MÛANYAG- ÉS GUMIHULLADÉKOK 5.2 Gumiabroncs-hulladékok alacsony hőmérsékletű pirolízise Tárgyszavak: gumiabroncs-hulladék pirolízis; technológiai paraméterek. A természetes nyersanyagforrások kimerülése, áruk emelkedése, valamint a környezeti problémák napjainkban előtérbe helyezik a gumiabroncshulladékok hasznosításának megoldását, amelyek fontos másodlagos nyersanyagforrások lehetnek. A gumiabroncs-hulladékok hasznosításának problémája az iparilag fejlett országokban közismert, a megoldására intenzív kutató fejlesztő munka folyik többek között Észtországban és a balti államokban is. Ha már nincs lehetőség a további hasznosításukra, az abroncsokat kidobják a városok és a gyárterületek szomszédságába, szennyezve ezáltal a környezetet. Észtországban évente 15 E t gumiabroncs-hulladékot dobnak ki, és ez a mennyiség nem kisebb Lettországban és Litvániában sem. Észtországban a palaolaj termikus feldolgozása során szerzett hosszú távú tapasztalatok jó lehetőséget biztosítanak a pirolízistechnológia gumiabroncs-hulladékok esetében történő alkalmazására is. A Tallini Műszaki Egyetem Olajpala Intézetében végzett laboratóriumi vizsgálatok szerint a gumiabroncs-hulladékok retortában történő kezelése során 50%-ban alacsony kéntartalmú olaj, valamint magas 25 29 MJ/kg fűtőértékű koksz keletkezett. Ez arra utal, hogy a gumiabroncs-hulladékok nyersanyagként hulladékmentesen feldolgozhatók, a keletkező koksz magas fűtőértékű tüzelőanyagként hasznosítható. A másodlagos nyersanyag hasznosítása javítja a gazdaságossági mérleget, a gumiabroncs-hulladékok teljes hasznosítása nemcsak megoldja az okozott környezeti problémákat, hanem új, áramtermeléshez használható alapanyagforrást is teremt. Az olajpala folyamatosan növekvő ára miatt a belőle előállított folyékony termékek (pl. palaolaj) nem versenyezhetnek az ásványolajtermékekkel, ezért az észt, olajpalát feldolgozó vállalatoknak alternatív nyersanyagokat kell keresniük, amire a gumiabroncs-hulladékok megfelelő megoldást jelenthetnek. Vizsgálni kellett azonban, hogyan viselkednek a gumiabroncs-részecskék a függőleges retortában a pirolízis során, el lehet-e kerülni a gumirészecskék kiülepedését és a koromképződést, illetve a gumiabroncsok feldolgozhatók-e
önmagukban, vagy csak palaolajjal összekeverve? Meg kellett találni továbbá a technikai lehetőségét a gumiabroncs-hulladékok 60 80 mm-es darabokra történő aprításának. A megoldás érdekében az intézetben kísérleteket végeztek gumiabroncsrészecskékkel egy 1995-ben kifejlesztett, 6-700 kg pala/nap kapacitású retortában. A retorta telepítését az EU Joule-Peco programja támogatta. A vizsgálatokat az intézet és a Viru Ölitööstus GGS-4 üzemének munkatársai hajtották végre. A vizsgálatokhoz 4 t gumiabroncs-hulladékot daraboltak fel 60 80 mm-es darabokra. Az abroncsokban levő fémszálat nem távolították el. Az Európából származó gumiabroncs-hulladékot szilárd hőhordozót tartalmazó SHC-3000 berendezésben dolgozzák fel a narvai erőműben. A szilárd hőhordozóhoz finomra őrölt alapanyagot adagolnak. A gumiabroncs-hulladékot 1:9 vagy 2:8 arányban olajpalával keverik össze. A keletkező olaj palaolaj és a gumiból keletkező olaj keveréke. A fémszálat tartalmazó abroncs az SCH-3000 berendezésben nem dolgozható fel. A kapott eredmények ismertetése és értékelése A vizsgálatok során felhasznált gumiabroncs 90,6% szerves anyagot tartalmaz. A Fischer-eljárással meghatározott olajkitermelés 55,6% volt. A gumiabroncs fűtőértéke 36,38 MJ/kg. A retorta égőjében a GGS-5 berendezésben keletkezett, állandó összetételű gázt használták fel. A vizsgálatok első szakaszában (1998. október 13 14.) a kokszot a kísérletek végén vízzel töltött extraktoron vezették át. A kokszelvezetést abba kellett hagyni, mert finomkoksz úszott a víz felszínén, amit nem lehetett elvezetni, ezért a koksz elvezetését át kellett alakítani. Víz maradt az extraktor alján. Az extraktorelemek túlhevülésének elkerülése érdekében gőzt tápláltak a rendszerbe. A vizsgálatok második szakaszában (1998. október 26 28.) a betáplálás sebessége 656 kg/nap volt, szemben az első vizsgálatsorozatban alkalmazott 1087 kg/nap értékkel. 1087 kg/nap esetén 35,9% olaj keletkezett, és el nem reagált gumirészecskék távoztak az extraktorból. A kisebb betáplálási sebesség esetén az olaj kitermelése 45,9%-ra nőtt, és a betáplált gumi teljes menynyisége átalakult. Ennek oka, hogy az 1087 kg/nap betáplálási sebesség feltehetően túl nagy volt az optimális olajkitermelés eléréséhez. A második vizsgálatsorozatban a gázfázisú hőhordozó oxigéntartalma 1,7% volt, jelezve, hogy a levegő hasznosítása az égőben jó hatásfokú volt. Ez lehetett az oka annak, hogy nem került sor intenzív koromképződésre (ezt az eredményt támasztotta alá a gumiolaj kis (0,24%) adalékanyag-tartalma). 1998. október 28-án aktív szénen történő adszorpcióval meghatározták a retortagáz benzintartalmát. 300 dm 3 gázból 4,6 g/m 3 benzin vált le az aktív szénen. A második vizsgálatsorozatban keletkezett koksz fűtőértéke magas
(24,83 MJ/kg) volt, ami kedvező a gumiabroncs-hulladékok hulladékmentes pirolízistechnológiájának kidolgozásához. Az anyag a retortában jelentős mértékben lebomlott. A keletkezett gáz fűtőértéke a nagy (600 800 m 3 /t) fajlagos levegőfelhasználás következtében kicsi (1,45 1,65 MJ/m 3 ) volt, amit elsősorban a mellékégető kamrából a környezetbe kerülő nagy hőveszteség okozott. A gáz égéshője 3 4-szer volt nagyobb az ipari léptékű feldolgozás során. A keletkezett kátrányos víz mennyisége 50 57 dm 3 /t, ph-ja 4,0 5,5 volt. A gumiabroncs-hulladékok pirolízisének hőmérlege az 1. táblázatban, anyagmérlege a 2. táblázatban látható. 1. táblázat A gumiabroncs-hulladékok kísérleti retortában történő vizsgálatának hőmérlege Betáplálás MJ/kg kcal/kg % Gumiabroncs-hulladék 36,00 8600 89,5 GGS-5 termék gáz 1,154 m 3 /kg 2,51 MJ/kg A GGS-5 gáz benzintartalma 1,154m 3 /kg 0,025 kg/m 3 46,05 MJ/kg Termékek Olaj * 0,459 kg/kg 43,04 MJ/kg Retortagáz* 1,332 m 3 /kg 1,55 MJ/kg Benzin a retortagázban 1,332 m 3 /kg 0,046 kg/m 3 43,54 MJ/kg Koksz (acélhulladék kivételével) 0,340 kg/kg 24,83 MJ/kg Folyamathő és hőveszteségek (a vizsgálatok pontossága) 2,90 692 7,2 1,33 317 3,3 Összesen 40,23 9609 100,0 19,75 4718 49,1 2,06 493 5,1 0,27 64 0,7 8,44 2016 21,0 9,71 2318 24,1 Összesen 40,23 9609 100,0 * a hasznos termékek kémiai hőtartalma 30,52 7291 75,9
2. táblázat A gumiabroncs-hulladékok kísérleti retortában történő vizsgálatának anyagmérlege kg % Betáplálás Gumiabroncs-hulladék 1,000 39,18 GGS-5 termék gáz 1,523 59,68 1,154 m 3 /kg 1,32 MJ/kg A GGS-5 gáz benzintartalma 1,154m 3 /kg 0,025 kg/m 3 0,029 1,14 Összesen 2,552 100,0 Termékek Olaj 0,459 17,99 Retortagáz 1,638 64,18 1,332 m 3 /kg 1,23 kg/m 3 Benzin 0,006 0,23 1,332 m 3 /kg 0,046 kg/m 3 Koksz (acélhulladékkal) 0,447 17,52 Hiba, illetve mérési pontatlanság 0,002 0,08 Összesen 2,552 100,0 A kísérleti retortából a második vizsgálatsorozatban száraz koksz távozott. A keletkezett olaj mennyisége 46% volt (83%-a a Fischer-eljárással meghatározott olajkitermelésnek). Az olaj paraffin jellegű volt (dermedéspont + 12 C). Kaloriméter-bombában meghatározott fűtőértéke 43 MJ/kg, kéntartalma 1,0 1,1%, a 200 C alatti forráspontú könnyűfrakció mennyisége 2 3 %(V/V) volt, amelyben 28 mg/kg benzo(a)pirént mutattak ki. A kokszkitermelés (acélhuzalok nélkül) 340 kg/t volt. A koksz 24% acélhulladékot tartalmazott. A teljes kokszkitermelés (acélhuzallal) 447 kg/t volt. Szemcseszerkezete az alábbiak szerint alakult (%(V/V)): <0,2 mm = 15,72, 0,1 1,25 mm = 40,99, 1,25 6,3 mm = 35,52, >6,3 mm = 7,77. A koksz fűtőértéke 24 MJ/kg, illékonyanyag-tartalma 4,8 5,7% (a kiindulási anyag 60%-a), összkéntartalma 2,4 2,7% volt. Az 1,3 µg/kg benzo(a)pirén tartalma nem haladja meg a természetes háttér értéket. Mennyisége az olajpalából keletkező kokszban 20 80 µg/kg.
A gumiabroncs-hulladékok retortában hulladék keletkezése nélkül feldolgozhatók. A kapott eredmények jó alapul szolgálnak a gumiabroncs-hulladékok ipari léptékű feldolgozásához. A retortát azonban úgy kell kialakítani, hogy lehetővé váljon a keletkező koksz száraz elvezetése. (Regősné Knoska Judit) Joonas, R.; Yefimov, V.: Low-temperature processing of waste tyres in experimental retort. = Oil Shale, 17. k. 4. sz. 2001. p. 351 358. Chen, J. H.; Chen, K. s. stb.: On the pyrolysis kinetics of scrap automotive tires. = Journal of Hazardous Materials, 84. k. 1. sz. 2010. jún. p. 43 55.