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.

Lipici 3.2%Furtune si tevi 3.5%Centuri de transmisie 4.3%Roti 66.6%Tuburi 1.0%Amestecuri 3.6%Talpi de pantofi 0.7%Profile 2.6%Garnituri 1.2%Diverse produse 13.3%

Tabelul 1 Procentul utilizarii cauciucului in industrie

Cauciucul natural se extrage din sucul lãptos al unor arbori tropicali de genul Hevea brasiliensis,

Din punct de vedere chimic, cauciucul natural este o hidrocarburã macromolecularã, cu formula brutã (C5H8)n, unde n variazã între 1000 si 5000. Moleculele cauciucului sunt formate din catene lungi ce au ca si component structural de bazã 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 cauciucului

Datorita 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) TDF*(in masa uscata) Carbune(la receptie)

Umiditate 0.62% N/A 3.3%

Cenusa 4.78% 4.81% 22.1%

Materii volatile

66.64% 67.06% 27.3%

Carbon fixat 27.96% 28.13% 47.3%

Total 100% 100% 100%

Tabelul 2 analiza TDF comparata cu carbunele

*TDF=Tire Derived Fuel (combustibil obtinut din cauciuc)

Elementul TDF(in masa umeda) TDF(in masa uscata) Carbune(la receptie)

Umiditate 0.62% N/A 3.3%

Cenusa 4.78% 4.81% 22.1%

Cabon 83.87% 84.39% 61.1%

Hidrogen 7.09% 7.13% 3.00%

Azot 0.24% 0.24% 1.30%

Sulf 1.23% 1.24% 0.4%

Oxigen 2.17% 2.19% 8.8%

Total 100% 100%

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 1.52% 1.53%

Calciu 0.378% 0.380%

Fier 0.321% 0.323%

Clor 0.149% 0.150%

Crom 0.0097% 0.0098%

Flor 0.0010% 0.0010%

Cadmium 0.0006% 0.0006%

Plumb 0.0065% 0.0065%

Tabelul 4.Principalele elemente cu impact asupra mediului

TDF(valoare medie kJ/kg ) Carbune(valoare medie kJ/Kg)

Putere calorica maxima 37.998 35380

Puterea calorica medie 36.053 33910

Tabelul 5 Puterea calorica

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/Kg cenusa

Aluminiu 0.206%

Arsenic 0.001% 5

Cadmiu 0.001% 0.2

Crom 0.523% 10.8

Cupru 0.288% 35

Fier 96.217% 7800

Plumb 0.001% 10

Magneziu 0.058% 2480

Mangan 0.416% 72.4

Nichel 0.167% 40

Potasiu 0.012% 70

Siliciu 0.293% 2

Sodiu 0.776% 30

Zinc 0.106% 65

Staniu 0.006% 0.56

Sulf 0.764% 40

Tabelul 6 principalele elemente prezente in cenusa rezultata in urma arderii

Compozitia 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** Continut(procent din total)

Zinc 51.48%

Plumb 0.22%

Fier 6.33%

Crom 0.03%

Cupru 0.55%

Nichel 0.03%

Arseniu 0.02%

Aluminiu 0.76%

Magneziu 0.50%

Sodiu 0.01%

Porasiu 0.01%

Dioxid de magneziu 0.36%

Staniu 0.03%

Siliciu 6.85%

Cadmiu 0.05%

Carbon 32.20%

Total 99.43%

Tabelul 7 Continutul cenusii evacuate la cos

** Aceste valori sunt pentru un agregat care ar arde 100% TDF

Cuptorul de ciment

La 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 1450-1510°C.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 1900°C. Aceste cuptoare sunt usor inclinate cu 5-10cm/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 Nivelul 1(livre***/ora) Nivelul 4(livre***/ora)

Clorura de metilen 0.005 0.055

Benzen 3.822 3.261

Toluen 3.307 4.497

Etilbenzen 0.421 0.577

Stiren 0.433 0.765

Xilen 1.831 2.691

Metil-Stiren N.D 0.007

Etil-Toluen N.D 0.938

Pentadiena 0.746 0.427

Butadiena N.D N.D

Etilmetilbenzen 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 EMISSIONSFROM HAZARDOUS WASTE INCINERATORS AND CEMENT KILNS, United States EnvironmentalProtection Agency, March 20, 1996

Control Technology Center, Burning Tires for Fuel and Tire Pyrolysis: Air Implications; EPA-45013-91-024, 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 1992WASTE TIRE UTILIZATION- Dr. RobM L. Hormhoy, Evdynn j.Hamy 1987