Проблематика

Миллионы тонн пенополиуретановой продукции ежегодно производится по всему миру, и значительная часть представляет собой одноразовые изделия. Потребление полимеров начало возрастать с начала 60-х годов ХХ века и его среднегодовое потребление на душу населения продолжает расти. Например, в России этот показатель составляет около 1 кг, в Японии — 4 кг, в Северной Америке — 5 кг.

Утилизации отходов пенополиуретана — фото 1

Рост потребления ППУ неизбежно ведёт к увеличению его отходов. Так, в нашей стране сбор и утилизация полимеротходов не превышает 13%. В Европе на долю строительного мусора приходится около 30% отходов полиуретана, однако и это лишь две сотых от общей нагрузки ПУ на окружающую среду.
Отходы пенополиуретана (ППУ) представляют собой значительную проблему для предприятий различных сфер промышленности, включая мебельную отрасль, автомобилестроение, производство строительных материалов и упаковку.

Основной причиной возникновения отходов являются процессы резки, формовки, производства дефектных изделий, а также сопутствующие операции, такие как шлифовка и механическая обработка. 

Несмотря на растущие объемы образования подобных отходов, их переработка и утилизация сталкиваются со значительными трудностями технического, экономического и организационного характера.


Наиболее распространенными источниками формирования отходов ППУ являются:

  1. раскрой и резка: остатки и обрезки, появляющиеся при формировании заготовок для мягкой мебели, матрацев, элементов звукоизоляции и утепления зданий;
  2. производство брака: изделия, не соответствующие заданным техническим параметрам по качеству поверхности, плотности, геометрическим размерам или цветовому оттенку;
  3. механическая обработка: образование мелкой пыли и мелких фрагментов, возникающих при шлифовке и обработке готовых деталей из ППУ;
  4. формовочный остаток: полимерные материалы, оставшиеся в формах после окончания технологического цикла, которые невозможно повторно использовать в процессе производства.
Ключевой особенностью отходов ППУ является их химический состав. Пенополиуретаны состоят из сложной комбинации химических соединений, включающих полиолы и изоцианаты, которые придают им уникальные свойства прочности, эластичности и долговечности. Однако именно эта особенность значительно усложняет задачу утилизации данных отходов.

Среди основных сложностей можно выделить несколько:

  1. Химическое разнообразие. Сложный многокомпонентный состав ППУ препятствует простой сортировке и разделению на составляющие элементы, делая невозможным простое включение отходов в обычные схемы переработки пластмасс.

  2. Экономическая нерентабельность. Из-за легкой структуры и малого удельного веса транспортные расходы становятся слишком высокими относительно стоимости самого материала, что делает экономически неэффективным сбор и доставку отходов даже на небольшие расстояния.

  3. Необходимость специализированного оборудования. Для переработки отходов ППУ требуется дорогостоящее специальное оборудование, способное справиться с химической структурой материала и обеспечить приемлемое качество конечного продукта.

  4. Высокая стоимость переработки. Процесс переработки ППУ связан с большими затратами энергии и значительным износом техники, что негативно сказывается на экономике предприятия и ограничивает массовую реализацию процессов рециклинга.

Кроме того, существует ряд дополнительных факторов, усугубляющих ситуацию:

  1. отсутствие полноценной законодательной базы и нормативов регулирования утилизации ППУ в России;
  2. недостаточная доступность информации об эффективных методах переработки и недостаточное количество специалистов в данной сфере;
  3. низкий уровень заинтересованности производителей в инвестировании средств в разработку методов переработки ППУ ввиду высокой себестоимости конечной продукции.

Инженерные задачи

  • Оценка проблематики переработки отходов пенополиуретана и определение актуальности проводимого исследования; 

  • формирование методики проведения тестовых испытаний оборудования на экспериментальных образцах отходов; 

  • установление производительности инсинератора при сжигании экспериментального образца отхода; 

  • фиксирование значений рабочих температур в ГК и ВК; определение количества потребляемого топлива; 

  • проведение визуального производственный контроля качества выброса загрязняющих веществ на выходе из дымоотводной трубы; 

  • исследование класса опасности зольного остатка с привлечением аккредитованной лаборатории; 

  • оценка качества выброса загрязняющих веществ в атмосферный воздух без системы газоочистного оборудования по результатам инструментальных замеров и исследований аккредитованной лаборатории;

  • при необходимости подбор эффективной системы газоочистного оборудования, формирование выводов по результатам исследования.

Результат работы по продукту


Определение состава отходов


Таблица 1. Расчетный элементный состав отходов

Наименование отходов C, % H, % O, % N, % S, % Cl, % W, % A, % Q, ккал/кг Ср, Дж/(кгх°С)
Отходы пенополиуретана при производстве изделий из него (3 35 761 11 20 4) 64,918 6,862 10,209 5,739 0,481 1,626 4,073 6,092 6644 1400


Утилизации отходов пенополиуретана — фото 2  Где C, H, O, N, S, Cl, W, А – содержание углерода, водорода,
кислорода, азота, серы, хлора в отходе, влажность и зольность отхода;
Q – низшая теплота сгорания смеси отходов, ккал/кг
Ср – удельная теплоемкость отходов, Дж/(кгх°С)

Расчет рабочих параметров эксперимента

Результат расчета производительности для инсинератора роторного типа HURIKAN 200 R в Таблице 2.


Таблица 2. Результат расчета производительности для инсинератора роторного типа HURIKAN 200 R (при рабочей температуре в ГК до 1000 °С, в ВК до 1200 °С, коэффициенте избытка воздуха 1,49)

Вид топлива Производительность, кг/ч Расход топлива, кг/ч Объем ДГ после ВК, Нм3/ч
общий в ГК в ВК
ДТ до 34 до 26,6 до 0,3 до 26,3 831,8

Утилизации отходов пенополиуретана — фото 3


Таблица 3. Расчетные значения концентраций ЗВ и расхода сухого щелочного реагента (NaOH) для инсинератора HURIKAN 200 R

Наименование загрязняющего вещества Ед. изм. Расчетное значение концентрации Расчетный расход щелочного реагента (NaOH), кг/ч

Расчетный объем ДГ после ГОУ КТ, Нм3/ч

Без ГОУ После ГОУ КТ
Диоксид серы

мг/м3

521 8 1,514 1131,9
Взвешенные вещества

мг/м3

150 1
Хлороводород

мг/м3

683 10

По результатам проведенного контрольного сжигания экспериментального образца отхода: отходы пенополиуретана при производстве изделий из него (ФККО 3 35 761 11 20 4), на установке HURIKAN 200 R определен рабочий температурный режим, обеспечивающий качественное сжигание исходного материала: 6000С и выше в главной камере.

В процессе тестового сжигания отхода горелочные устройства в главной камере кратковременно отключались в связи с самостоятельным горением отхода, обеспечивающим поддержание необходимых температур в отсутствие дежурного пламени. Во вторичной камере горелочные устройства работали непрерывно для поддержания требуемого температурного режима.

Расход дизельного топлива в процессе термического обезвреживания экспериментального образца отхода составил 26 л/час.

Зольный остаток от сжигания экспериментального образца по массе составил 7,1%.


Утилизации отходов пенополиуретана — фото 4

Фото. Зольный остаток после сжигания экспериментального образца отхода


Результат исследования качества выбросов загрязняющих веществ. Класс опасности зольного остатка.


По данным расчета фактических параметров выбросов (Протокол испытаний, на котором основан расчёт: № 2024ФХО/ПВ345 от 19.11.2024) установлены следующие результаты:

Точка отбора проб

Определяемый показатель

Объемный расход газа при н.у., м3 в сек.

Единица измерения

Результат испытаний

Фактический выброс, г/сек

Труба установки H200R без ГОУ

Оксид азота 0,281

мг/м3

87 0,024447
Диоксид азота 2,1 0,000590
Диоксид серы 2,9 0,000815
Оксид углерода 18 0,005058
Предельные углеводороды С12-С19 2,4 0,000674
Взвешенные частицы 44 0,012364
Бенз(а)пирен 0,00019 0,000000053
Хлористый водород менее 0,01 -
Фтористый водород 0,057 0,000016
Ртуть менее 0,014 -
Кадмий 0,018 0,000005
Свинец 0,0072 0,000002
Хром в пыли 0,0020 0,00000056
Медь 0,13 0,00003653
Марганец в пыли 0,001 0,00000028
Никель в пыли 0,11 0,00003091

Вывод: Исследование показало превышения параметров концентраций ЗВ в составе дымовых газов в сравнении с ИТС НДТ 9-2020 по взвешенным веществам и тяжелым металлам. Рекомендуемый состав ГОУ: батарейный циклон, рукавный фильтр, угольный адсорбер.


Характеристика зольного остатка.

В ходе биотестирования золы и остатков от сжигания отходов производства химических волокон с добавлением отходов потребления на производстве с использованием тест-организмов Daphnia magna Straus и Scenedesmus quadricauda выявлено острое токсическое действие водной вытяжки отхода.

В соответствии с приложением № 5 Приказа Минприроды России от 31.03.2025 № 158 «Об утверждении критериев отнесения отходов к I - V классам опасности по степени негативного воздействия на окружающую среду» отход можно отнести к IV классу опасности для окружающей природной среды. Протокол № 2024ФХО/О4143 от 19 ноября 2024 г.