Тимонин А.С. - Инж-эко справочник т 3 (1044950), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Гидролиз является реакцией, обратной поликонденсации. С его помощью при направленном действии воды по местам соединения компонентов поликонденсаты разрушаются до ис- 24б ходных соединений. Гидролиз происходит под действием экстремальных температур и давлений. Глубина протекания реакции зависит от рН среды и используемых катализаторов. Этот способ использования отходов энергетически более выгоден, чем пиролиз, так как в оборот возвращаются высококачественные химические продукты.
По сравнению с гидролизом для расщепления отходов ПЭТФ более экономичен другой способ — гликолиз. Деструкция происходит при высоких температурах и давлении в присутствии этиленгликоля и с участием катализаторов до получения чистого дигликольтерефталата.
По этому принципу можно также переэтерифицировать карбаматные группы в полиуретане. В настоящее время все же самым распространенным методом переработки отходов ПЭТФ является их расщепление с помощью метанола— метанолиз. Процесс протекает при температуре выше 150 'С и давлении 1,5 МПа, ускоряется катализаторами переэтерификации. Этот метод очень экономичен. На практике применяют и комбинацию методов гликолиза и метанолиза.
Гидролиз. На рис. 3.35 перечислены продукты гидролиза отходов мягких пенополиуретанов, которые представляют собой исходные материалы для синтеза. Экономический интерес представляют прежде всего непрерывные способы гидролиза, которые позволяют проводить расщепление пластмасс при температурах от 200 до 230 'С в течение 20 — 30 мин. При этом приблизительно с 90%-м выходом получаются амины и полностью поли- Часть КГП. Технологические рви~ения но утилизации твердых отходов Рис. 3.35.
Упрощенное представление реакций структурирования и деструкции мяг- ких пенополиуретанов Ъ о Рис. 3.36. Схема установки для гидролиза отходов мягких пенополиуретанов эфир. Решающим преимуществом метода является возможность немедленного использования для синтеза продуктов гидролиза благодаря их высокой чистоте. Фирмой Вауег (ФРГ) разработан непрерывный способ, при котором измельченный пористый материал с помощью дозирующего шнека подается в двухчервячный экструдер. В первой зоне экструдера пористый материал уплотняется, затем из него удаляется по возможности весь воздух. Уплотненный пористый материал в твердом состоянии доуплотнястся в реакционной зоне. Температура цилиндра может достигать 300 'С.
В реакцион- ную зону под высоким давлением вводится вода, и материал, хорошо смешиваясь с нею, быстро превращается в пасту. Полностью гидролизованный материал при температуре около 200 'С выводится через систему понижения давления. При этом происходит удаление остатков воды.
Продолжительность процесса гидролиза составляет от 5 до ЗО мин. На рис. 3.36 показана аппаратурная схема для гидролиза отходов полиуретанов, которая реализована в пилотной установке производительностью 150 кг/ч (по оценкам специалистов подобная установка экономична при производительности 200 кг/ч). Затраты на раз- Глава 3, Утилизация твердых отходов химической промыииенности деление компонентов невелики, если отходы достаточно однородны. Разделение продуктов гидролиза пористых пенополиуретанов, содержащих добавки, например, для снижения горючести, затруднено; уменьшается выход продуктов.
В других случаях компоненты разделяют с помощью дистилляции, осаждения и фильтрования или методом экстракции. При другом непрерывном способе используют закрытый реактор, в котором размолотые пористые полиуретановые материалы продуваются ожижающим потоком гидролизующего газа.
При температурах от 218 до 400 'С получают газообразные диамины и жидкий продукт гидролиза— полиэфир, который выводится ниже псевдоожиженного слоя. Подобный процесс может осуществляться в горизонтальном трубчатом реакторе. Частицы пористого материала с помощью водяного пара транспортируются по трубам. Дефлекгоры снижают скорость движения материала, и этим гарантируется хороший поток его вместе с паром. Газообразный диамин и жидкий поли- эфир выгружаются из примыкающей расширенной разделительной зоны. При работе по непрерывному методу применяют перегретый пар, температуру 315 С и давление 0,1 МПа. Для гидролиза отходов ПЭТФ разработан метод, по которому попимер при температуре 180'С, давпении 0,6 — 0,8 МПа и концентрации ХаОН 15 % за б ч деполимеризуется по терефталевой кислоты. Выход пропукта составляет 93 — 98 %, Если температуру повышают до 250 'С, а давление — до 2 МПа, то процесс завершается уже в течение 1 ч.
Реакция ускоряется аминами. 248 Н изкомолекулярные продукты из смесовых синтетических тканей (полиамидных, полиакрилонитрильных и полиэтилентерефталатных) можно также получать модифицированным методом гидролиза. Например, с помошью добавки фталевого ангидрида получают поликислоты, которые используют для разбавления полиспиртов при синтезе полиурета нов. Гидролиз полиамида обычно проводят в кислой среде. Введения посторонних кислот удается избежать, если, например, для гидролиза полигексаметиленадипамида использовать адипиновую кислоту.
По методу, разработанному фирмой Ъгпгпег АО (ФРГ), полиамид П-6 расщепляется до капролактама перегретым паром в присутствии катализаторов. Гликолиз. Основной принцип гликолиза ПЭТФ вЂ” воздействие на полимер этиленгликолем при высокой температуре. Известны периодические и непрерывные методы. Особенно эффективным оказался вариант, по которому отходы ПЭТФ смачивают в этиленгликоле и затем деполимеризуют в экструдере при давлении 1,4— 2,1 МПа менее 1 мин до степени полимеризации 20 — 30. С помошью центрифугирования дигликольтерефталат отделяют от олигомеров, которые снова можно использовать для поли- конденсации.
Это еше раз подтверждает, как сложно выделить дигликольтерефталат в чистом виде. Целью гликолиза является получение литьевых масс, легкоплавких клеев и др. Гликолиз был применен для переработки бутылок из ПЭТФ. Интересна возможность этерификации с малсиновой кислотой или подобными ненасыщенными дикар- Часть ПИ. Технологические ретения но утилизаиии твердых отходов Катализатор О авы пэта Глакаль дмта Рис. 3.37. Технологическая схема метанолиза отходов ПЭТФ 249 боновыми кислотами в ненасыщенные полиэфирные смолы.
Большое практическое значение имеет гликолиз пенополиуретанов, разработанный фирмой Ур3ойп (США). Преимущество состоит в том, что расщеплению могут подвергаться жесткие и мягкие пенополиуретаны на основе метилендифенилдиизоцианата или толуилсндиизоцианата. Ниже показана модельная реакция монофункционального карбамата с этиленгли колем: О КХН вЂ” С вЂ” ОК'+ НΠ— СН,— О !1 — СН,— ОН ~=~ ~КОН вЂ” С вЂ” О— — СН,— СН,— ОН+ КОН, где К= изоцианатная цепь; К' = полиольная цепь.
Тонкоразмолотые пенополиуретаны просеивают для удаления посторонних примесей и с помощью загрузо иного шнека подают в реактор, где происходит взаимодействие с гликолем при температуре 185 — 210 С в атмосфере азота. Так как частицы пористого материала склонны плават на поверхности ванны, их нужно интенсивно перемешивать. Получающисся полиспирты фильтруют для очистки от мелких посторонних включений, затем их смешивают с 50 % первичных полиспиртов и снова используют для получения вспененных полимерныхх материалов. Метанолиз.
Метанолиз ПЗТФ является распространенным способом персработки отходов. Его осуществляют в периодически работающих автоклавах с перемешиванием сырья в течение длительного времени. Выход диметилтсрефталата достигает 85 %. Очистка диметилтерефталата (ДМТФ) и получаемого одновременно гликоля проводится в несколько стадий. На рис.
3.37 показана технологическая схема этого процесса. Для придания хрупкости ПЭТФ, чтобы можно было перевести его в порошкообразное состояние, реакцию проводят при давлении 9 МПа и температуре 270 'С. Полученный диметилтерефталат отделяют цснтрифугированием, расплавляют и очищают. Глава 3. Утилизаиия твердых отходов химической промышленности Рис.
3.38. Схема установки термического обезвреживания твердых отходов: 1 — бункер-накопитель; 2 — грейферный захват; 3 — загрузочная воронка; 4 — загрузочный бункер; 5 — горелка-запальник; 6 — ротационная печь; 7 — сборник шлака; 8 — транспортер; У вЂ” камера дожигания; 10 — горелка; П вЂ” устройство для охлаждения.„12 — дымосос; 13 — дымовая труба; 14 — склад шлака 25О По другому варианту способа в расплавленный ПЭТФ добавляют горячий метанол, чтобы обеспечить интенсивное взаимодействие.
Если при предварительной обработке из материала удаляют текстильные компоненты, то последующие затраты на очистку уменьшаются. Сжигаиие отходов. Одним из наиболее простых способов ликвидации пластмассовых отходов является их сжигание. Разработаны и продолжают совершенствоваться различные конструкции печей сжигания: подовых, ротационных, форсуночных, с кипящим слоем и др. Предварительное тонкое измельчение и распыление отходов обеспечивают при достаточно высокой температуре пракгически полное их превращение в СО, и Н,О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
