• Библиотека
  • Сырьевая утилизация пластиковых отходов в производстве кокса

    M.A. Diez, R Alvarez , S. Melendi и C. Barriocanal

    Перевод с английского: Ветров И.В.


    Источник: International Conference on Coal Science and Technology. Nottingham (Reino Unido), 28-31 agosto de 2007
    http://digital.csic.es/handle/10261/5138?locale=en


    Аннотация

    Коксования угля для производства металлургического кокса это альтернативный путь сырью для утилизации отходов пластмасс различной структуры и происхождения. Индивидуальные пластмассы или смешанные пластмассы местного производства могут быть включены в типичные коксовые шихты в качестве вторичного сырья. Преимущества такой смеси пластиковых отходов на термопластичные свойства угля, давления распирания и качество кокса производимых в экспериментальном масштабе обсуждаются. Изучение пластмассовых отходов было выбрано потому, что охватывает широкий спектр свойств, с точки зрения структуры полимера и состава (одно-и многокомпонентных отходов), с целью установления правильного соотношения между давлением распирания и параметрами качества кокса.

    ВВЕДЕНИЕ

    Альтернативная переработка пластиковых отходов с помощью иных методов, чем процессы механические, химические и рекуперации энергии представляет большой интерес для минимизации ущерба окружающей среде, особенно, когда отходы пластмасс могут быть включены в качестве сырья в существующие процессы. Обработка пластмассовых отходов и совместная обработка с другим органическим сырьем с помощью пиролиза в контролируемой атмосфере могут быть использованы для производства жидкого топлива или углеродных материалов. В последнее время интегрированные сталелитейные заводы были в состоянии содействовать дальнейшей вторичной переработки пластмасс по маршруту доменных печей и процесса карбонизации. В 2000 году Nippon Steel Corporation (NSC) начала промышленное использование утилизации пластиковых отходов в коксовых печах в г. Нагоя и Кумитсу работающих с мощностью 80 000 т/год (Като, 2000; Номура, 2006). Предварительные данные, полученные от использования полиэтиленовых отходов как второстепенный компонент в угольной шихте, а затем и карбонизированных в полупромышленных масштабах на испытательном коксовом заводе INCAR показали, что используемая шихта может содержать до 3% по весу пластиковых отходов без существенного ухудшения параметров качества кокса.

    Для того, чтобы определить влияние состава пластиковых отходов добавленых к шихте , эта работа направлена на: (I) модификацию термопластичных свойств угольной шихты пластиковыми отходами; (II) от давления газа выработанного в ходе процесса, и (III) от качества производимого металлургического кокса.

    ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

    Типичная смесь угля, используемого для доменного производства кокса была использована для приготовления шихты с выбранными отходами пластика. Основными характеристиками этой коксующейся шихты являются: 23,8% по весу летучие вещества, 9% мас золы; 0,65% мас серы; 214 DDPM максимальная текучесть и, минус 20 мм Koppers-InCar усадка. Шесть смешанных пластиковых отходов предоставляемые предприятием ABORNASA, вместе с одним многоцветным высокопрочным полиэтиленом ПЭВП были добавлены в качестве вторичного сырья для угольной шихты. Смеси пластмасс отличались долей шести наиболее распространенных термопластов находится в бытовых отходов (табл. 1). M5 и M6 в результате смешения M2 с соответствующим количеством многоцветного ПЭВП.

    Изменения в пластичности угля + пластическая масса были измерены с помощью пластометра R.B. AUTOMAZIONE PL2000 Гизелер, после ASTM D2639 стандартной процедурой. Приборт используется для измерения вращение мешалки внутри уплотненных 5 г образца размером частиц <0,425 мм, в то время как образец нагревают от 300 ° C до 550 ° С при скорости нагрева 3°С/мин и текучесть записывается в прибором в минуту (ddpm) в зависимости от температуры. Для измерений Гизелер текучести, каждый пластмассовый отход, криогенно измельченный до размера частиц менее 0,4 мм, были физически смешаны с угольной шихтой в количестве 2% по массе.

    Углольная шихта в смеси с различными пластмассовыми отходами коксовали в однокамерной печи с подвижный стенкой 15 кг мощности с электрообогревом и следующими размерами: длина 150 мм, 750 мм высота и 250 мм ширина. Во время тестового коксования, температура стенки поддерживалась постоянной на уровне 1010 °C. Период коксования около 3 часов, температура в центре загрузки повышалась до 950 °C. После раскаленный кокс был выдвинут из печи, его погасили разбрызгиванием воды. Количество смешанных пластиковых отходов добавленных к шихте 2% по массе. Для оценки влияния различных пластиковых отходов, коксование проводились с аналогичными загрузками (влажность, размер зерен, насыпной плотности) и коксующихся условиях. Загрузку приготавливали как можно равномернее для всех смесей (примерно 18% угля> 3 мм и 70%, <2 мм, влажность между 6-8%, и насыпная плотность 785 ± 30 кг/м3). Коксуемые шихты без пластиковых отходов были приняты в качестве эталона и прококсованы на трех различных насыпных плотностях (778, 813 и 835 кг/м3). Насыпная плотность была скорректирована путем добавления воды к угольной шихте. Во время коксования, температурные изменения в центре загрузки и давление распирания на стены в зависимости от времени коксования контролировались. Эта печь обеспечивает достаточно кокса (около 10 кг), чтобы она могла быть охарактеризована стандартизированной процедурой. Качество полученного кокса с целью его использования в доменной печи было оценено с точки зрения его реакционной способности в СО2 при 1100 °С в течение 2 ч (CRI) и механической прочности частично газифицированного кокса (CSR) по NSC методу, следуя процедуре ASTM D5341 стандарта. Кроме того, холодная механическая прочность оценивалась на 10 кг кокса> 50 мм начального размера с использованием барабана JIS на 150 оборотах. DI15015 индекс определяется как количество кокса> 15 мм, после применяемой механической очистки (JIS K2151 стандартная процедура).

    РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

    В таблице 1 показана структура различных смесей отходов пластика. Они промыты и нарезаны небольшими кусками пластинчатого размера <10 мм. Следует отметить, что обычно обрабатываются разделенные пластиковые материалы, будучи гранулированными или измельченными, растопленного или частично расплавленного вида и экстрагированные для формирования конечного продукта. Тем не менее, смешанные пластмассы, выбранные в этой работе в качестве исходного сырья на переработку в коксовых печах, требуют минимальной предварительной обработки с целью снижения стоимости сырья.

    Оценка качества кокса

    В целом, добавление 2% пластиковых отходов повышает механическую прочность кокса с точки зрения DI15015 индекса на 1-4 пунктов. Тем не менее, нет четкой обнаруженой связи между этим свойством кокса и составом отходов.

    Что касается CRI и CSR, улучшение CSR вызвано добавлением ПЭВП, что подтверждается в этом ряду кокса производимого в полуэкспериментальном масштабе (Reyes, 2003; Diez, 2007). ПЭВП сохраняет постоянную CRI, в то время как CSR увеличился примерно на 5 пунктов (рис. 3). Другие отходы увеличивает CRI также как и пластмассы 2–го типа (ПС и ПЭТ). Таким образом, можно сделать вывод, что соотношение для полиолефинов ПС + ПЭТ имеет решающее значение не только в развитии давления распирания, но и для механических свойств кокса.


    Рисунок 1 — Изменение CRI и CSR экспериментального кокса из смесей, содержащих 2% одного ПЭВП и смешанных пластмасс. P778 и P813 обозначают шихту прококсованных на двух разных насыпных плотностях (778 и 813 кг/м3).


    ВЫВОДЫ

    Металлургическое производство кокса является ценной альтернативой вторичной переработки смешанных пластиковых отходов в качестве сырья. Основные композиционные параметры этого сырья являются прямая ссылка на удельный вес полиолефинов, ароматических полимеров ПС плюс ПЭТ и мелких органических материалов, присутствующих в отходах. Чтобы избежать риска повреждения стен, состав отходов и насыпную плотность смеси в коксовой печи должны находиться под контролем. Лучшее качество кокса было получено путем добавления одного ПЭВП, в то время как параметры качества кокса не сильно зависит от добавления отходов пластмасс. Тем не менее, отходы, которые включают пластмассы и небольшое количество органических материалов, отличаются от полимеров негативным влиянием на качество кокса.

    Ссылки

    1. Diez M.A., Alvarez R., Barriocanal C. and Canga C.S. (2000). Modification of coal thermoplastic properties by plastic waste, Eurocarbon 2000, held in Berlin, Germany, 9–13 July 2000. Vol. II: 719–720.
    2. Diez M.A., Barriocanal C. and Alvarez R. (2005). Plastics wastes a modifiers of the thermoplasticity of coal. Energy & Fuels, 19, 2304–2316.
    3. Diez M.A., Alvarez R., Barriocanal C. and Melendi S. (2007). Possibilities of the coking process for recycling plastic wastes, Eurocoke Summit 2007, Intertech–Pira, held in Nice, France, 16–18 April 2007.
    4. Kato K, Nomura S. and Uematsu H. (2000). Development of waste plastics recycling process using coke ovens. 61st Ironmaking Conference Proceedings, The Iron and Steel Society, 2000; 633–642.
    5. Nomura, S., Kato, K., Nakagawa, T., and Komaki, I. (2003). The effect of plastic addition on coal caking properties during carbonization, Fuel 82, 1775–1782.
    6. Nomura, S. and Kato, K., (2006). The effect of plastic size on coke quality and coking pressure in the co- carbonization of coal/plastic in coke oven, Fuel 85, 47–56.
    7. Reyes M.A., Kamm M., Canga C.S., Barriocanal C., Alvarez R. and Diez M.A., (2003). Metallurgical coke production as an alternative for plastic waste recycling, Internacional Conference on Carbon, Oviedo, Spain, paper 3.37 (CD–Room format).
    8. Sakurovs, R. (2003). Interactions between coking coals and plastics during co-pyrolysis. Fuel, 82, 1911–1916.