Утилизация полиэтилена и полиэтиленовой тары: гранулы, пиролиз, сжигание

Повсеместное использование полиэтилена обусловлено свойствами материала. Он легкий, прочный, долговечный. Такая популярность породила экологическую проблему – накопление полимера на мусорных свалках. Более 10 % всех твердых отходов составляет пластик.

Он практически не гниет, горит с образованием токсичных продуктов. Оптимальная переработка полиэтилена — его вторичное применение.

Основные виды отходов полиэтилена и откуда они берутся?

Полиэтилен образуется путем полимеризации этилена. В природе он не встречается. В промышленности получается методами крекинга нефтяных составляющих, дегидрирования этана, дегидратации этилового спирта. Из полиэтилена производят такие предметы быта, как пленки, тару (бутылки, канистры), трубы, изоляционные материалы.

Весь выпускаемый полиэтилен различается двумя свойствами: длиной молекул и степенью их ветвистости. Это зависит от условий полимеризации, давления, температуры внутри реактора, катализатора. На производстве синтезируются несколько типов полиэтилена:

• ПВД (полиэтилен высокого давления). Это непрочный, прозрачный, мягкий материал. Производится он под давлением от 150 до 300 МПа. ПВД служит для изготовления упаковочных пленок, пакетов, контейнеров.
• ПНД (полиэтилен низкого давления) ─ значительно прочнее предыдущего материала. Температура плавления от 120 градусов. При комнатной температуре ПНД ─ твердая субстанция. Из него делают безнапорные трубы, пакеты для мусора, емкости для хранения кислот.
• ПСД (полиэтилен среднего давления). Образуется он путем смешивания ПНД и ПВД, сочетая плюсы обеих субстанций. Из него изготавливают выдувную толстостенную тару, мешки, пленки.
• ЛПВД (линейный полиэтилен высокого давления) – легко красящийся, пластичный материал с высокой сопротивляемостью проколам, разрывам. Служит исходником для изготовления стрейч-пленки.

Дополнительные группы строительного полиэтилена ─ сшитый (РЕХ), вспененный (ПП), хлорсульфированный (ХСПЭ) и сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ).

Такая востребованность полимера приводит к тому, что значительная его часть переходит в разряд отработанной. Отходы полиэтилена делятся на несколько видов:

1. Брак при производстве. Проходит как низкосортная продукция. По разным данным такой брак составляет до 10 % всего сырья.
2. Однородные отходы, вышедшие из промышленного оборота ─ отслужившие емкости, тара, оплетки проводов, упаковка.
3. Составные части бытовых отходов со свалок. Это упаковочные материалы, пакеты, бутылки.

Большая часть выброшенного пластика ─ это смесь с другими отработанными продуктами. Поэтому, направлениями развития переработки полимеров выступает сортировка и очистка отходов, получение изделий из смесовых отходов.

Пленка

Пленка – лидер среди упаковочных материалов. На нее не действуют химические реагенты, высокие температуры. Ее можно стерилизовать при t=100оС и выше. Это все при том, что она прозрачная, мягкая, практически нетоксичная.

Кабельная изоляция

Для изоляции электрических кабелей, проводов берется композиция полиэтилена с природным или промышленным каучуком. Диэлектрические свойства полимера полезны при сборке проводов, обмотки генераторов, ремонта, сращивания кабельных оболочек.

Полиэтиленовые пакеты

Среднее время использования пакета – 20 минут, после чего он сразу отправляется в мусорное ведро. За год одна семья из супермаркета 1-3 раза в неделю приносит домой (и даже покупает) 160 таких полиэтиленовых пакетов.

Воздействие полиэтилена на природу

Около 4% всей мировой нефти тратится на производство полиэтилена. Недостаток полимера в том, что срок разложения в окружающей среде от 500 до 1000 лет. Т.е. практически каждый кусок пластика, выпущенный когда-либо, существует до сих пор.

Полиэтилен не подвержен воздействию сильных кислот и щелочей. При гниении выделяет вредные вещества, загрязняющие почву и воду. Сгорает полимер с выделением токсичных диоксидов, которые накапливаются внутри тканей животных, отравляя их.

Невесомые пакеты ветром переносятся на большие расстояния, оседая на деревьях, полях, на воде. Комитет ООН по охране природы подсчитал, что от пластиковых отходов ежегодно гибнут около 1 млн. птиц, 100 тысяч морских животных и колоссальное количество рыб.

Всех их привлекает яркая окраска пластика, который они принимают за еду. Более 260 тысяч видов животных запутываются либо проглатывают пластик, что ведет к мучительной смерти. В 2000 году,например, умер кит-полосатик. Внутри желудка животного были найдены пакеты, листы пластмассы, мешки для мусора.

По общим оценкам на 2014 год на поверхности океана находится около 2,5 тысяч тонн пластика. В океане существует два участка, куда морскими течениями сносится большое количество подобного мусора. Их общая площадь больше размеров США. Мусор скоро станет угрозой всего тихоокеанского региона, а также России.

Доказано, что упаковка пищи полиэтиленом также вредна для человека, потому что:

• такие продукты быстрее портятся из-за обилия бактерий;
• при производстве пакетов используется свинец;
• при заморозке и при квашении в них продуктов из полиэтилена выделяются токсические вещества;
• разогрев еды внутри пакета сопровождается выделением формальдегида;
• соединение швов упаковки производится при помощи химического клея;
• хранение продуктов, упакованных таким образом, приводит к выделению мономерных фталатов, которые отравляют организм человека.

В начале 2000 годов в ряде стран (Сингапур, Тайвань, Бангладеш) произошли наводнения, виновниками которых стали пакеты, засорившие стоки рек и канализации. После чего данные государства ввели ограничение на использование прозрачных пакетов.

Всего 1% мирового пластика перерабатывается для повторного использования. Все это делает вполне реальной угрозу гибели живого под тоннами полиэтиленового мусора в ближайшем будущем.

Технология переработки отходов полиэтилена

Совсем еще недавно использовались лишь два способа утилизации полиэтилена: захоронение и сжигание. Сейчас востребованными являются метод пиролиза и изготовления гранул.

Проблема вторичной переработки полимеров состоит в невозможности получения одного вида полиэтилена из другого, т.к. свойства материалу задаются при первичном синтезе. Т.е. нельзя продукцию из ПВД переработать во вторичный ПНД или наоборот. Свойства материала можно лишь корректировать путем, например, прибавки ПНД к ПВД.

Выбор оборудования для процесса

Переработка пластиковых отходов требует наличия специального оборудования по измельчению, мойке, сушке, прессованию. Получаемая при этом продукция используется на производстве как самостоятельный материал или же, как добавка к основной субстанции.

Перерабатывающее оборудование позволяет ускорить процесс, снизить вклад ручного труда в технологический процесс. Производственными элементами цеха по производству гранул являются:

• Линии переработки (утилизации) полиэтиленовой тары в хлопья ПЭТ. Аппарат производит сортировку бутылок по цвету, выдает чистые хлопья ПЭТ пригодные для дальнейшего производства гранул или готовой продукции.
• Дробилки, шредеры для измельчения и формирования частиц.
• Центрифуги для сушки измельченного сырья.
• Линии очистки и мойки полимерных отходов.
• Флотационные ванны и гидроциклоны. Такие устройства используются для отделения более тяжёлых частиц.
• Перфораторы ПЭТ-бутылок. Оборудование прокалывает и прессует бутылки после их сортировки.
• Агломераторы для переработки полиэтилена. Оборудование предназначено для измельчения отходов и получения агломерата. Продукт используется в литейных машинах, экструдерах. Возможен вариант применения гранулятора со встроенным агломератором.
• Линии грануляции или экструдеры. Они формируют гранулы из мягких полимерных отходов.

Сбор и вывоз отходов

Основная масса пластиковых бытовых отходов попадает в ведро для мусора, а затем внутрь баков для ТБО. Таким образом, сырье загрязняется пищевыми остатками, различными жидкостями, химикатами, грязью. Для дальнейшей переработки такого пластика понадобится тщательная сортировка и очистка, что усложнит процесс.

Сортировка бытового мусора на этапе его выноса из дома – важная часть вклада каждого человека в борьбе с «пластиковым» загрязнением окружающей среды. Городские службы призывают складывать отработанный полимер исключительно в отведенные для этого накопители.

В России сортировка мусора приживается с трудом. Причин тому несколько:

1. Подобные сетки присутствуют далеко не в каждом дворе, и даже не в каждом населенном пункте.
2. Не налажена система административного наказания (штрафов) за несоблюдение правил сортировки мусора.

Сдать отходы из полимера можно на пунктах приема вторсырья или же на самих заводах по переработке.

Технологии рециклинга

В России пластик перерабатывается двумя способами (рециклинг) ─ это пиролиз и производство гранул. Первый дает получение жидкостей и газов, которые являются энергоносителями, второй ─ снова возвращает полимер в «круговорот» пластика.

Термомеханическое производство гранул

Термомеханическая регенерация полимера осуществляется при помощи экструдирования и агломерации. Обработка грубого полимера происходит в присутствии химических реагентов. Добавление ПВД к ПНД дает итоговому материалу нужную жесткость и гибкость.

Переработка полиэтилена в гранулы состоит из следующих этапов:

1. Сбор, сортировка. Происходит она ручным и аппаратным способом. Трудоемкость процесса зависит от степени повреждения и загрязненности материалов.
2. Измельчение отходов при помощи шредеров и дробилок.
3. Аппаратная промывка и сушка сырья. Отходы производства чище бытовых, поэтому могут обойтись без промывки.
4. Центрифугирование. Под действием центробежной силы удаляются загрязнения и остатки влаги.
5. Помещение в агломераторы вымытого и высушенного сырья, где при высоких температурах происходит его расплавление и спекание.
6. Грануляция. Процесс состоит в обработке материала высокими температурами и окончательной очистке от посторонних примесей.

Термохимический пиролиз

Пиролизом пластика называется его сжигание при температуре 600 о С без присутствия кислорода. В результате процесса получаются газ и зола. Первый идет как синтетическое топливо для двигателей внутреннего сгорания. Зола становится топливом для печей.

Недостаток методики ─ выделение при производстве токсических веществ. Их обезвреживание требует дорогого оборудования. Постоянно растущий дефицит на рынке пластмасс, делает экономически более выгодной вторичную переработку полимеров – рециклинг.

Особенности переработки сшитого полиэтилена

Сшитый полиэтилен – это такой полиэтилен, молекулы которого связаны дополнительными связями. Он не плавится, как другие его виды, а только размягчается, поэтому из него делают изоляцию.

Перерабатывать сшитый полиэтилен можно методом пиролиза с получением газа и жидкости. Второй способом его регенерации ─ размалывание до мелкой крошки диаметром до 0,5мм и добавление при производстве других изделий из полимера. Эта крошка увеличивает плотность материалов, мало влияя на их свойства.

Проблема утилизации сшитого полиэтилена состоит в решении вопроса его дробления, т.к. пока что это слишком дорого и энергоемко.

Что делают из вторичного полиэтилена?

Результатом вторичной переработки полиэтилена является дешевый и прочный материал, который используется для производства следующих товаров:

Половина вторичного пластика Европы используется для производства полиэстера – утеплителя одежды, наполнителя для мягких игрушек.

Почему выгодна вторичная переработка ПНД и ПВД?

Сегодняшний день благоприятен для создания бизнеса по переработке пластика. Для этого есть несколько причин:

• Отрасль практически не занята. Открыть такой бизнес ─ значит наладить производство в сегменте, где практически нет конкуренции.
• Ценовой порог выхода на рынок мал.
• Доступность сырья для переработки. Полиэтилен и пластик ежедневно в большом объеме отправляется в мусорное ведро, а затем на свалку.
• Малая себестоимость ─ залог низкой цены на готовую продукцию, а, следовательно, высокий спрос на нее.
• Утилизация ПНД и ПВД поощряется на государственном уровне.