Термическая утилизация полимерных отходов, содержащих поливинилхлорид

Таким образом, проведенное термодинамическое моделирование процессов пиролиза ПВХ позволило установить оптимальный температурный интервал термической обработки 700 — 800 К.

При деструкции ПВХ выделяется хлороводород, его содержание в образующихся пиролизных газах составляет более 48 9г по массе, что требует сложной системы их доочистки.

Для обеспечения экологической безопасности термической переработки ПВХ необходимо разработать способ снижения содержания хлороводорода в образующихся газах, например, путем связывания его в низколетучие соединения.

Ниже рассмотрена возможность использования для этих целей оксида кальция:

• проведение пиролиза в присутствии СаО;

• нейтрализация пиролизных газов, содержащих хлороводород, при взаимодействии их с СаО.

Для обоснования оптимальных параметров ведения процесса и выбора наиболее рационального варианта связывания токсичного компонента было выполнено термодинамическое моделирование пиролиза ПВХ в присутствии СаО. С целью определения температурного интервала пиролиза ПВХ в присутствии СаО с помощью термодинамических расчетов были определены зависимости изменения потенциала Гиббса (AG°,). энтальпии (АН0,) и константы химического равновесия КОР реакции образования хлорида кальция от температуры:

СаО + 2НС1 = СаС12 + Н2О.

Расчеты показали, что реакция образования хлорида кальция протекает практически необратимо в широком температурном диапазоне (298 — 2000 К). Пиролиз ПВХ в присутствии оксида кальция целесообразно проводить при 700 — 800 К, процесс детоксикации продуктов термической деструкции можно осуществлять при 400 — 500 К.

Ниже приведены результаты расчета материального баланса пиролиза ПВХ в присутствии СаО (исходный состав, моль: [С]=20; [Н] =30; [С1] =10; [СаО]=10):

п, моль

т, г

С (графит) 15,00 180,00

Са(ОН)2 4,99 369,99

Н2 1,45-10" 2,9-Ю-4

Н2 4,37. Ю-4 8,74-104

Н2 1,42-104 2,84-104

С3Н8 9,26-Ю'4 4,99-1012

СаС12 .5,00 555,00

СаО 2,14-10» 1,200-107

СН4 4,99 79,80

С2Н6 8,82-10" 4,10-10-6

Н20 5,58-10" 1,00-10"'2

С,Н,„ .1,27-10,в 7,40-10'7

Масса исходного продукта (С2Н3С1)10 — 625 г, масса СаО — 560 г, количество и масса продуктов пиролиза указаны при охлаждении до 298 К. Считается, что при избытке СаО он расходуется на образование гидроксида кальция.

Из полученных данных видно, что твердый остаток, образующийся при пиролизе полимера, представляет собой смесь хлорида кальция, пиро-углерода и гидроксида кальция. Пиролизные газы содержат метан и водород, обладающие высокой теплотворной способностью.

На рис. 2 приведены зависимости содержания пироуглерода и углекислого газа от температуры процесса. Расчеты показали, что содержание хлороводорода в пиролизных газах во всем интервале температур составляет менее 106 моль.

При температуре выше 800 К в процессе пиролиза ПВХ в присутствии СаО образуется углекислый газ, его максимальное содержание наблюдается при 1000 К, а затем оно снижается. Образование С02 при пиролизе можно объяснить взаимодействием пироуглерода и СО с водяным паром, образующимся при возникновении хлорида кальция:

С + Н20 = СО + Н2;

СО + Н20 = С02 + Н2.

Снижение содержания С02 при температуре выше 1000 К связано со взаимодействием графита с С02 по реакции

С + С02 = 2СО.

Термодинамическое моделирование процессов деструкции ПВХ позволило предложить два варианта проведения процессов термической утилизации ПВХ, обеспечивающих их экологическую безопасность.

I. Пиролиз ПВХ при температуре 700 — 800 К с последующей нейтрализацией образующегося хлороводорода путем его взаимодействия с оксидом кальция при 400 — 500 К и дожиганием нейтрализованного газа кислородом воздуха при 1000 — 1100 К. Для нейтрализации пиролизных газов можно использовать фильтры, содержащие кусковую негашеную известь.

II. Пиролиз ПВХ в присутствии оксида кальция при 600 — 800 К. Пиролизные газы, содержащие метан и водород, обладающие высокой теплотворной способностью, могут быть использованы в качестве топлива для поддержания необходимой температуры в печи пиролиза. При невозможности утилизации образующихся газов для полной конверсии органических соединений перед выбросом в атмосферу их необходимо дожигать при 1100 — 1200 К.

Для экспериментального обоснования предлагаемого способа утилизации ПВХ, разработанного на основе термодинамического моделирования процесса деструкции полимера, в лабораторной печи пиролиза было проведено две серии испытаний по термической переработке ПВХ-содержащей фракции медицинских отходов и полимерных материалов, применяемых в автомобилестроении.

Другие статьи по экологии

Влияния излучения на человека
Экология изначально возникла как наука о среде обитания живых организмов: растений, животных (в том числе и человека), грибов, бактерий и вирусов, о взаимоотношениях между организмами и сред ...

Оценка качества среды города Орска по функциональной асимметрии листовой пластинки березы повислой (Betula pendula)
Проблемы экологии городской среды занимают одно из первых мест в иерархии глобальных проблем современности, так как эта среда отличается своеобразием экологических факторов, специфичностью ...

Имитационная модель динамики численности русского осетра
Современные экологические исследования включаются в проблему, затрагивающую динамику развития сложных надорганизменных и внутриорганизменных процессов. В этих исследованиях большое значение ...