Промышленный периодический пиролиз шин в Дженине: подготовка без полного удаления металла, две ступени конденсации и границы топливного применения

Поясняющая схема и границы её прочтения

Здесь уже промышленный масштаб: горизонтальный барабан длиной 6 м и диаметром 2 м, по 5000 кг шин в загрузке. Но даже у описанной действующей установки по статье не получается однозначно восстановить всю обвязку. Поэтому ниже две панели: Fig. 2 связывает тяжёлый сборник с сепаратором, а текст с первой группой теплообменников. Группы 3+2 и третий газовый бак появляются только в текстовой версии. Обе панели нужны, чтобы видеть расхождение, а не принять одну из них за установленную фактическую схему.

ЛОКАЛЬНЫЙ ЧЕРНОВИК R2 · НЕ ОПУБЛИКОВАНО

I. Связи обзорного Fig. 2

На узком экране прокрутите схему по горизонтали или откройте полный SVG/PNG по ссылкам ниже.

Редактируемый SVG · Растровый просмотр

ЛОКАЛЬНЫЙ ЧЕРНОВИК R2 · НЕ ОПУБЛИКОВАНО

II. Группы и ёмкости по тексту с. 6–7

На узком экране прокрутите схему по горизонтали или откройте полный SVG/PNG по ссылкам ниже.

Редактируемый SVG · Растровый просмотр

Общие номера

1 — реактор; 2 — сепаратор; 4 — топка, использующая пирогаз; 6 — сборник тяжёлой жидкости; 7 — сборник другой жидкой фракции. Номера введены для этой новой графики, их нет в исходном Fig. 2.

Панель I: 0, 3, 5, 8, 13–15

0 — шинное сырьё; 3 — общий блок конденсации Fig. 2; 5 — отдельная камера сжигания пирогаза; 8 — объединённый выход TPO, показанный в Fig. 2; 13 — вывод стали и углеродистого остатка; 14 — TPO предыдущего цикла для пускового нагрева; 15 — воздух от вентилятора в топку. Соединение 2 → 6 оставлено именно как в Fig. 2.

Панель II: 16, 17, 18

16 — первая группа из трёх теплообменников; 17 — вторая группа из двух теплообменников; 18 — третий бак для неконденсировавшегося газа. Числа 3 × и 2 × обозначают количество, а не схему соединений внутри каждой группы. По тексту с. 7 тяжёлая жидкость 6 приходит из первой группы 16, а оставшаяся жидкость поступает во второй сборник 7.

9–12; пунктир

9 — функциональный участок внешнего нагрева реактора горячими газами между барабаном и теплоизолирующим кожухом, описанный на с. 7; 10 — десульфуризация и пылеулавливание; 11 — вытяжной вентилятор; 12 — дымовая труба. Пунктир от топки к 9 и далее к очистке обозначает тракт горячих/дымовых газов, а участок 9 → 1 с Q — только передачу теплоты через стенку. Горячие газы не показаны входящими в массу шин.

Сплошные линии

Материальные связи сырья, продуктов и топлива. Стрелки обозначают порядок прохождения/направление, но не расход, скорость или диаметр труб. Пересечения линий без узла не обозначают соединение; в панели I у пересечений с пусковым топливом и воздухом оставлены белые разрывы. Ветви газа в панели I не подписаны 90/10: эти обозначения Fig. 2 не приняты за независимо измеренный газовый баланс.

Несогласование, которое остаётся открытым

Куда именно приходил тяжёлый конденсат, источник рассказывает двумя способами. На Fig. 2 тяжёлый сборник связан с сепаратором; на с. 7 первый, более тяжёлый конденсат отнесён к первой группе теплообменников. Здесь эти версии оставлены рядом и раздельно. Исправлять рисунок по тексту или текст по рисунку оснований нет. К тому же Fig. 2 не разделяет группы 3+2 и не показывает третий газовый бак. Точная фактическая обвязка по этому материалу остаётся неустановленной.

По той же причине на схемах не появились придуманные клапаны, размеры труб, охлаждающий контур, внутреннее соединение теплообменников или устройство баков. Текст говорит о фильтрации конденсата, но не позволяет уверенно поставить фильтр в конкретную точку обвязки. В схеме это место ему не назначено.

Для проверки схемы использован отдельный репозиторный экземпляр статьи. Его SHA256 отличается от исторически зафиксированного первичного PDF. Где именно расходятся файлы, не установлено, поэтому новый экземпляр не выдан за замену того первичного файла.

Использованная информация

R. Abdallah, A. Juaidi, M. Assad, T. Salameh, F. Manzano-Agugliaro (2020). Energy Recovery from Waste Tires Using Pyrolysis: Palestine as Case of Study. Energies 13(7), 1817. DOI 10.3390/en13071817. Fig. 2, с. 6; описание, с. 6–7. Экземпляр LAPSE. SHA256 839b030facfb5e63665d280534b2f94c818d6b921730a8f5f1d25865764e9606; исторический SHA256 05fb59c1ab68570ac27066fe93453743ee0293263c15713c728d7efa63299f48 не совпадает.

© 2020 the authors. CC BY 4.0. Новые схемы ALVER по фактам и связям статьи: исходное оформление заменено, введены номера, текст и рисунок разделены, добавлено явно обозначенное функциональное выделение внешнего теплообмена. Книжные/статейные пиксели не использованы. Условия CC BY 4.0 исходного материала сохраняются; статус черновика — редакционная маркировка, не дополнительное лицензионное ограничение.

Предмет исследования

Работа описывает четыре загрузки действовавшей промышленной установки, а не лабораторный подбор максимального выхода масла. Предприятие основано в 2013 году, статья фиксирует состояние, известное авторам в 2020 году. По ней нельзя судить, работает ли установка сегодня. Обзорные примеры из таблицы 1 тоже отделяем от этих четырёх загрузок: это результаты других случаев.

Кейс интересен тем, как процесс собран в реальном масштабе: шины подготовлены лишь частично, стальной корд оставлен, барабан вращается, две жидкости собираются отдельно. Вращение в описании составляет 0,4 об/мин, но электропотребление привода не дано. Сам факт получения жидкости с высокой теплотой сгорания ещё не делает её готовым дизельным топливом. И для сравнения выходов важно помнить о металле: он входит в загрузку и материальный баланс, в отличие от опытов на очищенной резиновой крошке.

1. Подготовка и устройство процесса

С подготовкой сырья надо читать дальше общей вводной фразы. В начале §3 авторы перечисляют измельчение, мойку и сушку шин. Затем для этой установки уточняют: шины измельчены частично, удалены только небольшие боковые кольца, а стальная проволока остаётся внутри. Размер фрагментов, потери подготовки, расход воды и режим сушки именно четырёх загрузок не сообщены. Поэтому из общего описания мойки нельзя сделать подтверждённый регламент этого предприятия.

По текстовому описанию после сепаратора пары проходят две группы теплообменников: сначала три, затем два аппарата. Жидкости собираются раздельно, первый конденсат назван более тяжёлым и менее прозрачным. Авторы также описывают фильтрацию от загрязнений, включая углеродистые частицы. Неконденсирующийся газ идёт в третью ёмкость и затем используется для нагрева. Очистка дымовых газов от пыли и серосодержащих загрязнений описана отдельно (§3, с. 6–7). Это изложение прозы источника; расхождение с Fig. 2 по тяжёлому сборнику остаётся таким, как показано на двух панелях.

Раздельные баки ещё не означают ректификацию. Здесь описана ступенчатая конденсация, но нет температурных границ фракций, флегмового числа, состава отдельных потоков и их материального баланса. Поэтому свойства общей TPO из таблицы 4 нельзя раздать обоим бакам как свойства каждого конденсата. Перед анализом авторы перемешивали пробы, однако доли двух конденсатов в этой пробе не раскрыли.

2. Выходы на базе загрузки вместе со сталью

Первые три столбца взяты из таблицы 2 на с. 8, последний получен нашим пересчётом массы на 5000 кг загрузки. Сумма средних масс составляет 5000,1 кг, или 100,002%. Лишние 0,1 кг совместимы с округлением, но красивое совпадение суммы ещё не доказывает независимый измеренный баланс. Как определяли массу газа и сколько осталось неучтённых потерь, подробно не описано.

Числа после ± оставлены буквально, потому что их статистический смысл не объяснён достаточно ясно: назвать их стандартным отклонением или доверительным интервалом нельзя. Есть и арифметический вопрос. Если напечатанные отклонения в килограммах разделить на постоянную загрузку, получится 1,268; 2,042; 0,426 и 1,406 процентного пункта соответственно. В таблице стоят 1,63; 2,45; 0,82 и 1,83. Расхождение внутри источника сохраняем, а не исправляем предположением о том, что авторы имели в виду.

Сводные проценты тоже не полностью совпадают. Аннотация и §5 говорят о 45% жидкости, 35% остатка, 10% газа и 10% стали. Экспериментальная таблица 2 даёт 45/34/10/11%. В численном разборе опираемся на таблицу, сохраняя рядом расхождение с округлённой схемой из текста.

Пересчитать выход на «чистую резину без металла» пока нельзя. Извлечённый лом взвешен, но это не независимое измерение исходной массы металла; потери подготовки тоже неизвестны. Со временем есть такая же граница: 5 т относятся к одной загрузке, а не к часу работы. В описании есть пуск 3–4 ч до 420–500 °C и естественное охлаждение около 10 ч, но точная основная выдержка и полный цикл с загрузкой и обслуживанием не даны. Поэтому производительность 5 т/ч из этих данных не получается.

3. Свойства жидкости и возможное применение

Показатели жидкости приведены в таблице 4 на с. 10 с пояснениями §4.3 на с. 9–10. Аналитический раздел с. 8 ссылается на ASTM в целом, но не раскрывает номера всех методик, температурные поправки и статистический протокол. Историческая колонка «commercial diesel» помогает понять сравнение авторов, однако действующим стандартом качества она не служит. В частности, вязкости при 30 и 40 °C нельзя сравнивать так, будто температура одна и та же.

Масштаб энергии можно оценить отдельным расчётом: 2249,8 кг × 42,46 МДж/кг ≈ 95,53 ГДж химической энергии в собранной жидкости. Для исходных шин при 35,7 МДж/кг и загрузке 5000 кг получается 178,5 ГДж. Их отношение около 53,5%, но назвать его КПД было бы неправильно. Это только условное отношение HHV жидкости к HHV сырья. Из него ещё не вычтены масло, сожжённое при пуске, электричество и теплопотери, а особенности базы определения HHV сырья не устранены. Товарный энергетический выход такой расчёт также не устанавливает.

Для топливного применения авторы предлагают сначала фильтрацию, центрифугирование и десульфуризацию. Однако результатов этой очистки в работе нет. Не показано, как данная TPO работает в двигателе или горелке, как хранится, какой у неё фракционный состав, содержание полициклических ароматических соединений и кислотное число, совместима ли она с уплотнениями. Поэтому жидкость можно рассматривать как потенциальное сырьё для подготовки промышленного топлива. Проверенной заменой дизеля по этим данным она ещё не стала.

С хранением есть особенно неудачная аналогия источника: допустимость пластиковой тары авторы объясняют через pH напитков. Но pH водного напитка не устанавливает совместимость пластика с углеводородной смесью. При низкой температуре вспышки этой жидкости также нельзя рекомендовать обычное открытое хранение. Такие выводы требуют данных именно о продукте и условиях обращения с ним.

4. Углеродистый остаток, газ и несогласования источника

В зольности PCB сохранилась опечатка, которую нельзя исправить с уверенностью. Таблица 3 PDF на с. 9 печатает «16.5 5 ± 0.34», с дополнительной цифрой 5; то же есть в ранее сохранённом HTML-извлечении. В таблице карточки строка условно прочитана как 16,5 ± 0,34. Это редакционная нормализация вероятной опечатки, а не однозначное исходное число: вариант 16,55 остаётся возможным. Поэтому золу остатка здесь не включаем в количественные балансы.

Сноска таблицы 3 относит сухую беззольную базу к C, H, N, S, Cl и O. Распространить её автоматически на каждую строку, в том числе золу, нельзя. Название PCB в этой работе означает углеродистый пиролизный остаток по терминологии авторов. Для товарного carbon black нужны другие доказательства: здесь не приведены BET, размер частиц, диспергируемость, испытания резиновой смеси, содержание экстрагируемой органики или показатели активированного угля. Поэтому продажа как наполнителя, сорбента или компонента печатной краски остаётся неподтверждённым применением.

В теплоте сгорания приходится сохранить два открытых противоречия. Для остатка таблица даёт 28,70 МДж/кг, что согласуется с округлёнными 29 в аннотации, а текст пишет 36 МДж/кг. Одновременно пользоваться обоими значениями нельзя. Для газа аннотация сообщает примерно 31 МДж/м³, тогда как §4.4 и §5 дают 38–41 МДж/м³. Нормальные условия объёма и полный газовый анализ не представлены. Замена единиц по догадке это расхождение не исправит.

До 40 об. % H₂ при 550 °C из §4.4 также не стоит присваивать этим четырём загрузкам при 420–500 °C: рядом стоит ссылка на другую работу [40]. Собственный результат рассматриваемой установки здесь надёжно не выделен. А упоминание H₂S менее 500 ppm не становится универсальным нормативом: независимой проверки стандарта и его применимости к конкретной машине в этом разборе нет.

5. Энергетические, экономические и экологические границы

Газ действительно описан как топливо основной стадии, но это ещё не автономность всего предприятия. На пуск расходуется масло предыдущих циклов, вращение барабана требует электричества. Расходомеров энергии, КПД топки, длительного баланса и доли газа, уходящей в резерв или потери, источник не приводит. Поэтому самоподдержание нагрева относится лишь к части цикла.

Экономические цифры требуют той же осторожности. В §5 на с. 11 стоят исторические 0,15 $/л себестоимости TPO против 0,5 $/л тяжёлого топлива, без прозрачной калькуляции. Там же три подобные установки мощностью 330 т/месяц связываются с переработкой 3800 т/год шин. Если 330 т/месяц относится к каждой, за двенадцать месяцев одна дала бы 3960 т/год, три 11 880 т/год. Но смысл числа 330 и период использования мощности не раскрыты. Подобрать по ним рабочую экономическую модель нельзя.

Практические рекомендации самих авторов включают закрытое обращение с жидкостью и остатком, подготовку персонала и постоянное техническое сопровождение. В §6 они прямо оставляют на будущее исследование риска образования диоксинов при наличии хлора. Численных выбросов и эффективности очистки работа не показывает. Поэтому из наличия очистных узлов нельзя сделать вывод о безусловной экологичности, возобновляемости всей шинной массы или доказанном снижении парниковых выбросов.

Чтобы перенести этот опыт на другой объект, не хватает нескольких вполне конкретных частей картины. Нужны точная подготовка и состав сырья, журнал полного цикла, база давления: напечатанные 0,08 bar не определены как абсолютные или избыточные. Нужны распределение и свойства двух конденсатов, измеренный газовый баланс, расходы пускового масла и электричества. Наконец, нужны результаты очистки, профиль загрязнителей и испытания продуктов под выбранное применение. До этого описание помогает понять процесс, но не служит проектным регламентом эксплуатации.

Итог

В итоге перед нами четыре промышленные загрузки по 5 т и около 45 масс. % сырой жидкости от шин вместе со сталью. Полезно видеть весь путь: частичную подготовку, вращающийся реактор, две группы конденсаторов и обращение с остатком. Одновременно источник оставляет неясными измерения и статистику, содержит несколько численных противоречий и не подтверждает готовность продуктов к заявленным рынкам. Это исторический инженерный ориентир с реальным масштабом, но ещё не паспорт установки и не паспорт готового топлива.