ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΕΛΑΣΤΙΚΩΝ

Transcript

1 ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΕΛΑΣΤΙΚΩΝ. Κανακόπουλος ADVENSOL Παµπούκη 3, Ν. Ψυχικό 15451, Αθήνα, KEYWORDS: Classifier, Cryogenic processing, Cutting mill, Debeader, Glass transition temperature, Granulator, Guillotine shear, Hammer mill, Mechanical processing, Overband magnetic separator, Shredder, Tires, Vibrating screen. ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στη παρούσα µελέτη αναλύονται τα βήµατα µείωσης του όγκου των παλαιών ελαστικών, η µηχανική καθώς και η κρυογενής κοκκοποίηση. Παρουσιάζονται οι βασικές αρχές, τα βήµατα, ο αναγκαίος εξοπλισµός και τα τελικώς παραγόµενα µεγέθη. Η επιλογή της πλέον κατάλληλης και οικονοµικά βιώσιµης µεθόδου επεξεργασίας εξαρτάται από τα επιθυµητά προϊόντα και τις τιµές διάθεσης τους. εδοµένου ότι ποικιλία εφαρµογών για το τρίµµα ή τη πούδρα παρουσιάζεται στην Ευρωπαϊκή και παγκόσµια αγορά, αποδεικνύεται ότι ο συνδυασµός των δύο µεθόδων σε καθορισµένο στάδιο παρέχει ευελιξία και καλύτερα οικονοµικά αποτελέσµατα. D. Kanakopoulos ADVENSOL 3,Pampouki str., N. Psychiko, Athens, ABSTRACT In this present study we are itemized the steps of volume reduce of old tires, the mechanics as well as the cryogenic granulating. We are presented the basic principles, the steps, the necessary equipment and the final produced amounts. The choice of the most suitable and economically viable processing method depends of the desired products and the prices of their distribution. Considering that the last years variety of applications for the crumb or the powder is presented, it proves that the combination of two methods in fixed stage provides flexibility and better economic results. 1

2 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1. ΣΚΟΠΟΣ Η ανακύκλωση των ελαστικών έχει εξελιχθεί σε εµπορικά βιώσιµη και περιβαλλοντικά έντιµη βιοµηχανία. Σε όλες τις χώρες της Ε.Ε υπάρχει τουλάχιστον ένα εργοστάσιο ανακύκλωσης. Παράγονται ετησίως περίπου τόνοι υλικών από ανακύκλωση (κόκκοι, πούδρα, chips) ενώ τα παραγόµενα ελαστικά µετά τη χρήση τους ανέρχονται σε τόνους ετησίως. Οι διαθέσιµες τεχνολογίες και ο εξοπλισµός προσφέρουν δυνατότητες αξιοποίησης των υλικών, αναλόγως του σταδίου επεξεργασίας. ΠΙΝΑΚΑΣ 1:Χρήσεις των τελικών προϊόντων της ανακύκλωσης ελαστικών Στάδιο επεξεργασίας Προ-τεµαχισµός (Pre-shredding) Τεµαχισµός (Shredding) Μηχανική κοκκοποίηση/ άλεση (Granulators/ Cutting mills) Κρυογενής κοκκοποίηση Χρήσεις - ιάθεση υλικών Καύση, υλικά κατασκευών, τεχνητές επιφάνειες, σταθεροποιητές, ηχοµονώσεις, διάθεση σε ΧΥΤΑ Αποχετεύσεις, µονώσεις, υλικά για πλήρωση κενών Αθλητικές εγκαταστάσεις και δάπεδα, στρώµατα, τροχοί, πλακάκια, παγκάκια, υλικά για στέγες, ασφαλτοστρώσεις, υλικά οδοπροστασίας. Σόλες παπουτσιών, αθλητικός εξοπλισµός, επικάλυψη καλωδίων, µέρη αυτοκινήτου, επιστρώσεις, πλακάκια, αντιολισθητικά, δάπεδα παιδότοπων, οδοσήµατα κλπ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΚΑΙ ΧΡΗΣΕΙΣ Από το 1992 έως 2003 η ποσότητα ελαστικών που οδηγήθηκε σε ανακύκλωση αυξήθηκε κατά 600%. Από τόνους έφτασε σε τόνους. Αφορά τις χώρες της Ε.Ε πριν τη διεύρυνση. ΠΙΝΑΚΑΣ 2:Βαθµός επεξεργασίας των ελαστικών. Βαθµός επεξεργασίας Ποσοστό Χρήσεις Παραγωγή κόκκων 63% Κάλυψη αθλητικών επιφανειών. Γήπεδα ποδοσφαίρου κ.ά. Πρόσθετο στην άσφαλτο. Τεµάχια 12% Έργα πολιτικού µηχανικού, έργα αποχέτευσης, θερµικές ηχητικές µονώσεις, υποστρώµατα. Ολόκληρα ελαστικά 10% Έργα πολιτικού µηχανικού: Έργα ακτών, σιδηροτροχιών, τοιχώµατα και βάσεις ΧΥΤΑ Πούδρα 8% Πρώτη ύλη βιοµηχανικών προϊόντων: Πλακίδια δαπέδων, ηχοµονωτικά υλικά αντικραδασµικές βάσεις, υλικά οδοσηµάνσεων, εξαρτήµατα αυτοκινήτων. Ειδικές εφαρµογές 5% // ιάφορα 2% 2

3 1.3. ΙΑΘΕΣΗ ΕΛΑΣΤΙΚΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ Υπάρχει µία συνεχής καθοδική πορεία των διατιθέµενων ελαστικών αυτοκινήτων σε ΧΥΤΑ από 39% σε 26.4% τα τρία τελευταία χρόνια. Χώρες που διαθέτουν σε ΧΥΤΑ περισσότερο από 50% των ελαστικών είναι η Ελλάδα, Ιρλανδία και η Ισπανία. Στην Ελλάδα το ποσοστό που οδηγείται σε ΧΥΤΑ είναι 74% ( από τόνους). Σχήµα 1: Σύγχρονοι ρυθµοί ανάκτησης στις χώρες της Ευρώπης. 2. ΜΕΙΩΣΗ ΜΕΓΕΘΟΥΣ Ο σκοπός της µείωσης του µεγέθους είναι διπλός: - Απελευθέρωση των ατσαλοσυρµάτων και των ινών - Περαιτέρω επεξεργασία του ελαστικού κλάσµατος (καουτσούκ) ώστε να επιτευχθούν εµπορεύσιµα µεγέθη κόκκων. Μία χαρακτηριστική παραγωγή προϊόντων από παλαιά ελαστικά δίδεται κατωτέρω: Προϊόν από: Ελαστικά φορτηγών Ελαστικά χωµατουργικών και αγροτικών οχηµάτων Ελαστικά επιβατικών οχηµάτων Κόκκοι ελαστικού 70% 78% 70% Χάλυβας 27% 15% 15% Ίνες και απόρριµµα 3% 7% 15% 3. ΙΑΘΕΣΙΜΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ 3.1. ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ Η µηχανική ή «περιβάλλοντος» επεξεργασία των ελαστικών ονοµάζεται έτσι διότι πραγµατοποιείται σε θερµοκρασίες περιβάλλοντος ή κοντά σε αυτές σε αντίθεση µε τη κρυογονική όπου η επεξεργασία πραγµατοποιείται σε συνθήκες ψύξης (-80 ο C έως 120 ο C). 3

4 Ένα σχηµατικό διάγραµµα (lay out) της µηχανικής επεξεργασίας παρουσιάζεται στο σχήµα 2. Έπειτα από το πρώτο στάδιο τεµαχισµού (Shredding) όπως περιγράφεται αναλυτικά στη παράγραφο 3.2 ακολουθούν διαδοχικά βήµατα κοκκοποίησης (Granulating). Κάθε βήµα κοκκοποίησης ακολουθείται από σύστηµα διαχωρισµού των ατσαλοσυρµάτων µε τη βοήθεια ηλεκτροµαγνήτη είτε µόνιµου µαγνήτη τύπου overband, δονούµενης µεταφορικής ταινίας και σύστηµα διαχωρισµού των ινών µε τη βοήθεια κόσκινου και αερο-διαχωριστή. Τα βήµατα κοκκοποίησης δίνονται στο κάτωθι πίνακα. ΠΙΝΑΚΑΣ 4:Τα διαδοχικά βήµατα της κοκκοποίησης. Επιλογή 1 Επιλογή 2 Βήµα 1 Από 50mm σε < 20mm Από 50mm σε < 30mm Βήµα 2 Από 20mm σε < 8mm Από 30mm σε < 16mm Βήµα 3 Από 8mm σε < 4mm Από 16mm σε < 10mm Βήµα 4 Από 10mm σε < 4mm Η επιλογή 2 προσφέρει τη δυνατότητα µεγαλύτερης ωριαίας παραγωγής. Τα διαδοχικά βήµατα παρέχουν ταυτόχρονα την ευελιξία παραλαβής µεγεθών τα οποία έχουν ζήτηση σε δεδοµένη χρονική στιγµή π.χ. 3-4mm για κάλυψη ταρτάν αθλητικών εγκαταστάσεων ή 1-2mm για ανάµιξη µε την άσφαλτο. Στάδια: 1.Τεµαχισµός (Shredding) 2. Κοκκοποίηση (Granulating) 3. Άλεση (Cutting mill) Σχήµα 2: Lay out µηχανικής επεξεργασίας 3.2. ΤΕΜΑΧΙΣΜΟΣ (SHREDDING) Στο στάδιο του τεµαχισµού τα ελαστικά τεµαχίζονται έως µέγεθος mm Pre-shredder: Μεγάλης δυναµικότητας έως 16t ανά ώρα παράγοντας τεµάχια 200x400mm έως 100x200mm. Επιτυγχάνεται µείωση του όγκου και εύκολη αποθήκευση και µεταφορά - (φόρτωση, εκφόρτωση). Shredder: Μικρότερης δυναµικότητας έως 10t ανά ώρα παράγοντας τεµάχια mm(Στροφές RPM µεγάλης ροπής, ισχύος HP). Συνήθως ο τεµαχισµός επιτυγχάνει τη παραγωγή τεµαχίων (shreds) µεγεθών 50x50mm έως 50x150mm, τα οποία οδηγούνται απ ευθείας στο δεύτερο βήµα τη 4

5 κοκκοποίηση. Για τον τεµαχισµό χρησιµοποιούνται Shredders τύπου Rotor Shear µε δύο αντίθετα περιστρεφόµενους άξονες σε χαµηλές στροφές (20 έως 40 περιστροφές ανά λεπτό) και πολύ υψηλή ροπή. Photo 1: Μορφή ελαστικού µετά τον προ-τεµαχισµό Photo 2: Ενδεικτική διάταξη µαχαιριών σε Shredder. ΠΙΝΑΚΑΣ 5: Χαρακτηριστικά Shredders ιαστάσεις χώρου τεµαχισµού (mm) Ισχύς ( KW ) Βάρος ( t ) υναµικότητα ( t/h ) 1300x x x Για να επιτευχθεί µέγεθος τεµαχίων (Shreds) κατάλληλα για οµοιόµορφη τροφοδοσία του Granulator ώστε χάριν οικονοµίας να αποφευχθεί και δεύτερο shredder, τοποθετείται ταξινοµητής µεγέθους (Classifier κόσκινο τύπου δίσκων), ο οποίος διαχωρίζει τα µεγέθη και επανατροφοδοτεί για δεύτερο «κόψιµο» τα µεγαλύτερα. Η χρήση Debeader για την αφαίρεση των ατσαλοσυρµάτων πριν το τεµαχισµό δεν είναι απαραίτητη δεδοµένου ότι µικρή µόνο παραγωγή ανά ώρα είναι εφικτή ΚΟΚΚΟΠΟΙΗΣΗ(GRANULATING) Στα στάδια της κοκκοποίησης τα προερχόµενα από τον τεµαχισµό οδηγούνται σε εν σειρά Granulators για τη µείωση του µεγέθους όπως στον πίνακα 4. Η επιλογή του αριθµού των βηµάτων κοκκοποίησης (Granulators) εξαρτάται και από την επιθυµητή παραγωγή ανά ώρα. Μετά την έξοδο εκάστου Granulator τοποθετούνται µαγνητικοί διαχωριστές (Οverband) και κόσκινα (Vibrating Screens)για τον διαχωρισµό των ατσαλοσυρµάτων και των ινών σε όποιο στάδιο θεωρείται ότι είναι µηχανικά βέλτιστος και οικονοµικά συµφέρων ο διαχωρισµός. Συνήθως σε κοκκοµετρία κάτω των 20mm. Ταχύτης Granulator: Από RPM,Ισχύς Granulator: Από KW. 5

6 Τα Granulators ταυτόχρονα µε το Shredder είναι η «καρδιά» µιας εγκατάστασης µηχανικής επεξεργασίας παλαιών ελαστικών. Λειτουργούν βάσει της αρχής της «γκιλοτίνας» (Guillotine Shear). Το περιστρεφόµενο µπλοκ µαχαιριών «αντικρίζει» το σταθερό µπλοκ. Το υλικό µεταξύ των δύο µπλόκ «κόβεται» σε µικρούς κόκκους. Η σχισµή µεταξύ των δύο µπλοκ είναι 0.1mm. Kάτωθι του ρότορα υπάρχει κόσκινο «σίτα», το οποίο καθορίζει το επιθυµητό µέγεθος καθώς και τη δυναµικότητα Photo 3: Ενδεικτική φωτογραφία Shredder Photo 4: Κινητή µονάδα τεµαχισµού για ελαστικά αυτοκινήτων και φορτηγών 6

7 Photo 5: Ενδεικτική όψη µαχαιριών σε Granulator. ΠΙΝΑΚΑΣ 6: Χαρακτηριστικά Granulators ιαστάσεις χώρου κοκκοποίησης (mm) Αριθµός µαχαιριών Ισχύς ( Kw ) Βάρος ( t ) Μεγέθη κόσκινου- «σίτας» (mm) 1000x x x Τα Granulators µε ταχύτητα περιστροφής 150 στροφές ανά λεπτό (slow running) έχουν εφαρµογή για µεγέθη εξερχόµενων 15mm - 80mm και συστήνονται για κοκκοποίηση πλέον συµπαγών µεταλλικών υλικών. Με ταχύτητα 300 στροφές ανά λεπτό (medium to fast running) έχουν εφαρµογή για µεγέθη εξερχόµενων 4mm - 30mm, έχουν µεγαλύτερη δυναµικότητα και συστήνονται για λιγότερο συµπαγή υλικά όπως τα ελαστικά ΑΛΕΣΗ (CUTTING MILL) Στο στάδιο της άλεσης τα εξερχόµενα από το τελευταίο εν σειρά Granulator οδηγούνται σε Cutting mill για τη µείωση του µεγέθους από 10mm σε κόκκους µικρότερους των 4mm ΚΡΥΟΓΕΝΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ Στη κρυογενή επεξεργασία ολόκληρα ελαστικά ή τεµάχια chips 50mm ή µικρότερα, ψύχονται σε θερµοκρασία κάτω από 80 ο C (-112 ο F). Κάτω από αυτή τη θερµοκρασία «θερµοκρασία υαλώδους µετάβασης» το ελαστικό υαλοποιείται και η µείωση του µεγέθους πραγµατοποιείται ευκολότερα. Η προκαταρκτική επεξεργασία τεµαχισµός είναι όπως και στη µηχανική επεξεργασία. Τα chips µεγέθους 50mm τροφοδοτούνται σε τούνελ ψύξης συνεχούς λειτουργίας θερµοκρασίας κάτω από 120 ο C και αµέσως διοχετεύονται σε υψηλής ταχύτητας σφυρόµυλο (Hammer mill). Στο σφυρόµυλο παράγεται ένα ευρύ φάσµα µεγεθών κόκκων από 10mm έως 0.2mm και ταυτόχρονα απελευθερώνονται τα ατσαλοσύρµατα και οι ίνες τα οποία διαχωρίζονται όπως και στη µηχανική 7

8 επεξεργασία. Επειδή οι κόκκοι ελαστικού έχουν πολύ χαµηλή θερµοκρασία στην έξοδο του σφυρόµυλου, διοχετεύονται σε ξηραντήριο (Dryer) και έπειτα ταξινοµούνται µε τη βοήθεια Classifier σε διάφορα εκ των προτέρων επιλεγέντα µεγέθη. Γενικά µιλώντας η κρυογενής επεξεργασία είναι αναγκαία εάν κόκκοι ελαστικού κάτω των (0.6mm) απαιτούνται προς διάθεση. Ένα δεύτερο στάδιο κοκκοποίησης µε επόµενο τούνελ ψύξης εγκαθίσταται προκειµένου οι κόκκοι µεγέθους άνω του 1mm να υαλοποιηθούν και να επιτευχθεί εκ νέου µείωση µεγέθους σε κόκκους µικρότερους των 0.6mm (600µm). Σχήµα 3: Lay out κρυογενούς επεξεργασίας 4. ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΚΡΥΟΓΕΝΟΥΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ Η ερώτηση ποια είναι η «καλύτερη» τεχνολογία επεξεργασίας ελαστικών τίθεται συχνά. Η απάντηση εξαρτάται από µία σειρά παράγοντες και δεν είναι µονοσήµαντη. Ο κάτωθι πίνακας ενδεικνύει τις σηµαντικότερες παραµέτρους. Παράµετρος Μηχανική Κρυογενής Θερµοκρασία λειτουργίας Μέγιστη 120 ο C Κάτω από 80 ο C Βασική αρχή µείωσης του µεγέθους Κοπή, «ξύρισµα». Τεµαχισµός «κρυογoνικά» των ελαστικών τεµαχίων. Μορφολογία κόκκων Σπογγώδης και τραχιά. Οµαλή και λεία. Κατανοµή µεγέθους κόκκων Σχετικά περιορισµένη κατανοµή µεγεθών, περιορισµένη µείωση µεγέθους ανά βήµα. Ευρύ φάσµα µεγεθών (10mm έως 0.2mm σε ένα µόνο βήµα. Κατανοµή ηλεκτρικής Υψηλότερη. Χαµηλότερη. ενέργειας Κατανάλωση Αζώτου εν απαιτείται kg υγρού Αζώτου ανά kg εισερχοµένων ελαστικών. 8

9 Το κρίσιµο σηµείο για την απάντηση στο ερώτηµα «καλύτερη» τεχνολογία είναι η κατανάλωση Αζώτου και το υψηλό κόστος. Η συνεχής εξέλιξη της τεχνολογίας των Shredders, Granulators και Cutting mills επιτρέπει το σταδιακό τεµαχισµό κοκκοποίηση έως 0.6mm. Εφ όσον απαιτείται περαιτέρω µείωση του µεγέθους τότε το κλάσµα 5-8mm µετά τη µηχανική επεξεργασία οδηγείται σε κρυογενή και έτσι µειώνουµε το υψηλό κόστος του υγρού αζώτου. 5. ΑΠΟΤΕΦΡΩΣΗ Σχετικά µε την αποτέφρωση ορισµένοι χρησιµοποιούν τον όρο «Ενεργειακή ανάκτηση» ή και «Θερµική ανακύκλωση». Ενώ οι όροι αυτοί ηχούν περιβαλλοντικά φιλικοί σε αντίθεση µε τους όρους «Αποτέφρωση» ή «Καύση», γεγονός παραµένει ότι η ανακύκλωση ενός υλικού είναι προτιµότερη πάντοτε από την καύση. Ο κατωτέρω πίνακας είναι ενδεικτικός. ΠΙΝΑΚΑΣ 8 Συγκριτικός πίνακας ενεργειακής κατανάλωσης και ανάκτησης Απαιτούµενη ενέργεια για τη παραγωγή ενός ελαστικού. Απαιτούµενη ενέργεια για τη παραγωγή του ελαστικού τµήµατος ενός ελαστικού. Θερµική ενέργεια ανακτώµενη κατά την αποτέφρωση ελαστικών. Καταναλισκόµενη ενέργεια για το σταδιακό τεµαχισµό-κοκκοποίηση ελαστικών σε τρίµµα mm. 32 Kwh/Kg 25 Kwh/Kg 9 Kwh/Kg Kwh/Kg Όπως φαίνεται η απαιτούµενη ενέργεια για τη παραγωγή ενός νέου ελαστικού απαιτεί τριπλάσια και πλέον ενέργεια από την ανακτώµενη µε τη «Θερµική ανακύκλωση». Photo 6: Μονάδα τεµαχισµού για θερµική αξιοποίηση. 9

10 7. ΠΡΟ ΙΑΦΡΑΦΕΣ ΤΥΠΙΚΗΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΗΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΕΛΑΣΤΙΚΩΝ Κατωτέρω περιγράφεται η διαδικασία και τα βήµατα σταδιακού τεµαχισµού και κοκκοποίησης µε συνδυασµό µηχανικής επεξεργασίας και κρυογενούς. Εισερχόµενα: - Ελαστικά επιβατικών, φορτηγών, τρακτέρ, χωµατουργικών µηχανηµάτων µέγιστης διαµέτρου 1500mm. Εξερχόµενα: - Από τον προ-τεµαχισµό: Τεµάχια 100mmx150mm. - Από επανατροφοδοσία και δεύτερο τεµαχισµό: Τεµάχια 50mm. - Από τη µηχανική κοκκοποίηση: Κόκκοι ελαστικού 0-4mm. ιαβάθµιση µεγεθών στο κλάσµα 0-4mm: - 0 1mm: 10% - 1 2mm: 38-40% - 2 3mm: 44-46% - 3 4mm: 4-6% Απαιτήσεις : Καθαρότητα: - 99,90% ελεύθερο από ατσαλοσύρµατα - 99,50% ελεύθερο από ίνες Το κλάσµα 5 8 mm οδηγείται σε κρυογενή επεξεργασία και παράγονται κόκκοι (πούδρα) διαµέτρου 0,1 0,6mm. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ - Joel Pouget (2004)_ End of life tyres in Europe BLIC (European Association of the Rubber Industry) - Valerie Shulman 2004 Tyre recycling in the EU: An emerging Industry ETRA (European Tyre Recycling Association) - ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ ΕΥΡΩΠΑΪΚΗ Waste Directive 75/442/EEC ( ), 91/156 EC ( ) European Waste List 2000/532/EC and amendments Regulation on supervision and control of transborder shipment of waste 93/259/93 EC ( ) Landfill Directive 1999/31/EC ( ) Directive of End of Life Vehicles 2000/53/EC ( ) - Kurt Reschner(2002) Scrap Tyre Recycling - MeWa -Recycling Anlagen 2003 Tyre Recycling Plant 10