Сурков Александр АнатольевичКараваева Анастасия СергеевнаБалабенко Наталья АлександровнаЯковлева Надежда Александровна
Научный руководитель: д-р. тех. наук, профессорГлушанкова Ирина Самуиловна
Асеева Дарья ВикторовнаБелоногова Ольга АндреевнаМоисеева Оксана Глебовна
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ КОМПЛЕКСНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕРНЫХ
ОТХОДОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ СОРБЦИОННЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ЖИДКОГО ТОПЛИВА
Актуальность
1. За последние двадцать лет производство полимерных материалов ежегодно возрастает в среднем на 5 - 6 % и к 2010 г. достигло 250 млн. т. Доля вторичного использования и переработки полимеров составляет менее 10%. Основная часть полимерных отходов поступает на полигоны захоронения ТБО. Полимерные отходы являются длительным источником загрязнения окружающей среды.
2. В настоящее время наблюдается тенденция к все более широкому использованию полипропилена и поликарбоната в различных областях техники и для бытового потребления, что будет приводить к увеличению их доли в общей массе полимерных отходов.
3. Разработка системы управления отходами поликарбоната и полипропилена и методов их термической утилизации с получением товарных продуктов позволит использовать ресурсный и энергетический потенциал отходов.
2
Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
Цель – снижение экологической нагрузки на окружающую среду путем создания ресурсо- и энергосберегающего способа переработки отработанных полимерных изделий с получением наноструктурированных сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
Задачи исследования Проведение термогравиметрических исследований деструкции
полимеров в инертной среде; Анализ продуктов пиролиза Исследование процесса активации карбонизатов в среде углекислого
газа Влияние степени обгара на формирование пористой структуры
образцов сорбционных материалов Исследование сорбционной активности полученных образцов
сорбентов
Цели и задачи исследований
3Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
Видовой состав полимерных отходов
Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
34%
20%17%
14%
8%7%
Состав полимерных отходов
ПолиэтиленПЭТСмешанные пленкиПВХПолипропиленПоликарбонат
4
Методы переработки
5Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
Методы переработки полимерных материалов
Термический рециклинг
Сжигание
Пиролиз
Захоронение
Потеря энергетического и
ресурсного потенциала отходов
Сырьевой рециклинг
Вторичное полимерное сырье
Биоразложение
Биомасса
Области применения полипропилена
6Термическая утилизация отходов полипропилена и поликарбоната с получением наносорбционных материалов
Область применения поликарбоната
7Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
20%
20%
20%
15%
10%
10% 5%Автомобилестроение
Оптические стекла
Оконные стекла
Оборудование
Товары народного потребления
Индустрия отдыха
Медицины
Исследование термической деструкции полипропилена и поликарбоната
Образец 1 – отход ПП
Образец 2 – отход ПК
Среда – диоксид углерода
Скорость нагрева 10 град./мин.
8Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
Лабораторная установка
1- печь пиролиза; 2- аппарат для конденсирования газовой фазы; 3 – сборник неконденсирующихся газов;4 – компрессор
9Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
Состав продуктов пиролиза отходов ПП и ПК
Продукты пиролиза
Конденси-руемые
пиролизные газы
Неконденси-руемые
пиролизные газы
Пиролизат
Показатели
Вид отхода
Полипропилен Поликарбонат
Выход продуктов (масс.), %
Конденсируемые пиролизные газы 78 67,0
Неконденсируемые пиролизные газы 8,1 15,5
Карбонизат 13,9 17,5
Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
10
Жидкой фаза: смесь органических соединений (предельных и
непредельных углеводородов) температура кипения 300 - 400 оС. высокая теплотворная способность - 35000-
40000 кДж/кг
Характеристика параметров пористой структуры образцов АУ, полученных при активации карбонизатов в среде CO2 при T=900оС
Показатель АУ -ПП БАУ-А АУ -ПК ОУ-А КАУ-1
Объем микропор,Vми, см3/г 0,25
0,23-0,26 0,37 0,26-0,29 0,35-0,41
Объем мезопор, Vме, см3/г 0,10 0,08-0,1 0,04 0,13-0,18 0,10-0,15
Объем сорбционного пространства, Ws, см3/г 0,3
0,30-0,35 0,41 0,39-0,47 0,45-0,56
Адсорбционная активность по йоду, % 63 60 91 не норм. 103
Осветляющая способность по метиленовому голубому, мг/г 201 не норм. 183 225 260
Прочность на истирание, % 61 60 - - 89
11Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
Принципиальная технологическая схема переработки полимерных отходов
Полимерные отходы Пиролизные
газы
Пир
олиз
ат
Ды
мов
ые
газы
ак
тива
ции
В атмосферный воздух
T = 1100°C
Дымовые газы пиролиза
Воздух для разбавления
АУ
Отх
одящ
ие г
азы
12
3
3
4
5
5
6
7 8
9
10Топливо для разогрева печи
1- дробилка, 2 – бункер для измельченных отходов, 3 – транспортер ленточного типа, 4 – печь пиролиза; 5 - горелка; 6 – камера разбавления; 7 – холодильник для пиролизата; 8- барабанная печь активации; 9 – сборник готового продукта, 10 - циклон
12Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
Схема производства АУ из полимерных материалов на основе полипропилена
Полимер на основе
полипропилена
Карбонизация T=550oC Карбонизат
Активация T=900oC;
среда - CO2; обгар - 50%
Жидкое топливо
Неконденсируемые пиролизные газы
Дробление и рассев
Отсев
АУ - ПП
1000 кг
140 кг
70 кг
780 80
топка
60-63 кг
7-10 кг
70 кг
Газы активации
Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
13
Влияние предварительной реагентной обработки полимерных отходов на условия термической деструкции и сорбционные свойства образцов сорбентов
адсорбционная емкость по МГвыход образцов
серия 1 – образцы получены обработкой отходов H2SO4 с последующей активацией паром; серия 2 - обработкой отходов H2SO4 и карбонизацией; серия 3 – химической активацией в присутствии КОН).
14Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
1 2 30
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Образцы, полученные из ППОбразцы, полученные из ПК
Выхо
д, %
1 2 30
50
100
150
200
250
Образцы, полученные из ППОбразцы, полученные из ПК
Сорб
ция
МГ,
мг/
г
Потребители Потребители
предприятия, занимающиеся
очисткой сточных вод
Потребители
Сорбционные материалы
Жидкотопливная фракция
Разработанная технология
Продукты и потребители
котельные на жидком топливе
малых населенных пунктов,
предприятия, занимающиеся
переработкой отходов
15Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
Бизнес-модель технологии
Наименование оборудования Количество, шт Цена, млн.р
Стоимость, млн.р
Пиролизная установка 1 2,0 2,0
Барабанная печь 1 0,7 0,7
Роторная дробилка 1 1,8 1,8
Конвейеры ленточные 2 0,1 0,2
Циклон 1 0,025 0,025
Иное оборудование (5%) - - 0,236
Монтаж (20%) 0,992
ИТОГО: 5,953
Исходные данные:В год в Перми образуется 300,2 тыс. т ТБО. 9,8 % из них полимеры разного состава - 29420 т/год. Полипропилена в составе пластиковых отходов 7,4% - 2177,1 т/год. Производительность оборудования взята 4 т отходов в сутки (67% от образующегося пластика).
16Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
Бизнес-модель технологии
Основными расходами при реализации технологии являются:Капитальные (расходы на оборудование)Эксплуатационные (заработная плата, электроэнергия, техническое обслуживание и ремонт)
Наименование РасчетГодовые затраты,
млн.р.
Заработная плата 16 чел, 20 т.р. /мес 3,840
Электроэнергия24 часовая смена, суммарная мощность
180 кВт*ч2,042
Техническое обслуживание и
ремонт2,5% от стоимости оборудования 0,242
ИТОГО 6,124
17Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
Бизнес-модель технологии
Наименование Выход, %масс. В сутки, т В год, тСорбционный
материал13,9 0,556 202,94
Печное топливо 78 3,12 1138,8
Основными статьями доходов являются доходы от продажи сорбционных материалов и жидкого топлива.Из 4 т перерабатываемого полипропилена в сутки образуется:
Наименование Производительность, т/годЦена, руб/т*
Сумма, млн.р
Сорбционный материал 202,94 90 000 18,265
Печное топливо 1 138,8 5 900 6,719
Итого: 24,984
18Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
Бизнес-модель технологии
19Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
Основные расходы, млн. р./год Основные доходы, млн. р./год
Амортизация оборудования (5 лет)
1,191 Сорбционный материал 18,265
Эксплуатационные затраты 6,124 Печное топливо 6,719
Итого 7,315 Итого24,984
*
Доход рассчитан на полную загрузку 4т/сутки полипропилена и полную продажу получаемых продуктовСрок окупаемости 1 год
вторичное сырье (полимеры) технологическое оборудование
• мусоросортирующие заводы и станции (как поставщики сырья)• поставщики вторсырья (как поставщики сырья)• население (при сортировке отходов)
• исследования по разработке технологического процесса и улучшения качеств получаемых товаров• технологический процесс получения товарных продуктов (пиролиз, активация)
Ключевые ресурсы
Ключевые партнеры
Ключевые процессы
Ключевые ресурсы, процессы, партнеры
20Исследование закономерностей комплексной термической переработки полимерных отходов с
получением сорбционных углеродных материалов и жидкого топлива
Выводы
1. Исследования по термической утилизации отходов ПП и ПК показали
возможность их переработки методом низкотемпературного пиролиза.
2. На основе исследований разработана технология утилизации полимерных
материалов с получением товарных продуктов: наноструктурированных
сорбционных материалов и жидкого топлива.
3. Получаемые сорбционные материалы по своим свойствам не уступают
известным маркам промышленных активных углей типа БАУ-А, КАУ,
жидкотопливная фракция может быть использована в качестве печного топлива.
4. Срок окупаемости данной технологии составит 1 год для города Перми.
Сурков Александр АнатольевичКараваева Анастасия СергеевнаБалабенко Наталья АлександровнаЯковлева Надежда Александровна
Научный руководитель: д-р. тех. наук, профессорГлушанкова Ирина Самуиловна
Асеева Дарья ВикторовнаБелоногова Ольга АндреевнаМоисеева Оксана Глебовна
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ КОМПЛЕКСНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕРНЫХ
ОТХОДОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ СОРБЦИОННЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ЖИДКОГО ТОПЛИВА
Top Related