Утилизация полимерной упаковки кратко

Обновлено: 04.07.2024

Рассмотрены современное состояние и перспективы развития вторичной переработки и утилизации полимерной тары и упаковки, применяемое для этого оборудование. Особое внимание уделено технологическим схемам вторичной переработки полимерных материалов. Предназначено для студентов старших курсов специальностей 261201 "Технология и дизайн упаковочного производства", 240801 "Машины и аппараты химических производств" и магистрантов программы 150400.26 "Технологические процессы, машины и оборудование комплексной химической переработки растительных полимеров" при выполнении курсовых и дипломных проектов по разработке технологии и оборудования для переработки полимерных материалов.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.

Успешнее всего в мире перерабатывают отходы ПЭТ, главным образом, бутылки из-под шипучих напитков, соков, масла и т. д. Емкости закрывают крышками из полиэтилена, которые из измельченной смеси отделяются методом флотации. Это самая дорогая стадия вторичной переработки, она забирает на себя до 30 % стоимости процесса. Наиболее прогрессивной является переработка полимерных отходов во вторичное полимерное сырье. Поиск рационального решения этого вопроса ведется в направлениях, рассмотренных ниже.

Захоронение

Самый безперспективный вариант, поскольку ценное полимерное сырье закапывается, а огромные территории становятся непригодными для сельскохозяйственных нужд.

Сжигание

Очень распространенным способом утилизации отходов потребления пластмасс является сжигание. Теплотворная ность 2 т пластиковых отходов упаковки эквивалентна теплотворной способности 1 т нефти (теплотворная способность ПЭТ —22700 кДж/кг).В некоторых странах рют&небольшиео сжиганию бытовых отходов, в состав которых вход0 % отходов полимерной упаковки. Как источник тепловой энерходы упаковочных материалов используют многие страны. По различным оценкам, на сегодня сжигается до 40 % полимерных отхbr>
Мусор сжигают в специальных печах различной конструкции, оборудованных фильтрами, очищающими вредные газы. Эти фильтры сложны в производстве и использовании и не всегда обеспечивают необходимую степень очистки. Пластмассы содержат различные стабилизирующие добавки и пигменты, в состав которых входят соли тяжелых металлов. При температуре свыше 700 °С они переходят в газообразное состояние, и их последующее улавливание чрезвычайно затруднено. Использование для этих целей воды приводит к загрязнению и необходимости организации ее сложной очистки. Для сжигания требуются затраты, которые в настоящее время не могут быть компенсированы использованием выделяющейся тепловой энергии. Кроме того, для сжигания необходимо значительное количество кислорода.

Наиболее перспективным считается использование пластмассовых отходов (кроме ПВХ) в доменном производстве. Отходы пластмасс проявляют восстановительные свойства и при этом не образуются диоксины. Смешанные отходы пластмасс используются при выплавке стали путем вдувания отходов в доменные печи. Такой способ использования пластмассовых отходов получил широкое распространение в Германии (заводы в Бремене и Айзенхюттенштадте).

Пиролиз

Химические способы переработки пластиковых отходов в основном направлены на использование ПЭТ-отходов потребления, потерявших первичные свойства и трудных для переработки материальными способами. Направление охватывает наиболее распространенный, экономичный, непрерывный и безопасный для окружающей среды способ переработки отходов ПЭТ — деполимеризацию отходов ПЭТ нейтральным гидролизом до терефталевой кислоты и этиленгликоля, снова идущих на синтез ПЭТ.

Сольволиз

Другой распространенный способ химической переработки отходов ПЭТ — получение сравнительно недорогой ненасыщенной полиэфирной смолы. Для этого отходы ПЭТ подвергаются гликолизу и поликонденсации с добавлением ненасыщенных многоосновных кислот или их ангидридов с целью получения ненасыщенной полиэфирной смолы. Деполимеризация ПЭТ производится различными методами, в результате которых получаются продукты для деполимеризации до первичного ПЭТ, а также новые продукты, используемые в других областях химической промышленности. К сожалению, до сих пор деполимеризация остается весьма дорогим способом переработки вторичных пластмасс, в основном из-за значительных энергетических затрат или использование дорогих химических продуктов. Понятие сольволиз объединяет различные способы деполимеризации — метанолиз, гидролиз, ацидолиз, алкоголиз.

Грануляция

Отходы ПЭТ могут использоваться в качестве добавок для улучшения механических или электромеханических свойств другого полимера. Для переработки ПЭТ-бутылок используют дробилки, мельницы, грануляторы. В ходе процесса под механическим и тепловым воздействием отходы переходят из твердого в смолоподобное состояние. На выходе из гранулятора расплав продавливают через калибровочные отверстия и нарезают на гранулы, которые затем охлаждаются. Одним из перспективных направлений в этой области является производство гранулята из отсортированного сырья с использованием различных добавок, повышающих его качество (стабилизаторов, красителей, модификаторов и пр.).

Очистка отходов от загрязнений может быть осуществлена различными способами: путем обработки материалов в воде или водных растворах моющих средств, а также в неводных растворах, гравитационным разделением. Наиболее простым и экономичным является отмывка отходов ПЭТ в водных и неводных средах на аппаратах непрерывного или периодического действия. Для обработки отходов упаковки используются ножевые дробилки мокрого измельчения в комплекте со шнековыми промывателями.

Агломерация

Равномерность загрузки пленочных отходов в перерабатывающее оборудование после промывки обеспечивается агломерацией. При агломерации из пленки получаются окатыши (компактные зерна) произвольной формы с достаточно высокой насыпной плотностью и хорошей сыпучестью.

Агломерация менее энергоемка, более производительна, чем грануляция и поэтому позволяет снизить расходы на подготовку материала к дальнейшей переработке. Кроме того, агломерация протекает без изменения молекулярной массы материала при этом в процессе агломерации возможно введение в полимер красителей, стабилизаторов, наполнителей.

Наиболее эффективны дисковые агломераторы непрерывного действия, когда отходы ПЭТФ, измельченные до размера хлопьев 5-10 мм, непрерывно подаются в зону агломерации.

Экструзия

Излишки тепла выводятся водяным охлаждением и пневмотранспортом. Одним из наиболее распространенных способов переработки измельченных отходов полиэтилентерефталата является экструзия. Для этой цели используют как одно-, так и двухшнековые экструдеры. ПЭТ перерабатывается литьем под адвлением во всех типах литьевых машин, предназначенных для переработки термопластов. При этом необходимо соблюдать чрезвычайно жесткий режим во избежание деструкции полимера.

Для литья ПЭТ смешивают с полиэтиленом высокого давления и модификаторами до получения композиции, по свойствам близкой к ПЭТФ-КМ (литьевой лавсан). Температура расплава такой композиции — 250–260 °С. При увеличении ее сверх 280 °С возможна деструкция. Полностью аморфная структура получается при температуре формы 50 °С. Аморфные изделия обладают лучшей стойкостью к ударным нагрузкам, но более низкой температурой эксплуатации.

Радиодеструкция

Метод подразумевает разрушение химических связей макромолекул полимеров с помощью нейтронов, гамма-излучения, бета-частиц, что способствует процессам фото- и термоокислительной деструкции, и образованию низкомолекулярных продуктов, которые могут быть задействованы в биоциклических процессах. В России этот метод практически не используется

Таким образом, бывшие в употреблении пластмассовые изделия могут быть использованы вторично. Во многих странах принимаются программы по решению проблем, связанных с рециклингом ПЭТ. Так в США существует национальная программа по переработке полиэтилентерефталатной тары. В западной Европе каждая третья ПЭТ- бутылка изготовлена из вторичных материалов.

Вторичное полимерное сырье представляет собою вышедшие из употребления изделия и промышленные отходы из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полистирола и его сополимеров, полиамида, полиэфира и полиэтилентерефталата, фторопласта и других термопластичных полимеров, частично утратившие свои свойства, но сохранившие свойства технологические, которые обеспечивают возможность их повторного использования в виде сырья и предназначенные для переработки и использования в промышленности.

Краткая характеристика отхода

Наибольшую часть в используемых отходах полимеров (вторичное полимерное сырье) составляют отходы полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полиамида, полиэтилентерефталата, полистирола.

Вторичное полимерное сырье по каждому виду полимера классифицируется по следующим основным признакам:

Пленки
Промышленные отходы (слитки, литники, куски, ленты, облой, некондиционные изделия)
Тара
Отходы синтеза (низкомолекулярный полимер, россыпь гранулята, некондиционный гранулят)
Вышедшие из употребления изделия хозяйственного назначения
Вышедшие из употребления изделия технического назначения
Крупногабаритные изделия

Структура отходов термопластичных полимеров в России:

Полиолефенилы (полиэтилен, полипропилен) 50÷70%
Полистирол и его сополимеры 10÷15%
Поливинилхлорид 10÷15%
Полиэтилентерефталат 5÷7%

Виды загрязнений (инертные примеси, остатки содержимого, масла)
Массовая доля загрязнений ( в зависимости от вида полимера и типа загрязнений от 0 до 5%)
Влажность ( от 1% до 8% в зависимости от вида полимера)

Основные направления хозяйственного использования и переработки отходов полимеров

Основные направления переработки полимерных отходов

Повторное использование в производственном цикле по прежнему назначению в качестве добавки к первичному сырью
Переработка в дробленку или вторичный гранулят (агломерат) с последующим изготовлением из них (или с их добавлением к первичному сырью) широкого ассортимента изделий технического и хозяйственно-бытового назначения

Характеристика технологий переработки полимерных отходов

Существующие методы переработки полимерных отходов

Измельчение с получением дробленки, крошки сечки и т.п.
Измельчение с получением порошка
Прессование

Экструзия
Литье под давлением
Прессование
Раздувное формование
Вальцевание (каландрирование )
Пневмовакуум-формование
Напыление

Существующие методы переработки полимерных отходов:

Термическое разложение
Пиролиз
Крекинг (получение нефтеподобных продуктов)
Химический
Деполимеризация
Регенерация полимеров
Биологический

Любая технология переработки полимерных отходов включает стадию первичной подготовки и обработки отходов, состоящей, главным образом, из:

Сортировки полимерных отходов
По виду полимера
По цвету
От посторонних включений
Предварительной резки отходов на части (при необходимости)

Технология механической переработки полимерных отходов в дробленку включает следующие операции:

Измельчение полимерных отходов на кусочки размером 5÷12мм
Упаковку полимерных отходов
Маркировку
Транспортировку потребителю

Технология переработки полимерных отходов во вторичный гранулят

Измельчение
Мойку
Сушку
Экструдирование
Охлаждение
Гранулирование
Упаковку

Технология переработки отходов полимерной пленки в агломерат включает следующие операции:

Резку кип пленки на части
Мойку и получение сечки
Сортировку на виброситах
Флотацию тяжелых загрязнений
Сортировку на виброситах
Сушку
Агломерацию
Расфасовку и упаковку

Основные изготовители оборудования для переработки полимерных отходов механическим методом:

Удельные расходные показатели процесса переработки отходов во вторичный гранулят:

Полимерные отходы, кг\т 1212
Натрий хлористный, кг\т 36,3
Вода техническая, м 3 \т 16,88
Электроэнергия, кВтчас 1224,2
Вода теплая, Гкал 0,5

Основные направления хозяйственного использования и переработки отходов полимеров

Основные направления производства продукции с использованием вторичного полимерного сырья методом термоформования:

Пленка
Трубы и шланги
Тара
Изделия хозяйственно-бытового назначения
Изделия технического назначения
Стройматериалы
Напольные покрытия (в основном отходы – ПВХ)
Огнестойкая пленка (отходы ПВХ)

Наиболее распространенные виды оборудования для переработки полимерных отходов методом термоформования:

Пресса червячные
Агрегаты выдувные
Линия для производства рукавной пленки
Линия трубная
Линия трубная оболочковая
Линия для производства гофрированных шлангов
Пресс вулканизационный
Термопластавтоматы
Экструдеры

Основные производители оборудования по переработке полимерных отходов методом термоформования:

Технология переработки отходов ПВХ (искусственные кожи, напольные покрытия и др.), в плитку напольную включает:

Измельчение
Сортировку
Промывку
Сушку
Вальцевание
Резку полотна на заготовки
Прессование
Вырубку готовой плитки

Технические характеристики установки пиролиза полимерных отходов

Температура пиролиза, О С 425
Производительность установки, тыс.т/год 11,3
Состав продуктов пиролиза:
Топливо ( жидкие углеводороды ) 95%
Горючий газ 5%

Технология переработки полимерных отходов в плитный материал строительного назначения

Измельчение полимерных отходов
Смешивание с наполнителем ( древесные отходы в виде стружки, опилок, дробленки )
Формование плит
Обрезка плит по периметру

Технические характеристики установки по переработке полимерных отходов плитный материал:

Зачем нужна переработка пластика

Пластик критикуют за короткий срок службы. Если оценивать жизненный цикл материала, то экологические издержки пластика в четыре раза ниже, чем у металла, картона или бумаги. Главная проблема не в том, как мир использует пластик, а куда он отправляется из мусорных контейнеров. Каждый год в России образуется около 3 млн т пластиковых отходов. Специалисты НИУ ВШЭ провели анализ данных в 2017 году и пришли к выводу, что на переработку из этого количества отправляется всего 10–12%. Система раздельного сбора отходов в России пока не позволяет добиться полной загрузки профильных предприятий по переработке пластика. Отечественные компании вынуждены закупать пластиковые отходы за границей. Так, в 2018 году импорт составил $20 млн.

Вместо того, чтобы приносить пользу обществу и экологии, пластиковые изделия оказываются на полигонах и свалках. Синтетический материал начинает разлагаться под воздействием солнечных лучей. В процессе выделяются вредные вещества: углекислый и угарный газ, фосген и бромистый водород. Рассчитать скорость разложения пластика трудно. На процесс влияет несколько факторов: тип материала, влажность и температура. Так, одноразовый подгузник и зубная щетка исчезнут только через 500 лет, а стакан кофе, который был куплен в кофейне перед работой, будет лежать на свалке не менее 30 лет.

Экологические организации и активисты не первый год призывают общество не просто сокращать потребление, но и развернуться в сторону переработки. Это поможет:

сохранить невозобновляемое топливо — нефть;
снизить потребление энергии;
уменьшить объем отходов на свалках;
уменьшить выбросы углекислого газа в атмосферу.

Возможности переработки пластика

Возвращение пластика в производство — эффективный шаг для предприятий и экологии. Рециклинг тонны полимеров требует в среднем 10% энергии и воды от затрат на первичное производство. Если добавить к экономии неограниченное количество циклов переработки, то полимеры оказываются еще и выгодным материалом.

Графический дизайнер, экоактивист и создатель бренда Plastic Doom Галина Ларина сама изготовила машину по плавке пластика. Полиэтиленовые пакеты благодаря ее оборудованию получают вторую жизнь в виде дождевиков, рюкзаков, зонтов и панам.

Потенциал развития у сферы переработки колоссальный, уверены эксперты. За счет притока большего объема сырья и потребности со стороны переработчиков возможен рост минимум в два раза в ближайшие 5–10 лет.

Типы пластика для переработки

Перед тем как начать сортировать пластик, давайте разбираться в его видах. На каждой упаковке есть своя маркировка: это цифра в треугольнике из стрелок. Цифра обозначает вид пластика. Чаще всего встречаются семь основных.

1 — ПЭТ (РЕТ, полиэтилентерефталат). Из него делают бутылки для фруктовых соков и безалкогольных напитков.

2 — ПЭВП (HDPE, полиэтилен высокой плотности). Из этого вида пластика создают упаковку для шампуня или косметики, детские игрушки.

3 — ПВХ (PVC, пластифицированный поливинилхлорид или просто поливинилхлорид). Он используется для создания натяжных потолков, пластиковых окон, линолеума, искусственной кожи и не только.

4 — LDPE (полиэтилен низкой плотности). Именно из такого пластика состоят мусорные баки и мешки.

5 — PP (полипропилен). Ланч-боксы, контейнеры для еды на вынос и для мороженого сделаны из этого пластика.

6 — PS. Из полистирола созданы поролоновые чашки для горячих напитков, пластиковые столовые приборы, емкости для яиц и не только.

7 — O (OTHER) ПРОЧЕЕ. Из такого типа пластика делают диски, линзы, защитные очки, строительные элементы.

Заводы по переработке пластика

Но любые сложности — это новые возможности для предприятий. Они инвестируют крупные суммы денег на развитие технологий, чтобы создать эффективную систему переработки всех типов пластиковой упаковки.

Процесс переработки пластика

Процесс переработки пластика состоит из нескольких этапов: сбор, сортировка, измельчение, промывка и гранулирование. Сортировка происходит вручную или автоматически. Она помогает избавиться от загрязненных элементов из всего потока отходов. После этого пластик измельчают на хлопья, а затем перерабатывают в гранулы путем нагревания.

Производственная линия предприятий по переработке состоит из специального оборудования общей стоимостью до ₽10 млн. Обычно в линию входят:

конвейерная лента;
этикеточный сепаратор;
сортировочный конвейер;
аппараты для мытья и полоскания;
дробилка;
промывочные бассейны;
шнековый загрузчик;
гранулятор;
резочная машина;
центрифуга или пневмосушилка;
упаковочная машина;

Читайте также: