Переработка полиэтилена: производство вторичной гранулы из отходов, пиролиз и его продукты, использование сшитого пэ, рециклинг в домашних условиях

Для кого производить продукцию?

Старт любого бизнеса обычно осуществляется с предварительным изучением спроса, а собственно спроса на конечный продукт или услугу, которая и будет основной деятельностью.

Итак, переработка полиэтилена – кто будет основным потребителем продукции, производимой вашей компанией? Если вы планируете наладить производство полиэтиленовых гранул, то основными заказчиками также будут перерабатывающие заводы по выпуску следующей продукции:

• Пластиковые бутылки;
• Одноразовая тара пищевого и хозяйственного назначения;
• Пакеты как тара — потребительские и для упаковки всех видов продукции в промышленных масштабах;
• Декоративные элементы для обустройства интерьера и экстерьера квартиры и дома, сада, огорода, бассейна;
• Изоляционные материалы для строительства;
• Для производства отделочной плитки;
• Трубы для организации полива, водоснабжения, отопления;
• Очистка дренажных систем;
• Материалы для обустройства ливневых систем.

Итак, как видно из этого списка, наладив производство полиэтиленовых гранул (а оно выпускается в виде таких вот мелких агрегатов), вы станете желанным поставщиком сырья для многих мелких цехов и крупных компаний.

Конечно, в этом случае не стоит забывать, что для покупателей важными показателями будут качество вашей продукции, ваша способность осуществить поставку в нужном объеме и в четко оговоренные сроки, а также то, что стоимость находится на уровне уровень существующих конкурентов, а для начала и даже ниже.

Особенные требования к помещению

Завод по переработке полиэтилена, в связи с тем, что он связан с некоторыми особо вредными условиями и повышенной производственной опасностью, должен располагаться исключительно в промышленных зонах. Помимо этого требования, на производственные помещения распространяются следующие требования:

• Наличие входа в зону выгрузки сырья и отгрузки готовой продукции;
• Площадь производственных помещений должна начинаться от размера 100 квадратных метров;
• Обязательно наличие дренажной системы, подключенной системы горячего и холодного водоснабжения;
• Помещение должно быть оборудовано хорошей системой вентиляции;
• Желательно, чтобы все здание было разделено на такие четыре основные зоны: приемка и хранение сырья, первичная обработка (сортировка), основная обработка – цех, где полуфабрикаты подвергаются воздействию давления и высокой температуры, зона хранения для сырья и отгрузки готовой продукции.

Необходимый персонал для организации производства

Основные работники, которые потребуются для начала полноценной работы цеха и реализации готовой продукции, следующие:

• Менеджер компании;
• Бухгалтер. В случае, если объемы производства не слишком велики, возможно совмещение функций бухгалтера и менеджера в одном лице;
• Технолог производства;
• Рабочие по обслуживанию технологических линий — от 3 чел;
• Вспомогательные рабочие, выполняющие операции по выгрузке сырья, его сортировке, хранению готовой продукции и погрузке ее в транспортные средства для дальнейшей отправки поставщикам.

Приблизительные затраты и ожидаемая прибыль

Сколько нужно вложить в организацию завода по переработке пластика, чтобы открыть конкурентоспособное производство, которое будет приносить вам доход на протяжении длительного периода времени?

Основными затратами в этом случае будут приобретение оборудования, которое будет стоить от 800 тысяч рублей и первая поставка сырья, на сумму не менее 100 тысяч рублей. В целом общая сумма средств, которые понадобятся для открытия, составит от 1,2 млн рублей.

Уровень рентабельности таких предприятий составляет в среднем 15% и позволяет привлекать инвестиции на срок от одного до двух лет. При достаточном старании и высоком профессионализме сотрудников вы сможете еще больше расширить производство, организовав цех по выпуску всех видов продукции из полученных вторичных гранул, увеличив тем самым размер потенциальной прибыли.

Читайте также: Гранулированный полиэтилен: переработка и производство гранул из полиэтилена, гранулятор вторичного полиэтилена

Виды отходов ПЭ

Полиэтилен — продукт полимеризации этилена (С2Н4), ненасыщенного газообразного углеводорода, первого в ряду олефинов.

В природе соединение практически не встречается, а в промышленности его получают крекингом высокомолекулярных компонентов нефти, дегидрированием этана и дегидратацией этилового спирта.

Процесс полимеризации представляет собой разрушение одной из связей в молекуле H2C=CH2 и соединение мономера -H2C-CH2 в нециклическую цепь. На процесс влияют температура, давление и тип используемого катализатора.

В промышленных масштабах синтезируют четыре вида полиэтилена, различающихся по структуре и свойствам:

1. LDPE (полиэтилен высокой плотности) — прозрачный и эластичный материал с низкой прочностью на растяжение. Молекула вещества имеет большое количество боковых ответвлений, не позволяющих образовать кристаллическую структуру. При температуре 103-110 °С полимер переходит в жидкое состояние и обладает высокой текучестью. ПВД используется для производства упаковочных материалов: пленки, контейнеров и пакетов.
2. HDPE (полиэтилен низкого давления) прочнее и жестче, чем LDPE. Полимерные нити имеют линейную структуру с небольшим количеством разветвлений, благодаря чему при комнатной температуре около 80 % вещества находится в кристаллическом состоянии. Температура плавления 125-132°С. HDPE устойчив к большинству химических веществ. Из него изготавливают мешки для мусора, емкости для масел, кислот, растворителей, безнапорные трубы.
3. ПСД (полиэтилен среднего давления) – смесь ПНД и ПСД. Материал сочетает в себе достоинства обоих видов полимеров и используется в производстве пленок, пакетов, выдувной толстостенной тары.
4. LLDPE (линейный полиэтилен высокой плотности) — эластичный и мягкий материал с высокой устойчивостью к разрывам, проколам и другим видам повреждений. Благодаря способности окрашиваться большинство этих полимеров используется в производстве стрейч-пленок, ламинатов и ламинатов.

В последние годы в России широко применяется другой вид полиэтилена – РЕХ, или сшитый полиэтилен. Его получают из полиэтилена высокой плотности.

Под действием реагентов или ионизирующего излучения атомы водорода отщепляются от полимерных цепей, а свободные связи в углероде тут же взаимодействуют друг с другом.

В результате получается трехмерная сеть с ярко выраженной кристаллической структурой.

Материал имеет высокую температуру плавления и обладает «памятью формы».

Из него делают:

• водопроводные трубы;
• кабельная изоляция;
• термоусадочные материалы.

Опасность материала для окружающей среды

И хотя полиэтилен облегчил жизнь людям, материал очень опасен для окружающей среды. ПЭ содержит вредные химические соединения, содержащие тяжелые металлы (особенно свинец). Если говорить о пакетах и ​​пищевой стрейч-пленке из полиэтилена, то выделение токсинов может вызвать длительное пребывание в холодных условиях, повышенная кислотность продуктов. Высокие температуры заставляют полиэтилен выделять токсичный формальдегид, сильный канцероген.

Организация сбора отходов

Утилизация полиэтилена регламентирована нормативными документами, в частности ГОСТ Р 54533-2011.

Но чтобы сырье было пригодным, его необходимо правильно подготовить. Этот процесс начинается уже при сборе мусора. Для этого организуют пункты приема отходов полиэтилена или устанавливают на прилегающих территориях сортировочные емкости: последний способ не получил должного распространения в России.

На заводе после получения сырья проводится более детальная сортировка отходов:

• По размеру. Крупные детали вырезаются с помощью пильных станков.
• Похоже на ПЭ. Отходы пленки, бутылки и т.д.
• Пригодность для обработки. Примерно 2-10% принятого полиэтилена будет перерабатываться.
• По степени загрязнения. Все отходы вымываются. В случае серьезных загрязнений сырье повторно промывают.

Сортировка на заводе производится вручную: используемое в таких заведениях оборудование не позволяет автоматизировать эту деятельность. Поэтому в области переработки полимеров предлагается много вакансий.

Куда сдать полимерные отходы

Большая часть отходов полиэтилена попадает в контейнеры для твердых отходов возле жилых домов. Недостатком этого способа является значительное загрязнение сырья пищевыми остатками, посторонними жидкостями и химическими веществами. Эта масса нуждается в тщательной сортировке и очистке.

В некоторых странах при обращении с отходами практикуется сортировка: пластиковые отходы помещаются в отдельный резервуар для хранения. В России подобная схема тоже частично внедрена, но она не приживается:

• Такие сортировочные контейнеры устанавливаются не везде.
• Никакой работы с населением в этом случае нет, штрафов нет. В результате другие виды отходов попадают в пластиковые контейнеры, что сводит на нет ценность такой «сортировки».

Вывод: отходы полимерных материалов лучше сдавать в специально отведенные пункты приема, здесь за это предусмотрена небольшая плата. Еще один экологически чистый вариант — передача отходов компаниям, перерабатывающим полимерные отходы.

Проблема утилизации полиэтилена

Проблем с утилизацией отходов полиэтилена и вообще полимеров (ПВХ, полипропилен и т.д.) много. Их решение возможно только при правильной организации сбора, сортировки и предварительной обработки отходов. Необходимо разработать систему ценообразования на вторичное сырье, чтобы побудить компании заниматься этим направлением. Для полноценного и качественного лечения создается специальное оборудование.

Ранее для утилизации полимеров активно применялся метод сжигания, что приводило к большим затратам на нейтрализацию выбросов в атмосферу. В современных условиях все шире внедряется переработка отходов механическими методами переработки.

Технологии рециклинга

В России наибольшее распространение получили две технологии переработки полиэтилена: производство вторичных гранул и пиролиз.

Первый предполагает возврат полимера в производство, а второй – получение энергетически ценных газов и жидкостей, которые можно использовать в качестве мазута, а также в производстве других видов органических соединений.

Термомеханическая — производство гранул

Термомеханический рециклинг – это производство гранул из отходов полиэтилена. Технология не позволяет конвертировать HDPE в LDPE и наоборот.

Структура и молекулярная масса полимера задаются в процессе синтеза и остаются неизменными.

Но для придания вторичному материалу необходимых технологических свойств — жесткости, пластичности или текучести при нагревании — в ПВД добавляют ПВД и наоборот.

Производство гранул из отходов полиэтилена осуществляется по следующему алгоритму:

1. Сбор и сортировка. Степень готовности к переработке зависит от размера, состава, степени сохранности и загрязненности сырья. Отходы сортируются механическим и ручным способом.
2. Шлифовка. На высокопроизводительных линиях измельчение до нужной фракции осуществляется в два этапа: с помощью измельчителей и дробилок. Между ними устанавливается гидроциклон или флотационная ванна для отделения твердых и тяжелых частиц.
3. Промывка. В целом промышленные и коммерческие отходы чище бытовых и в некоторых случаях не моются. Контейнеры для молока, с другой стороны, могут потребовать двойного ополаскивания.
4. Сушка. Измельченное и промытое сырье поступает в центрифугу, где из него удаляется лишняя влага, а затем в камеру термической сушки.
5. Агломерация. Процесс протекает под давлением и при повышенной температуре, представляет собой частичное плавление и спекание полиэтилена в гранулы.
6. Грануляция. В грануляторе полимер нагревают до температуры плавления, очищают от твердых и жидких примесей и дегазируют. Смесь также перемешивают и состав рассчитывают как средний. Масса под давлением проходит через отверстия-формы. Струи расплава охлаждаются водой и сжатым воздухом, после чего разрезаются на готовые гранулы.

В современных линиях по переработке ПВД и ПНД вместо агломераторов используются пластиковые компакторы.

В агрегатах сырье продавливается роликами через матрицы с отверстиями заданного диаметра, а нагрев происходит за счет сил трения.

Пластиковые компакторы работают с влажным сырьем. Это устраняет необходимость во втором этапе сушки. При правильно построенном технологическом процессе сырье не подвергается полному расплавлению, что положительно сказывается на качестве вторичного гранулята.

Переработка полиэтилена сопровождается частичным разрушением полимерных цепей.

Под действием температуры связи в них ослабевают и могут быть разорваны при активном перемешивании.

Кроме того, полимер окисляется кислородом воздуха.

В результате укорачиваются цепи и снижаются механические свойства гранулята.

Для снижения деградации специалисты рекомендуют наладить технологический процесс так, чтобы сырье подвергалось минимальным термическим и механическим воздействиям. Замедлить разрушение полимера можно также с помощью специальных добавок-стабилизаторов, связывающих свободные радикалы.

Термохимическая — пиролиз

Многослойные пленки, в том числе с металлизацией, сшитым полиэтиленом и легкоразлагаемыми отходами, трудно перерабатываются во вторичный гранулят на коммерческих предприятиях. Они подвергаются термическому разложению на пиролизных установках.

Продукция пиролиза полиэтилена качественная и экологически безопасная, так как сырье не содержит соединений серы, фосфора и азота.

Термическая деструкция протекает в три стадии:

1. Расщепление боковых ветвей.
2. Расщепление основной углеродной цепи.
3. Разложение углеродистых остатков.

Большинство исследователей считают, что механизм пиролиза представляет собой случайную цепную реакцию.

Продукция первых двух стадий:

• горючие газы;
• тяжелый воск;
• смолы.

На третьем этапе происходит расщепление тяжелых углеводородных фракций на более легкие.

Большая доля газообразных продуктов относится к ряду олефинов (этилен, пропилен и т д.). Также в составе продуктов присутствуют циклические соединения – бензол, толуол.

Некоторые процессы производят водород и метан. Помимо газообразных продуктов, при пиролизе полиэтилена образуются жидкие и конденсируемые фракции, богатые алифатическими углеводородами.

Процесс разложения и состав продуктов зависят от степени разветвленности полиэтилена, его средней молекулярной массы, температуры и типа реактора, используемого катализатора.

Установки, используемые в промышленной переработке, дают 40-70% газа и 30-60% пиролизного масла.

В лабораторных условиях 80 % бензиновой фракции (С5–С12) получали в реакторе непрерывного действия с алюмосиликатным катализатором. Доля газов обычно увеличивается с повышением температуры в реакторе.

Особенности переработки сшитого полиэтилена

Крупнейшими источниками сшитого полиэтилена являются отходы кабельной изоляции и водопроводные трубы.

Помимо пиролизного разложения, его перерабатывают по следующим технологиям:

1. Краску превращают в порошок и используют в качестве наполнителя при производстве гранул ПВД и ПНД.
2. Горячая резка с частичным оксидированием. Дробление при повышенных температурах приводит к разрыву углеродных связей между цепями и повышению текучести материала.
3. Гидролиз и алкоголиз. Вода и спирт могут разрушить сшивку. Полученный продукт ничем не отличается от синтезированного полиэтилена.
4. Ультразвуковое лечение. Энергия высокочастотных импульсов позволяет разрушить трехмерную структуру ПЭХ и оставить неизменными основные полимерные цепи.

Технологические отходы сшитого полиэтилена можно найти в производстве труб для кабельных каналов, низковольтной изоляции и многих бытовых изделий.

Использование вторичной гранулы в производстве готовых изделий

При соблюдении технологии переработки, использовании качественного оборудования и ответственном подходе к процессу сортировки вторичная гранула практически не уступает по качеству первичной.

В производстве конечного продукта он может частично или полностью заменить синтезированный полиэтилен.

Компоненты

В производстве используется вторичный гранулят из ПНД, ПВД, ЛПВД, а также смешанные составы.

В качестве добавок могут быть использованы:

• порошок РЕХ;
• полипропилен;
• каучуки и другие эластомеры.

Технологические процессы

Производство включает в себя следующие процессы:

1. Экструзия. Технология заключается в продавливании расплава через формующую головку, которая задает сечение готового изделия. Этим методом получают оконные профили, пленки, трубы и другие изделия мерной и произвольной длины.
2. Литье под давлением. Технология заключается в заливке расплава в форму с последующим охлаждением и позволяет получать серийные изделия. Оборудование – термопластавтомат – способно отливать пустотелые, пенопластовые и армированные изделия сложной конфигурации.

Какие изделия можно получить из вторсырья?

В таблице показано, какие продукты и добавки производятся из разных видов вторичного полиэтилена:

Тип отходов	Готовые изделия
Пленка LDPE из промышленных и коммерческих источников	Упаковочные материалы
Пленка ПВД, собранная при сортировке бытовых отходов	Формование пеллет
Потягиваться	Гранулы, добавляемые к другим видам сырья в качестве модификаторов
Выдувная упаковка для продуктов питания и бытовой химии	Безнапорная труба
Толстостенные банки и бочки	Безнапорные трубы, древесно-полимерные композиты, геомембраны.
Многослойные пленки	Добавки в другие виды сырья
Изоляция кабеля	Наполнители для гранул LDPE и HDPE
Пленка сельскохозяйственного назначения	Гранулы для добавления формованных изделий и новой пленки

Как можно перерабатывать материал в домашних условиях?

К сожалению, переработать полиэтилен в домашних условиях без вложений невозможно.

Однако на рынке есть предложения от российских и зарубежных производителей мини-техники, которую можно установить в гараже или на даче.

Начнем с того, что не стоит сразу организовывать полный цикл лечения. Многие компании покупают дробленый полиэтилен разного качества.

Есть ресурсы, продвигающие самодельное оборудование для переработки полимеров. Дэйв Хаккенс, автор проекта PreciousPlastic, размещает на своем сайте чертежи таких устройств и предоставляет видеоуроки. Технология и перерабатывающее оборудование позволяют производить готовую продукцию в домашних условиях.