Высококачественный углеродный сорбент продукт переработки автомобильных шин

УДК 691.002.8:678.4

ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЙ УГЛЕРОДНЫЙ СОРБЕНТ - ПРОДУКТ ПЕРЕРАБОТКИ АВТОМОБИЛЬНЫХ

ШИН

Ю.А. Новичков, В.А. Хазипов, Т.В. Петренко, аспиранты, Донбасская национальная академия строительства и архитектуры

Аннотация. Рассмотрена и обоснована возможность использования твердого углеродистого остатка от пиролиза автомобильных шин в качестве высококачественного адсорбента.

Ключевые слова: углеадсорбционный метод, эпихлоргидрин, адсорбционно-рекуперационный метод, хлорорганические соединения.

Введение

Одним из перспективных методов утилизации отработанных автомобильных шин является их пиролиз, при котором образуется три вида продуктов: газовая смесь, жидкая фракция и твердый углеродистый остаток [1,2]. Если первые два продукта могут найти широкое применение в качестве газообразного и жидкого топлива, то поиск путей использования углеродистого остатка требует дополнительных углубленных исследований. При активации его паровоздушной смесью удается получить активированный уголь, потребность в котором очень высока во многих отраслях промышленности и, в частности, при решении экологических задач по охране атмосферного воздуха от выбросов полимерной химии.

Анализ публикаций

Важной проблемой по охране воздушного бассейна при производстве мономеров, олигомеров и полимерных материалов является эффективная очистка воздуха от органических и хлорорганиче-ских соединений. Решение этой задачи особенно актуально для производства эпоксидных смол, газовые выбросы которого содержат большое количество хлорорганических веществ, в частности, эпихлоргидрина (ЭХГ). Эпихлоргидрин является ценным и дефицитным химическим сырьем, которое используется в производстве глицерина, эпоксидных смол, эпихлоргидриновых кау-чуков, в связи с чем его рекуперация - важная народнохозяйственная проблема.

Цель и постановка задачи

Целью работы является оценка возможности переработки автомобильных шин в высококачественный углеродный сорбент.

Характеристика процесса переработки и изучение процессов адсорбции

В мировой практике для очистки газовых выбросов от больших количеств эпихлоргидрина используют метод сжигания на катализаторах, однако получающийся при этом хлористый водород отравляет катализатор, уменьшает срок его службы [3]. Зарубежный и отечественный опыт показывают, что наиболее оптимальным для очистки газовых выбросов от хлорорганических веществ, представляющих наиболее трудные объекты для обезвреживания, является углеадсорбционный метод. Однако в случае эпихлоргидрина применение этого метода стало возможным лишь после проведения специальных исследований, результатом которых стал адсорбционно-рекуперацион-ный метод, в качестве адсорбента в котором был использован уголь марки АР-Б [4]. Выбор адсорбента в этом случае был продиктован его высокой адсорбционной способностью по сравнению с другими марками углей. В то же время обострение ситуации со всеми видами твердых топлив ставит на повестку дня поиск вторичного сырья, перспективного с точки зрения производства активных углей. Таким сырьем вполне может стать активированный твердый углеродный остаток пиролиза отработанных резиновых шин, который при исследовании его качества показал хорошие результаты, представленные в табл. 1.

Приведенные данные позволяют предположить, что полученный активный углеродистый сорбент из вторичного сырья может с успехом заменить традиционный. Для этого нами был проведен эксперимент по очистке паровоздушной смеси, содержащей ЭХГ. Процесс очистки был смоделирован на установке с длиной слоя углеродного сорбента 10; 25; и 40 см (рис. 1).

Таблица 1 Сравнительные адсорбционные характеристики разных марок активных углей

Сорбенты Общий объем пор, см3/г Удельная поверхность, м2/г

Антрацит активированный 0,46 486

Полукокс бурого угля 0,09 112

ДАВ (древесный активированный уголь) 0,38 586

БАУ (древесный активированный уголь) 0,43 651

Активированный уголь АР-Б 0,77 903

Активированный уголь углеродного остатка пиролиза шин 0,76 882

Рис. 1. Схема лабораторной установки по изучению адсорбции: 1 - клапан дозировочный; 2 - ловушка; 3 - дозирующая воронка; 4 - барабанная печь; 5 - колонка адсорбционная; 6 - смеси-тель;7 - газовый счетчик; 8 - термометр

Рис. 2. Входные кривые ЭХГ на угле АРБ с разной высотой слоя: 1, 2, 3 - слои угля толщиной 10 см, 25 см и 40 см соответственно

Концентрацию ЭХГ в воздухе поддерживали 9,6 мг/см3, что соответствует относительной упругости пара (Р/Р8) 0,08 для температуры 25°С.

Равновесная активность угля для этой концентрации составила 29,7%. Длина работающего слоя при скорости подачи паровоздушной смеси 0,28 м/с равна 3 см.

Скорость перемещения фронта концентрации по слою 0,99 см/мин. Водородный показатель водной вытяжки исходного образца угля составил 8,2. При заполнении 0,44 % адсорбционного объема угля, что соответствует адсорбции 0,05 ммоль/г, теплота адсорбции составила 12,2 ккал/моль.

С ростом заполнения изотерические кривые теплоты адсорбции убывают и становятся равными теплоте конденсации ЭХГ - 9,76 ккал/моль в интервале температур 25-100°С. Результаты эксперимента представлены на рис. 2.

Выводы

Полученные результаты позволяют считать, что эффективность метода с применением в качестве сорбента активного углеродистого остатка пиролиза шин чрезвычайно высока, как и в случае с применением альтернативного сорбента - угля марки АР-Б. Это делает углеродистый остаток перспективным адсорбентом в процессе очистки газовых выбросов предприятий полимерной химии от хлорорганических соединений, в частно-

сти, от одного из наиболее токсичных - эпихлор-гидрина.

Литература

1. Новичков Ю.А., Петренко Т.В., Братчун В.И.

Исследование процесса бескислородного пиролиза изношенных автомобильных шин // Вестник ХНАДУ / Сб. научн. тр. -Вып. 29. - Харьков, 2005. - С. 68 -70.

2. Новiчков Ю.О., Петренко Т.В., Братчун В.1.,

Сукманов В.О. Одержання активованого ву-гшля з вуглецевого залишку тсля пролiзу вщпрацьованих гумових шин // Вюник До-нецького державного ушверситету економь ки i торгiвлi iм. М. Туган-Барановського. Науковий журнал. - Донецьк. - 2005. -№1(25). - С. 101-105.

3. А.С. 592436 (СССР), МКИ ВО1 J8/02. Способ

очистки газовоздушной смеси // О.П. Бабу-рова, Т.А. Кружкова, Г.Г. Лукьянова (СССР) -№2304707; Заявлено 29.12.75; Опубл. 24.01.78, Бюл. №6, Открытия. Изобретения. - 1978. - №6. - С.16.

4. Кафаров В.В., Перов В.Л., Иванов В.А. и др.

Выбор оптимальной технологической схемы процесса улавливания винилхлорида в производстве поливинилхлорида // Хим. промышленность. - 1974. - №7. - С.493.

Рецензент: Э.Б. Хоботова, профессор, д.х.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 8 сентября 2006 г.