Переробка поліетилену: виробництво вторинної гранули з відходів, піроліз і його продукти, використання зшитого пе, рециклінг в домашніх умовах

Щорічне споживання поліетилену в Україні становить близько 1,7 млн. Тонн.

Значна частка полімеру йде на виготовлення товарів з обмеженим строком служби, тобто є джерелами відходів.

Отже, з року в рік питання утилізації даної сировини стає все гостріше.

Поліетилен представляє великий інтерес для бізнесу з переробки з кількох причин:

  • ця ніша відносно вільна;
  • велика кількість відходів – це доступне сировину і масштабованість виробництва;
  • низька собівартість забезпечить попит на вторинні продукти.

Далі будуть розглянуті способи переробки відходів цього полімеру і використання вторинних продуктів для виробництва виробів.

Види відходів ПЕ

Поліетилен є продукт полімеризації етилену (C2H4) – непредельного газоподібного вуглеводню, першого в олефінове ряду.

У природі з’єднання практично не зустрічається, а в промисловості його отримують методами крекінгу високомолекулярних складових нафти, дегідрування етану, а також дегідратації етилового спирту.

Процес полімеризації є руйнування однієї з зв’язків в молекулі H2C = CH2і з’єднання мономера -H2C-CH2- в нециклічного ланцюжок. На перебіг процесу впливають температура, тиск і вид використовуваного каталізатора.

У промислових масштабах синтезують чотири види поліетилену, що розрізняються структурою і властивостями:

  1. ПВД (Поліетилен високого тиску) – прозорий і еластичний матеріал з низькою межею міцності. Молекула речовини має велику кількість бічних відгалужень, що не дозволяють створювати кристалічну структуру. При температурі 103 – 110 ° C полімер переходить в рідкий стан і має високу плинність. ПВД застосовується для виробництва пакувальних матеріалів: плівки, контейнерів та пакетів.
  2. ПНД (Поліетилен низького тиску) – більш міцний і жорсткий в порівнянні з ПВД. Полімерні нитки мають лінійну структуру з невеликою кількістю відгалужень, завдяки чому при кімнатній температурі близько 80% речовини знаходиться в кристалічному стані. Температура плавлення становить 125 – 132 ° C. ПНД стійкий до впливу більшості хімікатів. З нього роблять сміттєві пакети, ємності для масел, кислот, розчинників, безнапірні труби.
  3. ПКД (Поліетилен середнього тиску) – суміш ПНД і ПВД. Матеріал поєднує переваги обох видів полімерів і використовується у виробництві плівок, мішків, видувний толстостенной тари.
  4. ЛПВД (Лінійний поліетилен високого тиску)еластичний і м’який матеріал з високою опірністю розривів, проколів та інших видів руйнування. Завдяки здатності до фарбування, велика частина таких полімерів використовується для виробництва стретч-плівки, багатошарових матеріалів і ламінатів.

В останні роки в Україні широко застосовується ще один вид поліетилену – PEX, або зшитий поліетилен. Його отримують з ПНД.

Під впливом реагентів або іонізуючого випромінювання відбувається відщеплення атомів водню від полімерних ланцюгів, а вільні зв’язку в вуглеці тут же взаємодіють між собою.

В результаті виходить тривимірна мережа з яскраво вираженою кристалічною структурою.

Матеріал відрізняється високою температурою плавлення і має «пам’ять форми».

З нього роблять:

  • водопровідні труби;
  • кабельну ізоляцію;
  • термоусадочні матеріали.

технології рециклінгу

В Україні найбільш широкого поширення набули дві технології переробки поліетилену: виробництво вторинної гранули та піроліз.

Перша передбачає повернення полімеру в виробництво, а друга – отримання енергетично цінних газів і рідин, які можуть бути використані в якості пічного палива, а також у виробництві інших видів органічних сполук.

Термомеханічна – виробництво гранул

Термомеханический рециклинг – виробництво гранул з відходів поліетилену. технологія не дозволяє перетворювати ПНД в ПВД і навпаки.

Структура і молекулярна маса полімеру задаються при його синтезі і залишаються незмінними.

Однак для додання вторинному матеріалу необхідних технологічних властивостей – твердості, пластичності або плинності при нагріванні – в ПНД додають ПВД і навпаки.

Виробництво гранул з відходів поліетилену проводиться за наступним алгоритмом:

  1. Збір і сортування. Ступінь готовності до переробки залежить від розмірів, складу, ступеня збереження і забрудненості сировини. Відходисортують механічним способом і вручну
    .
  2. подрібнення. На високопродуктивних лініях дроблення до потрібної фракції виконується в дві стадії: за допомогою шредерів і дробарок. Між ними встановлюють гидроциклон або флотационную ванну для відділення твердих і важких частинок.
  3. промивання. Як правило, промислове і комерційні відходи чистіші, ніж побутові, і в деяких випадках їх не промивають. Тара з-під молока, навпаки, може зажадати подвійний промивання.
  4. сушка. Подрібнене і промите сировину надходить в центрифугу, де з нього віддаляються зайва волога, а потім в камеру термічного сушіння.
  5. агломерація. Процес протікає під тиском і при підвищеній температурі, являє собою часткове розплавлення і спікання поліетилену в катишки.
  6. гранулювання. У грануляторі полімер піддається нагріву до температури плавлення, очищення від твердих і рідких домішок, дегазації. Також відбувається перемішування суміші і усереднення її складу. Маса під тиском проходить через отвори – формувальні фільєри. Цівки розплаву охолоджуються водою і стиснутим повітрям, після чого ріжуться на готову гранулу.

В сучасних лініях з переробки ПВД ​​і ПНД замість агломераторів використовують пласткомпактори.

У пристроях сировину продавлюється роликами через матриці з отворами заданих діаметрів, а розігрів відбувається за рахунок дії сил тертя.

Пласткомпактори працюють з вологим сировиною. Це дозволяє відмовитися від другої стадії осушення. При правильно налаштованому технологічному процесі сировина не піддається повного розплавлення, що позитивно позначається на якості вторинної гранули.

Переробка поліетилену супроводжується частковим руйнуванням полімерних ланцюжків.

Під дією температури зв’язку в них слабшають і можуть розриватися при активному перемішуванні.

Крім того, відбувається окислення полімеру атмосферним киснем.

В результаті ланцюжка коротшають і знижуються механічні властивості грануляту.

Для зниження деструкції фахівці рекомендують налаштовувати процес переробки так, щоб сировина піддавалося мінімальним тепловим і механічним навантаженням. Уповільнити руйнування полімеру можна також за допомогою спеціальних добавок-стабілізаторів, що зв’язують вільні радикали.

Термохімічна – піроліз

Багатошарові плівки, в тому числі з металізацією, зшитий поліетилен і відходи з сильним ступенем деградації переробити у вторинну гранулу на комерційних установках виявляється важко. Їх піддають термічному розкладанню в піролізних установках.

Продукти піролізу поліетилену відрізняються високою якістю і екологічною безпекою, оскільки сировина не містить сполук сірки, фосфору, азоту.

Термічний розклад відбувається в три етапи:

  1. Відщеплення бічних відгалужень.
  2. Розтріскування основний вуглецевого ланцюга.
  3. Розкладання вуглецевих залишків.

Більшість дослідників вважає, що механізм протікання піролізу – це випадкова ланцюгова реакція.

Продукти перших двох стадій – це:

  • горючі гази;
  • важкі воски;
  • смоли.

На третій стадії важкі вуглеводневі фракції розкладаються на більш легкі.

Велика частка газоподібних продуктів відноситься до олефінове ряду (етилен, пропілен і т. Д.). Також в складі продуктів зустрічаються циклічні сполуки – бензол, толуол.

При деяких процесах утворюються водень і метан. Крім газоподібних продуктів в результаті піролізу поліетилену отримують рідкі і конденсовані фракції, багаті аліфатичними вуглеводнями.

Процес розкладання і склад його продуктів залежать від ступеня розгалуження поліетилену, його середньої молекулярної маси, температури і типу реактора, використовуваного каталізатора.

Використовувані в промисловій переробці установки дають 40 – 70% газу і 30 – 60% піролізних масел.

У лабораторних умовах на реакторі безперервної дії з алюмосилікатних каталізатором було отримано 80% бензинової фракції (C5-C12). Частка газів в загальному випадку збільшується зі зростанням температури в реакторі.

Особливості переробки зшитого поліетилену

Найбільші джерела зшитого поліетилену – відходи кабельної ізоляції і сантехнічних напірних труб.

Крім піролізного розкладу, його переробляють за такими технологіями:

  1. Розмелювання в порошок і використання в якості наповнювача при виробництві гранул з ПВД і ПНД.
  2. гаряча різання з частковим окисленням. Дроблення при підвищених температурах призводить до розриву вуглецевих зв’язків між ланцюгами і збільшення плинності матеріалу.
  3. Гідроліз і алкоголиз. Вода і спирт здатні розривати зшивання. Одержуваний на виході продукт не відрізняється від синтезованого поліетилену.
  4. ультразвукова обробка. Енергія високочастотних імпульсів дозволяє зруйнувати тривимірну структуру PEX і залишити без змін головні полімерні ланцюжки.

Використання відходів переробки зшитого поліетилену можна зустріти у виробництві труб для кабельної каналізації, низьковольтної ізоляції і багатьох побутових товарів.

Використання вторинної гранули у виробництві готових виробів

Якщо дотримуватися технологію переробки, використовувати якісне обладнання та відповідально підходити до процесу сортування, вторинна гранула практично не поступається за якістю первинної.

При виготовленні кінцевої продукції вона може частково або повністю замінювати синтезований поліетилен.

компоненти

У виробництві використовується вторинна гранула ПНД, ПВД, ЛПВД, а також сумішеві склади.

Як добавки можуть використовуватися:

  • порошок PEX;
  • поліпропілен;
  • каучуки і інші еластомери.

технологічні процеси

Виробництво включає в себе такі процеси:

  1. екструзія. Технологія полягає в продавлюванні розплаву через формующую головку, що задає перетин готової продукції. Цим методом отримують віконні профілі, плівки, трубу, інші вироби мірної і немірної довжини.
  2. Лиття під тиском. Технологія полягає в заливці розплаву в форму з наступним охолодженням і дозволяє отримувати серійну штучну продукцію. Устаткування – термопластавтомат – здатне лити порожнисті, спінені і армовані вироби складної конфігурації.

Які вироби можна отримати з вторсировини?

У таблиці показано, які вироби і добавки створюються з різних видів вторинного поліетилену:

вид відходів Готові вироби
Плівка ПВД з промислових і комерційних джерел Пакувальні матеріали
Плівка ПВД, зібрана шляхом сортування побутових відходів Гранули для лиття
стретч Гранули, що додаються в інші види сировини в якості модифікатора
Видувна тара для харчових продуктів і побутової хімії безнапірні труби
Товстостінні каністри і бочки Безнапірні труби, дерев’яно-полімерні композити, геомембрани.
багатошарові плівки Добавки в інші види сировини
Кабельна ізоляція Наповнювачі для гранул ПВД і ПНД
Плівка сільськогосподарського призначення Гранули для додавання в ливарні вироби і нову плівку

Як можна переробляти матеріал в домашніх умовах?

На жаль, переробка поліетилену в домашніх умовах з нульовими вкладеннями неможлива.

Однак на ринку є пропозиції російських і зарубіжних виробників міні-обладнання, яке можна встановити в гаражі або на дачі.

Для початку необов’язково організовувати відразу повний цикл переробки. Багато підприємств закуповують подрібнений поліетилен різних марок.

Існують ресурси, які популяризують саморобний обладнання для переробки полімерів. Дейв Хаккенс – автор проекту PreciousPlastic – на своєму сайті надає креслення таких пристроїв і дає відеоуроки. Його технології та обладнання для рециклінгу дозволяють створювати готові вироби в домашніх умовах.

Відео по темі

Більше про рециклінгу пакетів дивіться в цьому відео:

висновок

Переробка поліетилену – приваблива ніша для відкриття своєї справи. Але варто врахувати, що окупність промислового обладнання, заявлена ​​виробниками, складає 1,5 – 2 роки. На практиці це можливо лише в умовах «ідеального» сировини і налагодженого збуту.

Перш ніж зважитися на відкриття бізнесу з переробки пластику, варто розрахувати всі витрати, виходячи з реальних умов.

Ссылка на основную публикацию