Применение термической плазмы в технологии уничтожения полимерных отходов различного происхождения

Одной из наиболее серьёзных экологических проблем, стоящих перед многими промышленно-развитыми странами, является загрязнение окружающей среды бытовыми и промышленными отходами, которые, в большинстве случаев, обладают такими нежелательными свойствами, как токсичность, концерагенность, мутагенность, реакционная способность и пожароопасность. Размещение непереработанных опасных отходов на свалках, полигонах, захоронения в земле и морских глубинах не может быть надёжным способом нейтрализации их вредного воздействия на окружающую среду, поскольку всегда имеется достаточно большой риск загрязнения опасными веществами почвы, грунтовых и поверхностных вод и воздуха.

По информации различных экологических служб только в Европе ежегодно производится несколько миллионов тонн различной упаковки. Из них перерабатывается только 29% с получением различного вида продукции, а на сжигание направляется примерно 30%. В целом, в Европе 50% полимерных отходов, в том числе и упаковки «ТетраПак» утилизируется с применением различных технологий, всё остальное складируется и захоранивается на свалках и полигонах.

Что касается России и стран СНГ, то достоверная информация по обращению с полимерными отходами вообще отсутствует. За редким исключением нет информации о количестве образующихся отходов, не освоена в достаточной степени технология их сбора и разделения.

Наиболее широко используемым способом переработки полимерных токсичных отходов является их сжигание, пиролиз, термическое разложение. Для этих целей используются промышленные печи и котлы, при условии, что отходы содержат органическую составляющую, обладают умеренной и высокой теплотворной способностью и минимальным содержанием токсичных соединений.

Низкие экологические показатели, весьма узкий круг сжигаемых органических отходов при использовании промышленных печей привели к необходимости разработки специальных технологий по переработке токсичных отходов, одни из которых уже применяются, а другие находятся на стадии исследований и разработки. Вот некоторые из них: камера сгорания с горелками для жидкой инжекции топлива, вращающиеся обжиговые печи, электрические инфракрасные печи, циркуляционные печи с псевдоожиженным слоем, камера сгорания с горелками, обогащёнными кислородом…

Недостатки технологий сжигания токсичных отходов

К сожалению, все перечисленные и другие способы сжигания токсичных отходов имеют существенный недостаток. Он заключается в том, что при сжигании хлорорганики при недостаточно высоких температурах, помимо оксидов азота и углерода, возможно образование таких токсичных отходов, как фосген, дибензофураты, диоксины, бензопирены, и других ультратоксичных продуктов в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации.

Процесс переработки полимерных отходов в качестве начальной стадии включает сортировку по основным маркам материала: полиэтилен низкого давления (ПНД), полиэтилентерефталат (ПТЭФ), полипропилен (ПП), полистирол (ПЛ), поливинилхлорид (ПВХ) и другие. Последующие стадии переработки: прессование, пакетирование, упаковка или грубое измельчение для транспортировки к месту переработки, сортировка, измельчение, промывка, сушка, гранулирование. После этого полимерный материал готов к повторному использованию в качестве вторичного сырья для технических целей или может идти на более глубокую очистку.

В качестве примера эффективной технологии, вероятно, можно привести процесс плазменной переработки отходов «ТетраПак». Этот уникальный процесс для переработки остающейся после отделения бумаги смеси пластика и алюминия основан на использовании термической нейтральной плазмы, экологически чистый, позволяет восстанавливать алюминий и одновременно извлекать пластик, содержащийся в начальном продукте.

В этом процессе алюминий расплавляется, восстанавливается и сливается в специальные формы, где формируется в виде слитков. Пластик (в основном полиэтилен) подвергается плавлению, испарению и термическому разложению, с последующей внешней конденсацией в специальном устройстве на выходе из реактора, восстанавливаясь в виде парафинового компаунда. Полученные продукты процесса – парафин и алюминий – весьма высокого качества и могут непосредственно использоваться в различных отраслях промышленности.

Плазменная установка для утилизации токсичных химических отходов

ООО «ТехЭкоПлазма» разработана и изготавливается мобильная опытно-промышленная плазменная установка для утилизации токсичных химических отходов различного происхождения, в том числе и полимерных токсичных отходов. Монтаж выполнен в 20-футовом транспортируемом автомобильном контейнере.

Эта установка предназначена для переработки широкого спектра органических и неорганических отходов, легко адаптируется к переработке различных видов сырья, которое может подаваться в плазму в жидком и дисперсном виде. Основным преимуществом данной системы являются её мобильность, простота и безопасность при сборке и эксплуатации, достаточная автономность, незначительные эксплуатационные расходы. С целью достижения максимальной эффективности переработки отходов система управления позволяет регулировать рабочие параметры системы, такие как расход перерабатываемого сырья, степень перемешивания материала с плазменным потоком, время нахождения компонентов отходов в плазменном реакторе, достаточное для деструкции токсичный веществ. Технологическая установка включает в себя: устройство для подачи полимерных отходов, плазменный реактор с электродуговым плазмотроном постоянного или переменного тока, закалочный модуль, основную адсорбционную систему, экологическую адсорбционную систему.

Процесс переработки отходов является непрерывным. Количество подаваемых отходов регулируется в зависимости от электрической мощности установки. Плазмообразующий газ – воздух. Среднемассовая температура на выходе из сопла плазмотрона – 4000-5000 К, температура в плазменном реакторе – 1500-1700 градусов по Цельсию, закалка в системе охлаждения обеспечивает снижение температуры до 300-4000 градусов по Цельсию. В основной адсорбционной системе происходит адсорбция токсичных соединений из отходящих газов, с последующем охлаждением их смеси до температуры 80 градусов. Экологическая адсорбционная система предназначена для финишной очистки и охлаждения отходящих газов до температуры 50 градусов по С.

При разработке технологии и проектировании установки использовались результаты полученные:

1. В лабораторном масштабе на экспериментальной установке, мощностью до 100 кВт, где был тестирован процесс переработки хлористого метилена, метилхлорида, а также ряда пестицидов с истёкшим сроком годности;
2. В промышленном масштабе на предприятии химической промышленности, на мобильной плазменной установке мощностью до 50 кВт, где реализован процесс переработки хлористого метилена, метилхлорида, BU heavies и Rimon heavies (отходы химического производства), которые представляют собой соединения состоящие из молекул, содержащих: углерод, водород, хлор азот и кислород.
   

Г.Э. Савченко,
генеральный директор ООО «ТехЭкоплазма»;
А.Л. Моссэ,
д. т. н., профессор
Доклада на конференции «Экологические проблемы производства, использования и утилизации пластмасс», 28 октября 2008, Москва