ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЙ УГЛЕРОДНЫЙ СОРБЕНТ – ПРОДУКТ

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,
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 хлорорганических 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 каучуков, 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.
адсорбционно-
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-рекуперационный 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
Общий объем
пор, см3/г
Антрацит активированный
0,46
Полукокс бурого угля
0,09
ДАВ (древесный активированный уголь)
0,38
БАУ (древесный активированный уголь)
0,43
Активированный уголь АР-Б
0,77
Активированный уголь углеродного остатка пиролиза шин
0,76
Сорбенты
Удельная
поверхность, м2/г
486
112
586
651
903
882
3
8
1
4
6
5
2
7
Воздух
Массовая концентрация, мг/ л
Рис. 1. Схема лабораторной установки по изучению адсорбции: 1 – клапан дозировочный;
2 – ловушка; 3 – дозирующая воронка; 4 – барабанная печь; 5 – колонка адсорбционная; 6 – смеситель;7 – газовый счетчик; 8 – термометр
10
9
8
1
2
3
7
6
5
4
3
2
1
60
120
180
240
300
360
Время, мин
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/Рs) 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 – эпихлоргидрина.
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. Новічков Ю.О., Петренко Т.В., Братчун В.І.,
Сукманов В.О. Одержання активованого вугілля з вуглецевого залишку після пролізу
відпрацьованих гумових шин // Вісник Донецького державного університету економіки і торгівлі ім. 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. Бабурова, 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.