Zkapalňování plastu a proces recyklace

Zkapalňování termoplastů solvolýzou je proces, při kterém jsou zregenerovány vstupní polymery z materiálů, které mechanickým procesem recyklovat nelze.

Výsledkem je přeměna termoplastů na kapalný ropný olej s různými frakcemi.

Jedná se o materiály typu vícekomponentní materiály, zejména ty s podílem PP, PE, PA, PBT, PET, které mají uplatnění v hygienickém, potravinářském, automobilovém a stavebním průmyslu.

Ve srovnání s přepracovacími procesy mechanickou cestou se jedná o proces energeticky úsporný a je možno recyklovat materiály s plnivy, které lze následně dále využívat.

Zkapalnění obvykle probíhá při teplotách mezi 200 °C až 450 °C a to pod vysokým tlakem dusíku nebo vodíku, který pomáhá udržovat produkty v kapalné fázi.

Čtěte také: Výzvy recyklace plastů

Hydrotermální zkapalňování HTL (hydrotermální karbonizace HTC) má výhodu zejména ve faktu, že pro vstupní odpadní suroviny nevyžaduje ekonomicky drahé sušení.

Voda a další rozpouštědla se za svými kritickými body chovají odlišně od normálních stavů.

Voda se nad kritickým bodem chová dvoufázově, jako kapalina i jako plyn.

Po dosažení kritického stavu se mění parametry difuzivity, viskozity a rozpustnosti vody, dochází ke změnám její hustoty, koeficientu přestupu tepla, hmoty a dielektrické konstanty.

Voda v superkritickém stavu (SCW voda, SuperCritical Water) má vynikající vlastnosti přenosu tepla, které je výhodné využít k chemické recyklaci odpadních plastů dekonstrukcí plastů na jejich monomery nebo jiné chemikálie s přidanou hodnotou, případně na uhlovodíková paliva.

Čtěte také: Recyklace plastového odpadu z výroby

Mechanická recyklace

Mechanická recyklace je definována jako sekundární recyklace, což je fyzikální proces (při recyklaci neprobíhají žádné chemické reakce) při němž se z polymerního odpadu získává materiál nebo výrobek, jehož vlastnosti jsou odlišné od původního.

Je to nejběžnější přístup k recyklaci pevného plastového odpadu (PSW, TKO) a ve většině vyspělých zemích má zavedenou infrastrukturu.

Mechanická recyklace zahrnuje sběr/segregaci, čištění a sušení, sekání/třídění, barvení/aglomeraci, peletizaci/extruzi a výrobu konečného produktu.

Primární recyklace využívá spotřebitelský (PCR, Post Consumer Recycled, odpadové materiály, které již byly využity a vyhozeny ve spotřebě) nebo postindustriální recyklovaný (PIR, Post Industry Recycled, plasty získané z výrobního odpadu nebo zmetků, které se nikdy nedostaly do spotřeby) odpadní materiál, tj. materiál stejného typu a vyrábí nové produkty.

Primární recyklace si zachovává stejnou kvalitu jako původní materiál, zatímco downcyklace je běžná u sekundární recyklace kvůli určité degradaci vlastností plastu.

Čtěte také: Inovativní recyklace plastů

Materiály po spotřebiteli, zejména polyolefiny (PP, PE), mohou mít nepředvídatelné fyzikální vlastnosti kvůli velkému rozsahu jejich polymerních struktur, molekulových hmotností a aditiv.

Takováto variabilita a nedostatky v třídění mohou ztížit použití těchto materiálů.

Rozdíly v barvě také komplikují použití v nových produktech kvůli nemožnosti kontroly finálních barev.

Mechanickou recyklaci je možno obecně popsat a sestavit z několika výrobních kroků: drcení/granulace, odstranění kontaminantů, následované segregací vloček.

Molekulová hmotnost plastu má výrazný vliv na vlastnosti termoplastů.

Obecně platí, že zvýšení molekulové hmotnosti zvyšuje teplotu skelného přechodu, teplotu tání krystalického podílu, pevnost, elasticitu, tuhost, houževnatost, viskoelastické vlastnosti, atd.

Jak již bylo uvedeno, nadrcený termoplast je ve vytlačovacím válci roztaven, tj. podroben další tepelné historii, vystaven další tepelné expozici.

Opakované vystavení vysokému teplu, času a smykovým rychlostem může způsobit degradaci polymerního materiálu a v některých případech nežádoucí vedlejší reakce, které mohou buď zvýšit nebo snížit molekulovou hmotnost konečného produktu.

Tyto strukturální úpravy vedou ke změnám jak v tokových, tak v mechanických vlastnostech materiálu.

Výrobci se změnám mohou bránit použitím aditiv k obnovení vlastností materiálu nebo k homogenizaci recyklovaného materiálu, což ovšem obvykle zvyšuje náklady na recyklovaný plast a může to dále zkomplikovat budoucí pokusy o recyklaci odpadního materiálu.

Pyrolýza

Na odpad se působí teplotou vyšší než je jeho chemická stabilita, ale nedochází ke spalování.

Pro pyrolýzu plastů jsou typické teploty v rozmezí 350 °C až 700 °C, přičemž obecně platí, že vyšších výtěžností produktů rozkladu se dosahuje při vyšších teplotách pyrolýzy.

Pyrolýza je nejvíce prozkoumaná metoda chemické recyklace plastů.

V Evropě se pyrolýza začala studovat na konci 70.let 20. století a první závod na pyrolýzní zpracování odpadu postavila firma British Petroleum (BP) v roce 1994.

Hlavní výhodou pyrolýzy termoplastů je schopnost přeměnit plast na produkty s nižší molekulovou hmotností, které lze použít jako palivo nebo surovinu pro nové chemikálie nebo plasty.

Pyrolýza také produkuje méně emisí než při spalování plastů.

Různé studie ukázaly, že ziskovost rafinérií pyrolýzy termoplastů závisí na mnoha faktorech, včetně nákladů na suroviny, výtěžnosti, typu produktu a velikosti zařízení (objemu zpracovávaného odpadu).

Složení suroviny, výtěžek pyrolýzy a selektivita produktu (selektivita je kritérium pro kvantifikaci, určování množství, účinnosti cílové reakce - cílem je získání určitého produktu - je definovaná jako poměr mezi množstvím získaného cílového produktu ku všem produktům v procesu) jsou rozhodujícími faktory pro efektivitu procesu.

Jedna ze studií hodnotila případový scénář pilotního zařízení na pyrolýzu 0,7 kt odpadu za rok.

Výsledkem analýzy bylo určení kapitálových nákladů ve výši 1,34 milionu USD.

Cena produktu podle základního scénáře byla 0,98 USD za kg vyrobeného paliva, což bylo více než tržní cena produktu těžkého topného oleje, která byla cca 0,8 USD/kg.

V Evropě jsou v provozu 3 pyrolýzní zařízení ve vlastnictví firem Quantafuels (Oslo, Norsko) a Plastic Energy (Londýn, Spojené království Velké Británie a Irska).

První komerční výrobní závod společnosti Quantafuel je v dánském Skive.

Závod zpracuje 20 kt za rok.

Tekutý produkt je zasílán společnosti BASF, která kapalný produkt používá k výrobě nových plastů a dalších chemikálií.

Plastic Energy má v současnosti dva závody v Almerii (provoz byl zahájen v roce 2014) a Seville (zahájení provozu v roce 2017) ve Španělsku.

V posledních letech několik společností oznámilo plány na vybudování zařízení na pyrolýzu termoplastů a převedení plastových olejů na aromatické látky/olefiny krakováním párou (pyrolýza uhlovodíků prováděná pomocí vodní páry).

BP oznámily plány na vybudování závodu na recyklaci plastů v Gelsenkirche, Německo.

BP postaví závody na parní krakování plastového oleje získaného od SABIC a předá krakovací materiály jiné společnosti SABIC na výrobu nových plastů.

V roce 2021 firma Plastic Energy oznámila spolupráci se společností ExxonMobil.

V roce 2019 firma Fuenix Ecogy (Weert, Nizozemí) získala 4 miliony EUR (4,53 milionu USD) na rozšíření své technologie na recyklaci směsného plastového odpadu a ve spolupráci s americkou firmou Dow Chemical (Midland, Michigan) na vybudování závodu na pyrolýzu plastů v nizozemském městě Weert.

Pyrolýzový plastový olej bude odeslán do Dow Terneuzen, Nizozemsko, pro krakování parou a výrobu čistých plastů.

Pro konverzi termoplastů katalytickým tepelným rozkladem jsou používány dva hlavní procesy - jednostupňový proces (in situ, na svém původním místě) a dvoustupňový proces pyrolýzy - katalýzy (ex situ, mimo původní místo).

V jednostupňovém procesu se plastový odpad a katalyzátor mísí v reaktoru, nejčastěji s fluidním ložem, a jsou zahřáty na degradační teplotu.

Gasifikace

Gasifikace, neboli zplyňování, je technologie, při niž jsou plasty s obsahem uhlovodíků zpracovávány na syntézní plyn, pevný odpad je přeměněn na plynné palivo.

Část odpadu je spálena při tlaku 5 MPa až 7 MPa a zbývající část je zplyňována při teplotách 1300 °C až 1500 °C.

tags: #zkapalňování #plastu #recyklace #proces

Oblíbené příspěvky:

• Technologie ochrany ovzduší – VŠCHT Praha
• Ekologické vaření s indukčními pecemi
• Přírodní řešení
• Ochrana Přírody a Krajina
• Ochrana obuvi