Установка для пиролиза шин: процесс, производительность, затраты и рентабельность

Что на самом деле производит завод по пиролизу шин - и стоит ли оно того

A Завод по пиролизу шин термически разлагает отработанные шины в бескислородной среде, превращая их в четыре коммерчески ценных продукта: пиролизное масло, углеродную сажу, стальную проволоку и горючий газ. Из одной тонны отработанных шин обычно получается 40-50% пиролизного масла, 30-35% технического углерода, 10-15% стальной проволоки и 5-10% горючего газа по весу. Для инвесторов и операторов, оценивающих проекты по переработке шин в топливо или переработке шин, экономическая выгода реальна, но очень высока. зависит от масштаба предприятия, качества продукции, цен на местном рынке и соблюдения нормативных требований. В этой статье рассказывается о том, как работает этот процесс, какое оборудование задействовано, сколько стоит каждый продукт и что отличает прибыльные заводы от тех, которые испытывают трудности.

Процесс пиролиза: как шины превращаются в топливо и материалы

Пиролиз - это термохимический процесс разложения. На установке пиролиза шин измельченные или целые шины загружают в герметичный реактор и нагревают до температур между 350°C и 550°C при полном отсутствии кислорода. Без кислорода горение не может произойти - вместо этого сложные полимерные цепи в резине распадаются на более короткие молекулы углеводородов.

процесс проходит в несколько отдельных этапов:

• Фаза сушки (при температуре окружающей среды до ~150°C) - остаточная влага в шинах испаряется до начала разложения.
• Первичное разложение (150°C-350°C) - боковые цепи полимера начинают разрушаться; начинают образовываться легкие углеводородные газы
• Основная стадия пиролиза (350°C-550°C) - большая часть каучука деполимеризуется; Пары тяжелой и легкой нефти образуются вместе с неконденсируемыми газами.
• Охлаждение и конденсация - пары пиролиза проходят через конденсационную систему; более тяжелые фракции переходят в жидкое состояние в пиролизное масло, а более легкие фракции остаются в виде горючего газа.
• Удаление остатков - твердый технический углерод и стальная проволока, оставшиеся в реакторе, выгружаются и отделяются для дальнейшей переработки или прямой продажи.

A Полный цикл обработки в реакторе периодического типа обычно занимает 8-12 часов от загрузки до разгрузки, включая время нагрева, реакции и охлаждения. Системы непрерывного или вращающегося действия существенно сокращают время цикла, но требуют более высоких капиталовложений.

Основное оборудование установки пиролиза шин

Полная установка пиролиза шин состоит из нескольких взаимосвязанных систем. Понимание функции каждого из них имеет важное значение для оценки стоимости оборудования и определения того, где различия в качестве действительно имеют значение.

Система предварительной обработки и подачи шин

Шины легковых автомобилей часто можно подавать целиком в реакторы более крупной конструкции, что снижает затраты на предварительную обработку. Грузовые шины и негабаритные шины обычно требуют измельчения на куски. 50-100 мм чтобы обеспечить равномерное распределение тепла внутри реактора и предотвратить перегревы, снижающие выход масла. В этот раздел входят измельчитель шин, сепаратор проволоки (для предварительного удаления бортовой проволоки), а также конвейер или скиповый погрузчик.

Реактор пиролиза

Реактор - это сердцевина любой установки пиролиза шин и компонент, качество конструкции которого оказывает наибольшее влияние на безопасность, производительность и производительность. срок эксплуатации. Три основные конфигурации реакторов:

• Вращающийся реактор периодического действия - наиболее распространенный тип; горизонтальный цилиндрический сосуд, вращающийся для обеспечения равномерного нагрева. Емкость партии обычно варьируется от 5 до 50 тонн. Меньшие капитальные затраты, но требуют охлаждения между циклами, что ограничивает производительность.
• Реактор с вращающейся печью непрерывного действия - материал подается и выгружается непрерывно без циклов охлаждения, что обеспечивает 24час работы производительность 10-100+ тонн в день. Более высокие капитальные затраты, но значительно более низкие эксплуатационные затраты на тонну переработки.
• Фиксированный горизонтальный реактор - более простая конструкция, используемая на небольших предприятиях; отсутствие вращения означает менее равномерный нагрев и меньший выход масла, но меньшие первоначальные инвестиции подходят для операций начального уровня.

Материал корпуса реактора имеет решающее значение. Котельная Q345R или эквивалентная сталь для сосудов под давлением с толщиной стенки 16-20 мм является минимальным стандарт безопасной эксплуатации при технологических температурах. Реакторы, не отвечающие техническим требованиям, являются наиболее распространенной причиной катастрофических отказов в пиролизной промышленности шин.

Система конденсации и сбора масла

Пары пиролиза, выходящие из реактора, проходят через ряд конденсаторов - обычно распылительный конденсатор, за которым следуют кожухотрубные теплообменники, где они охлаждаются и конденсируемые фракции сжижаются в пиролизное масло. Неконденсирующаяся газовая фракция (в основном углеводороды C1-C4) собирается отдельно и направляется обратно в горелку реактора в качестве топлива, сокращая потребление внешней энергии 40-60% как только процесс достигнет устойчивого состояния. состояние.

Сброс и обработка технического углерода

Твердые остатки (технический углерод и стальная проволока) выгружаются из реактора через герметичный шнековый конвейер с водяным охлаждением для предотвращения повторного окисления и поддержания бескислородной среды. Стальная проволока отделяется магнитом. Углеродная сажа транспортируется в бункер для хранения или, на более совершенных установках, на линию измельчения и гранулирования техуглерода для получения более высокой продукции.

Система очистки дымовых газов

Дымовые газы из системы нагрева реактора должны быть очищены перед выбросом в атмосферу. Полная линия очистки включает в себя скруббер для десульфурации, пылеулавливание (мешочный фильтр или мокрый скруббер), а на рынках со строгими стандартами по выбросам - систему DeNOx. Этот компонент чаще всего недостаточно указывается в ценах на недорогие установки. - и эта система, скорее всего, приведет к закрытию регулирующих органов в случае неадекватности.

Выходная продукция: качество, использование и рыночная стоимость

Коммерческий Жизнеспособность завода по пиролизу шин почти полностью зависит от качества и ликвидности его четырех потоков продукции. Каждый из них имеет отдельный набор качественных переменных, которые определяют, будет ли он иметь цену на сырье или премию.

Пиролизное масло для шин (TPO)

Пиролизное масло является основным источником дохода на большинстве заводов. Это темное вязкое топливо со свойствами, аналогичными мазуту № 4 или 6, с теплотой сгорания примерно 40-43 МДж/кг - сравнимо с дизелем. Его можно использовать непосредственно в качестве топлива в промышленных котлах, цементных печах, сталелитейных заводах и морских судах (в качестве смеси тяжелого топлива). Содержание серы обычно составляет 0.8-1.5% по массе, что ограничивает ее использование на рынках со строгими правилами содержания серы, если только не будет проведено дальнейшее уточнение.

С помощью последующей перегонки ТПО можно перерабатывать в дизельное топливо, нафту и фракции легкого мазута, которые стоят значительно дороже. Установка для перегонки увеличивает капитальные затраты $50,000-$200,000 в зависимости от мощности, но может увеличить эффективную цену реализации нефтяной фракции на 30-60% на рынках, где предпочтение отдается продуктам нефтепереработки.

Восстановленный технический углерод (rCB)

Остаток сажи от пиролиза шин, называемый рекуперированной сажей (rCB), содержит исходный сажный наполнитель из смеси шин, а также золу из неорганических шин. добавки. Необработанный rCB продается как низкосортный заменитель чистого технического углерода N330 или N550 технического углерода в некритических резиновых изделиях, обычно по цене 40-60 % цен на первичный технический углерод. После измельчения для уменьшения размера частиц и удаления золы посредством активации или воздушной классификации, RCB можно повысить до уровней производительности, близких к спецификациям ASTM N660, что открывает возможности для использования в производстве шин - значительно более крупном и более ценном рынке. Мировой рынок вторичного технического углерода оценивается примерно $380 миллионов в 2022 и, по прогнозам, будет расти на 6-8 % ежегодно до 2030 согласно исследованию рынка компании Grand View Research.

Стальная проволока

Стальная бортовая проволока и ленточная сталь, полученные в результате пиролиза шин, продаются торговцам стальным ломом или напрямую сталелитейным заводам. Обычно она содержит остаточный уголь на поверхности, но в остальном представляет собой чистую проволоку из высокоуглеродистой стали, стоимость лома которой на большинстве рынков составляет примерно $150-$250 на тонну . Хотя это и не является основным источником дохода, это стабильный и не требующий больших усилий поток дохода.

Горючий пиролизный газ

Неконденсирующийся газ, состоящий в основном из метана, водорода, этилена и пропана, имеет теплотворную способность примерно 35-45 МДж/м³ - сравнимую с природным газом. Вместо того, чтобы продавать этот газ (для чего требуется инфраструктура газовой сети), практически все современные заводы по пиролизу шин рециркулируют его в качестве топлива для нагрева реактора, что значительно снижает внешние затраты на электроэнергию.

Мощность установки и капитальные затраты: выбор правильного масштаба

Установки пиролиза шин коммерчески доступны по всему миру широкий диапазон мощностей. Правильный масштаб зависит от местных поставок шин, доступного капитала и целевых рынков для продукции. Недостаточные размеры завода по сравнению с имеющимися запасами шин приводят к потере преимущества в сырье; превышение размеров рискует хронической недозагрузкой, которая разрушает экономику единицы.

Эти цифры предполагают поставку «под ключ» от известных производителей. Заводы с системами полной очистки выбросов, установками для дистилляции и линиями очистки сажи будут находиться в верхней части этих диапазонов. К недорогим предложениям, которые не включают очистку дымовых газов, автоматизированные системы управления или надлежащую сертификацию сосудов под давлением, следует относиться с осторожностью. - скрытые затраты на модернизацию в соответствии с нормативными требованиями или инциденты, связанные с безопасностью, намного превышают первоначальную экономию.

Нормативные и экологические требования к установкам пиролиза шин

Пиролиз шин классифицируется как операция по переработке отходов и термохимической обработке в большинстве юрисдикций, что делает его предметом экологических разрешений, ограничений на выбросы в атмосферу и правил обращения с опасными отходами. Нормативно-правовая база значительно различается в зависимости от страны и региона, но эти требования достаточно универсальны, чтобы их можно было учесть.

• Разрешения на выбросы в атмосферу - дымовые газы из системы нагрева реактора должны соответствовать местным ограничениям на содержание твердых частиц, SO₂, NOₓ, а в некоторых юрисдикциях - диоксинов/фуранов. В ЕС заводы по пиролизу шин, перерабатывающие более 3 тонн в час, подпадают под действие Директивы о промышленных выбросах (IED) с требованиями соответствия наилучшим доступным технологиям (BAT).
• Лицензирование приема и хранения отходов - импорт и хранение отработанных шин в большинстве стран требуются лицензии на перевозчиков отходов и объекты; в некоторых юрисдикциях шины классифицируются как опасные отходы при хранении в количествах, превышающих определенные пороговые значения из-за риска возгорания.
• Сертификация сосудов под давлением - реакторы, работающие при повышенных температурах и производящие горючие газы, подпадают под действие директив по оборудованию под давлением (PED в ЕС, ASME в Северной Америке), требующих проверки и сертификации третьей стороной перед вводом в эксплуатацию.
• Классификация продукции ТПО - на некоторых рынках пиролизное масло классифицируется как топливо, полученное из отходов, и для продажи требуется специальное разрешение конечного пользователя. В других странах его можно продавать как топливный продукт, если он соответствует определенным спецификациям. Эта классификация существенно влияет на товарность и должна быть подтверждена перед вводом установки в эксплуатацию.
• Сбор за сырье - в странах, где действуют схемы расширенной ответственности производителя (EPR) в отношении отработанных шин, операторы пиролиза могут иметь право на получение чаевых в размере $20-$80 за тонну принятых шин, что существенно улучшает экономику проекта. В ЕС, Великобритании и Северной Америке эти схемы хорошо зарекомендовали себя; на развивающихся рынках их все чаще вводят.

Ключевые факторы, которые отличают прибыльные заводы от неэффективных

В отрасли пиролиза шин имеется значительное количество заводов, работающих ниже своего экономического потенциала, и меньшее количество предприятий, приносящих высокую прибыль. Различия последовательны и поучительны.

Надежные поставки сырья

Заводы, которые работают с высокими коэффициентами использования, почти всегда заключают официальные соглашения с розничными продавцами шин, предприятиями по разборке автомобилей, муниципальными схемами сбора или администраторами программ EPR перед вводом в эксплуатацию. Работа при 60% мощности по сравнению с 90% мощности может быть разницей между маржинальной и высокорентабельной операцией когда фиксированные затраты (амортизация, рабочая сила, разрешения) распределяются на большее количество перерабатываемых тонн.

Развитие рынка продукции перед запуском

Операторы, которые относятся к маркетингу продукции как к второстепенной мысли, постоянно сталкиваются с накоплением запасов нефти, затратами на утилизацию технического углерода или вынужденными продажами. по проблемным ценам. Наиболее успешными операциями являются соглашения о поставках ТПО с промышленными потребителями топлива и соглашения о поставке технического углерода с производителями резиновых смесей, подписанные до того, как завод начнет производство.

Инвестиции в модернизацию технического углерода

Необработанный риббон, продаваемый в качестве низкосортного наполнителя, составляет лишь часть стоимости, заключенной в этом потоке продукции. Заводы, которые добавят мельницу для измельчения технического углерода, гранулятор и возможности для проверки качества, смогут получить доступ к производителям резиновых и пластмассовых компаундов, готовым платить 2-4× цена сырого RCB за материал, соответствующий спецификациям по размеру и структуре частиц.

Непрерывный или периодический процесс Эксплуатация

При производительности выше 20 тонн в день конструкции вращающихся печей непрерывного действия имеют убедительное преимущество в эксплуатационных затратах по сравнению с системами периодического действия. Устранение цикла охлаждения и перезагрузки снижает потребление энергии на тонну 15-25%, снижает трудозатраты и обеспечивает более стабильное качество продукции - и все это существенно возрастает в течение всего года работы.

Соблюдение требований по выбросам с первого дня

Регулирующие органы на большинстве рынков усиливают надзор за операциями по переработке отходов в энергию и пиролизу. Заводы, которым было разрешено в соответствии с ранними мягкими рамками, все чаще должны модернизировать средства контроля выбросов. Встраивание полной системы очистки выбросов в первоначальный проект завода обходится гораздо дешевле, чем ее модернизация под давлением правоохранительных органов - и это устраняет сбои в работе и репутационный ущерб, который создают регулирующие действия.