Сортировка с помощью рентген-лучей

МОСКОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт тонких химических технологий

Кафедра ХТПП и ПК

Доклад

На тему:

«Переработка использованных изделий их ПЭТФ (источники ПЭТФ-отходов, включая комбинированные. Области применения вторичного сырья(проблемы, схемы, экономичность)

Студент: Оклей Анна

Группа: ХЕМО- 11-16

Преподаватель: Ушакова О.Б.

МОСКВА 2017

Вторичный ПЭТФ

Весь «мусор» по образованию разделяется на жилой (твердые коммунальныеотходы - ТКО), коммерческий и промышленный. ТКО в России каждый год образуется около 63 млн т, из которых могли бы быть переработаны около 30 млн т. Пластиков среди них примерно 4 млн т (если считать 5 основных видов - полиэтилентерефталат (ПЭТФ), полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и полистирол). По оценкам сотрудников группы компаний «ЭкоТехнологии» из этих 4 млн т пластиков сейчас перерабатывается не более 300 000 т, а оставшийся объем отправляется для захоронения на полигоны. В целом в России сегодня перерабатывается всего 5-7 % полезных отходов.

Среди ТКО около 40 % - органические отходы, которые сложно переработать в текущих условиях; остальное - относительно ценные фракции, из них большая часть по весовому составу - бумага и картон, а пластмасса и стеклобой занимают около 16 %. Но, несмотря на это, акцент делается на пластмассы, т.к. если проанализировать, что выбирается из всего этого мусора, то окажется, что из извлекаемых фракций - в совокупности около 20% пластмасс (ПЭТФ, упаковочные пластмассы и другие пластмассы - автомобильные бампера, корпуса компьютеров и так далее). Кроме того, если взять тонну вторичных пластмасс и сравнить с тонной макулатуры или картона, то тонна макулатуры будет стоить от 5 до 11 тысяч р, а тонна пластмасс - от 15 до 40 тысяч. Поэтому, даже если взять 20% (выбираемых пластмасс) и сравнить с 35% (выбираемой макулатуры), то в денежном выражении именно пластмассы как источник образования вторичных отходов - это более интересный, более капиталоемкий рынок.

Среди пластмасс именно ПЭТФ - лидер по рециклингу. Если взять, например, рынки Японии, Китая, Соединенных Штатов Америки (тех, кто является лидерами), то в них именно ПЭТФ (как и ПНД) является одним из самых популярных видов пластмасс для переработки, потому что ПЭТФ:

достаточно просто собрать,
не подвержен гниению,
легко подвергается вторичной переработке (практически без потери свойств),
из него проще всего сделать вторичный гранулят,
постоянно растет число сфер использования, что создает возможность применения больших объемов ПЭТФ-отходов и позволяет создавать масштабную переработку.

Оценивая емкость российского рынка вторичного ПЭТФ сегодня в объемах конечного потребления - это около 100 000 тонн собранного ПЭТФ, который в виде ПЭТФ-хлопьев можно продать по средней цене 50 000 р. за тонну. Таким образом емкость рынка ПЭТФ уже на сегодня составляет около 5 млрд р. Потенциальный объем рынка ПЭТФ в год с учетом хотя бы 50% сбора ПЭТФ-бутылки (как в среднем по Европе) и переработки в ПЭТФ-хлопья составит около 17,5 млрд р.

К сожалению, нельзя ручаться за абсолютную точность ни одной из приведенных цифр, т.к. нет такого статистического агентства, которое располагало бы точными данными, - настолько этот рынок пока теневой и мало изученный, но учитывая, что они представлены инсайдерами отрасли, есть основания полагать, что цифры достоверны.

ПЭТФ в 2015 году

Говоря о том, что повлияло на отрасль ПЭТФ в 2015 году, необходимо отметить следующее:

Стремительное падение цен на нефть и дальнейшее обесценивание рубля;
Сокращение объемов импорта вторичного волокна;
Уменьшение покупательной способности потребителей сырья в связи со стагнацией в крупных отраслях, потребляющих конечный продукт - нетканые материалы, синтепон и т.д. (автопром, РЖД, автодор, нефтегазовая отрасль и др.);
Прекращение поставок с Украины в начале года, возобновление поставок летом - но уже не на такой стабильной основе, как до 2014 года;
Ряд событий в законодательной сфере:

Вынужденно отложен срок вступления в силу института региональных операторов и лицензирования деятельности по сбору, транспортированию, обработке, утилизации, обезвреживанию, размещению отходов I-IV класса опасности, а значит неопределенность в отрасли продолжается.
Опубликован проект постановления Правительства РФ «Об утверждении правил обращения с твердыми коммунальными отходами и формы типового договора на оказание услуг по обращению с твердыми коммунальными отходами». На данный момент, исходя из разрабатываемых положений и подзаконных актов, после появления региональных операторов все отходы окажутся в его собственности, и непонятно, на каких условиях рециклеры смогут их у него покупать. 18 февраля 2016 года вышло заключение об оценке регулирующего воздействия на данный проект постановления Правительства РФ, в соответствии с которым проект будет доработан.
Подготовка к реализации Расширенной Ответственности Производителя в соответствии с 458 ФЗ «Об отходах производства и потребления» (производители и импортеры товаров обязаны ежегодно направлять определенный процент товаров, включая упаковку, выпущенных в обращение, на утилизацию либо заплатить экологический сбор):

Выход подзаконных актов (о порядке взимания экологического сбора, перечне товаров, включая упаковку, подлежащих утилизации, порядке предоставления отчетности);
Установление нулевых нормативов утилизации для производителей упаковки на 2015 год;
Определение нормативов утилизации на 2016 и 2017 год (полиэтиленовая тара и упаковка 5% в 2016, 10% в 2017);
Примерное понимание размера ставки экологического сбора на 2016 (изделия пластмассовые упаковочные -3 844 р/т).

Результатом этих событий стала следующая ситуация на рынке ПЭТФ:

Потребление

В 2015 году в России было потреблено более 140 000 тонн вторичного ПЭТФ, из которых более 90% (порядка 130 000 тонн) было «произведено» на территории РФ и около 12 000 тонн импортировано. Импорт вторичного ПЭТФ в Россию составил около 8,5% от потребленного ПЭТФ в стране и был преимущественно из стран бывшего СССР. Предмет импорта практически на 100% - ПЭТФ-хлопья, используемые в дальнейшем для производства полиэфирного волокна.[1]

Ниже представлена таблица крупнейших переработчиков ПЭТФ в России с указанием мощностей и конечного продукта (предоставлено сотрудниками ГК ЭкоТехнологии на основе имеющейся доступной информации).

Ключевые факторы, влияющие на отрасль reПЭТ сегодня:

Цены от Могилевхимволокно на первичное полиэфирное волокно;
Стагнация рынков потребления конечной продукции;
Изменения и доработки, вносимые в природоохранное законодательство;
Повышение рублевой стоимости импортного вторичного полиэфирного волокна;
Нехватка сырья для переработки.

ПЭТФ в 2016 году

Завершение разработки проекта НПА и формирование окончательного варианта проекта постановления Правительства РФ «Об утверждении правил обращения с твердыми коммунальными отходами и формы типового договора на оказание услуг по обращению с твердыми коммунальными отходами», выход подзаконных актов от ФАС, Минстроя, МинПрироды по реализации 458 ФЗ и реализация (не только на бумаге, но и на деле) института региональных операторов, возникновение новых правил игры на рынке.
Выбор крупнейших «генераторов» полезных фракций: крупнейших российских и мировых компаний, производящих упакованную продукцию - ведь именно упаковка и составляет основные целевые фракции для рециклинга. В рамках расширенной ответственности производителя компании должны решить: или платить экологический сбор, или (самостоятельно или с помощью рециклера) собрать и переработать упаковку. Принятие решения в сторону уплаты сбора, конечно, мало поможет росту рынка рециклинга.
Развитие ситуации с законодательным закреплением РСО; если он все же станет обязательным, пусть даже в определенной части или регионах, это также повлечёт рост объема сырья для рециклинга плюс улучшение его качества.
Запрет на размещение отдельных видов отходов - если будет узаконена необходимость обязательной сортировки ТКО перед их перемещением для захоронения и сортировочные станции действительно станут нормой для каждого полигона ТКО, то дефицит сырья для рециклинга, перестанет быть столь острым.[1]

Технологии переработки ПЭТФ

Существуют различные технологии, позволяющие перерабатывать ПЭТФ и получать из него как ценное химическое сырье, так и готовую продукцию. Технологический процесс термо-каталитического расщепления (пиролиз) проводится при нормальном давлении и повышенной температуре и позволяет практически полностью перерабатывать вторичное сырье. Однако при этом важно следить, чтобы в смешанном сырье содержание ПВХ было минимальным: его присутствие негативно отражается как на качестве конечного продукта, так и на состоянии перерабатывающего оборудования. Для переработки вторичного ПЭТФ также используют гидролиз – расщепление материала в присутствии воды под действием высокой температуры и давления. Гликолиз проводится в присутствии этиленгликоля и специальных катализаторов, что позволяет получать дигликольтерефталат. Метанолиз – расщепление ПЭТФ с помощью метана – позволяет получать диметилтерефталат. Методы гликолиза и метанолиза иногда применяют в сочетании. [2]

Методы глубокой химической переработки приводят к выделению чистых материалов, однако, их полимеризация связана с большими расходами. Поэтому наиболее популярен механический метод, который предполагает получение конечных изделий прямо из расплава хлопьев ПЭТФ.

Механический метод

Данная технология включает несколько различных стадий, которые можно воспринимать практически как замкнутый процесс использования ПЭТФ-тары: сбор бутылок, сортировка, измельчение, очистка, переработка в гранулят и новые бутылки.

Сбор тары

Лидерами по сбору пластиковых бутылок являются развитые страны Запада, в которых, несмотря на все недостатки «потребительского общества» сложились и успешно функционируют системы вторичного оборота полимерной тары. Так, по данным Европейской организации по вторичной переработке ПЭТФ (Petcore), в 2007 г. в Европе для вторичного применения собиралось 40% всех использованных пластиковых бутылок.

Ведущие европейские страны-переработчики вторичного пластикового сырья, 2006, Assocomaplast

Сортировка мусора

Сортировка пластиковых отходов и отделение посторонних включений полимерного и иного происхождения имеют первостепенное значение для всего производственного цикла. Проблему загрязнений можно рассмотреть на примере наиболее опасной полимерной примеси – ПВХ. [2]

В процессе совместной переработки ПЭТФ с ПВХ образуются кислоты, которые нарушают химическую и физическую структуру ПЭТФ, что приводит к появлению желтизны и делает материал ломким. В результате полученный вторичный материал оказывается непригодным для целого ряда применений. Негативное влияние примесей ПВХ может сказываться даже при очень небольшом содержании: всего 50 частей на миллион. Правда, существуют применения, в которых отклонение свойств материала в пределах определенной нормы вполне допустимо.

Источники попадания ПВХ в ПЭТФ-сырье могут быть разными. Так, это могут быть бутылки из ПВХ, которые по внешнему виду напоминают ПЭТФ-тару. Кроме того, из ПВХ иногда изготавливают защитные пломбы, которые необходимо удалить при переработке. Также в некоторых случаях из ПВХ могут быть сделаны уплотнительные прокладки, а также этикетка.

Кроме ПВХ и других пластмасс, с бутылочным ПЭТФ оказываются несовместимыми некоторые другие ПЭТФ-материалы. Из потока сырья необходимо исключить подозрительную тару, которая может быть изготовлена из них:

- Лотки для разогрева в микроволновой печи. Эта упаковка изготавливается из кристаллического ПЭТФ, который отличается от бутылочного.

- Многослойные ПЭТФ-контейнеры. Эта упаковка изготавливается с применением других материалов, например, EVOH, попадание которых может негативно отразиться на технических свойствах получаемого продукта.

- Блистеры, стаканчики. Хотя они могут быть изготовлены из вполне подходящего материала, часто бывают случаи применения других полимеров, которые трудно отличить.

Использованные ПЭТФ-бутылки обычно поступают в переработку в спрессованном виде. Для обеспечения качественной сортировки необходимо пропускать такие агломераты через шнеки, где бутылки разъединяются. Сортировка полимерного мусора может осуществляться как вручную, так и автоматически.

Ручная сортировка

Ручную сортировку производят соответствующим образом обученные сотрудники, выбирая упаковку с ленты транспортера. Сортировка бывает двух типов: позитивная и негативная. В первом случае с транспортера удаляют ПЭТФ-бутылки, чтобы направить их в переработку. В случае негативной сортировки из потока отходов удаляют посторонние материалы, оставляя ПЭТФ-тару. Практика показывает, что ручная сортировка является наиболее эффективной и обеспечивает наивысшее качество конечного продукта вторичной переработки. [2]

Трудности ручной сортировки связаны с тем, что на упаковке пока редко присутствуют обозначения, указывающие на состав при том, что упаковка из различного пластикового материала может быть внешне похожей.

Повысить эффективность ручной сортировки может применение ультрафиолетовых ламп. Под действием УФ-излучения ПЭТФ начинает флуоресцировать голубоватым светом. Упаковка из ПВХ будет излучать желтый или зеленый цвет, что связано, однако, не с самим ПВХ, но с добавками, которые вызывают свечение. При использовании ультрафиолетового света ручная сортировка обеспечивает эффективность удаления ПВХ-упаковки на 99%. Однако данный метод подходит только для бесцветных материалов, а наличие пигмента сделает УФ-идентификацию невозможной. Кроме того, трудности возникают, если в состав упаковки вводятся добавки для поглощения ультрафиолетовых лучей (для розлива пива и других светочувствительных напитков). Образец такой упаковки светиться не будет.

Применяя ручную сортировку, важно помнить, что здесь большое значение имеет концентрация человека. Считается оптимальным, чтобы смена такой работы длилась не более двух часов, после чего должны приходить новые операторы.

Автоматическая сортировка

Сортировка, выполняемая с помощью техники, является независимой от «человеческого фактора» и может производиться в стандартном безостановочном режиме. Автоматическая сортировка основана на применении сенсоров, получающих данные о физических и химических свойствах материалов. Существуют три основных типа сортировочных систем. Цветовая сортировка, основанная на использовании видимого света, разделяет мусор по цветам. Вторую группу составляют методы, основанные на пропускании через материал упаковки различного рода излучения, состояние которого после прохождения анализируется сенсорами с противоположной стороны. В качестве излучения используют видимый световой диапазон, инфракрасные лучи и рентгеновское излучение (может анализироваться как характер прохождения лучей, так и флуоресценция под их действием).

Сортировочные системы могут быть рассчитана как на отделение отходов из одного материала («бинарные» системы), так и на сортировку различных полимеров, еще и окрашенных в различные цвета. Раньше всего появилось оборудование для разделения ПЭТФ и ПВХ, т.к. последний является самым «проблемным» материалом. Более современные системы позволяют сортировать пластики различных видов. Таким образом, эти установки могут использовать несколько технологий одновременно.

Сортировка с помощью рентген-лучей

Использование рентгеновских лучей считается самым надежным методом для удаления отходов из ПВХ в общем потоке смешанной пластиковой массы с преобладанием ПЭТФ. Этот тип излучения позволяет точно идентифицировать наличие атомов хлора, который имеется в ПВХ и отсутствует в ПЭТФ. Однако с помощью этого метода нельзя различать другие типы полимерных материалов.

Имеется два типа систем, использующих рентгеновское излучение: основанные на анализе характера прохождения лучей и на флуоресценции материала под их действием. Если речь идет о методе прохождения, имеется устройство, излучающее свет и датчик, определяющий характеристики лучей, прошедших через материал. Большим преимуществом этого метода является то, что машина не делает ошибок из-за наличия на упаковке этикеток или загрязнения. Правда, если окажется, что две бутылки из разных материалов оказались слишком близко или склеились, то устройство удалит обе бутылки. Также проблема возникает, когда несколько бутылок окажутся настолько плотно утрамбованы, что излучение будет ослаблено. Если система не может идентифицировать такой материал, она настроена на его удаление. Чтобы избежать при этом потери ПЭТФ-материала, необходимо разделить склеившиеся бутылки вручную и вновь пропустить их через систему.

Метод, основанный на принципе флуоресценции, предполагает, что датчик воспринимает излучение, отраженное от материала. Недостаток этой технологии проявляется, когда, например, бутылка из ПЭТФ загораживает бутылку из ПВХ. В этом случае датчик просто не заметит отходы из ПВХ и пропустит их дальше. Также бутылки из ПЭТФ не всегда правильно идентифицируются, если на них имеются этикетки или крышки. Во избежание «экранного» эффекта поступающий по транспортеру мусор должен быть подготовлен таким образом, чтобы каждый фрагмент мог быть «прочитан» индивидуально.

Использование рентгеновского излучения предполагает применение систем защиты персонала во избежание негативных воздействий на здоровье людей.