На тему: Уничтожение отходов полимеров.

На тему: Уничтожение отходов полимеров.

Сжигание с извлечением энергии.

Конструкции установок. Эффективность метода.

 

Выполнил, магистрант гр. ХЕМО-11-16: Терёхин А.С.

 

Приняла, доц. каф. ХТПП и ПК: Ушакова О.Б.

 

 

Москва 2017

Введение

Наиболее экологически опасными считаются полимерные отходы, основным недостатком которых является стойкость к влиянию естественных природных условий, так как в большинстве своём полимеры не подвержены саморазложению. Вместе с тем сжигание таких отходов вызывает выделение крайне ядовитых газов, в том числе диоксина. По имеющимся данным стоимость обработки и уничтожения отходов пластмасс в целом примерно в 8 раз превышает расходы на обработку большинства промышленных отходов и почти в 3 раза – на уничтожение бытовых.

Для каждого конкретного упаковочного материала в зависимости от особенностей его состава, химического строения полимера и свойств выбирается тот или иной путь уничтожения отходов. Следует учесть, что значительное количество пластиковых упаковок, используемых сегодня, являются неэкологичными, то есть включают в себя сразу несколько материалов. Например, литровые пакеты, в которых продается сок, состоят из фольги, пластика, картона; эластичные бутылки для кетчупа часто производятся из нескольких типов пластика. Такая упаковка практически не поддается вторичной переработке и зачастую не сгорает в мусоросжигательных печах.

В то время как вторичная переработка (если она возможна) является пред­почтительным путем, и также имеет место естественное разложение, большая часть полимерных материалов в настоящее время по-прежнему закапывается в землю. Необходимо определить путь решения проблемы. Один способ — сжига­ние с извлечением энергии. Рекуперация энергии через сжигание сегодня, воз­можно, является наилучшим средством для утилизации тех пластмасс, которые слишком трудно перерабатывать повторно. С термодинамической точки зре­ния энтропия возрастает, а величина энтальпии материала восстанавливается.

Сжигание имеет плохую репутацию в среде защитников окружающей среды, поскольку результатом является токсичный дым и пепел. Этот образ возникает в первую очередь из-за того, что большинство используемых сжигательных уста­новок — старой конструкции, в которой не предусмотрена минимизация загряз­нения воздуха. Конструируя сжигательные установки на базе хорошо известных химико-технологических принципов, можно добиться практически полного сго­рания, так что компоненты полимеров С, Н и О почти полностью превратятся в СО и Н20. (Деструкция неизбежно приведет к тем же самым продуктам, но без извлеченной энергии.) Генерация низкомолекулярных органических веществ с токсическими или канцерогенными свойствами совершенно незначительна. Дру­гие элементы, которые иногда содержатся в полимерах, такие как CI и N, могут приводить к образованию HCl, СО2 и NO2, являющихся нежелательными ком­понентами выбрасываемых газов. Их можно удалить из дыма посредством про­мывания газа, или же их присутствие в полимерном сырье можно свести до ми­нимума с помощью грубой сортировки.

Следует отдавать себе отчет в том, что компоненты чистых полимеров не об­разуют пепел в условиях надлежащего сгорания. Пепел состоит, в основном, из компаундов, часто оксидов или металлов, которые не являются нормальными компонентами полимеров. Они происходят из других материалов, перемешан­ных с полимерами, или из остатков катализатора, стабилизаторов или пигмен­тов. Промышленность предпринимает меры, чтобы максимально уменьшить их содержание в полимерах. Грубая сортировка сырья, поступающего в мусоросжи­гательную печь, извлечение таких фрагментов, как батарейки, может снизить со­держание в пепле тяжелых металлов. Также можно добавлять в сжигаемое сырье такие вещества, как известь, которая образует с пеплом стабильные, плохо ра­створимые соединения.

Если металлосодержащие примеси в мусоре не сжигать, то они затем посту­пят на свалку или на предприятия, выпускающие компост и продолжат свой путь в экологическом цикле неконтролируемым путем. Если же они концентрируют­ся в пепле печи, то их можно удалять в небольшом объеме и приемлемым для окружающей среды способом.

Некоторые примеси могут быть желательными. Например, одним из путей утилизации отработанных шин является их сжигание в качестве топлива в печах для обжига цемента. Было показано, что это можно делать экологически прием­лемым способом, а железо, остающееся от корда шин, оказывается благоприят­ной добавкой в цементе.

Следует подчеркнуть, что полимеры, в целом, являются чистым, хорошим топливом. Их теплотворная способность высока, и они горят также чисто, как большинство сортов нефти, и намного чище, чем уголь. Их сжигание возвращает большую часть энергии, заключенной в нефти, из которой полимеры были изго­товлены.

Хотя сжигание можно проводить чисто, часто этого не делается из-за нежелания государства выделять достаточные средства для строительства со­временных сжигательных установок с надлежащим контролем и газоочисткой, которые могут быть весьма дорогими. Однако в долгосрочной перспективе эти установки могут представлять собой более экономичный и экологичный вы­ход, чем продолжение захоронений, которые, могут стать даже еще более зат­ратными.

Избыточное тепло, получаемое при сжигании отходов, возвращается в виде горячей воды, пара и электроэнергии. Муниципалитеты и промышленные пред­приятия, утилизирующие отходы посредством сжигания, получают выигрыш за счет сокращения объема мусора, нагревания воды и генерации электроэнергии. В современном мире, с его акцентом на экономические и экологические состав­ляющие управленческой деятельности, извлечение энергии из отходов является более чем конкурентоспособным по сравнению с традиционной переработкой.

В некоторых очень плотно населенных странах, например, в Японии, большая часть МТО (75 %) сжигается. По всей Западной Европе и во многих регионах США значительная часть МТО также не закапывается, а сжигается. [10]

Исторически извлечение энергии из отходов посредством сжигания воспринималось как способ утилизации ресурсов и отходов из общего потока МТО. Однако есть и новые виды топлива из отходов, которые известны под общим названием топливо из брака, получаемое при сортировке МТО.

Это топливо из отходов можно сжигать само по себе как индивидуальный вид топлива (моносжигание) или же в сочетании с обычным ископаемым топливом (совместное сжигание). Поэтому один из путей утилизации пластмассовых отходов состоит в их использовании как топлива, теплотворная способность которого почти столь же высока, как у нефти. Промышленные бойлеры конструируются как для конкретного топлива (моносжигание), так и для топливных смесей (совместное сжигание). В обоих случаях может производиться извлечение энергии из смеси полимерных отходов.

Один МДж теоретически эквивалентен энергии, необходимой для энергоснабжения 40-ваттной лампочки в течение 7 ч.

После удаления элементов, допускающих вторичную переработку, например, пластиковых бутылок, стекла и алюминиевых банок, мусор можно утилизировать различными способами: как МТО, ТБО, ТУМ или полимерное топливо, которое может сжигаться само по себе.

Несортированный бытовой мусор, включающий некоторые полимеры, можно сжигать как смешанное топливо в крупных печах для сжигания МТО. Теплотворная способность МТО 10 МДж/кг. [9]

 

Мусоросжигательные заводы

Таблица 3 – МСЗ в странах Европейского союза

Страна	Количество МСЗ	Средняя мощность т/ч
Франция
Германия
Италия
Дания
Швейцария
Великобритания
Бельгия
Нидерланды
Испания		25,7
Австрия
Чехия
Португалия
Венгрия

 

Значительных успехов в области промышленной переработки ТБО достигла Германия, правительство которой ратифицировало соглашение стран Евросоюза и приняло закон, запрещающий с 1 июня 2005 г. вывоз на полигоны органических отходов, в том числе ТБО, без предварительной подготовки. На сегодняшний день в Германии эксплуатируется или находится на стадии строительства и проектирования около 90 предприятий термической переработки ТБО, а суммарная мощность действующих установок достигает 18 млн. т ТБО в год. В некоторых городах Германии, например, в Гамбурге, все 100% не утилизируемых отходов сжигаются.

Сегодня в Германии повсеместно применяется традиционная технология сжигания отходов в слоевых печах на подвижных колосниковых решетках с применением газоочистного оборудования. Исключение составляют установка в Греппине (земля Саксония-Анхальт) и один из заводов в Штутгарте, где ТБО сжигают в топках с пузырьковым псевдоожиженным слоем. Кроме того, в Ноймюнстере (земля Шлезвиг-Гольштейн) используется установка, в которой подготовленные отходы сжигаются в циркулирующем кипящем слое, а в Бургау (Бавария) действуют две небольшие пиролизные установки. Однако из-за больших экономических затрат широкого распространения такие технологии термической переработки ТБО не получили.

На сегодняшний день в России функционирует 243 мусороперерабатывающих заводов; 50 мусоросортировочных комплексов; 10 мусоросжигательных заводов и этого количества недостаточно, чтобы справится с образующимся количеством ТКО.

В Японии работает около 1 900 установок термической переработки ТБО, с помощью которых утилизируется 75 % ТБО страны.

В США, в 2007 г. 12,5% ТБО было подвержено термической переработке с производством 48 ТВт-ч полезной энергии. Оставшиеся 33,4 % ТБО повторно использовались или компостировались, а 54 % – вывозились на полигоны. При этом общее количество ТБО в стране составляло 250 млн. т.

Одним из наиболее динамичных рынков производства энергии из ТБО является Китай. За 8 лет с 2001 по 2007 г. страна увеличила долю термической переработки отходов с 2 до 14 млн. т в год. В результате Китай оказался на 4-м месте в мире по количеству сжигаемых отходов после ЕС, Японии и США.

Мировым лидером по переработке мусора является Швеция. Весь мусор в Швеции сортируется, полезные фракции отправляются на профильные перерабатывающие предприятия, мусор, не пригодный к переработке сжигается, в результате шведы получают электроэнергия и тепло, которых хватает примерно для 90% городских домовладений. Остаточные продукты сжигания составляют примерно 25% по весу и 12% по объему от исходного мусора. Образуемые в результате сжигания летучие и шлаки не осложняют экологическую обстановку за счет современной системы очистки (число вредных выбросов в атмосферу составляет менее 1%). Шведам удалось сократить на 50% количество вредных веществ, попадающих в золу. В конечном итоге на свалку попадает не более 7% от общего числа бытового мусора. Для сравнения – в Европе доля не перерабатываемого мусора составляет 45%, а в России 85%. Шведы закладывают в стоимость продуктов цену их утилизации. Шведская политика в сфере переработки отходов привела к тому, что собственного мусора уже не хватает, поэтому шведские власти намерены импортировать ТБО из других стан Европы (речь идет о 800 000 тонн в год) [8].

Выводы

Сейчас еще не существует наиболее экологически чистого, экономически выгодного, и наименее трудо затратного метода устранения отходов. Однако использовать их для получения хоть какой-то выгоды возможно. Сжигание с извлечением энергии очень неплохой вариант. Но этот метод не идеален, и он требует доработок. При сжигании в атмосферу попадают вредные вещества. Страны работают над минимизацией попадания загрязняющих веществ в воздух.

Литература и интернет ресурсы

1. Филимонов О.И. ТВЕРДЫЕ БЫТОВЫЕ ОТХОДЫ КАК ИСТОЧНИК РЕСУРСОВ И ИХ СТРУКТУРА // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1. - с.1;
URL: https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=18810 (дата обращения: 20.05.2017).

2. Федеральный закон от 24.06.1998 №89-Ф3 (ред. от 28.12.2016) «Об отходах производства и потребления»

3. Ламихова М. Что такое ТКО и как с ними обращаться // Справочник эколога. – 2015, №5. – с.13;

URL: https://www.profiz.ru/eco/5_2015/TKO/ (дата обращения: 21.05.2017).

4. Примеров О.С., Макеев П.В., Клинков А.С. Обзор методов переработки отходов полимерных материалов и анализ рынка вторичного сырья. // Молодой ученый. – 2013, № 6 (53). – с.121-123

5. Цгоев Т.Ф., Шеверева М. Методы переработки и утилизации твердых бытовых отходов.

6. Малышевский А.Ф. Обоснование выбора оптимального способа обезвреживания твердых бытовых отходов жилого фонда в городах России. Доклад (ссылка для скачивания: http://rpn.gov.ru/node/6481).

7. Карапетов А. Слоевое сжигание биотоплива. Обор технологий // ЛесПромИнформ – 2016, №1 (115).

URL: http://lesprominform.ru/jarchive/articles/itemshow/4301 (дата обращения: 20.05.2017).

8. Переработка мусора. Переработка ТБО в Швеции.

URL: http://ztbo.ru/o-tbo/stati/stranni/pererabotka-musora-tbo-v-shvecii (дата обращения: 22.05.2017).

9. Вторичная переработка полимеров. Методы извлечения энергии из пластмассовых отходов.

URL: http://www.tehnoinfa.ru/polimer/109.html (дата обращения: 22.05.2017).

10. Композиты общего назначения на основе термопластов. Извлечение энергии посредством сжигания.

URL: http://msd.com.ua/kompozity-obshhego-naznacheniya-na-osnove-termoplastov/izvlechenie-energii-posredstvom-szhiganiya/ (дата обращения: 22.05.2017).

на тему: Уничтожение отходов полимеров.