Zakład do pirolizy opon: proces, produkty i sposób wyboru odpowiedniego systemu

Co to jest instalacja do pirolizy opon?

Zakład do pirolizy opon to obiekt przemysłowy, w którym przetwarza się zużyte opony gumowe w cenne materiały odzyskane w procesie termochemicznym zwanym pirolizą. Podstawowa zasada jest prosta: zużyte opony są podgrzewane do wysokich temperatur - zazwyczaj od 300°C do 700°C - w zamkniętym, beztlenowym reaktorze. Bez tlenu nie może nastąpić spalanie. Zamiast tego złożone łańcuchy polimerowe w gumie ulegają pękaniu termicznemu, rozkładając się na krótsze cząsteczki węglowodorów, które gromadzą się w postaci oleju opałowego, sadzy, drutu stalowego i gazu palnego.

Skala globalnego problemu zużytych opon sprawia, że technologia ta staje się coraz bardziej krytyczna. Szacuje się, że co roku na całym świecie wytwarza się 1 miliard złomowanych opon, ważąca około 17 milionów ton. Konwencjonalne sposoby usuwania odpadów - składowanie i składowanie - są w wielu jurysdykcjach ograniczone lub całkowicie zakazane ze względu na ryzyko pożaru, skażenie wód gruntowych i ogromną ilość materiału nieulegającego biodegradacji. Piroliza opon bezpośrednio rozwiązuje to wyzwanie, przekształcając trwały strumień odpadów w zestaw towarów nadających się do sprzedaży, jednocześnie zmniejszając odpowiedzialność utylizacji opon za środowisko.

Jak przebiega proces: krok po kroku

Kompletna instalacja do pirolizy opon składa się z dobrze określonej sekwencji etapów, z których każdy decyduje o jakości i ilości produktów końcowych.

Krok 1 - Przygotowanie surowca

Całe opony lub wstępnie rozdrobnione wióry oponowe przygotowywane są do wprowadzenia do reaktora. W systemach pirolizy ciągłej opony są zazwyczaj rozdrabniane do wielkości cząstek 50-100 mm przed obróbką, ponieważ mniejszy surowiec poprawia wydajność wymiany ciepła i umożliwia nieprzerwany przepływ materiału. W systemach okresowych często można bezpośrednio przyjmować całe opony lub większe części, w zależności od konstrukcji reaktora. Wzmocnienie z drutu stalowego i włókien można częściowo usunąć przed obróbką lub oddzielić w dalszej części procesu po pirolizie.

Krok 2 - Reakcja pirolizy

Przygotowany materiał opony trafia do szczelnego reaktora do pirolizy, gdzie dostarczane jest ciepło z zewnątrz - zazwyczaj za pośrednictwem palników gazowych, które początkowo są opalane olejem napędowym lub LPG, a następnie są samowystarczalne dzięki gazowi palnemu powstającemu podczas samej pirolizy. Gdy temperatura reaktora wzrasta z 180°C do 280°C, lżejsze lotne związki zaczynają odparowywać. Reakcja pierwotnego krakingu nasila się w temperaturze od 350°C do 500°C, w którym to momencie większość węglowodorów zawartych w kauczuku przekształca się w gaz olejowy opuszczający reaktor w sposób ciągły.

Krok 3 - Separacja i kondensacja oleju gazowego

Gorący Gaz pirolityczny opuszczający reaktor przechodzi przez system kolektorów, który oddziela frakcje cięższe od lżejszych. Frakcja ulegająca skraplaniu trafia do wielostopniowego układu skraplacza, gdzie jest szybko schładzana i skraplana do postaci oleju pirolitycznego, który jest gromadzony w zbiornikach magazynowych. Nieskraplające się gazy lekkie - głównie wodór, metan i tlenek węgla - są zawracane z powrotem do układu palnika jako paliwo, co eliminuje potrzebę dostarczania energii z zewnątrz, gdy instalacja pracuje w stanie ustalonym.

Krok 4 - Odzyskiwanie produktów stałych

Po zakończeniu produkcji gazu ziemnego i spadku temperatury reaktora stała pozostałość - mieszanina sadzy i drutu stalowego - pozostaje w komorze reaktora. Sadza jest wyładowywana automatycznie lub ręcznie i transportowana do magazynu. Drut stalowy jest oddzielany magnetycznie i zbierany do recyklingu. Reaktor jest wówczas gotowy do przyjęcia kolejnej partii lub kontynuuje pracę w trybie pracy ciągłej.

Cztery cenne produkty pirolizy opon

Ekonomiczne uzasadnienie pirolizy opon opiera się na jakości i atrakcyjności rynkowej czterech produktów ubocznych. Typowy rozkład wagowy produkcji dobrze obsługiwanej instalacji wynosi w przybliżeniu 40-45% oleju opałowego, 35% sadzy, 10% drutu stalowego i 10% gazu palnego - co oznacza, że praktycznie nic się nie marnuje.

Olej pirolityczny (40-45% wydajności)

Olej popirolityczny pochodzący z opon to złożona mieszanina węglowodorów o zakresie od C5 do C20, o wysokiej wartości opałowej około 43 MJ/kg - porównywalna z komercyjnym olejem opałowym. Można go stosować bezpośrednio jako paliwo przemysłowe w kotłach, cementowniach i piecach stalowych lub dalej rafinować poprzez destylację na niestandardowe frakcje oleju napędowego i benzyny. Olej popirolityczny jest zazwyczaj głównym źródłem przychodów w projektach recyklingu opon ze względu na stały popyt na alternatywne paliwa przemysłowe oraz stosunkowo prostą logistykę przechowywania i sprzedaży.

Sadza (w przybliżeniu 35% wydajności)

Stała pozostałość zawierająca węgiel odzyskana z pirolizy opon nazywana jest sadzą odzyskiwaną (rCB). W postaci surowej może być stosowany jako dodatek do paliwa lub jako wypełniacz wzmacniający w wyrobach z gumy i tworzyw sztucznych niższej jakości. Po dalszym przetwarzaniu - mieleniu, granulowaniu i poprawie jakości - rCB może spełniać specyfikacje do stosowania w produkcji opon, powłokach i przemysłowych produktach gumowych, osiągając znacznie wyższe ceny rynkowe. Sadza jest produktem coraz bardziej cenionym, ponieważ przepisy dotyczące zrównoważonego rozwoju zmuszają producentów do włączania materiałów pochodzących z recyklingu.

Drut stalowy (w przybliżeniu 10% wydajności)

Stalowe pasy wzmacniające osadzone w oponach są odzyskiwane w większości w stanie nienaruszonym po pirolizie. Resztki gumy są spalane w trakcie procesu, pozostawiając czysty drut stalowy, który można sprzedać bezpośrednio handlarzom złomem lub zakładom produkującym stal. Chociaż drut stalowy zapewnia mniejsze przychody niż ropa naftowa czy sadza, znacząco zwiększa ogólną ekonomikę i nie wymaga dodatkowego przetwarzania.

Gaz palny (uzysk w przybliżeniu 10%)

Nieskraplający się gaz pirolityczny - głównie wodór, metan, tlenek węgla i lekkie węglowodory - ma wartość opałową do 33 MJ/m3. W większości konfiguracji instalacji gaz ten jest zawracany bezpośrednio z powrotem do układu palników reaktora, dzięki czemu proces pirolizy jest w dużej mierze samowystarczalny z energetycznego punktu widzenia po uruchomieniu. Nadwyżki gazu można również wykorzystać do ogrzewania na miejscu, wytwarzania energii za pomocą silników spalinowych lub turbin gazowych lub - w bardziej zaawansowanych konfiguracjach - dalej przetwarzać jako surowiec chemiczny.

Wsadowy czy ciągły: jaki typ instalacji jest dla Ciebie odpowiedni?

Najważniejszą decyzją przy wyborze instalacji do pirolizy opon jest wybór pomiędzy pracą wsadową a pracą ciągłą. Każda konfiguracja pasuje do innego profilu inwestycji, skali działania i poziomu automatyzacji.

A Instalacja do pirolizy okresowej załadowuje stałą ilość materiału z opon, uszczelnia reaktor, kończy cykl pirolizy - zazwyczaj od 8 do 10 godzin - a następnie schładza przed usunięciem stałych pozostałości i ponownym załadowaniem. Konstrukcja ta jest elastyczna operacyjnie i wymaga niższych początkowych inwestycji kapitałowych, dzięki czemu dobrze nadaje się do małych i średnich projektów przetwarzających od 1 do 20 ton dziennie. Łatwiej jest także konserwować i naprawiać dzięki prostszym układom mechanicznym i mniejszej liczbie ruchomych części. Kompromis polega na tym, że czas chłodzenia i ponownego ładowania zmniejsza ogólną przepustowość i wydajność pracy w porównaniu z pracą ciągłą.

A Instalacja do ciągłej pirolizy jednocześnie podaje materiał z opon i odprowadza produkty stałe, podczas gdy reaktor pracuje przez całą dobę bez zatrzymywania. Umożliwia to znacznie wyższą przepustowość - zazwyczaj od 20 do 50 ton dziennie - przy niższych kosztach pracy na tonę produkcji, wyższej wydajności paliwowej dzięki samorecyklingowi gazu syntezowego i bardziej spójnej jakości produktu przy stabilnych warunkach procesu. Systemy ciągłe wymagają wyższych inwestycji początkowych i bardziej zaawansowanej infrastruktury sterującej, ale w przypadku projektów na skalę komercyjną ekonomika operacyjna jest znacznie lepsza.

Efektywność środowiskowa i zgodność

Jednym z najmocniejszych argumentów za pirolizą opon zamiast konwencjonalnej utylizacji jest ich profil środowiskowy. Ponieważ reakcja zachodzi w zamkniętym środowisku z niedoborem tlenu, nie może dojść do spalania na otwartym płomieniu, w wyniku którego powstają dioksyny, furany i duże ilości cząstek stałych. Wytworzone gazy są wychwytywane i poddawane recyklingowi jako paliwo lub oczyszczane poprzez wielostopniowe płuczki i systemy filtracji z węglem aktywnym przed jakimkolwiek zrzutem, co zapewnia zgodność z międzynarodowymi normami jakości powietrza.

Nowoczesne instalacje do pirolizy opon obejmują kilka warstw ochrony środowiska: dwufazowe płuczki i jednostki odsiarczające do usuwania związków zawierających siarkę, uszczelnione wodne systemy zapobiegające cofaniu się płomienia zapobiegające powrotowi gazów palnych do zbiornika oleju oraz systemy usuwania pyłu obróbka sadzy. Dobrze zaprojektowane instalacje nie wytwarzają ścieków i spełniają wymagania CE i ISO 14001 standardy zarządzania środowiskowego.

Z punktu widzenia cyklu życia piroliza opon zmniejsza również intensywność emisji dwutlenku węgla wytwarzanych przez nią produktów. Odzyskany olej pirolityczny zastępuje pierwotne paliwa ropopochodne; odzyskana sadza wypiera pierwotną sadzę, której produkcja jest wysoce energochłonna; a odzyskany drut stalowy wypiera pierwotną produkcję stali. Każde z tych zamienników niesie ze sobą wymierne korzyści w postaci redukcji emisji CO₂, co jest czynnikiem coraz bardziej istotnym dla klientów chcących spełnić cele w zakresie 3 w zakresie emisji i zobowiązań w zakresie ESG.

Kluczowe wyposażenie kompletnej linii do pirolizy opon

Opłacalna komercyjnie operacja pirolizy opon wymaga zastosowania więcej niż jednego reaktora. Kompletna linia produkcyjna integruje kilka wzajemnie połączonych systemów sprzętu, z których każdy wpływa na ogólną wydajność zakładu, jakość produktu i rentowność.

Przygotowanie surowca rozpoczyna się od rozdrabniarka opon, który redukuje całe złomowane opony do jednolitych wiórów o 50-100 mm odpowiednich do ciągłego zasilania reaktora. Rozdrabnianie umożliwia również częściowe usunięcie drutu stalowego przed pirolizą, poprawiając czystość sadzy wyjściowej i zmniejszając zużycie elementów wewnętrznych reaktora. Wysokowydajne rozdrabniacze łączą separację magnetyczną i wielostopniowe rozdrabnianie w celu przetwarzania opon pełnych stalowych, półstalowych i radialnych ze stałą wydajnością.

Jakość - a tym samym wartość rynkowa - oleju pirolitycznego za reaktorem zależy w dużym stopniu od systemu kondensacji i separacji. Surowy olej pirolityczny do opon ma szeroki zakres destylacji i może zawierać frakcje ciężkie, wodę i związki siarki, które ograniczają jego bezpośrednie zastosowanie. Przetwarzanie oleju Sprzęt do destylacji oleju odpadowego rozdziela go na odrębne frakcje paliwa - niestandardowy olej napędowy, benzynę ciężką i resztkowy olej ciężki - każda o określonej specyfikacji i szerszym dostępie do rynku. Ulepszenia destylacji zazwyczaj zwiększają zrealizowaną wartość netto frakcji olejowej o znaczną marżę, często uzasadniając dodatkowe koszty kapitałowe w krótkim okresie zwrotu.

Urządzenia do przetwarzania odzyskanej sadzy uzupełniają łańcuch wartości po stronie stałej, mieląc i klasyfikując rCB w celu spełnienia specyfikacji wielkości cząstek dla mieszanek gumowych i zastosowań wypełniaczy przemysłowych - rynki, które płacą znacznie więcej niż zwykłe wykorzystanie paliwa do spalania do produkcji sadzy technicznej.

Wnioski

Instalacja do pirolizy opon stanowi technicznie dojrzałe, sprawdzone komercyjnie i przyjazne dla środowiska rozwiązanie jednego z najbardziej uporczywych wyzwań w zakresie gospodarki odpadami na świecie. Przekształcając złomowane opony w olej pirolityczny, sadzę, drut stalowy i gaz palny, przekształca zobowiązanie w składnik aktywów generujący przychody, spełniając jednocześnie coraz bardziej rygorystyczne przepisy dotyczące ochrony środowiska. Wybór między konfiguracją wsadową a ciągłą zależy od skali przetwarzania, dostępności kapitału i wymagań w zakresie automatyzacji, a wartość produktów wyjściowych można znacznie zwiększyć dzięki zintegrowanemu sprzętowi do rozdrabniania i destylacji oleju.

Bez względu na to, czy oceniasz swój pierwszy projekt pirolizy, czy skalujesz istniejącą operację, wybór odpowiedniej konfiguracji instalacji i partnera sprzętowego to najważniejsza decyzja, jaką podejmiesz. Nasz zespół inżynierów jest w stanie ocenić Twój surowiec, wymagania dotyczące wydajności i warunki na rynku lokalnym, aby zalecić optymalne rozwiązanie.