Таким образом первичный рециклинг идеален для чистых, незагрязненных однотипных отходов, но следует уделять внимание деструкции в период эксплуатации изделий с использованием вторичного пластика. Вторичный рециклинг может быть выполнен различными способами, но затраты, связанные с разделением отходов и удалением грязи, несомненно представляют специфическое препятствие. Третичный рециклинг требует высокого уровня инвестиций, он достигает цели утилизации химических продуктов, разрушая положительный результат полимеризации. Что справедливо и для четвертичного рециклинга, который может заменить другие источники энергии и решить проблемы размещения отходов. Однако и здесь остается множество нерешенных проблем.
Первыми и наиболее важными шагами в рециклинге полимеров являются сбор и сортировка мусора, после которых процесс утилизации выбирается в зависимости от типа пластмасс и области дальнейшего применения.
1.2 Сбор и сортировка полимерных материалов
Сбор распространяется на легкие упаковочные пленки и другие материалы. Идентификация типа полимерного материала является одним из важнейших элементов при его утилизации, поскольку многие процессы повторной переработки неприменимы к некоторым типам полимеров. Экструзия и литье под давлением требуют точной идентификации полимерных отходов, иначе продукция будет иметь неприглядный вид и низкое качество; особенно страдают механические свойства.
1.2.1 Идентификация полимеров
Идентификация становится все более сложной задачей не только из-за появления полимерных материалов с химикатами-добавками (пластификаторами, стабилизаторами, наполнителями и т. п.), но также вследствие присутствия в отходах полимерных смесей. В 1990-х гг. Общество полимерной промышленности США ввело кодирование, которое ныне используется большинством производителей. Нетрудно разработать автоматическую сканирующую систему, которая будет считывать эти коды. Позже было предложено разделение полимерной тары с помощью печати на них штрих-кодов. Осуществить идентификацию пленок труднее, чем тары, поскольку большая часть пленок не имеет кода. Для идентификации смешанных пластмасс применяют инфракрасную спектроскопию, рентгеновский анализ. Однако технология идентификации полимерных изделий, удовлетворяющая условиям коммерческого использования пока не разработана.
1.2.2 Общие аспекты разделения полимеров
Отделение полимеров от загрязнений или от нежелательных материалов для получения однородных отходов можно осуществить с помощью нескольких различных технологий. Среди них:
- магнитная сепарация для извлечения железосодержащих материалов;
- электростатический метод для отделения цветных металлов, главным образом алюминия;
- воздушная сепарация с помощью циклонного паросепаратора;
- флотация в резервуарах или гидроциклонах, разделяющих полимеры по плотности.
Затем материалы подвергаются дроблению.
1.3 Рециклинг сепарированных отходов
Большинство технологий рециклинга полимерных отходов включают деструкционную экструзию, пиролиз, гидратирование, газификацию, гидролиз, метанолиз, сжигание. Многие из этих технологий на стадии исследования или просто не подходят для работы с отходами, содержащими ПВХ. Последнее особенно справедливо для гликолиза и гидролиза, которое имеют определенное значение только для однородных потоков отходов, например ПЭТФ. Некоторые из этих технологий сейчас рассматриваются как наиболее приемлимые для реализации на практике.
1.3.1 Рециклинг сепарированных отходов поливинилхлорида (ПВХ)
Наряду с выше перечисленными существует одна группа технологий, не предназначенных специально для отходов ПВХ, но направленных для переработки смешанных полимерных отходов (СПО) в целом. Эти технологии сконцентрированы главным образом на восстановлении органической части СПО. На этом основании наряду с конкурирующими технологиями по химической переработке рассматриваются еще 3 типа технологий:
- химической переработки СПО;
- химической переработки отходов с высоким содержанием ПВХ;
- альтернативы по отношению к химической переработке (сжигание, механическая переработка).
1.3.1.1 Химическая переработка СПО
Что касается химической переработки СПО с содержанием ПВХ до нескольких процентов, то процесс состоит из двух частей: этап сжижения и обработка в газогенераторе с увлеченным слоем. На этапе сжижения смешанные полимерные отходы подвергаются мягкому термическому крекингу (деполимеризации) в тяжелое синтетическое масло и некоторые конденсируемые и неконденсируемые газовые фракции. Неконденсирующиеся газы затем используются при сжижении в качестве топлива вместе с натуральным газом. Тяжелое масло фильтруется для удаления крупных неорганических частиц. Масло и конденсированный газ затем вводятся в газификатор с увлечением. Хлорсодержащие газы из полимерных отходов также поступают в газификатор. Газификация проводится в присутствии кислорода и пара при температуре 1200 – 1500 °С. Продуктами процесса являются синтезированный газ (H2, СО), чистая сера и NH4Cl.
Процесс крекинга полимеров. Реактор работает при температуре приблизительно 500 °С в отсутствии воздуха. В этих условиях полимеры термически разлагаются до углеводородов которые испаряются и оставляют на дне сжиженный газ с высоким содержанием мономера (этилена и пропилена) и других полезных углеводородов.
Процесс конверсии. Процесс рециклинга промышленного сырья был разработан для переработки СПО, накапливаемых специальной системой сбора. Конверсия предварительно обработанной полимерной смеси в нефтехимическом сырье состоит из многостадийного плавления и восстановительного процесса. Процесс проводится при атмосферном давлении в замкнутой системе, продуктами являются:
1.3.1.2 Химическая переработка отходов с высоким содержанием ПВХ
Эти процессы направлены на максимальное извлечение содержащегося в ПВХ хлора в удобную форму (HCl или хлоридную соль). Выбор делается между сжиганием и пиролизом.
Сжигание. Используется установка для обработки хлорсодержащей жидкости и твердых отходов. Ее назначение – термическая обработка и получение HCl с помощью энергии, выделяемой в ходе самого процесса. В этой технологии сведено до минимума образование диоксинов и фуранов, поскольку происходит полное окисление отходов.
Пиролиз. Хлор, генерируемый из ПВХ, реагирует с наполнителями, образуя хлорид кальция. Одновременно металлические стабилизаторы, которые могут присутствовать в отходах ПВХ (свинец, кадмий, цинк, барий) превращаются в хлориды металлов. Получают продукты:
Хлорид кальция (˂1 промиле свинца), который можно использовать в качестве противооблединительной соли и в других целях. Кокс (˂0,1 % масс. свинца, ˂0,1 % масс. хлора), можно использовать в качестве топлива. Металлический концентрат (до 60 % масс. свинца). Органический концентрат, можно использовать в качестве топлива.Процесс переработки отходов требует извести и воды.
1.3.2 Рециклинг сепарированных отходов полиэтилена (ПЭ)
Рециклинг ПЭ низкой плотности достаточно широко распространен, но все же не в той мере, как переработка ПЭ высокой плотности. Загрязнения в повторно переработанном ПЭ могут появляться из различных источников:
- из многокомпонентных систем, которые используют разнородные полимеры, например крышки из ПП; из-за приклееных бумажных этикеток и даже вследствие введения химикатов-добавок, например пигментов;
- при использовании, например, остатков содержимого упаковок;
- при воздействии окружающей среды;
- при повторной переработке, например к «сшиванию» на стадии термопереработки, когда исчезает добавленный ранее (при производстве полимера) антиоксидант.
1.3.3 Рециклинг сепарированных отходов полиэтилентерефталата (ПЭТФ).
Рассмотрим более подробно, так как в лабораторной работе применяется рециклинг ПЭТФ.
1.3.3.1Смеси исходного и вторичного переработанного гомополимеров
Смешение исходного полимера с повторно переработанным материалом является обычной практикой в промышленном производстве ПЭТФ. Переработанный полимер во многих случаях поступает с того же самого завода в виде резанного материала без значительной деструкции при первичном производстве, и имеет характеристики, близкие к исходному материалу. Однако, обычно гомополимерные смеси ПЭТФ содержат лишь небольшие концентрации восстановленного полимера поскольку даже его незначительное количество может вызывать изменение макроскопических свойств.
Обычно восстановленный ПЭТФ (ВПЭТФ) добавляется в оригинальный полимер после промывки и помола, а затем полученные хлопья смешиваются с оригинальным ПЭТФ в таблетках. Очевидно, в промышленных приложениях всегда присутствует ВПЭТ и потому существует вероятность получить смеси с полимером, переработанным несколько раз с возможным изменением свойств. Отметим, что монополимерные смеси ВПЭТФ, дают материалы с характеристиками, близкими характеристикам исходного материала, если перед вторичной переработкой сырье тщательно просушивалось.
Рисунок 1 – Схема станции по переработке бутылок для безалкогольных напитков из ПЭТФ
Недавно отходы пленок или листов ПЭТ чистились, крошились, сушились и смешивались с отходами ПЭ низкой плотности. Из полученной смеси изготавливали пленки, концентрация ПЭТФ в которых не превышала 20%. Как оказалось полученные пленки обладают очень хорошими механическими свойствами по сравнению с чистым ПЭ низкой плотности. Кроме того можно ожидать, что на такие пленки будет хорошо ложиться печать благодаря полярной природе ПЭТФ.
1.3.3.2 Химическая переработка ПЭТФ
Среди различных типов полимеров полиэфиры наиболее просты в химической переработке, потому что эфирные мостики полимерных цепей легко вступают в реакцию с различными нуклеофильными реагентами, давая высокий выход полезных продуктов. Хотя все полиэфиры могут быть переработаны по этой схеме, на практике ПЭТФ является единственным, подвергаемым вторичной переработке ввиду простоты сбора и огромного количества использованных бутылок, волоконного утиля и фотопленок. Химические процессы, применяемые в переработке ПЭТФ, разделены на шесть групп: метанолиз, гликолиз, гидролиз, аммонолиз, аминолиз и другие методы.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 |
