fummm{:numwmoow'~o{~>??|:~>?{~>-* 95 283 348 4 1 |
80 180 265 4 1 |
- - 360 |
-
370 |
|
|
3 |
Колір фракцій: - початок
кипіння - 160-320 0C |
Блідо-жовтий, жовтий |
Блідо-жовтий, жовтий |
Від коричневого до чорного |
- |
|
4 |
Вміст сірководню |
присутній |
присутній |
відсутній |
відсутній |
|
5 |
Масова частка води, % |
2,3 |
4,3 |
сліди |
відсутня |
Але одержані фракції не мають стабільних характеристик і зберігають
усі недоліки піролізної рідини. Так ми довели, що без додаткової очистки
використовувати піролізну рідину як паливо неможливо.
Ми проаналізували можливість застосування для її очистки
традиційних методів обробки нафтопродуктів [6], та визначили, що тільки два з
них одночасно видаляють і меркаптани, і ненасичені вуглеводні. Це очистка за
допомогою сірчаної кислоти та гідроочистка. По-перше, необхідно було довести,
що піролізна рідина у принципі підлягає очистці. Ми підібрали оптимальні умови
очистки піролізної рідини за допомогою сірчаної кислоти. Встановлено, що
оптимальними є співвідношення кислоти та піролізної рідини 2:1 при концентраціі
кислоти 93%. Ефективність сірчаної кислоти перевіряли за допомогою йодного
числа, визначали його за стандартною методикою до та після очистки рідини. Результати
ми звели в таблицю 3.
Таблиця
3. Результати розрахунків йодного числа.
|
№п/п |
V1
(титрування) |
V2
(навіска) |
Йодне число |
|
До обробки |
|||
|
1 |
25,6 |
21,1 |
59,305 |
|
Після обробки |
|||
|
2 |
28,3 |
27,85 |
5,711 |
|
3 |
28,5 |
28,1 |
41,2 |
1 – проба до обробки
2 – проба після обробки сірчаною кислотою
3 – проба після обробки воднем
Йодне
число, а значить і кількість ненасичених сполук знижується практично в 10 разів.
Таким чином, метод є дуже ефективним, але небезпечним з точки зору впливу на
довкілля. Велику кількість кислого гудрону, що утворюється, важко утилізувати.
Найбільш екологічно дружньою є
гідроочистка. При такому засобі нафтопродукти обробляються газоподібним воднем
при певних умовах. Це призводить до насичення подвійних зв’язків та видалення сірководню.
При цьому не утворюються шквдливі відходи, а відбувається перетворення одних
хімічних сполук у інші. Така технологія
застосовується у промисловості для очистки дизельного палива [6]. Але умови
гідроочистки залежать від складу нафтопродуктів і суттєво відрізняються Ми
вирішили визначити оптимальні умови для гідроочистки піролізної рідини.
Ефективність гідроочистки ми перевіряли за допомогою йодного числа. Після
обробки воднем йодне число зменшилося на 30%. Це було показано в таблиці 3.
Результати експерименту вказують
на принципову можливість використання такого методу для піролізної рідини, але
вимагають підібрати більш ефективні умови. У наших подальших дослідженнях ми
плануємо визначити оптимальні умови для гідроочистки піролізної рідини.
Ми пропонуємо змішувати піролізну рідину з традиційним
дизельним паливом у певних співвідношеннях. Кафедра екології отримала патент на
корисну модель такого альтернативного дизельного палива [7].
В результаті проведених досліджень були:
·
Встановлені головні групи хімічних сполук, які погіршують
властивості піролізної рідини та обумовлюють неприємний запах і утворення
смолеподібних осадів;
·
Обґрунтований вибір найкращого екологічного методу
очистки для піролізної рідини. Показано, що одночасне видалення сполук
органічної сірки та ненасичених вуглеводнів можливо тільки за допомогою
гідроочистки та сірчаної кислоти;
·
Проведене експериментальне дослідження ефективності
покращення властивостей піролізної рідини. Встановлено, що йодне число після
очистки піролізної рідини за допомогою сірчаної кислоти зменшується у 10 разів;
·
Показано що умови гідроочистки залежать від складу
нафтопродуктів. На першому етапі досягнуто
зменшення ненасичених сполук на 30 %;
·
Доведена можливість застосування піролізної рідини, як
добавки до традиційного дизельного палива.
Перелік посилань:
1. Т.В. Петренко, Ю.О. Новічков, О.І. Позднякова, В.В. Хазіпова «Утилізація
відпрацьованих автомобільних шин», ДонНАБА. – Донецьк: 2007р., 110 с. Гриф ISBN 978 – 966 – 7477 – 73 – 8;
2. Позднякова О.І., Шапарь О.В., Ширяєва І.Ю. «Дослідження галузей
застосування рідинних продуктів піролізу автопокришок як альтернативного
палива» -5 Международная конференція «Еффективные направления современной науки
», Прага, 2009р., с.40-42;
3.
Насиров Р.К.Бичурин. «Способ получения
экологобезопасного дизельного топлива»-
патент Российской федерации: модель RU 2103324, кл. C10G65/16,
1996;
4.
ДСТУ
3868 - 99 Паливо дизельне. Технічні умови;
5. Смидович Е.В. Технология
переработки нефти и газа, Ч 2, М: Химия,1986г., 165 с.;
6.
В.П. Каталитические процессы в
нефтепереработке. - М.: Химия, 1979, с.235 – 247;
7. Туренко А.М., Внукова Н.В., Позднякова
О.І., Наглюк І.С. «Альтернативне дизельне паливо» - Патент на корисну
модель UA № 36711 U від 10.11.2008.