Дисертаційну роботу присвячено вирішенню актуальної проблеми – розробці нових ефективних методик застосування рідких продуктів піролізу відпрацьованих автомобільних шин (РППВАШ).
Відпрацьовані автомобільні шини (ВАШ) становлять значну загрозу для навколишнього середовища. З іншого боку, вони є потенційною сировиною для виробництва енергії. Піроліз є одним з найбільш перспективних методів утилізації ВАШ у циркулярній економіці.
Метою досліджень було встановлення можливості застосування РППВАШ або їх окремих фракцій у якості палив для двигунів внутрішнього та/або зовнішнього згорання без використання дефіцитного водню та дорогих каталізаторів.
Показано, що методом конденсації або ректифікації з РППВАШ можна отримати фр. > 200 °С, яка відповідає нормативним вимогам ДСТУ 4058-2001, PN-C-96024:2011 та ISO 8217:2017 до паливних мазутів, а також бензинові фракції з незадовільними експлуатаційними властивостями.
Подальші дослідження полягали у детальному вивченні складу бензинових фракцій (п.к.-140, 140-200, п.к.-200 °С), отриманих під час піролізу відпрацьованих автомобільних шин, та пошуку ефективних методів їх застосування/переробки.
Одержані бензинові фракцій (БФ) були проаналізовані за допомогою стандартизованих методик, ІЧ-спектроскопії та хроматографії. Доведено, що БФ не можна використовувати як товарний бензин через високий вміст ненасичених та ароматичних вуглеводнів.
З бензинових фракцій синтезовано модифікатори для покращення адгезійних властивостей бітумів. Встановлено, що отримані рідкі продукти (залишок після отримання модифікаторів бітуму) містять меншу кількість ароматичних та ненасичених сполук порівняно з вихідними БФ, що, своєю чергою, дозволить зменшити вміст цих шкідливих компонентів при їх подальшому використанні. Додавання отриманих модифікаторів до дорожнього бітуму марки БНД 70/100 у кількості 1% мас. дозволяє отримати бітум з покращеними адгезійними властивостями.
З метою відокремлення ароматичних сполук було проведено екстракційне розділення бензинових фракцій п.к.-140 °C, 140-200 °C. В результаті, одержані вуглеводні проаналізовано за допомогою методу ІЧ-спектроскопії та хроматографії. Встановлено, що одержаний рафінат містить менше аренових структур та потенційно може використовуватися як компонент бензинів. Екстракт є концентратом ароматичних і ненасичених вуглеводнів.
Доведено, що недоцільно розділяти БФ на окремі частини, оскільки вихід модифікаторів практично однаковий для обох бензинових фракцій, а склади і фізико-хімічні показники рафінатів і екстрактів даних бензинових фракцій подібні.
Для аналізу вмісту вуглецю в окремих структурах (ароматичних, алканових та олефінових) на основі модельних сумішей методом математичного моделювання розроблено залежності вищевказаних функцій відклику від фізико-хімічних показників бензинових фракцій та рідких продуктів їх переробки. Отримані рівняння виявилися адекватними для вихідних модельних сумішей та дали змогу у більшості випадків прогнозувати вміст вуглецю в окремих структурах, що містяться у фр. п.к.-200 °С та продуктах її переробки.
Вивчено вплив складу сировинної суміші на процес поліконденсації формальдегіду з фр. п.к.-200 °С з метою одержання смол, які використовувалися як адгезійні додатки до бітумів. Дослідження показало, що найоптимальнішими умовами отримання модифікатора є вміст формаліну 7,5 % мас., а каталізатора – 3% мас.
Встановлено, що отримана смола суттєво покращує адгезійні властивості дорожніх бітумів. Продукт, у складі якого є 1 % мас. модифікатора, відповідає вимогам до товарного бітуму марки БНДА 60/90.
З використанням N-метилпіролідону та діетиленгліколю (ДЕГ) вивчено вплив співвідношення сировина : розчинник на процес екстракційного розділення фракції п.к.-200 °С з метою видалення ароматичних і частково ненасичених сполук. Доведено, що найкращими фізико-хімічними властивостями з точки зору їх подальшого використання характеризуються рафінати та екстракти, які були одержані за об’ємного співвідношення сировини до розчинника 1:2 в присутності N-метилпіролідону, та 1:20 – у присутності ДЕГу.
Загалом використання поліконденсації з формальдегідом та екстракційного розділення з допомогою полярних розчинників дає змогу зменшувати вміст ароматичних і ненасичених структур у кінцевому продукті (рафінаті), який може застосовуватися як компонент товарних бензинів.
Було запропоновано методику отримання товарних бензинів, що включає в себе метод поліконденсації, екстракції та компаундування з газовим конденсатом. Отримано бензин, що за основними показниками відповідає нормативним вимогам до марки «Євро 4» відповідно до ДСТУ 7687:2015.
На основі результатів досліджень були запропоновані напрямки реконструкції та вдосконалення пілотної установки піролізу ВАШ, які дадуть змогу одержувати котельні палива, товарні бензини, сировину для отримання ароматичних вуглеводнів і бітумів марки БНДА 60/90.
