ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1 Теоретический анализ проблемы переработки полимерных материалов 7
1.1 Области применения вторичного полипропилена и способы его
переработки 7
1.2 Литературно-патентный обзор о способах переработке
полипропилена 25
1.3 Выводы по главе 1 38
Глава 2 Предложение эффективного способа переработки полипропилена в компоненты моторных масел 39
2.1 Термокаталитическая деструкция полиолефинов и полистирола 39
2.2 Разработка высокоэффективных технологий утилизации полимерных отходов с получением углеводородных топливных фракций в качестве целевых продуктов 47
2.3 Выбор технологического способа переработки полимеров 52
2.4 Поиск технических и технологических решений переработки
полипропилена в компоненты моторных масел 53
2.5 Расчет материального баланса технологического процесса 67
2.6 Выводы по главе 2 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 71
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 72
Актуальность темы исследования. В настоящее время образуется большой объем отходов полимерных материалов (пластмассы на основе полипропилена, полиэтилена, полистирола). Это является проблемой загрязнения окружающей среды. При этом основным методом утилизации остается размещение на полигонах. А так как «микроорганизмы не могут их превращать в безопасные для окружающей среды вещества, то в целом их размещают на неограниченный срок, что оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Если использовать процесс термической утилизации полимерных материалов, то при сжигании, образуется значительное количество газообразных и твердых отходов, которые необходимо утилизировать. В связи с этим разработка эффективных способов утилизации отходов полимерных материалов является одной из значимых задач» [1] современного производства.
Рост производства и потребления полимеров - одно из основных направлений развития мировой экономики. В последние годы темпы роста производства полимерных материалов неуклонно возрастают. Вместе с тем остро встает проблема утилизации полимерных отходов после истечения срока эксплуатации материалов и изделий, получаемых на их основе.
На фоне резкого скачка цен на нефть и нефтепродукты проблема поиска альтернативных источников углеводородов на данный момент является весьма актуальной. Частичным решением данной проблемы является разработка высокоэффективных технологи утилизации полимерных отходов с получением углеводородных топливных фракций в качестве целевых продуктов.
Предполагается, что ближайшее десятилетие в России спрос и предложение на различные виды полимеров будет постоянно расти и опережать темпы роста промышленности. Что негативно скажется на экологических и экономических проблемах в связи с ростом отходом полимеров. На сегодняшний день ежегодно накапливается от 800 000 до 1 000 000 тонн отходов данного вида в год, при этом сбор и переработка составляют не более 13%.
Научно-исследовательский центр по проблемам управления ресурсосбережением и отходами провел исследования структуры отходов полимеров и выявил, что отходы полиэтилена составляют 34%, полиэтилентерефталат - 20,4%, комбинированные материалы на основе картона и бумаги - 17%, поливинилхлорид - 13,6%, полистирол - 7,6%, полипропилен - 7,4%. Основными материалами для сбора переработки являются 20% - полиэтилен, примерно 17% - полипропилен, менее 10% - поливинилхлорид, 12% - полистирол, примерно 15% - полиэтилентерефталат.
Основные методы утилизации образующихся отходов не подходят для полимерных отходов. Сжигание приводит к образованию соединений, оказывающих опасное влияние на здоровье человека и состояние окружающей среды. Захоронение полимерных отходов не подходит в связи с там, что разложение происходит очень длительно, а также образуются большие объемы полимером (около 25% от общего объема). Таким образом, самым подходящим методом является переработки. Вторичная переработка полимерных отходов - быстроразвивающаяся и перспективная отрасль промышленности. В России данный метод переработки еще мало распространен, но существует большое интерес в развитии данной отрасли, так как в развитых странах технология переработки вторичных полимеров развивается с большим успехом.
«Одной из наиболее серьезных экологических проблем, стоящих перед многими промышленно-развитыми странами, является загрязнение окружающей среды бытовыми и промышленными отходами, среди которых порядка 15% составляют отходы пластмасс» [1-3]. «Выходом из создавшейся ситуации может стать создание композиционных материалов на основе вторичных полимеров, т.е. вовлечение полимеров в рециклинг» [4, 5].
«Современные исследования в области переработки полимерных материалов предлагают использовать «способы переработки отходов их в ценные органические вещества, к ним относятся термическая и термокаталитическая деструкции в углеводородные фракции, которые после соответствующей обработки могут быть использованы в качестве высококачественного моторного топлива» [7].
Спрос на утилизацию полимеров будет ежегодно расти в среднем на 6,5%. Более того согласно статистическим данным за 2016 год, на территории г.Тольятти было собрано и переработано 2500 м3 только ПЭТ- тары. Утилизация вторичного пластика на 2017 год составит более 1,6 млрд. тонн, и это лишь малейшая часть, в мире объемы переработки пластика не превышают и 7%.
Перспективы роста в направление переработки полимеров обусловлены несколькими факторами. Во-первых, актуально значение с позиции охраны окружающей среды. Во-вторых, отходы полимеров становятся богатым энергетическим и материальным ресурсом, то есть важным экономическим фактором, при дефиците органического сырья. Повторное использование таких отходов дает нам возможность сократить использование естественных ресурсов, снизить потребление энергии и уменьшить выбросы в окружающую среду.
«Количество ежегодно образующихся отходов полимерных материалов огромно (более 200 млн. тонн), поэтому разработка высокоэффективной технологии их переработки в углеводородные топливные фракции позволит создать дополнительный источник производства моторного топлива» [1].
Проблемы исследования: Ежегодно увеличивающееся количество отходов из полимерных материалов и отсутствие эффективных способов получения вторичных материальных ресурсов из них. Необходимость оценки возможности вовлечения отходов производства полипропилена (НИ), занимающего второе место среди всех полимерных отходов после полиэтилена в рециклинг.
Цель исследования: снижение негативного воздействия на окружающую среду за счет уменьшения количества размещения полимерных материалов путем предложения способа переработки полипропилена в компоненты моторных масел.
Объект исследования: способы переработки полимерных материалов.
Предмет исследования: способа переработки полипропилена в компоненты моторных масел.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
1. Провести анализ существующих способов переработки полипропилена в компоненты моторных масел.
2. Предложить эффективный способ переработки полипропилена в компоненты моторных масел.
Теоретической и методологической основой исследования являются научные труды отечественных и зарубежных ученых в области переработки полимерных материалов.
Теоретическая значимость исследования заключается в представлении систематизации способов переработки полимерных материалов (полипропилена) в компоненты моторных масел.
Практическая значимость исследования представлена практическими решениями для переработки полипропилена в компоненты моторных масел.
Защищаемое положение:
Эффективный способ переработки полипропилена в компоненты моторных масел.
Структура диссертации: диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка используемых источников, включающего 68 наименования. Объем работы составляет 79 страниц машинописного текста, содержит 9 рисунков, 14 таблиц.
В работе проведено изучение способов переработки полимерных материалов. Для этого были Рассмотрены физико-химические свойства полипропилена, описаны преимущества и недостатки с точки зрения дальнейшей переработки.
Проанализированы работы отечественных и зарубежных авторов в области термической переработки отходов полипропилена. Проведен патентный поиск методов, способов и установок для переработки полимерных материалов.
Проведено исследование механизмов реакций каталитической деструкции полиолефинов. Это позволило сделать заключение, что использование катализаторов при деструкции полимерных материалов более эффективно по сравнению с термическим разложением, так как снижает температуру начала интенсивной деструкции материала, влияет на выход и химический состав продуктов деструкции, оказывает влияние на фракционный состав жидких продуктов.
Дано описание процесса термокаталитического превращения отходов полиэтилена в нефтеподобный набор углеводородов методом термокаталитической деструкции вторичного полипропилена в присутствии аморфных алюмосиликатов с различным содержанием алюминия (от 1,6 до 12,9% масс.).
Представленная технология дает возможность реализации процесса разложения отходов полимерных материалов непрерывным способом. Данный способ позволяет использовать доступный, недорогой катализатор. В результате применения описанного способа имеем высокий выход жидких углеводородов.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
