Download pptx - исследование закономерностей комплексной термической переработки

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


Видовой состав полимерных отходов



34%

20%17%

14%

8%7%

Состав полимерных отходов

ПолиэтиленПЭТСмешанные пленкиПВХПолипропиленПоликарбонат

4

Методы переработки



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



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.



Лабораторная установка

1- печь пиролиза; 2- аппарат для конденсирования газовой фазы; 3 – сборник неконденсирующихся газов;4 – компрессор



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



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



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



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



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).



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



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).




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




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






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



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