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.
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:
- раскрой и резка: остатки и обрезки, появляющиеся при формировании заготовок для мягкой мебели, матрацев, элементов звукоизоляции и утепления зданий;
- производство брака: изделия, не соответствующие заданным техническим параметрам по качеству поверхности, плотности, геометрическим размерам или цветовому оттенку;
- механическая обработка: образование мелкой пыли и мелких фрагментов, возникающих при шлифовке и обработке готовых деталей из ППУ;
- формовочный остаток: полимерные материалы, оставшиеся в формах после окончания технологического цикла, которые невозможно повторно использовать в процессе производства.
Среди основных сложностей можно выделить несколько:
-
Химическое разнообразие. Сложный многокомпонентный состав ППУ препятствует простой сортировке и разделению на составляющие элементы, делая невозможным простое включение отходов в обычные схемы переработки пластмасс.
-
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.
-
Необходимость специализированного оборудования. Для переработки отходов ППУ требуется дорогостоящее специальное оборудование, способное справиться с химической структурой материала и обеспечить приемлемое качество конечного продукта.
-
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:
- отсутствие полноценной законодательной базы и нормативов регулирования утилизации ППУ в России;
- недостаточная доступность информации об эффективных методах переработки и недостаточное количество специалистов в данной сфере;
- 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 |
|
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 |
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%.
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.
