Будущее ПЭТ зависит от технологий сбора и переработки отходов

10.10.2014
01_Будущее ПЭТ

Будущее ПЭТ зависит от технологий сбора и переработки отходов

Керницкий В.И., Жир Н.А., АРПЭТ

Будущее ПЭТ зависит от технологий сбора и переработки отходов. Полиэтилентерефталат (ПЭТ) является одним из наиболее распространенных материалов, используемых в качестве упаковки продуктов и напитков, что объяснятся уникальным комплексом его свойств. По химической стойкости, инертности и барьерным свойствам, в сочетании с хорошей перерабатываемостью, он практически вне конкуренции по сравнению с другими многотоннажными полимерными материалами того же назначения. Развитие индустрии ПЭТ и изделий из него неразрывно связано с решением проблем сбора, сортировки и переработки отходов ПЭТ.

Важной особенностью полиэтилентерефталата (ПЭТ) является относительно легкая переработка его отходов. Высокая технологичность отходов ПЭТ и широкие возможности их использования сделали их самыми перерабатываемыми в мире. В 2013 г. выпуск первичного ПЭТ бутылочного назначения превысил 20 млн т. По оценке экспертов, общее количество произведенных из него изделий - главным образом бутылок - превосходит 500 млрд шт. Использование такого количества бутылок создает - несмотря на их полную инертность и безопасность - проблемы с захламленностью среды обитания. Вместе с тем известно, что повторное использование 1 т ПЭТ экономит до 5 м3 объема полигона для захоронения отходов. Кроме того, весьма модной, особенно на Западе, является борьба за минимизацию выбросов СО2 в атмосферу. Использование вторичного ПЭТ способствует этому за счет снижения энергопотребления. К тому же цена на вторичный (рециклированный) ПЭТ достигает в ряде стран 70-80 % от стоимости первичного полимера. Таким образом, совокупность технологических, экологических и экономических факторов объективно способствует росту сбора и переработки использованной ПЭТ-тары. В 2013 г. в мире было собрано более 9 млн т ПЭТ-отходов (рис. 1).

02_01_Будущее ПЭТ

 

В мире в целом в 2014 г., по прогнозу PCI (PET Packaging Resin & Recycling Ltd.), около 70 % собранной ПЭТ-тары будет переработано в штапельные волокна и нетканые материалы, 11 % - в пленки, 12 % - в бутылки пищевого и непищевого назначения Логика по отношению к вторичной переработке ПЭТ-тары и использованию продуктов ее переработки такая же, как и при переработке алюминиевой тары. В обоих случаях целесообразно повторное использование материалов, на которые были затрачены ценное сырье и энергия.

Во многих странах принимаются программы по решению проблем, связанных с рециклингом ПЭТ. Так, в США существует национальная программа по переработке ПЭТ-тары. В странах ЕС каждая третья ПЭТ-бутылка изготовлена с использованием вторичных материалов. Весьма велика активность в продвижении их использования у крупнейших мировых потребителей - Coca- Cola, PepsiCo, Heinz, Danone и др.

Основной вклад в состав отходов ПЭТ вносят пластиковые бутылки из-под напитков и других продуктов. Особенно это характерно для России, где более 95 % ПЭТ используется для изготовления ПЭТ- преформ, из которых в дальнейшем выдуваются бутылки.

03_Будущее ПЭТ

 

В 2013 г. в РФ переработано в бутылки около 570 тыс. т ПЭТ и, соответственно, образовалось примерно такое же количество отходов высокомолекулярного полимера широкого спектра применения. Причем на долю одной, только Москвы ежегодно приходится около 100 тыс. т отходов ПЭТ.      

Основной сложностью является проблема сбора отходов ПЭТ. Причем, в разных странах она решается разными методами. Есть страны, где в цену продукта (напитка) в ПЭТ-таре входит залоговая стоимость тары, возвращаемая при ее возврате (Швейцария, Германия и др.). В ряде стран установлены так называемые фандоматы (автоматы) для возврата пустой ПЭТ-тары и алюминиевых банок. Без большого успеха эта система очень ограниченно используется и в Москве. Во многих странах ЕС практикуется также сбор бутылок в контейнеры раздельного сбора бытовых отходов (с маркировкой «Пластик») В Китае сборщик пустых ПЭТ- бутылок - распространенная профессия. Проводится также сбор бутылок из общих контейнеров бытовых отходов (локально) или их выборка на полигонах (свалках), что особенно характерно для России.

Оптимизация сбора и подготовка отходов ПЭТ к переработке является одним из основных экономических факторов формирования рынка вторичного ПЭТ. Это вызвано тем, что, например, для России объем твердых бытовых отходов (ТБО) в 2012 г. составил 53 млн т, а доля в них пластика всего лишь 4 млн т, в которых соответственно ПЭТ -около 15 %. Выборка ПЭТ из такого огромного объема ТБО весьма затратна, хотя преимуществом ПЭТ-отходов является их достаточно простая идентификация, поскольку все бутылки из-под напитков изготовлены из ПЭТ, а на ПЭТ- бутылках из-под других жидкостей, нанесена маркировка - знак рециклинга с цифрой «1» (рис. 2).

04_Будущее ПЭТ

 

05_Будущее ПЭТ

 

06_Будущее ПЭТ

 

При выборке вручную с транспортера один рабочий может отобрать не более 140 кг ПЭТ-бутылок в час. других отходов (например, полиолефиновых) выборка осуществляется гораздо труднее. Куда более эффективны при выборке пластмасс с полигонов автоматизированные станции, работающие с использованием сенсорных датчиков и сканеров. Сканер по отраженному инфракрасному излучению четко идентифицирует на транспортере конкретный тип полимера (даже если он окрашен) и передает сигнал на пневмоустройство для сбора отходов в соответствующий контейнер.    Производительность таких установок достигает 8 т/ч при очень высокой степени разделения. В странах ЕС они используются и для сортировки пластика из контейнеров раздельного сбора. Собранный ПЭТ подвергается обычно сортировке по цвету. В РФ в соответствии с ТУ 2298-014-01877509-00 имеются 4 цветовые группы: темные цвета (черный, коричневый), сине-зеленые, прозрачный, другие цвета. В России объем переработки вторичного ПЭТ в 2013 г. составил около 100 тыс. т (при этом из-за проблем со сбором, около 15 тыс. т ПЭТ-отходов было импортировано).

В России принимаются весьма жесткие изменения к «Закону об отходах производства и потребления. № 89-Ф3», согласно которым производители будут либо утилизировать отходы (в том числе и тару), либо платить взнос в специальный фонд. В РФ в ближайшее время законодательно вводится система раздельного сбора отходов, призванная существенно увеличить объемы переработки вторичного сырья. Не исключено, однако, что для ряда регионов будет принята система общего сбора отходов с их комплексной сортировкой и переработкой на современных высокопроизводительных мусороперерабатывающих заводах.

Большое внимание при переработке вторичного ПЭТ уделяется очистке, измельчению и отмывке его отходов, поскольку это позволяет значительно повысить качество получаемых из них изделий. Поэтому технологии этих процессов постоянно совершенствуются. Существует также целый ряд нежелательных побочных элементов в самой ПЭТ-таре, затрудняющих ее переработку в качественные продукты. Это, прежде всего пробки из ПЭ, ПП или алюминиевые колпачки, этикетки, клей на этикетках, типографские надписи

и непрозрачные покрытия на бутылке и т. п. Тем не менее, все вопросы очистки решаемы, и бывшие в употреблении бутылки могут и должны быть переработаны. Наиболее простым и экономичным способом очистки принято считать отмывку отходов ПЭТ в водных средах (обычно с использованием моющих средств) в аппаратах непрерывного действия. Очистка ПЭТ-отходов производится в две-три ступени, затем очищенный материал измельчается и сушится до 0,5 % остаточной влажности.

Процесс переработки ПЭТ- бутылок в чистые флексы (хлопья), пригодные в качестве сырья для дальнейшей переработки, состоит, как правило, из следующих основных стадий:

•          хранение и подача;

•          сортировка;

•          дробление;

•          первичная воздушная классификация и вибросепарация;

•          флотация;

•          отмывка, полоскание, водоотделение и сушка;

•          измельчение;

•          вторичная воздушная классификация;

•          пылеулавливание.

У различных компаний для различного исходного сырья могут применяться и иные технологические операции. Общая тенденция - сокращение количества технологических стадий (ранее их число достигало 25 и более) для того, чтобы снизить затраты при одновременном обеспечении гарантий качества для конечного потребителя.

 

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ВТОРИЧНОГО ПЭТ

Выделяют несколько основных направлений переработки вторичного ПЭТ, которые условно можно разделить на три основные группы: механические, химические и термические (рис. 3).

Рассматривая подробнее варианты утилизации и рециклинга ПЭТ, можно выделить и охарактеризовать следующие нижеприведенные методы.

ЗАХОРОНЕНИЕ

Самый бесперспективный вариант, поскольку ценное полимерное сырье закапывается, а огромные территории становятся непригодными для сельскохозяйственных нужд.

СЖИГАНИЕ

Этот метод активно используют, например, в США, а вырабатываемая при этом энергия используется для промышленных нужд. Отходы ПЭТ по российской классификации относятся к 5-му классу (самые безопасные). При их сжигании не выделяется диоксинов (поскольку в ПЭТ не содержится хлор в отличие, например, от ПВХ), а их токсичность при сжигании, по данным хроматографии японских исследователей, идентична таковой при сжигании дров. Значения токсических эквивалентов (нг/г) газов при сжигании различных полимеров, определенные в работе японских химиков убедительно свидетельствуют, что сжигание ПЭТ-упаковки практически безопасно. Тем не менее, это не имеет практического смысла, поскольку теплотворная способность ПЭТ составляет 22 700 кДж/кг (как у низкокачественного угля) при том, что стоимость 1 т ПЭТ-отходов достигает в России 30 тыс. руб. (рис. 4)

07_Будущее ПЭТ

 

РАДИАЦИОННАЯ ДЕСТРУКЦИЯ

Метод подразумевает разрушение химических связей макромолекул полимеров с помощью нейтронов, гамма-излучения, бета-частиц, что способствует процессам фото- и термо-окислительной деструкции и образованию низкомолекулярных продуктов, которые могут быть затем использованы. В России этот метод не используется.

ТЕРМИЧЕСКОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ

Термическое разложение - метод утилизации вторичного ПЭТ, к которому относятся пиролиз и каталитический термолиз при котором он распадается на низкомолекулярные соединения. Так получают мономеры -ТФК и этиленгликоль, которые в свою очередь снова применяются для получения ПЭТ.

ХИМИЧЕСКИЙ РЕЦИКЛИНГ ПЭТ

В таких процессах ПЭТ подвергается деполимеризации при взаимодействии с химическими веществами, такими как метанол (метанолиз с получением мономера -этиленгликоль (гликолиз с получением бисгидроэтилтерефталата); кислоты (гидролиз с получением терефталевой кислоты) или щелочи (омыление). Эти методы достаточно энергоемки, требуют высокотехнологичного оборудования, однако дают возможность использовать сырье (отходы ПЭТ) более низкого качества, поскольку такие химические процессы позволяют производить дополнительную очистку. Это относительно экономичные (при больших объемах) и безопасные для окружающей среды способы переработки отходов ПЭТ. Известен способ химической переработки отходов ПЭТ с использованием гликолиза и последующей поликонденсации вторичного ПЭТ с добавлением ненасыщенных многоосновных кислот или их ангидридов в целях получения сравнительно недорогих ненасыщенных полиэфирных смол.

МЕХАНО-ХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД

Это самый распространенный и, как правило, наиболее экономичный метод переработки измельченных и очищенных отходов ПЭТ, представляющий собой технологическую цепочку, в соответствии с которой они последовательно плавятся, гомогенизируются, очищаются от загрязнений и фильтруются в экструдере с дегазацией под вакуумом. В технологиях различных фирм используются одно-, двух- или мультишнековые экструдеры (имеющие зону дегазации). После экструдера расплав фильтруется от механических загрязнений и гранулируется. После гранулирования продукт может поступать на дополнительную поликонденсацию в твердой фазе (SSP: Solid State Polycondensation). Этот процесс позволяет, если это требуется для дальнейшего использования ПЭТ, повысить его вязкость и одновременно эффективно очистить от загрязнений (рис. 5).

08_Будущее ПЭТ

 

Существует огромное множество технологий вторичной переработки ПЭТ (фирмы: EREMA GmbH (Австрия), Starlinger & Co. GmbH (Австрия), Pro Tec Polymer Processing GmbH (Германия), Bepex International LLC (США), Gneuss Kunststofftechnik GmbH (Германия) и многие другие).

Все эти компании доработали и продвигают на рынки в качестве суперчистых технологии вторичной переработки ПЭТ (Super-Clean-Recycling), широко применяемые при производстве бутылок для напитков по так называемому принципу «бутылка в бутылку». Эти технологии имеют официальные разрешения для получения из подготовленных отходов высококачественного вторичного ПЭТ, контактирующего с пищевыми продуктами. Процесс получения разрешений для технологий весьма строг и предусматривает, например, в качестве проверки процедуру искусственного введения в исходный продукт (флексы) нескольких типов загрязняющих продуктов-маркеров, наличие которых проверяется затем современными лабораторными методами в конечном ПЭТ. Технологии Super-Clean-Recycling позволяют достичь очень высокой чистоты конечного продукта, в котором введенные маркеры не обнаруживаются самыми точными методами анализа. В РФ до 11 тыс. т/год высококачественных гранул вторичного ПЭТ производится на предприятии ООО «Завод по переработке пластмасс «Пларус» (г. Солнечногорск, Московская обл.), продукция которого по своему качеству также пригодна для использования в контакте с пищевыми продуктами. Остальные российские производители перерабатывают отходы ПЭТ в штапельное волокно, нетканые материалы, пленку, обвязочную ленту, щетину, литьевые изделия и т. п.

Из вторичного ПЭТ получают также аморфные листы (для производства коробок и контейнеров методом вакуумного формования) и бандажная лента промышленного назначения. Приблизительно 9 % общего объема использования вторичного ПЭТ занимают различные контейнеры и коробки (для ягод, яиц и т. д.).

 

В зависимости от кондиций отходов ПЭТ могут иметь право на жизнь различные процессы их переработки. Главным принципом при выборе конкретной технологии является максимальное использование потенциальных возможностей конкретного вторичного ПЭТ, на производство которого были затрачены ценное органическое сырье и энергия, при полной безопасности применения конечных продуктов переработки. Последнее весьма важно для России, поэтому применение вторичного ПЭТ для прямого контакта с пищевыми продуктами целесообразно крупными производителями и переработчиками, имеющими современные технологии и системы контроля качества продукции. Процессы переработки ПЭТ-отходов в РФ имеют многообещающие перспективы для их широкомасштабной реализации.

 

Статью можно прочитать в журнале «Aqua Индустрия» 1-2/2014

Или посмотреть оригинал статьи ниже: 

Будущее ПЭТ зависит от технологий сбора и переработки отходов (Aqua Индустрия»1-2 2014)

Также эту статью можно скачать в формате pdf по данной ссылке.