Incinerarea si reciclarea deseurilor de cauciuc

Nitescu Valentin Dragomir Paul Nicu Paraschiv George Cristian Ivanof Florin Stan Mirela (autori)

Cauciucul este un produs sintetic, sau natural, atestat istoric inca din anul 1525 in zona Mexicului de azi.Inustria cauciucului a cunoscut o explozie dupa ce Charles Goodyear descopera procedeul de vulcanizare cu sulf.Astazi cauciucul a devenit parte integranta din viata noastra fiind folosit in peste 100.000 de articole de la cauciucuri auto pana la echipamente de protectie. 3.5% 4.3% 66.6% 1.0% 3.6% 0.7% 2.6% 1.2% 13.3% Tabelul 1 Procentul utilizarii cauciucului in industrieLipici Furtune si tevi Centuri de transmisie Roti Tuburi Amestecuri Talpi de pantofi Profile Garnituri Diverse produse 3.2%

Cauciucul natural se extrage din sucul lptos al unor arbori tropicali de genul Hevea brasiliensis, Din punct de vedere chimic, cauciucul natural este o hidrocarbur macromolecular, cu formula brut (C5H8)n, unde n variaz ntre 1000 si 5000. Moleculele cauciucului sunt formate din catene lungi ce au ca si component structural de baz izoprenul: CH3 | | CH3

-CH2-C=CH-CH2-CH2-C=CH-CH2-

Reciclarea cauciucului.Cauciucul uzat ,ca deseu este un produs greu biodegradabil el ajungand in starea elementara intr-o perioade de aprox. 100 de ani de le depozitarea sa in gropile de gunoi dedicate acestui scop.Existe mai multe optinuni de refolosire a cauciucului uzat,in cele ce urmeaza vom face referire mai ales la anvelopele auto, acestea avand ponderea cea mai mare din productia totala de cauciuc. -Utilizarea anvelopelor ca suport pentru recifele marine artificiale.aceata optiune presupune costuri ridicate comparativ cu volumul de anvelope reciclate. -Folosirea ca liant pentru mixturile asfaltice.In amestec cu anumiti linati cauciucul poate fi folosit ca mixtura asfaltica. -Utilizarea procesului de piroliza.In urma procesului de piroliza se pot obtine cambustbili derivati din cauciuc,insa pretul acestora depinde foarte mult de pretul petrolului -Depozitarea sub apa.Exista posibilitatea depozitarii deseurilor de cauciuc in iazuri tehnologice.Aceasta metoda nu se poate aplica insa in toate locatiile. -Incinerarea in cuptoare de ciment, la temperaturi inalte

-Incinerarea deseurilor de cauciuc in centrale termice stand-alone.

Posibilitati si optiuni de incinerare a cauciuculuiDatorita potentialului caloric ridicat al cauciucul (in special cel utilizat pentru anvelope in industria auto) dar si datorita pretului relative redus/ tona,acesta utilizari mai ales in industria producatoare de energie electrica,pentru obtinerea de combustibil derivat din cauciuc sau incinerare in cuptoare pentru producerea cimentului.

Fig.1 Potentialul caloric al cauciucului comparativ cu lemnul si carbunele( 1Btu=1Kj/livra) Principalele noxe care pot aparea in urma incinerarii cauciucului sunt: NOX,SOX,CO,HCl; Conform EPA ( agentia pentru mediu din America),incinerarea cauciucului produce aproximativ aceleasi cantitati de noxe ca majoritatea carbunilor inferiori,totodata cantitatea de metale grele(Zn,Th,Cd,Pb) in cenusa este aceeasi ca si in cazul arderii carbunilor.

Arderea cauciucului in centrale termice.

In ultimii ani o optiune la depozitarea de suprafata a anvelopelor este crearea de centrale stand alone care pot incinerarea de cauciucuri pentru obtinerea de energie curata.In general aceste centrale folosesc TDF (Tire Derived Fuel) ,cauciuc maruntit in prealabil cu pana la 96% din firele metalice indepartate.In general TDF este obtinut din prelucrarea mecanica a anvelopelor auto.In general TDF-ul poate fi amestecat cu lemn sau carbune.Aceasta tehnologie a fost dezvoltata de General Electric impreuna cu Oxford Energy in SuA in anii 80, la ora actuala fiind in functiune peste 80 de asemenea centrale.La nivelul anului 2003 din totalul de 290 milioane de cauciucuri, peste 51 de milioane de cauciucuri au fost incinerate in uzine electrice mixte, boliere si uzine care incinereaza excusiv TDF.

Fig2. Sistem de maruntire a cauciucurilor.

Fig.3 Schema de principiu a unei centrale care functioneaza pe TDF

TDF* (In masa umeda) Umiditate Cenusa 0.62% 4.78%

TDF*(in masa uscata) N/A 4.81%

Carbune(la receptie) 3.3% 22.1%

Materii volatile Carbon fixat Total

66.64% 27.96% 100%

67.06% 28.13% 100%

27.3% 47.3% 100%

Tabelul 2 analiza TDF comparata cu carbunele *TDF=Tire Derived Fuel (combustibil obtinut din cauciuc)

Elementul Umiditate Cenusa Cabon Hidrogen Azot Sulf Oxigen Total

TDF(in masa umeda) 0.62% 4.78% 83.87% 7.09% 0.24% 1.23% 2.17% 100%

TDF(in masa uscata) N/A 4.81% 84.39% 7.13% 0.24% 1.24% 2.19% 100%

Carbune(la receptie) 3.3% 22.1% 61.1% 3.00% 1.30% 0.4% 8.8%

Tabelul 3 Principalele elemente combustibile comparativ cu carbunele Se constata un continut mult mai redus de cenusa(4.78% fata de 22.1%) , dar si un continut de umiditate mult mai mic (0.62% fata de 3.3%).

Oxizi

TDF(in masa umeda)

TDF(in masa uscata)

Zinc Calciu Fier Clor Crom Flor Cadmium Plumb

1.52% 0.378% 0.321% 0.149% 0.0097% 0.0010% 0.0006% 0.0065%

1.53% 0.380% 0.323% 0.150% 0.0098% 0.0010% 0.0006% 0.0065%

Tabelul 4.Principalele elemente cu impact asupra mediului

TDF(valoare medie kJ/kg ) Putere calorica maxima Puterea calorica medie Tabelul 5 Puterea calorica 37.998 36.053

Carbune(valoare medie kJ/Kg) 35380 33910

In cazul puterii calorice se observa un usor avantaj al TDF in fata carbunelui superior,un alt argument in favoarea combustibilui derivat din anvelope este pretul relativ scazut in comparatie cu carbunele.

Analiza reziduurilor ramase dupa incinerare

Ca orice tehnologie de incinerare si reciclare a unor materii organice si aceasta metoda are produse secundare care contin anumite urme de metale grele si alte elemente care nu se evacueaza la cos ele ramanad in cenusa.In tabelul 6 sunt reprezentate valorile medii ,acestea sunt in conditiile in care centrala respectiva incinereaza in proportie de 100% TDF si nu in tandem cu carbune,lemn sau alt combustibil fosil.De asemenea au fost introduse pentru comparatie si niste valori medii pentru carbune,insa acestea nu au o acuratete de 100% ,fiind valori medii.

Compus

TDF(medie) % per/kg cenusa

Carbune(medie)mg/K g cenusa

Aluminiu Arsenic Cadmiu Crom Cupru Fier Plumb Magneziu Mangan Nichel Potasiu Siliciu Sodiu Zinc Staniu Sulf

0.206% 0.001% 0.001% 0.523% 0.288% 96.217% 0.001% 0.058% 0.416% 0.167% 0.012% 0.293% 0.776% 0.106% 0.006% 0.764% 5 0.2 10.8 35 7800 10 2480 72.4 40 70 2 30 65 0.56 40

Tabelul 6 principalele elemente prezente in cenusa rezultata in urma arderiiCompozitia paticulelor fine de cenusa in gazele rezultate in urma incinerarii

Asa cum se poate constata din tabelul 7 printre elementele continute de cenusa fina prezenta in gazele de ardere un procent important il reprezinta zincul(peste 51%),de aceea exista sisteme de separare si recuperare a cenusii zburatoare, acestea fiind obligatorii in UE la toate agregatele termice care incinereaza carbune sau alte materii combustibile. Element** Zinc Plumb Fier Crom Cupru Nichel Arseniu Aluminiu Magneziu Sodiu Porasiu Dioxid de magneziu Staniu Siliciu Cadmiu Carbon Total Continut(procent din total) 51.48% 0.22% 6.33% 0.03% 0.55% 0.03% 0.02% 0.76% 0.50% 0.01% 0.01% 0.36% 0.03% 6.85% 0.05% 32.20% 99.43%

Tabelul 7 Continutul cenusii evacuate la cos ** Aceste valori sunt pentru un agregat care ar arde 100% TDF

Cuptorul de cimentLa fabricarea cimentului de tip Portland urmatoarele componente sunt esentiale:carbonat de calciu,argila(alumina),siliciu si fier( aproape orice tip de fier).Aceste materiale sunt incalzite si amestecate intr-un cuptor rotativ special de forma rotunda la o temperatura cuprinsa intre 1450-1510C.La aceasta

temperatura apare trisilicatul de calciu principalul compus al cimentului Portland.Pentru obtinerea temperaturii optime in cuptor este necesara o temperatura a flacarii de peste 1900C. Aceste cuptoare sunt usor inclinate cu 510cm/metru gradul de inclinatie fiind mai accentuat la capatul unde se face golirea.Combinatia de una pana la 3rot/minut si gradul de inclinatie duc la o omogenizare eficienta a materiilor prime dar si deplasarea clincherului. In figura 4 avem schema unu cuptor rotativ cu sistem de preincalzire

Figura 4 Schema de principiu a unui cuptor cu preincalzire si precalcinare

In partea superioara a agregatului se afla o serie de preincalzitoare care aduc treptat materiile prime la temperatura de lucru.Inainte de a fi introduse in cuptor materiile prime trec printr-un precalcinator,ductul de aer asigurand o racire mai eficienta a clincherului.

Avantajele utilizarii cauciucului intr-un cuptor la producerea cimentului Portland Caucicul se poate utiliza ca,combustibil secundar la partea superioara a cuptorului,la tipurile mai recente de cuptor cu precalcinator separat, fie in sectiunea mediana la modelele mai vechi.Fie ca folosesc sisteme de alimentare cu anvelope intregi,fie ca se folosesc bucati de cauciuc fara componentele metalice inlaturate dat prin shreder si indiferent de modelul cuptorului rezultatele au fost mai bune fata de cuptoarele care utilizeaza numai carbune sau gaz metan ,totodata reducandu-se si costul de productie dar si calitatea cimentului obtinut fiind la fel de buna sau mai buna decat utilizand carbune si pacura.Nu se cunosc cazuri in care sa se constate acumulari de reziduu de cauciuc sau metal in sistemul de racire al clincherului,acesta avand o structura cristalina mult mai fina,avand graunti cristalini mai bine definiti.Procentul de utilizare al cauciucului este cuprins intre 11.5% si 34% din totalul combustibilului utilizat.

Fig 5 Fotografie termica a unui cuptor de ciment

Noxe si emisii De la introducerea in uz a practicii de a folosi cauciuc si in special anvelope auto in cuptoarele de ciment din anul 1992 au fost facute cateva teste care au aratat o scadere semnificativa a emisiilor,utilizarea cauciucului in industria cimentului ar putea fi obligatoriu daca cei in cauza vor vrea sa implineasca reglementarile standardului MACT(maximum achievable control technology) dezvoltat de Agentia Americana de Mediu(EPA) care reglementeaza pragurile maxime de emisie pentru 188 de poluanti atmosferici.Exista 4 nivele de reglementare a emisiilor.In tabelul 8 sunt date emisiile admisibile pentru compusii organici volatili,la nivelul 4 si la nivelul 1.

Compus Clorura de metilen Benzen Toluen Etilbenzen Stiren Xilen Metil-Stiren Etil-Toluen Pentadiena Butadiena Etilmetilbenzen

Nivelul 1(livre***/ora) 0.005 3.822 3.307 0.421 0.433 1.831 N.D N.D 0.746 N.D N.D

Nivelul 4(livre***/ora) 0.055 3.261 4.497 0.577 0.765 2.691 0.007 0.938 0.427 N.D N.D

Tabelul 8 Valori limita pentru Nivelul 1 si 4 ale standardului MACT N.D-Nedeterminat *** 1 livra ~0.45Kg 2,2 livre =1kg Concluzii Datorita noilor tehnologii verzi si alternativei la combustibilii fosili( carbune,petrol),combustibilul obtinut din cauciuc(TDF) ar putea fi o alternativa viabila si de perspectiva in viitorul apropiat nu numai in Sua dar si in Blocul Comunitar European unde solutiile de depozitare sunt destul de limitate( depozitare de suprafata care este costisitoare),nu numia pentru obtinerea de electricitate dar si in industria cimentului.

Bibliografie Environmental News, EPA PPRPOSES MOST-PROTECTIVE STANDARDS FOR AIR EMISSIONS FROM HAZARDOUS WASTE INCINERATORS AND CEMENT KILNS, United States Environmental Protection Agency, March 20, 1996 Control Technology Center, Burning Tires for Fuel and Tire Pyrolysis: Air Implications; EPA-45013-91024, United States Environmental Protection Agency, Research Triangle Park, N.C.; December 1991; pp. 4-36. THE USE OF SCRAP TIRES IN CEMENT ROTARY KILNS SCRAP TIRE MANAGEMENT COUNCIL 1992 WASTE TIRE UTILIZATION- Dr. RobM L. Hormhoy, Evdynn j.Hamy 1987