КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОЛИЗА ОТХОДОВ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
Аннотация
В данной работе определены кинетические параметры различных стадий процессов протекающих при термическом разложении отходов резинотехнических изделий. Для исследования физико-химических и химических превращений, происходящих в образцах отходов резинотехнических изделий при изменении температуры, был проведен термический анализ. Установлено, что процессы термической деструкции углеродного компонента резинотехнических изделий подобны процессам, протекающим при пиролизе твердых природных горючих ископаемых, и условно состоят из четырех стадий. На основе дериватограммы определены температуры эндотермических минимумов, по началам пиков эффектов на кривой ДТА определили температуры процессов. Для определения кинетических параметров различных стадий процесса термической деструкции резинотехнических изделий без доступа воздуха в качестве исходного уравнения использовали закон Аррениуса, который описывает зависимость константы скорости реакции от температуры. Установлено, что для процесса терморазложения отходов резинотехнических изделий при пиролизе приемлемо кинетическое уравнение первого порядка, рассчитаны энергии активации, предэкспоненциальные множители каждой стадии термораспада. Наименьшая скорость реакции наблюдается в интервале температур 510–780 °C, соответственно данная стадия является лимитирующей и определяет скорость протекания процесса. Основываясь на результатах термического анализа, предложен и разработан способ, позволяющий получить облагороженный твердый углеродсодержащий остаток пиролиза путем прокаливания его при температуре 800-850 °С в бескислородной среде до полного прекращения процессов газовыделения. Полученные данные необходимы для моделирования процесса пиролиза резинотехнических изделий в производственных масштабах. На основе лабораторных исследований и полученных экспериментальных данных возможна оптимизация действующих производств пиролиза резинотехнических отходов.
Для цитирования:
Макаревич Е.А., Папин А.В., Черкасова Т.Г. Кинетические характеристики процессов термолиза отходов резинотехнических изделий. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 107-113. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6937.
Литература
Recycling standard for environmental collection in 2023. Terms and procedure for payment of the environmental fee (in Russian). URL: https://ppt.ru/art/nalogi/eco-sbor-stavki (accessed 02.05.2023).
Lukanin A.V. Engineering ecology: protection of the lithosphere from solid industrial and household waste. M.: INFRA-M. 2023. 556 p. (in Russian). DOI: 10.12737/textbook_594ceae2a8e490.61608344.
Fedoseev I.V., Barkan M.Sh., Prokhotsky Yu.M., Laskina N.E., Loginova A.Yu. Technology of recycling of used rubber products. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2013. V. 56. N 2. P. 117-120 (in Russian).
Kostrova Z.A., Mikheev A.V., Bushueva M.E., Belya-kov V.V., Mityakov S.N. Utilization of pneumatic and airless tires. Tr. NGTU named after R.E. Alekseev. 2016. N 3 (114). P. 120-130 (in Russian).
Stets A.A., Chaikun A.M. Ecological and economic aspects of recycling and use of worn-out automobile tires. Izv. MSTU MAMI. 2013. V. 4. N 1(15). P. 34-40 (in Russian). DOI: 10.17816/2074-0530-67760.
Wolfson S.I., Fafurina E.A., Fafurin A.V. Methods of recycling tires and rubber products. Vestn. Kazan. Tech-nol. Un-ta. 2011. N 1. P. 74-79 (in Russian).
Ostanin O.A., Ostanina E.V. Problems of recycling used tires in Russia. Mat-ly X International scientific and practical. conf. Life safety of enterprises in industrialized regions. Kemerovo, November 28-30, 2013. Kemerovo: KuzGTU named after T.F. Gorbachev. 2013. p. 289-292 (in Russian).
Papin A.V., Ignatova A.Yu., Makarevich E.A. Ways of recycling used tires and analysis of the possibility of us-ing carbon black pyrolysis of used tires. Vestn. Kuzbass Gos. Tekhn. Univ. 2015. N 2(108). P. 96-101 (in Russian).
Zabaniotou A., Madau P., Oudenne P.D., Jung C.G., Delplancke M.-P., Fontana A. Active carbon production from used tire in two-stage procedure: industrial pyrolysis and bench scale activation with H2O–CO2 mixture. J. An-alyt. Appl. Pyrol. 2004. V. 72. N 2. P. 289-297. DOI: 10.1016/ j.jaap.2004.08.002.
GOST R 56721-2015 (ISO 11358-1:2014) Plastics. Thermogravimetry of polymers. Part 1. General princi-ples. M.: Standartinform. 2016. 10 p. (in Russian).
Zherdetsky N.A., Gorokhovsky A.V. Thermocatalytic destruction of polystyrene in the presence of potassium polytitanate. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 3. Р. 77-84 (in Russian). DOI: 10.60/ivkkt.20236603.6759.
Silbershmidt M.G., Isaev V.A. Complex use of mineral resources. Book 1. M.: MISIS. 2016. 346 p. (in Russian).
Ivlev V.I., Fomin N.E., Yudin V.A., Okin M.A., Pankin N.A. Thermal analysis. Part 1: Methods of thermal analy-sis. Saransk: Izd. Mordov. un-ta. 2017. 44 p. (in Russian).
Novozhenov V.A., Strucheva N.E. Thermal analysis. M.: Izd. Yurayt. 2023. 440 p. (in Russian).
Kovalev I.N., Belaya E.A., Viktorov V.V. Physical methods in solid state chemistry. Chelyabinsk: Izd. YuUrGGPU. 2017. 148 p. (in Russian).
Ryabov V.D. Chemistry of oil and gas. M.: INFRA-M. 2023. 311 p. (in Russian). DOI: 10.12737/1017513.
Kaufman A.A., Filonenko Yu.Ya. Domestic and foreign coke ovens: structures and equipment. Yekaterinburg: Izd. Ural un-ta. 2013. 88 p. (in Russian).
Silbershmidt M.G., Isaev V.A. Complex use of mineral resources. Book 2. M.: Izd. NUST MISIS. 2017. 408 p. (in Russian).
Goftman M.V. Applied chemistry of solid fuels. M.: Metallurgizdat. 1963. 597 p. (in Russian).
Lefedova O.V., Sharonov N.Yu., Romanenko Yu.E. Chemical kinetics and catalysis. Ivanovo: Ivan. Gos. khim.-tekhnol. un-t. 2016. 167 p. (in Russian).
Bulidorova G.V., Galyametdinov Yu.G., Yaroshevskaya H.M., Barabanov V.P. Physical chemistry. Book 2. Electrochemistry, chemical kinetics. M.: "KDU", "Universitetskaya kniga". 2016. 456 p. (in Russian).
Kozlov A.N., Svishchev D.A., Khudyakova G.I., Ryzhkov A.F. Kinetic analysis of thermochemical conversion of solid fuels (review). Khim. Tverd. Topliva. 2017. N 4. P. 12-21 (in Russian). DOI 10.7868/S0023117717040028.
Koltsov N.I. Estimation of the preexponent of the rate constant of the stages of chemical reactions in a non-isothermal reactor. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 1. Р. 34-40 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236601.6622.
Koltsov N.I. The effect of additional slow stages on the kinetic patterns of chemical reactions. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 8. Р. 32-38 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226508.6618.
Cherepanov V.A., Aksenova T.V. Chemical kinetics. Yekaterinburg: Izd. Ural un-ta. 2016. 132 p. (in Russian).
Badaev F.Z. Chemical kinetics. M.: Izd. Yurayt. 2019. 181 p. (in Russian).
Makarova L.L. Chemical kinetics and catalysis. Izhevsk: Izd. "Udmurt. Univ.". 2019. 144 p. (in Russian)
Popenko E.M., Sergienko R.G. Determination of thermal decomposition parameters of energy materials by differential thermal and thermo-gravimetric analysis. Biysk: Izd. Alt. gos. tekh. un-ta. 2018. 37 p. (in Russian).
Makarevich E.A., Papin A.V., Cherkasova T. G., Igna-tova A.Yu., Nevedrov A.V. Development of processes of preparation and refinement of solid carbon-containing residue of tire pyrolysis. Vestn. Kuzbass Gos. Tekhn. Univ. 2017. N 2(120). P. 153-161 (in Russian).
