Кинетика процесса парового пиролиза отработанных шин

Abstract

Актуальность исследования обусловлена долговременным и стабильно высоким уровнем формирования шинных отходов. Кроме того, доля перерабатываемых шин в России в настоящее время невелика в сравнении со странами c высокой экологической культурой. Существуют законодательные рекомендации по вовлечению вторичного сырья в производственный сектор. Предложен возможный способ утилизации отработанных шин путем парового пиролиза, обеспечивающий получение ценных продуктов в виде масла и углеродного остатка. В работе представлено сравнение процессов парового и бескислородного (в среде аргона) пиролиза по значениям величин формальной кинетики, которые могут найти потенциальное применение при разработке или модернизации профильного оборудования. Цель: определение энергии активации процесса разложения отработанных шин в инертной среде аргона и в среде перегретого пара. Объекты: гранулят отработанных шин крупногабаритной карьерной техники, размер фракции 2-4 мм. Методы: термогравиметрический анализ, технический анализ, метод Ozawa-Flynn-Wall, метод Friedman, метод Kissinger- Akahira-Sunose. Результаты. По данным термогравиметрического анализа были определены значения параметров процесса термического разложения. С повышением скорости нагрева независимо от типа среды наблюдались: увеличение максимальной скорости потери массы, большее количество углеродного остатка пиролиза и смещение процесса в высокотемпературную область. Применение пара в качестве инертного агента обеспечивает более интенсивный и равномерный процесс при характерных температурах ниже на 75-90 °C. С использованием изоконверсионных методов расчета (Friedman, OFW, KAS) были определены значения энергии активации разложения образца отработанных шин в среде аргона и пара. Средние значение энергии активации в среде аргона и пара составили 98,9 и 268,4 кДж/моль соответственно.

The relevance of the study is determined by the long-term and consistently high level of tire waste formation. In addition, the amount of recycled tires in Russia is currently smaller compared to countries with high environmental culture. There are statute recommendations on the involvement of secondary raw materials in the manufacturing sector. A possible method for recycling waste tires by steam pyrolysis is proposed, which provides obtaining valuable products in the form of oil and carbon residue. The paper presents a comparison of the processes of steam and oxygen-free (argon) pyrolysis in terms of the values of formal kinetics, which can be used in the development or modernization of industrial equipment. The aim of the research is to determine the activation energy of waste tire decomposition in inert argon medium and in superheated steam medium. Objects: waste tire granulate from extra-large vehicles. Methods: thermogravimetric analysis, proximate analysis, in-line gas analysis, Ozawa-Flynn-Wall method, Friedman method, Kissinger- Akahira-Sunosse method. Results. According to the data of thermogravimetric analysis, the values of the parameters of thermal decomposition were determined. With an increase in the heating rate, regardless of the type of medium, the following was observed: clear increase in the maximum mass loss rate, larger mass of the pyrolysis residue, and shift of the process to a high-temperature region. The use of steam as an inert agent provides a more intense and uniform process at a typical temperatures lower by 75-90 °C. Using isoconversional calculation methods (Friedman, OFW, KAS), the values of the activation energy for the decomposition of a waste tire sample in argon and steam mediums were determined. The average activation energies in argon and steam were 98,9 and 268,4 kJ/mol, respectively.