Обоснование способа утилизации полимерных отходов в угольных шихтах для получения кокса тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат технических наук Барабанова, Ольга Владимировна

• Барабанова, Ольга Владимировна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Барабанова, Ольга Владимировна

Введение

1. Рынок отходов полимеров и основные направления их переработки

1.1 Динамика накопления полимерных отходов

1.2 Способы переработки отходов полимеров

1.3 Утилизация полимеров в процессах совместной переработки с углями

1.4 Современные представления о механизме взаимодействия углей и полимеров в процессах коксования

2. Объекты и методы исследований

3. Состав и свойства продуктов коксования углей с полимерами

3.1 Опытные опробования коксов из газового угля с полимерными веществами

3.2 Выход продуктов коксования углей и полимеров

3.3 Состав жидких и газообразных продуктов коксования

3.4 Микроструктура и текстура коксов

4. Прогноз компонентного и марочного состава угольных шихт с полимерными отходами по результатам физико-химических исследований

4.1 Термическая деструкция углей и полимеров

4.2 Структурные параметры углей и качественные характеристики кокса

5. Экологический баланс горно-металлургического производства при утилизации полимерных ТБО в угольных шихтах

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование способа утилизации полимерных отходов в угольных шихтах для получения кокса»

Актуальность работы

В мире ежегодно выпускается 130 млн.т полимерной продукции. Только в России образуется 750 тыс. т/год полимерных отходов. В муниципальных и промышленных твердых бытовых отходах (ТБО) развитых стран 18-30 % приходится на пластики. Во многих странах решают вопрос о переработке отходов, но в основном они по-прежнему складируются на полигонах, подвергаются сжиганию, утилизируются в виде компоста, и лишь небольшая доля (до 10%) подвергается рециклированию. В соответствии с решениями Конференции ООН по окружающей среде и устойчивому развитию к наиболее важным направлениям научных исследований следует отнести разработку экологически безопасных и эффективных ресурсосберегающих технологий и методов переработки отходов. В последние годы предложено утилизировать твердые полимерные отходы в горно-металлургическом производстве в качестве компонентов угольных шихт для получения кокса. В. связи с этим особенную актуальность приобретают работы по прогнозу качественных показателей кокса и состава побочных продуктов из угольных шихт с полимерными отходами. Не менее важной проблемой является значительный ресурсный дефицит коксующихся углей Кузнецкого бассейна (марок КЖ, К, КО и ОС), составляющий 3689 тыс.т, который сейчас покрывается за счет импорта из Казахстана. Удовлетворение потребности и снятие дефицита в углях марок К, КЖ и КО должно обеспечиваться либо за счет ввода новых мощностей шахт и разрезов в Кузбассе, либо привлечением коксующихся углей Нерюнгринского месторождения Южно-Якутского бассейна. Одним из возможных решений проблемы является применение для коксования углей марок ДГ и Г, добываемых в Кузбассе дешевым открытым способом. Решение задачи утилизации полимерных ТБО совместно с вопросами уменьшения ресурсного дефицита коксующихся углей позволит t сократить негативное воздействия отходов на окружающую среду и более рационально управлять невозобновляемыми природными объектами.

Цель работы - разработать способ безопасной утилизации полимерных отходов при совместной переработке с газовыми углями в процессах коксования.

Идея работы заключается в установлении корреляционных зависимостей между составом каменных углей, параметрами их надмолекулярной структуры, количественными и качественными характеристиками продуктов коксования углей с органическими полимерными веществами.

Научные положения, разработанные лично автором, и их новизна

1. Разработан способ безопасной утилизации полимерных отходов путем их использования в угольных шихтах для получения кокса. Установлено, что утилизация полимерных веществ в угольных шихтах не приводит к образованию в продуктах коксования дополнительного количества токсичных веществ и позволяет снизить удельный расход невозобновляемых угольных ресурсов без дополнительного экологического ущерба окружающей среде.

2. Установлена возможность расширения области рационального использования энергетических газовых углей в процессах коксования. Показано, что коксование газовых углей с полимерными отходами (полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерефталат) позволяет получать кокс с улучшенными прочностными свойствами.

3. Выявлены общие закономерности изменения свойств целевого и побочных продуктов коксования в зависимости от структурных особенностей углей и состава полимерных добавок. Полученные корреляционные зависимости между содержанием в углях кислорода, параметрами их сорбции в диметилформамиде, свойствами угольной пластической массы и структурой кокса, а также характеристики термической деструкции угольных композиций позволяют прогнозировать технологические и экологические последствия применения полимерных отходов в угольных шихтах для получения кокса.

4. Разработана методика для определения выхода и состава продуктов совместного коксования углей с полимерными отходами, позволяющая прогнозировать качество целевой и попутной продукции. Обоснованность и достоверность научных положений подтверждаются:

- представительностью проб исследованных углей разных месторождений;

- применением для исследования состава и свойств углей и продуктов их коксования с полимерными веществами апробированных методик и современных методов анализа;

- соответствием результатов лабораторных коксований и испытаний кокса корреляционным зависимостям между химическим составом углей, параметрами их надмолекулярной структуры и характеристиками продуктов коксования углей с полимерными отходами.

Научное значение работы заключается в установлении общих закономерностей изменения состава и свойств продуктов коксования газовых углей с полимерными веществами в зависимости от структурных особенностей углей и состава полимерных добавок.

Практическое значение состоит в разработке «Методики определения выхода и состава продуктов совместного коксования углей и полимерных отходов», регламентирующей методы отбора и характеристики проб, режимы и порядок испытаний, а также обработку полученных данных. Разработанная методика позволяет прогнозировать качественные характеристики целевой и попутной продукции коксования углей с полимерными ТБО в зависимости от компонентного и марочного состава шихт.

Реализация выводов и рекомендаций работы

Результаты работы приняты к использованию в маркетинговой службе ООО «Разрез Тайбинский» для планирования перспективных объемов добычи и потребления углей с учетом возможности частичной утилизации ТБО в угольных шихтах для получения кокса.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации были доложены на научно-техническом конгрессе «Перспективы развития углехимии и химии углеродных материалов в XXI веке», г. Звенигород, 2003г., Международной конференции «Coal Science», Австралия, 2003г., Международной встрече по проекту Россия-НАТО EST CLG 980562, Испания, 2004, на научном симпозиуме «Неделя Горняка - 2005».

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 7 работ. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, двух приложений, содержит 23 таблицы, 28 рисунков и список литературы из 92 наименований.

Заключение диссертации по теме «Геоэкология», Барабанова, Ольга Владимировна

Основные выводы и рекомендации, полученные лично автором:

1. На основании данных о динамике накопления и направлениях утилизации полимерных твердых полимерных отходов обосновано важное научное и практическое значение изучения процессов коксования газовых углей с полимерными веществами с целью прогноза возможных экологических последствий изменения технологии слоевого коксования и решения вопроса сокращения дефицита коксующихся углей.

2. Полученные в работе результаты, а также данные по составу продуктов промышленных и полупромышленных коксований угольных шихт с отходами полимеров свидетельствуют о том, что использование полимерных веществ в угольных шихтах не приводит к образованию в продуктах коксования дополнительного количества токсичных продуктов. Увеличение в жидких продуктах коксования (при использовании полиэтилена) содержания высококипящих фракций является дополнительным ресурсом получения каменноугольного пека, а повышенное содержание углеводородов в газах приводит к увеличению его калорийности.

3. Установлена возможность расширения угольной ресурсной базы процессов коксования за счет частичной замены дефицитных коксующихся углей энергетическими газовыми углями. Применение в шихтах на основе газовых углей до 5% полимерных веществ позволяет улучшить качественные показатели кокса. Решение задачи утилизации полимерных ТБО совместно с мероприятиями по расширению области рационального использования энергетических углей позволит снизить удельный расход невозобновляемого природного угольного сырья и улучшить параметры экобаланса горно-металлургического производства.

Свойства продуктов коксования углей с полимерными веществами зависят как от состава полимерных добавок, так и от особенностей структуры углей. Изменение состава жидких и газообразных продуктов связано с инициирующим (полиэтилен и полипропилен) или ингибирующим (полиэтилентерефталат) влиянием полимерных веществ на процессы термической деструкции углей. Структурные особенности углей, связанные с различным содержанием в них кислорода, определяют микроструктуру, текстуру и прочностные свойства коксов, полученных с применением полимерных веществ.

Разработанная в работе методика может быть использована для оптимизации марочного и компонентного состава угольных шихт с полимерными отходами с целью прогноза экологических последствий утилизации ТБО.

Заключение

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи безопасной утилизации твердых полимерных отходов в угольных шихтах для получения кокса и расширения области рационального использования энергетических газовых углей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Барабанова, Ольга Владимировна, 2006 год

1. Пономарева В.Т., Лихачева Н.Н., Ткачик З.А. Использование пластмассовых отходов за рубежом //Пластические массы. 2002. №5. - С. 44-48.

2. Юсфин Ю.С., Леонтьев Л.И. Промышленность и окружающая среда. -М.: Академкнига, 2002.-468 с.

3. Соболевски А., Василевски Р. Об утилизации отходов пластических масс в процессе коксования //Кокс и химия. 2004. № 12. - С. 34-40.

4. Миронов А.Б., Мелехова Н.И., Володин Н.И. Проблема хранения твердых бытовых отходов //Экология и промышленность России. 2002. №1- С.23-26.

5. Федоров Л.А. Диоксины, как экологическая опасность: ретроспектива и перспективы. -М.: Наука, 1993. 267с.

6. Hutzinger О. A. Study of ecosystem contamination with 2, 3, 7, 8-tetrachlordibenzo-p-dioxin // Schreifien Chem. und Fortschr. — 1985. Vol. 1.- P. 26-34.f

7. Новиков Ю. В., Минин Г. Д., Сайфутдинов М. М. Диоксины в окружающей среде // Вестник РАМН. 1995. № 3. - С. 20 - 25.

8. Хазинов В. А., Погребняк В. Г., Хазинова В.В. Диоксины и их образование в процессе коксования угля // Экотехнологии и ресурсосбережение. -2000. №6. С. 49-55.

9. Плетнев М.Ю. Рисайклинг значительный резерв энергоресурсосбере-жения//Снабжение и сбыт. - 2003. № 2. - С. 15-19.

10. Гюнтер Л.И. Утилизация и переработка отходов: Сб. «Экология и устойчивое развитие». Дубна, 2004. - С. 153—159.

11. Юфит С.С. Мусоросжигательные заводы помойка на небе (Курс лекций, вып. 2). - М.: Два мира, 1998. - 42 с.

12. Lea Reid W. Plastic incineration versus recycling: a comparison of energy and landfill cost savings // J. Hazard. Mater. 1996. - Vol. 47. № 1-3. - P. 295-302.13