Переработка отходов полимерных материалов и резинотехнических изделий в компоненты моторных топлив тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.04, кандидат химических наук Корнеев, Игорь Сергеевич

• Корнеев, Игорь Сергеевич
• кандидат химических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат химических наук Корнеев, Игорь Сергеевич

Введение

Глава 1. Литературный обзор. Анализ состояния вторичной переработки и утилизации полимерных материалов на основе полиолефинов, полистирола и РТИ

1.1 Анализ состояния вторичной переработки полимерных материалов

1.2 Способы утилизации полимерных материалов на основе полиолефинов и полистирола

1.3 Способы утилизации РТИ

1.4 Постановка задачи

Глава 2. Характеристики сырья, методики проведения экспериментов, анализов и обработки данных

2.1 Исходные вещества

2.2 Методики проведения экспериментов

2.3 Методики анализов и обработки экспериментальных данных

Глава 3. Термодеструкция полимерных материалов на основе полиолефинов и полистирола.

3.1 Исследование закономерностей деструкции полиолефинов и полистирола методом термогравиметрии

3.2 Закономерности термодеструкции полиэтилена

3.3 Закономерности термодеструкции полипропилена

3.4 Закономерности термодеструкции полистирола

3.5 Исследование деструкции смесей полимерных материалов различной природы

3.6 Деструкция полиолефинов и полистирола на лабораторной установке полунепрерывного действия

3.7 Разработка моделей термодеструкции полимеров 85 3.8. Заключение по главе

Глава 4. Термодеструкция каучуков и резин на их основе

4.1 Изучение закономерностей термодеструкции РТИ методом термогравиметрии

4.2. Поиск оптимальных условий разложения резины

Глава 5.

5.4 Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Переработка отходов полимерных материалов и резинотехнических изделий в компоненты моторных топлив»

Одной из важнейших проблем, с которой столкнулась мировая цивилизация в настоящее время, является проблема загрязнения окружающей среды отходами полимерных материалов, в частности, пластмасс на основе полиэтилена, полипропилена, полистирола и резинотехнических изделий (РТИ) на основе каучука. До недавнего времени основными методами утилизации таких отходов было их складирование на полигонах ТБО или простое их сжигание. Однако, ни тот и ни другой метод не решают проблему загрязнения окружающей среды, так как в первом случае для большинства полимерных материалов просто не существует микроорганизмов, способных быстро превращать такие полимерные материалы в безопасные для окружающей среды вещества, а во втором случае, при их сжигании, образуется значительное количество газообразных и твердых отходов, которые, в свою очередь, также необходимо утилизировать. В связи с этим разработка эффективных способов утилизации отходов полимерных материалов является одной из первостепенных задач мирового сообщества. В последнее время в прессе, научных публикациях и патентах появилось много сообщений о различных направлениях и способах переработки отходов полимерных материалов в ценные органические вещества [1,2]. Одним из таких направлений переработки отходов является их термическая и термокаталитическая деструкции в углеводородные фракции, которые после соответствующей обработки могут быть использованы в качестве высококачественного моторного топлива. Следует, однако, отметить, что информация, приводимая в данных литературных источниках, носит не систематический и, зачастую, противоречивый характер.

В связи с этим исследование процессов термической и термокаталитической деструкции полимерных материалов и разработка высокоэффективных промышленных способов переработки отходов полимерных материалов на основе результатов этих исследований, является весьма актуальной задачей.

Учитывая тот факт, что количество ежегодно образующихся отходов полимерных материалов огромно (более 200 млн. тонн) разработка высокоэффективной технологии их переработки в углеводородные топливные фракции позволит создать дополнительный источник производства моторного топлива и частично решить проблему его дефицита, наметившуюся в последнее время [3].

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Поиск оптимальных условий осуществления процессов деструкции полимерных материалов на основе полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП), полистирола (ПС), полиэтилентерефталата (ПЭТ), поливинилхлорида (ПВХ) и их смесей с целью получения жидких углеводородов с максимальным выходом.

2. Поиск эффективных и дешевых каталитических систем для деструкции полимерных материалов (ПЭ, ПП, ПС) в жидкие углеводороды и поиск оптимальных условий проведения процессов деструкции в присутствии лучших катализаторов.

3. Поиск оптимальных условий процессов термической деструкции отходов резинотехнических изделий (РТИ), отработанных минеральных моторных масел и их смесей.

4. Поиск аппаратурного оформления процессов деструкции полимерных материалов и РТИ.

5. Поиск эффективных каталитических систем для переработки жидких продуктов термической и термокаталитической деструкции отходов полимерных материалов и РТИ с целью получения топливных фракций, удовлетворяющих требованиям ГОСТ.

Заключение диссертации по теме «Технология органических веществ», Корнеев, Игорь Сергеевич

выводы.

1. Проведено комплексное исследование процессов термической и термокаталитической деструкции самых распространенных отходов полимерных материалов (ПЭ, 1111, ПС и др.) и РТИ с одновременным детальным анализом состава образующихся продуктов.

2. С учетом результатов ТГА найдены оптимальные условия и аппаратурное оформление процессов термической деструкции отходов ПЭ, ПП и ПС, обеспечивающие 90-95%-ный выход жидких углеводородов.

3. Найден новый эффективный катализатор (оксиды хрома - III и У1/А1203) для переработки отходов полимерных материалов на основе ПЭ, ПП и ПС в жидкие углеводороды, представляющий собой отработанный катализатор дегидрирования изобутана в изобутилен (отход производства). Использование этого катализатора ускоряет процесс деструкции в 1,5-1,7 раза и приводит к получению жидких фракций с повышенным содержанием углеводородов разветвленной структуры, составляющих основу высококачественного моторного топлива.

4. Найдены оптимальные условия осуществления процесса термической деструкции как индивидуальных РТИ, так их смесей с отработанными маслами, в жидкие углеводороды. Выявлено, что лимитирующей стадией процесса является скорость подвода тепла к перерабатываемому материалу РТИ, при этом максимальная производительность процесса достигается при прямом контакте горячего газообразного теплоносителя с РТИ.

5. Установлено, что для переработки отходов РТИ в жидкие углеводороды нет необходимости в глубоком измельчении РТИ, и на переработку могут быть направлены как целые изделия (шины), так и достаточно крупные их куски. Это позволяет снизить эксплуатационные расходы промышленной переработки.

6. Показана принципиальная возможность использования традиционных методов и катализаторов гидроочистки и гидрообессеривания для доведения жидких продуктов деструкции до качества моторного топлива, отвечающих требованиям ГОСТ.

7. Показано, что добавка углеродсодержащего остатка деструкции РТИ в количестве до 10 %масс. в процессе окисления гудронов до битума, значительно ускоряет процесс получения битумов различных марок. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Корнеев, Игорь Сергеевич, 2011 год

1. Макаревич А.В. Полимерные упаковочные материалы/ // Химия и жизнь. -1994. -№ 2. -с. 45.

2. Пономарева В.Т., Лихачева Н.Н., Ткачик 3. А. Использование пластмассовых отходов за рубежом// Пластические массы. -2002. -№ 5. -с. 44 48. Вторичное использование полимерных материалов // Под ред. Любешкиной Е.Г. -М.-1985,-192 с.

3. Андрейцев Д.Ф., Артемьева Т.Е., Вильниц С.А. Технические и экономические проблемы вторичной переработки и использования полимерных материалов.// -М. -1972. -83 с.

4. Справочник нефтепереработчика. Под. Ред. Ластовкина Г.А. //- 1986. с.648. Паушкин Я. М., Адельсон С.В., Вишнякова Т. П. Технология нефтехимического синтеза.//Ч. П. -М. -Химия. -1975. -352 с.

5. Аскадский А.А., Кондрагценко В.И. Компьютерное материаловедение полимеров.// т. 1 Атомно-молекулярный уровень. М.: Научный мир, -1999. - с.544. Одесс В.И. Вторичные ресурсы: хозяйственный механизм использования.// -М.-1988.-15 с.

6. Kaminsky W., Kim J. S. Pyrolysis of Mixed Plastics into Aromatics.// J. Anal. Appl. Pyrolysis.-1999. -51.-127.

7. Kaminsky W., Schmidt H., Simon C. Recycling of Mixed Plastics by Pyrolysis in a Fluidised Bed.//Macromol. Symp. -2000. -152.-191.

8. Kodera Y., Ishiara Y., Kuroki T. Novel Process for Recycling Waste Plastics to Fuel Gas Using a Moving Bed Reactor.// Energy Fuels -2006, -20, -155.

9. Andras Angyal, Norbert Miskolczi, Laszlo Bartha. Petrochemical feedstock by thermal cracking of plastic waste.//J. Anal. Appl. Pyrolysis. -2007. -36. -175.23