Утилизация пластмассовых отходов плазмохимическим способом | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Спецвыпуск

Опубликовано в Молодой учёный №12 (92) июнь-2 2015 г.

Дата публикации: 30.04.2015

Статья просмотрена: 137 раз

Библиографическое описание:

Тазмеев Б. Х. Утилизация пластмассовых отходов плазмохимическим способом // Молодой ученый. — 2015. — №12.1. — С. 80-82. — URL https://moluch.ru/archive/92/17802/ (дата обращения: 17.12.2018).

В работе изложен способ переработки бутылок из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) при помощи плазмы газового разряда с жидкими электродами. В результате переработки получается синтез-газ по составу схожий с природным газом. Экспериментальная установка представлена в виде блок-схемы.

Ключевые слова: газовый разряд, плазменная переработка, плазменный поток, экологичные способы рециклинга.

 

Значительную часть пластмассовых отходов составляют бутыли из полиэтилентерефталата. В настоящее время уделяется много внимания переработке ПЭТФ-бутылок. Предложены различные способы использования бутылочных отходов. Смеси ПЭТФ с другими полимерами применяются для получения новых пластмассовых материалов с широким спектром механических, диэлектрических, тепловых и др. свойств. Известны способы получения из использованных бутылок прозрачных листов и нетканого полотна. Существует также химический способ рециклинга ПЭТФ отходов. При этом снова получают химические вещества, являющиеся исходным сырьём. Однако, несмотря на всё перечисленное, разработка новых более экономичных и экологичных способов рециклинга ПЭТФ-бутылок остаётся актуальной задачей. Из результатов ряда исследований следует, что десятую часть твердых бытовых отходов (ТБО) больших и средних городов составляют полимерные материалы. Опасность нахождения их на свалках усиливается еще и тем, что при возгораниях мусора они выделяют вредные вещества, которые разносятся ветром на всю округу.

Практически вся полимерная продукция, в том числе и та, которая получена из вторичного сырья, превращается в конечном итоге в отходы потребления (промышленного и бытового) и загрязняет окружающую среду, прежде всего литосферу, скапливаясь на мусорных свалках, полигонах отходов и во всех тех местах, где пребывает человек (рис.1). В естественных условиях эти отходы разрушаются крайне медленно. В течение многих десятилетий они оказывают угнетающее воздействие на растительный и животный мир.

В настоящее время в процессах газификации отходов используется в основном электродуговая плазма [1–4]. Энергоноситель-плазма создается продувкой через дуговой разряд различных газов, в том числе и водяного пара. Пароводяная плазма является самым привлекательным вариантом в связи с тем, что ее применение обеспечивает целый ряд преимуществ. Пароводяная плазма не содержит балластные компоненты (например, такие как азот в составе воздушной плазмы). Поэтому тепловая эффективность энергоносителя становится в значительной степени выше. В пароводяной плазме подавляются механизмы образования вредных окислов, таких как окислы азота и серы. Этим обеспечиваются самые благоприятные экологические условия. Такого рода плазма обогащает синтез-газ водородом за счет окисления углерода сырья водяным паром: С + Н2О → Н2 + СО. В результате увеличивается количество конечного продукта. Можно отметить и другие положительные эффекты, сопутствующие практическому применению пароводяной плазмы. Однако, на практике, при использовании водяного пара в электродуговых плазмотронах, возникают дополнительные технические трудности. В реальных промышленных установках в первую очередь необходим эффективный парогенератор для получения перегретого пара. Необходима защита тугоплавких электродов от прямого воздействия водяного пара. А также нужно принимать меры для предотвращения конденсации влаги на поверхностях токопроводящих элементов.

Рис.1. Образование и размещение полимерных отходов

 

Использование плазмы газового разряда с жидким электролитным катодом позволяет избавиться от вышеперечисленных негативных моментов. Подход к решению этой задачи может быть осуществлён с применением газоразрядной плазмы, поскольку ионизированный газ содержит значительное количество химически активных компонентов [5]. В разряде в парах воды такими компонентами являются OH и OH-, которые способны участвовать в реакциях расщепления молекул ПЭТФ.

Температура плавления ПЭТФ составляет ~280°С, а максимальная температура воспламенения ожидаемых продуктов деструкции, т. е. компонентов исходного сырья (терефталевой кислоты, этиленгликоля и др.), не превышает ~600°С. Поэтому среднегазовая температура плазмы должна быть невысокой. При атмосферном давлении этому требованию соответствует плазма газового разряда между жидким электролитом и твёрдотельным электродом.

Таким образом, наиболее приемлемый плазмохимический реактор для переработки ПЭТФ-бутылочных отходов может быть разработан на основе газоразрядного плазменного генератора с жидким катодом, когда в качестве электролита служат водные растворы солей, щелочей и кислот.

В данной работе на модельной установке опробованы различные способы ввода ПЭТФ в плазменный поток. Выявлено, что более перспективным является подача в жидком состоянии. При этом для плавления отходов может быть использована теплота отходящих газов. Исследования процесса переработки полимерных отходов в плазменном потоке из паров жидких электролитов проводились в экспериментальной установке на базе двух генераторов плазмы. Ее принципиальная схема приведена на рис.2. В качестве катода в обоих генераторах плазмы применялся раствор глауберовой соли в дистиллированной воде, с концентрацией по массе в пределах (0,05 ÷ 0,10) %. Плазменные потоки образовывались за счет испарения жидких катодов. Убыль восполнялась добавлением «свежего» электролита. Это осуществлялось с помощью автономных систем подачи электролита.

Полимерные отходы загружались в реакционную камеру № 1. Здесь происходило термическое разложение отходов в интервале температур от 450 до 530 ºС в среде перегретого пара, создаваемого испарением жидкого электролитного катода генератора плазмы № 1. Летучие продукты разложения поступали во вторую реакционную камеру и смешивались с потоком плазмы от генератора № 2. Температура Т в реакционной зоне во второй камере поддерживалась постоянной в течение всего процесса и регулировалась в пределах от 1150±10 до 1450±10 ºС.

Для улавливания продуктов деструкции ПЭТФ поток газа из плазмохимического реактора пропускался через закалочное устройство, которое одновременно служило и теплообменником. Изучение внешних признаков полученного конденсата позволяет утверждать, что среди продуктов разложения имеются жидкие вещества сложного химического состава.

Рис.2. Блок-схема экспериментальной установки

 

Более 70 % объема получаемого газа представляют собой горючие компоненты. Следовательно, этот синтез-газ можно использовать как энергетическое или химическое сырье.

Как показали эксперименты, температура в плазменном потоке главным образом зависит от плотности тока. В оптимальных режимах работы генераторов плазмы плотность тока на жидком электролитном катоде находилась в пределах от 0,8 до 1,0 А/см2. Такие значения плотности тока близки к предельно возможному значению в диффузном режиме горения разряда. На металлическом водоохлаждаемом аноде плотность тока была практически в полтора раза выше.

В целом можно отметить, газовый разряд с жидкоэлектродным катодом позволяет получить плазменные потоки, которые по многим параметрам близки к потокам плазмы, генерируемым пароводяными электродуговыми плазмотронами, предназначенными для газификации углеводородсодержащих отходов. Таким образом, опыты с отходами из ПЭТ показали перспективность использования генераторов плазмы с жидкими электродами для их переработки.

 

Литература:

 

1.                  Альтовский Г. С., Бернадинер М. Н., Иванов В. В. Перспективы высокотемпературной паровой газификации отходов с использованием плазменных источников энергии. // ЭКИП. — 2011. — № 2. — С. 8–11.

2.                  Гудим Ю. А., Голубев А. А. Безотходная технология высокотемпературной утилизации несортированных твердых коммунальных отходов. // ЭКИП. — 2009. — № 2. — С. 4–7.

3.                  Артемов А. В., Переславцев А. В., Крутяков Ю. А. и др. Экологические аспекты плазменной переработки твердых отходов. // ЭКИП. — 2011. — № 9. — С. 20–23.

4.                  Артемов А. В., Переславцев А. В., Крутяков Ю. А. и др. Плазменные технологии переработки углеводородного сырья и отходов. // ЭКИП. — 2011. — № 10. — С. 18–23.

5.                  Плазмотрон с жидким электролитным катодом: пат. № 2286033. Рос. Федерация. № 2005115270/06; Заявлено 19.05.2005, опубл. 20.10.2006. Бюл. № 29. — 3 с.

Основные термины (генерируются автоматически): газовый разряд, пароводяная плазма, плазменный поток, отход, плотность тока, водяной пар, жидкий электролитный катод, генератор плазмы, экспериментальная установка, реакционная камера.


Ключевые слова

газовый разряд, плазменная переработка, плазменный поток, экологичные способы рециклинга

Похожие статьи

Оценка возможности испарения микрокапли в плазме вакуумного...

Известно, что в плазме вакуумного дугового разряда микрокапли подвергаются воздействию плазменных компонент, в

Недостатком технологии является наличие микрокапельной фазы в потоке плазмы разряда — микрочастиц катода, оседающих на поверхности детали.

Управление технологическими процессами с помощью магнитных...

– вакуумно-дуговой источник плазмы коаксиальной конструкции (дуговой разряд).

Величина плотности тока достигает значений порядка (радиус которого ).

В процессе работы, генерируемый плазменный поток заполняет весь рабочий объем.

Окислительная газификация частиц смолисто-сажевого аэрозоля...

Моделирование процесса окислительной очистки пирогаза в камере-дожигателе установки плазменной переработки твердых радиоактивных отходов

Основные термины (генерируются автоматически): смолисто-сажевый аэрозоль, плазменная переработка ТРО, водяной пар...

Современные положения в термоядерной энергетике

Это стало известно как «тройной продукт»: плазменная плотность, температура и время удержания.

Электрическое поле вызывает протекание тока и зажигание в камере плазмы.

В устройстве используется две сферические клетки катод внутри анода. Ни один Фузор на...

Определение параметров плазмы по сравнительному анализу...

Для определения параметров плазмы газового разряда данный метод не подходит.

Для получения экспериментальных характеристик использовалась вакуумно-дуговая установка коаксиальной конструкции, представленная на рис. 1. Она состоит из цилиндрического анода 1...

Исследование и моделирование спектров излучения газового...

Плотность (концентрация) как заряженных, так и нейтральных частиц. В плазме необходимо достижение высокой концентрации частиц.

Газовый разряд — это комплекс явлений, сопровождающихся протеканием электрического тока через газовую среду [2, 3]. Под...

Исследование инициирования электрического разряда в воде при...

Основные энергетические параметры установок: разрядное напряжение 5…50 кВ

Однако, был установлен экспериментальный факт, что после 30…50 разрядов влияние

Источник электронов с плазменным катодом для генерации сфокусированного пучка в форвакуумном...

Обзор методов нанесения кремниевых покрытий

Рис.4. Схема плазмохимической установки для получения пленок аморфного кремния в плазме ВЧЕ разряда [12].

Отличительной особенностью дугового разряда является катодное пятно, где достигаются большие плотности тока и тепловой мощности.

Фотокаталитические свойства наноразмерного оксида цинка...

Импульсная плазма создается между двумя цинковыми электродами, погруженными в микроэмульсию. Единичный импульс имеет чрезвычайно малую длительность (10 -3 -10–5 с), высокую плотность тока (106–108 А/см2)...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Оценка возможности испарения микрокапли в плазме вакуумного...

Известно, что в плазме вакуумного дугового разряда микрокапли подвергаются воздействию плазменных компонент, в

Недостатком технологии является наличие микрокапельной фазы в потоке плазмы разряда — микрочастиц катода, оседающих на поверхности детали.

Управление технологическими процессами с помощью магнитных...

– вакуумно-дуговой источник плазмы коаксиальной конструкции (дуговой разряд).

Величина плотности тока достигает значений порядка (радиус которого ).

В процессе работы, генерируемый плазменный поток заполняет весь рабочий объем.

Окислительная газификация частиц смолисто-сажевого аэрозоля...

Моделирование процесса окислительной очистки пирогаза в камере-дожигателе установки плазменной переработки твердых радиоактивных отходов

Основные термины (генерируются автоматически): смолисто-сажевый аэрозоль, плазменная переработка ТРО, водяной пар...

Современные положения в термоядерной энергетике

Это стало известно как «тройной продукт»: плазменная плотность, температура и время удержания.

Электрическое поле вызывает протекание тока и зажигание в камере плазмы.

В устройстве используется две сферические клетки катод внутри анода. Ни один Фузор на...

Определение параметров плазмы по сравнительному анализу...

Для определения параметров плазмы газового разряда данный метод не подходит.

Для получения экспериментальных характеристик использовалась вакуумно-дуговая установка коаксиальной конструкции, представленная на рис. 1. Она состоит из цилиндрического анода 1...

Исследование и моделирование спектров излучения газового...

Плотность (концентрация) как заряженных, так и нейтральных частиц. В плазме необходимо достижение высокой концентрации частиц.

Газовый разряд — это комплекс явлений, сопровождающихся протеканием электрического тока через газовую среду [2, 3]. Под...

Исследование инициирования электрического разряда в воде при...

Основные энергетические параметры установок: разрядное напряжение 5…50 кВ

Однако, был установлен экспериментальный факт, что после 30…50 разрядов влияние

Источник электронов с плазменным катодом для генерации сфокусированного пучка в форвакуумном...

Обзор методов нанесения кремниевых покрытий

Рис.4. Схема плазмохимической установки для получения пленок аморфного кремния в плазме ВЧЕ разряда [12].

Отличительной особенностью дугового разряда является катодное пятно, где достигаются большие плотности тока и тепловой мощности.

Фотокаталитические свойства наноразмерного оксида цинка...

Импульсная плазма создается между двумя цинковыми электродами, погруженными в микроэмульсию. Единичный импульс имеет чрезвычайно малую длительность (10 -3 -10–5 с), высокую плотность тока (106–108 А/см2)...

Задать вопрос