Palabras clave: residuos plásticos, contaminación blanca, reciclaje, regeneración, pirólisis, progreso tecnológico
Los residuos plásticos suelen eliminarse mediante vertederos o incineración. La incineración producirá una gran cantidad de gases tóxicos y provocará contaminación secundaria. Los vertederos ocupan mucho espacio; los plásticos tardan más de cien años en degradarse de forma natural; los aditivos precipitados contaminan el suelo y las aguas subterráneas. Por lo tanto, la tendencia de desarrollo de la tecnología de procesamiento de residuos de plástico es el reciclaje, pero la tasa actual de reciclaje de residuos de plástico es baja. Las razones incluyen cuestiones de gestión, políticas y reciclaje, pero lo más importante es que la tecnología de reciclaje no es lo suficientemente perfecta.
Existen varias tecnologías para reciclar plásticos de desecho, incluidas tecnologías para reciclar diversos plásticos y tecnologías para reciclar resinas individuales. En los últimos años, la tecnología del reciclaje de plástico ha experimentado muchos avances gratificantes. Este artículo resume principalmente las tecnologías más comunes.
1 Tecnología de Separación y Separación
Uno de los eslabones clave en el reciclaje de residuos de plástico es la recogida y el pretratamiento de los residuos de plástico. Especialmente en nuestro país, una razón importante de la baja tasa de reciclaje es el bajo nivel de clasificación y recolección de basura. Dado que los puntos de fusión y de reblandecimiento de las diferentes resinas son bastante diferentes, para reciclar mejor los plásticos de desecho, es mejor clasificar un solo tipo de resina. Por lo tanto, la separación y el cribado son un paso importante en el reciclaje de los plásticos de desecho. Para lotes pequeños de residuos de plástico, se puede utilizar la clasificación manual, pero la clasificación manual es ineficiente y aumentará los costos de reciclaje. Se han desarrollado una variedad de métodos de separación y separación en el extranjero.
1.1 Tecnología de identificación y separación de instrumentos
La empresa italiana Govoni utilizó por primera vez detectores de rayos X y sistemas de clasificación automática para separar el PVC de los plásticos mixtos [1]. El Centro de Tecnología de Reciclaje de Plásticos de EE. UU. ha desarrollado un espectrómetro de fluorescencia de rayos X que puede separar automáticamente los contenedores de PVC de los rígidos. La empresa alemana Refrakt utiliza tecnología de identificación de fuentes de calor para separar el PVC fundido de los plásticos mezclados a una temperatura más baja mediante calentamiento[1].
El infrarrojo cercano tiene la función de identificar la materia orgánica. Los filtros ópticos que utilizan tecnología de infrarrojo cercano [1] pueden identificar plásticos a una velocidad de más de 2000 veces por segundo, y los plásticos comunes (PE, PP, PS, PVC, PET) pueden distinguirse claramente. Cuando los plásticos mezclados pasan por el analizador de espectro de infrarrojo cercano, el dispositivo puede clasificar automáticamente cinco plásticos comunes a una velocidad de 20 a 30 piezas por minuto.
1.2 Tecnología de hilado hidráulico
La Asociación Japonesa de Promoción del Procesamiento de Plásticos desarrolló un separador ciclónico hidráulico basado en el principio de separación ciclónica y la diferencia de densidad de los plásticos. Los plásticos mezclados se colocan en el tanque de almacenamiento después del procesamiento previo, como la trituración y la limpieza, y luego se transportan cuantitativamente al mezclador. La lechada formada se envía al separador ciclónico a través de una bomba centrífuga y los plásticos con diferentes densidades se descargan por separado. La Dow Chemical Company de Estados Unidos también ha desarrollado una tecnología similar, utilizando hidrocarburos líquidos en lugar de agua para la separación, y ha logrado buenos resultados [2].
1.3 Método de disolución selectiva
La empresa Kellogg de Estados Unidos y el Instituto Politécnico Rensselaer desarrollaron conjuntamente una tecnología para la disolución selectiva de disolventes y el reciclaje de plásticos de desecho. Agregar plásticos mezclados al solvente de xileno puede disolver y separar selectivamente diferentes plásticos a diferentes temperaturas, y el xileno se puede reciclar con pocas pérdidas [1, 3].
La tecnología Vinyloop fue desarrollada por la empresa belga Solvay SA. Esta tecnología utiliza metiletilcetona como disolvente para separar y recuperar el PVC. La densidad del PVC reciclado es casi la misma que la de las materias primas nuevas, pero el color es ligeramente gris. Alemania también cuenta con la tecnología Delphi para la recuperación de disolventes, que utiliza muchos menos disolventes de ésteres y cetonas que la tecnología de vinilo.
1.4 Método de separación por flotación
Un instituto de investigación de materiales japonés utiliza agentes humectantes comunes, como lignosulfonato de sodio, ácido tánico, aerosol OT, saponina, etc., para separar con éxito PVC, PC ( policarbonato), POM (polioximetileno) y PPE (éter de polifenileno) [4].
1.5 Tecnología de separación eléctrica [5]
El método triboeléctrico separa plásticos mixtos (como PAN, PE, PVC y PA). El principio es que cuando dos materiales no conductores diferentes se frotan, se obtienen cargas opuestas mediante la ganancia y pérdida de electrones. El material con una constante dieléctrica alta se carga positivamente y el material con una constante dieléctrica baja se carga negativamente. Las mezclas de reciclaje de plástico a menudo se ponen en contacto en un tanque giratorio para crear una carga y luego se envían a otro tanque con una superficie cargada para su separación.
2 Incineración para recuperar energía
El calor de combustión del polietileno y poliestireno alcanza los 46.000 kJ/kg, superando el valor medio del fuel oil de 44.000 kJ/kg, y el Poder calorífico del PVC Hasta 18800 kJ/kg. Los residuos plásticos se queman rápidamente y tienen un bajo contenido de cenizas. Se utilizan en el extranjero para sustituir el carbón o el petróleo en los altos hornos de inyección o en los hornos rotatorios de cemento. Dado que la combustión de PVC producirá cloruro de hidrógeno, el cloruro de hidrógeno corroerá las calderas y tuberías, y los gases de escape contienen furanos, dioxinas, etc. Estados Unidos ha desarrollado la tecnología RDF (combustible sólido de residuos), que mezcla residuos plásticos con papel usado, astillas de madera, cáscaras de frutas, etc. , que no sólo diluye los componentes que contienen cloro, sino que también facilita el almacenamiento y el transporte. Para los residuos de plástico que técnicamente no pueden reciclarse (como diversos materiales compuestos o productos mixtos de aleaciones) y son difíciles de regenerar, se puede utilizar la incineración para recuperar energía térmica. Sus ventajas son gran capacidad de procesamiento, bajo costo y alta eficiencia. La desventaja es que se producen gases nocivos, se requiere un incinerador especial y los costos de inversión, pérdida, mantenimiento y operación del equipo son altos.
3 Tecnología de regeneración por fusión
La regeneración por fusión consiste en calentar y fundir el plástico residual y luego volver a plastificarlo. Según la naturaleza de las materias primas, se puede dividir en regeneración simple y regeneración compuesta. El reciclaje simple recicla principalmente restos de fábricas de resina y de productos plásticos, así como botellas de bebidas de poliéster, bolsas de embalaje de alimentos y otros productos de consumo desechables que son fáciles de seleccionar y limpiar. El rendimiento después del reciclaje es casi el mismo que el de los materiales nuevos.
Las materias primas para la regeneración de compuestos son residuos plásticos recolectados de diferentes canales. Tienen las características de muchas impurezas, variedades complejas, diversas formas y suciedad, por lo que los procedimientos de tratamiento de regeneración son complicados y la tecnología de separación. y la carga de trabajo de detección son pesadas. En términos generales, los plásticos compuestos reciclados son inestables y quebradizos y, a menudo, se utilizan para preparar productos de menor calidad. Como rellenos de construcción, bolsas de basura, sandalias microporosas, impermeables, materiales de embalaje de equipos, etc.
4 Craqueo para recuperar combustibles y materias primas químicas
4.1 Tecnología de craqueo térmico y craqueo catalítico
Debido a la profunda investigación teórica sobre las reacciones de craqueo [6 -11], nacional Se han logrado muchos avances en el desarrollo de la tecnología de exólisis. La tecnología de craqueo se puede dividir en dos tipos debido a los diferentes productos finales: uno es para recuperar materias primas químicas (como etileno, propileno, estireno, etc.) [12], y el otro es para obtener combustible (gasolina, diesel, alquitrán). , etc.). ).Aunque ambos convierten los residuos de plástico en sustancias de bajo peso molecular, los procesos son diferentes. La preparación de materias primas químicas consiste en calentar los plásticos residuales en una torre de reacción y alcanzar la temperatura de descomposición (600 ~ 900 °C) en un lecho fluidizado. Generalmente, no se producirá contaminación secundaria, pero los requisitos técnicos son altos y el costo sí. alto. La tecnología de craqueo suele incluir craqueo térmico y craqueo catalítico.
La tecnología de Fuji Recycling Company de Japón para convertir plásticos de desecho en gasolina, queroseno y diésel utiliza el catalizador ZSM-5 para descomponer los plásticos en combustible mediante reacciones de conversión en dos reactores. Cada kilogramo de plástico puede producir 0,5 litros de gasolina, 0,5 litros de queroseno y diésel. Amoco ha desarrollado una nueva tecnología que convierte los residuos de plástico en productos químicos básicos en las refinerías. Los plásticos de desecho pretratados se disuelven en aceite refinado caliente y se descomponen en productos ligeros bajo la acción de catalizadores de craqueo catalítico de alta temperatura. El gas licuado de petróleo y los combustibles alifáticos se pueden recuperar del polietileno; los combustibles alifáticos se pueden recuperar del polipropileno y los combustibles aromáticos se pueden obtener del poliestireno. Yoshio Uemichi et al [13] desarrollaron un sistema catalítico compuesto para la degradación del polietileno. Los catalizadores son sílice/alúmina y zeolita HZSM-5.
Los resultados experimentales muestran que el catalizador puede preparar de forma eficaz y selectiva gasolina de alta calidad, con un rendimiento de gasolina de 58,8 y un octanaje de 94.
Li Mei et al. [14] informaron que la gasolina MON73 y el diésel SP-10 se pueden obtener haciendo reaccionar residuos de plástico a 350 ~ 420 °C durante 2 ~ 4 s, y se pueden producir de forma continua. Li et al. [3] estudiaron los catalizadores en el proceso de degradación de plásticos de desecho. En el proceso de craqueo catalítico que utiliza polietileno, poliestireno y polipropileno como materias primas, el catalizador ideal es un catalizador de tamiz molecular con una superficie ácida, una temperatura de funcionamiento de 360°C, un rendimiento líquido de más de 90 y un octanaje de gasolina de más de 80. Liu [15] desarrolló una planta piloto para el craqueo catalítico de residuos plásticos en gasolina y diésel al mismo tiempo, con una producción diaria de 2 toneladas de gasolina y diésel. Realizó la operación continua de separación de gasolina y diésel y descarga de escoria. El reactor tiene un buen efecto de transferencia de calor y una alta capacidad de producción. Cuando la dosis de catalizador es de 1 a 3 y la temperatura de reacción es de 350 a 380°C, el rendimiento total de gasolina y diésel puede alcanzar el 70%. Los índices de octanaje de la gasolina elaborada a partir de desechos de polietileno, polipropileno y poliestireno son 72, 77 y 86 respectivamente, y los puntos de congelación del diésel son 3, -11 y -22°C. En este proceso, Yuan [16] estudió la tecnología de craqueo catalítico de plásticos de desecho en un reactor de lecho fluidizado, que resolvió los problemas de limpieza de escoria en el fondo del reactor y cementación de tuberías. Sienta las bases para lograr una producción continua segura, estable y a largo plazo, reduciendo el consumo y los costos de energía y mejorando la producción y la calidad del producto.
Utilizar el craqueo de residuos para producir materias primas químicas y combustibles es una forma importante de recuperar recursos y evitar la contaminación secundaria. Hay grandes fábricas en Alemania, Estados Unidos, Japón y otros países, y también hay pequeñas plantas de lubricación de residuos de plástico en Beijing, Xi'an, Guangzhou y otros lugares de mi país, pero todavía quedan muchos problemas por resolver. Debido a la mala conductividad térmica de los plásticos de desecho, los plásticos se calientan para producir masas fundidas de alta viscosidad, lo que no favorece el transporte; el PVC en los plásticos de desecho producirá HCl, que corroerá los equipos y reducirá la actividad del catalizador. El residuo de carbón se adhiere a la pared del reactor y es difícil de eliminar, lo que afecta la operación continua; la vida útil y la actividad del catalizador son bajas y el costo de producción es alto actualmente no existe un mejor método de tratamiento para el residuo de petróleo generado durante la producción, etc. Todavía hay muchos informes nacionales sobre la producción de petróleo de pirólisis [43-54], pero cómo absorber los resultados existentes y superar las dificultades técnicas es una tarea urgente que tenemos por delante.
4.2 Método de repostaje supercrítico
La temperatura crítica del agua es 374,3°C y la presión crítica es 22,05Mpa. El agua crítica tiene las propiedades de una solución orgánica normal y puede disolver materia orgánica. pero no materia inorgánica, completamente miscible con aire, oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono. Una patente japonesa informa que los plásticos de desecho (PE, PP, PS, etc.) se pueden reciclar con agua supercrítica. La temperatura de reacción es de 400~600℃, la presión de reacción es de 25Mpa, el tiempo de reacción es inferior a 65438±00min y el rendimiento de aceite puede alcanzar más del 90%. Las ventajas de utilizar agua supercrítica para degradar los plásticos residuales son obvias: utilizar agua como medio es de bajo costo; la carbonización se puede evitar durante la pirólisis; la reacción se lleva a cabo en un sistema cerrado y no generará nueva contaminación al medio ambiente; la velocidad es rápida y la eficiencia de producción es alta. Qiu Ting et al. [17] resumieron el progreso de la tecnología supercrítica en el reciclaje de plástico.
4.3 Tecnología de gasificación
La ventaja del método de gasificación es que puede mezclar y procesar residuos sólidos urbanos sin separar plásticos, pero los requisitos de operación son mayores que los del método de descomposición térmica. (normalmente alrededor de 900°C). La refinería Schwaize Pumpe en Espag, Alemania, puede procesar 1.700 toneladas de plástico residual cada año para convertirlo en gas urbano. RWE planea gasificar 220.000 toneladas de lignito, más de 654,38 millones de toneladas de residuos plásticos y lodos de petróleo producidos cada año por las plantas urbanas de procesamiento de petróleo. La empresa alemana Hoechst utiliza el proceso Winkler de alta temperatura para gasificar plásticos mixtos y luego los convierte en agua gaseosa como materia prima para el alcohol sintético.
4.4 Tecnología de hidrocraqueo
La empresa alemana Vebaeol ha establecido una unidad de hidrocraqueo para hidrogenolizar partículas de plástico de desecho a 15 ~ 30 MPa y 470 °C para generar un aceite sintético que contiene un 60 % de parafina. , 30% hidrocarburos nafténicos y 1% hidrocarburos aromáticos. La tasa efectiva de utilización de energía de este método de procesamiento es 88 y la tasa efectiva de conversión de material es 80.
5 Otras tecnologías de utilización
Los plásticos de desecho también tienen una amplia gama de usos.
La Universidad Estatal de Texas utiliza arena amarilla, piedras, PET líquido y agentes de curado como materias primas para fabricar hormigón, y Bitlgosz [18] utiliza plásticos de desecho como materia prima del cemento. Xie Liping[19] preparó carbón activado mesoporoso a partir de residuos de plástico, madera y papel, Lei et al.[20] informaron que utilizaron residuos de poliestireno como recubrimiento y[21] informaron que el plástico se puede convertir en madera. Song Wenxiang [22] presentó que los países extranjeros utilizan HDPE como materia prima y utilizan métodos especiales para fabricar fibras de vidrio de diferentes longitudes en el molde a lo largo de la dirección axial del flujo del material, produciendo así traviesas de plástico de alta resistencia. Pu et al. [23] utilizaron polietileno residual para producir cera de polietileno de alto valor añadido. Li Chunsheng et al. [24] informaron que, en comparación con otros termoplásticos, el poliestireno tiene las características de baja viscosidad en estado fundido y alta fluidez, después de fundirse, puede infiltrarse bien en la superficie de contacto y desempeñar un buen papel de unión. Zhang Zhengqi et al. [25] utilizaron plásticos de desecho para modificar el asfalto y disolvieron uniformemente uno o más plásticos en el asfalto en una cierta proporción, lo que mejoró el rendimiento del asfalto en la carretera, mejorando así la calidad del pavimento asfáltico y extendiendo la superficie. uso de la vida del pavimento.
Conclusión
Cubrir la contaminación blanca es un enorme proyecto sistemático que requiere los esfuerzos conjuntos de todos los departamentos e industrias, la participación y el apoyo de toda la sociedad en el pensamiento y la acción, y la mejora. de la conciencia nacional sobre ciencia y tecnología y la conciencia ambiental. Al formular leyes y regulaciones para fortalecer la gestión, los departamentos gubernamentales pueden desarrollar tecnologías e industrias de protección ambiental como un canal importante para estimular la economía y expandir el empleo, e industrializar la recolección, el procesamiento y el reciclaje de plásticos de desecho. En la actualidad, las empresas de reciclaje y procesamiento de mi país están dispersas y son de pequeña escala. Muchas tecnologías y equipos nuevos de reciclaje y procesamiento de plástico en el país y en el extranjero no pueden promoverse e implementarse, y la calidad de los productos reciclados y procesados es baja. Por lo tanto, las empresas de reciclaje de plástico deben estandarizarse y gestionarse para mejorar su contenido científico y tecnológico y sus beneficios económicos. Mientras reciclamos, debemos desarrollar plásticos respetuosos con el medio ambiente y buscar alternativas prácticas.