Переработка отходов химическим путем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки

Федеральное государственное бюджетное

Образовательное обучение

Высшего профессионального образования

Ижевский государственный технический университет

Воткинский филиал

Реферат

По курсу «Экология»

На тему: «Переработка отходов химическим путем»

Выполнил студент группы Т-611

Бахирев Я.А.

Преподаватель доцент к.т.н.

О. В. Никитина

Воткинск 2012г.

Содержание

Введение

Утилизация и вторичная переработка отходов производства полиуретанов

Химическая переработка

Классификация отходов промышленности

Литература

Введение

Высокие темпы производства и потребления полиуретанов приводят к накоплению неизбежно образующихся производственных отходов и изделий, вышедших из эксплуатации, что влечет за собой экологические и экономические проблемы. Традиционные способы утилизации отходов - депонирование и сжигание для полиуретанов неприемлемы. Среди известных методов переработки полиуретановых отходов наиболее эффективным признан гликолиз, позволяющий получать вторичные полиолы.

Производство полиуретанов (ПУ) представляет собой одну из наиболее динамично развивающихся отраслей промышленности. Такой интерес производителей ПУ, прежде всего, связан с возможностью получения разнообразных технически ценных материалов на их основе. Это монолитные эластомеры и пластики, вспененные материалы, волокна, клея, лаки, адгезивы и герметики. При этом на эластичные и жесткие пенополиуретаны (ППУ) приходится наибольший объем потребления, который составляет 75 % от всего выпуска [1].

Высокие темпы производства и потребления ПУ приводят к накоплению неизбежно образующихся производственных отходов и изделий, вышедших из эксплуатации, что влечет за собой экологические и экономические проблемы. Традиционные способы утилизации отходов - депонирование и сжигание для полиуретанов неприемлемы. В первом случае в результате воздействия воды образуются вредные аминосодержащие продукты, во втором - выделяются токсичные газы, такие как цианистый водород, оксиды азота и т.п. В то же время невосполнимость природных ресурсов и их высокая стоимость диктуют настоятельную необходимость использования вторичного сырья.

Утилизация и вторичная переработка отходов производства полиуретанов

Предприятия, производящие полиуретаны, должны считать заботу об окружающей среде как одну из важнейших целей своего стратегического развития. Эта забота должна проявляться в политике строгого контроля над производимыми предприятиями материалами, а также за их применением: сырье и конечный продукт должны быть приемлемы для вторичной переработки и не должны оказывать вредного воздействия на окружающую среду. Вторичная переработка позволяет не только увеличивать коэффициент использования сырьевых ресурсов, но и существенно сократить загрязнение окружающей среды. Поэтому все работы, направленные на решение этого вопроса, являются актуальными.

На основании анализа литературного материала по исследуемому вопросу выбраны наиболее реальные и легко реализуемые на предприятии пути утилизации полиуретановых отходов.

Возможными путями вторичной переработки на настоящий момент являются: физическая переработка материала, химическая переработка и рекуперация энергии. Каждый из этих путей утилизации находит свое применение, а избрание того или иного способа зависит от объема отходов, связанных с утилизацией затрат, а также заинтересованности и давления со стороны контролирующих организаций.

Физическая или механическая переработка полиуретанов означает ряд процессов вторичной переработки, некоторые из которых уже находят применение в промышленности. Примером наиболее приемлемого вида физической переработки эластичных пенополиуретанов является "склеивание". Перерабатываемые прокладочные материалы измельчаются и склеиваются с помощью связующих веществ, основу которых составляют материалы, из которых изготавливается эластичный пенополиуретан. Такие материалы обладают более высокой по сравнению с исходным материалом плотностью, и широко применяются в мире, например, при изготовлении ковровых подкладок, а также подлокотников и подголовников автомобилей.

Другой способ физической переработки - термопластическая обработка, которой подвергают материалы, которые при прессовании образуют эластомерное вещество, пригодное для производства обувных подошв и брызговиков. Однако такой способ не является приемлемым для термореактопластов.

Процесс физической переработки пригоден для сравнительно малых объемов отходов сырья. В качестве перспективного способа утилизации больших объемов отходов предлагается применять способ высокотемпературного гликолиза. Однако такой процесс на практике возможен, только если первоначальные материалы одинаковы или схожи по составу.

Как бы ни была эффективна физическая и химическая утилизация, часть отходов оказывается непригодной для вторичной переработки, и тогда накопленная энергия материалов с углеводородной основой может быть использована при переводе (рекуперации) в другой вид энергии, а именно, тепловую. Подобный опыт имеется у фирмы ICI. В промышленных испытаниях производимые ими материалы использовались в качестве угля в получении тепловой энергии без риска выделения вредных веществ. Рекуперация энергии позволяет эффективно использовать продукцию с масляной основой и снижает необходимость свалок, которые считаются все менее приемлемым способом утилизации отходов.

Проблема утилизации отходов остро стоит и перед Пермским заводом им.С.М. Кирова. В зависимости от ассортимента выпускаемой полиуретановой продукции можно классифицировать различные типы отходов продукции: отходы литьевых термореактивных полиуретанов (литники, облой, стружка в виде ленты от обточки валов и т.п.), отходы мягких пенополиуретанов, отходы жестких пенополиуретанов. Переработка каждого вида отходов требует своего технологического решения.

Направления опытных работ, проводимых заводом для решения поставленного вопроса, хорошо согласуются с направлениями, существующими в мировой практике:

1) термическое разложение путем сжигания;

2) механическое измельчение с последующим применением полученной крошки в качестве наполнителя в составе различных композиционных материалов;

3) деполимеризация с образованием продуктов невысокой молекулярной массы.

При сжигании образуются высокотоксичные газы: цианистые соединения, окись углерода и другие, что требует их улавливания и специальной очистки воздуха.

Химическая переработка

утилизация отход экологический полиуретан

Деполимеризация полиуретана на химические компоненты, известная как хемолиз, наиболее эффективна, когда исходные отходы полиуретана имеют известный и однородный химический состав. Химический тип полиуретановой продукции, изготовленной из переработанных мономеров, как правило, аналогичен исходным продуктам и обладает теми же эксплуатационными качествами. По данным PURRC, в результате хемолиза образуются полиолы, которые могут заменить до 90% полиолов в полужестких пенополиуретанах, при этом содержанием вторичного сырья в производимом пенополиуретане может доходить до 30%. Организация приводит аналогичные результаты для жестких пенополиуретанов. Существуют следующие разновидности хемолиза: гидролиз, в процессе которого отходы полиуретана вступают в реакцию с водой при нагревании под давлением и производят полиэфирполиолы и диамины (продукты гидролиза исходных диизоцианатов). Эти компоненты могут быть выделены, очищены и использованы повторно;гликолиз, когда пенополиуретан вступает в реакцию с диолами при повышенной температуре (выше 200°C) в присутствии катализатора. В ходе процесса расщепляются полиуретановые макромолекулы и их многочисленные поперечные сшивки до получения полиолов невысокой молекулярной массы и других жидких продуктов. После очистки рециклат полиола может использоваться для изготовления различных продуктов, например, жесткого пенополиуретана, эластичного пенополиуретана, обувных подошв. Основные работы по гликолизу проводились в Европе. Гликолиз больше подходит для утилизации производственных отходов, чем отходов от использованной продукции и изделий;аминолиз, в процессе которого пенополиуретан при нагревании под давлением вступает в реакцию с аминами, такими как дибутиламин, этаноламин, лактамы или аддукты лактамов. Аминолиз все еще находится на стадии исследования.

Рис. Процесс гликолиза: гликоль - катализатор - полиуретан/отходы - деаминирование - реактор - фильтр - рециклат полиола.

Также в категорию химической переработки включается пиролиз, при котором смеси полиуретана и других отходов пластмассы нагреваются без доступа кислорода. Конечным продуктом процесса являются различные газы и масла, которые можно использовать как топливо и химическое сырье. Затем проводится гидрогенизация, при которой продукты пиролиза вступают в реакцию с водородом для производства более чистых газов и масел. Иногда гидрогенизация оказывается невозможной по экономическим причинам, например, из-за высокой стоимости водорода. Брикетированные отходы полиуретана могут быть использованы в качестве восстановителя железной руды - это еще один процесс, где применяются химические свойства полиуретана.

Технологии переработки отходов полиуретана разрабатываются уже более десяти лет, но в последнее время вопрос вторичной переработки и утилизации встал особенно остро. Среди причин актуальности этой проблемы закрытие свалок, повышение стоимости вывоза отходов, правительственные постановления, устанавливающие квоты на переработанные пластмассы. Основными технологиями вторичной переработки полиуретанов являются регенерация энергии, механическая переработка и химическая переработка. Целесообразность выбора каждого метода зависит от перерабатываемого продукта, места расположения, стоимости энергоносителей, предполагаемых рынков конечного применения. Вторичная переработка отходов после использования продуктов и изделий до некоторой степени затрудняется отсутствием инфраструктуры сбора, сортировки и обработки, хотя различные отраслевые группы своими силами пытаются решить эти проблемы.

Классификация отходов промышленности

Промотходы зачастую являются химически неоднородными, сложными поликомпонентными смесями веществ, обладающими различными химико-физическими свойствами, представляют токсическую, химическую, биологическую, коррозионную, огне- и взрывоопасность [16]. Существует классификация отходов по их химической природе, технологическим признакам образования, возможности дальнейшей переработке и использования [18]. В нашей стране вредные вещества характеризуется по четырем классам опасности, от чего зависят затраты на переработку и захоронение [5, 9, 20, 21]:

1. Чрезвычайно опасные. Отходы, содержащие ртуть и ее соединения, в том числе сулему (HgCl2), хромовокислый и цианистый калий, соединения сурьмы, в том числе SbCl3 - треххлорную сурьму, бенз-а-пирен и др.

Токсичность соединений ртути заключается во вредном воздействии иона Hg2+. В организм ртуть попадает, как правило, в неионой форме. Ртуть вступает в соединение с белковыми молекулами в крови, в результате чего образуются более или менее прочные комплексы - металлопротеиды. Страдают тиоловые энзимы и в организме возникают глубокие нарушения функций центральной нервной системы, что приводит к инертности корковых процессов в мозге. Воздействие соединений ртути на животных при остром отравлении проявляется в потере аппетита, жажде, слюнотечение, рвота, общая слабость, позднее кровавый понос, катаракта на слизистой глаз, возможные судороги, внезапная смерть при поражении двигательных узлов сердца и спинного мозга. У выживших через 1 - 2 часа поражение желудочно-кишечного тракта, через 5 суток - поражение почек, перерождение клеток печени.

2. Высоко-опасные. Отходы, содержащие хлористую медь, содержащие сульфат меди, щавелевокислую медь, трехокисную сурьму, соединения свинца.

Свинец - яд, действующий на все живое, в особенности на нервную систему, кровь, сосуды; в меньшей степени действует на эндокринную и пищеварительную системы. Активно влияет на синтез белка, энергетический баланс клетки и ее генного аппарата, возможно денатуративное действие,подавление ферментативных процессов, выработка неполноценных эритроцитов из-за поражения кроветворных органов, нарушение обмена веществ.

Медь содержится в организме главным образом в виде комплексных органических соединений и играет важную роль в кроветворении. Во вредном действии избытка решающую роль, по-видимому, играет реакция Cu2+ с SH-группами ферментов (фриден). С колебаниями содержания Cu в сыворотке и коже связано появление депигментации кожи. Реакции соединений меди с белками тканей верхних дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта.

3. Умеренно-опасные. Отходы, оксиды свинца (PbO, PbO2, Pb3O4), хлорид никеля, четыреххлористый углерод.

При остром травлении хлоридом никеля (NiCl2) возникает возбуждение, угнетение; покраснение слизистых оболочек и кожи; понос. Длительное воздействие вызывает снижение числа эритроцитов, но многими животными это переносится не очень болезненно.

4. Малоопасные. Отходы, содержащие сульфат магния, фосфаты, соединения цинка, отходы обогащения полезных ископаемых флотационным способом с применением аминов.Mg способствует изменениям содержания SH-групп во внутренних органах, нарушению нуклеинового обмена. У людей поражается носовая полость, выпадают волосы. Действие собственно MgSO4 на кожу приводит к дерматологическим заболеваниям.Фосфаты - смеси различных веществ, среди которых все или часть соединения фосфора; многие из них применяются в качестве удобрений. Поскольку анион фосфорной кислоты является физиологическим, общая токсическое действие ее солей возможна лишь при весьма высоких дозах.

Литература

1. Багрянцев Г.И., Черников В.Е. Термическое обезвреживание и переработка промышленных и бытовых отходов // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.2. Байкулатова К.Ш. Вторичное сырье - эффективный резерв материальных ресурсов. Алма-Ата, Казахстан, 1982.

3. Переработка химических отходов способом. Отчет ЦЗЛ. - Пермь: ФГУП "Пермский завод имени С.М. Кирова", 1997. - 9 с.

Размещено на Allbest.ru