Переработка полиэтилена: технология, оборудование, продукция

Полиэтилен – один из наиболее распространенных материалов ненатурального происхождения, встречающийся в большинстве товаров. Повсеместное применение этого материала привело к формированию значительной доли полиэтиленового мусора в структуре твердых бытовых отходов (ТБО), составляющей 3-10%. Только в России потребляется более миллиона тонн полиэтилена, большая часть которого попадает на свалки. При горении на полигонах полиэтиленовый мусор образует опасные токсичные испарения. Для исключения негативного воздействия полиэтилен подвергается переработке, а в результате получается сырье для вторичного производства.

Разновидности отходов полиэтилена

Отходы полиэтилена отличаются друг от друга двумя характеристиками: длиной молекул, ветвистостью. Показатели зависят от метода, использовавшегося для полимеризации этилена: крекинга нефти, дегидрирования этана, дегидратации этилового спирта. Методы отличаются условиями проведения химических реакций, основное из которых – давление. В результате полимеризации получается полиэтилен одного из видов:

Вид полиэтилена	Давление, МПа	Температура производства, °C	Описание	Пример	Подвиды
Высокого давления (ПВД)	150-300	103-110	Прозрачный, мягкий, с низкой прочностью, эластичный	Пленочная упаковка, пакеты	Хлорсульфированный (ХСПВД), сверхвысокомолекулярный (СВМПЭ)
Среднего давления (ПСД)	3-4	100-120	Прочный и мягкий материал, образуемый при сочетании свойств ПВД и ПНД	Толстая пленка, надувные мешки
Низкого давления (ПНД)	0,1-2	125-132	Прочный материал, получаемый при выплавке в печи	Трубы (для использования без напора), тара для кислот и масел, мусорные пакеты	Сшитый (PEX), вспененный (ПП), хлорсульфированный (ХСПНД)
Линейный высокого давления (ЛПВД)	150-300	120-130	Самый прочный и устойчивый к проколам и разрывам, легко красится.	Стрейч-пленка, ламинат

Полиэтиленовые отходы образуются в результате двух видов деятельности:

• производственной (остатки производства, брак, отработанный материал);
• бытовой (остатки упаковки, отработавшие товары).

Остатки полиэтилена после производства проще перерабатывать из-за отсутствия посторонних примесей и грязи, что свойственно бытовому мусору.

Вред для окружающей среды

Опасность полиэтиленовых отходов для экологии связана со значительной долей (до 10%), которую составляет материал среди бытовых отходов. Точное значения подсчитать сложно из-за того, что в статистике учитываются все полимеры: пластик, поливинилхлорид и другие. Широкое распространение полиэтиленовых упаковок привело к тому, что материал при утилизации попадает на свалки вместе с органикой и другими видами ТБО. Это значительно усложняет сортировку и выделение материала для последующей переработки.

Находясь на территории с высокой пожароопасностью (полигоны), полиэтилен подвергается горению и выделяет вредные токсичные вещества в атмосферу. Кроме того, полученный химическим путем материал, разлагается в естественных условиях в течение 500-1000 лет.

Куда сдать такие отходы

Из-за особенностей применения полиэтилена затрудняется возможность для его сдачи на переработку. Полиэтилен чаще всего используется в качестве упаковки для товаров, что приводит к контакту с грязью, органическими веществами, жидкостями, химикатами. Для переработки необходимо полное очищение поступающего сырья от посторонних примесей. Организация переработки полиэтилена возможна только при отделении материала от остальных отходов в момент образования.

Вариантов, куда сдать полиэтилен, немного: пункты приема вторсырья (10-35 рублей за 1 кг), контейнеры для раздельного сбора мусора. Дополнительная проблема сдачи в пункты приема – минимальный вес сдаваемого сырья. Как правило, точки сбора принимают сырье от 1 кг. С учетом веса одной единицы полиэтиленового товара (5-20 грамм), это вынуждает накапливать несколько десятков или сотен единиц полиэтиленовых отходов.

Виды отходов, подходящие для переработки

Основное требование к состоянию отходов – чистота. Весь сдаваемый полиэтилен должен быть очищен от разного вида загрязнений: жира, клея, органических остатков. Дополнительно для ускорения сдачи на переработку отходы необходимо отсортировать: по цвету, плотности, размеру. Упростить сортировку может маркировка, обычно размещенная на швах или обороте.

Способы переработки полиэтилена

Сортировка поступающего сырья необходима, чтобы определить способ переработки полиэтилена. При производстве используются разные методы, в результате чего получаются материалы, отличающиеся друг от друга характеристиками. По этой же причине отличаются и применяемые способы переработки:

• термомеханическая обработка для изготовления гранул;
• пиролиз;
• дробление.

Переработка в гранулы

Один из самых распространенных способов переработки полиэтилена – производство гранул. Для этого отсортированное сырье проходит несколько операций, при которых под действием механической и химической обработки получаются гранулы. Переработка полиэтилена в гранулы последовательно включает следующие шаги:

1. Сортировку, если сырье поступило неотсортированное.
2. Измельчение шредерами или дробилками до необходимого размера.
3. Очистка сырья от грязи и посторонних примесей путем размещения в центрифуге.
4. Термическая сушка для полного исключения влаги.
5. Переплавка высушенной фракции в агломераторах при заданных значениях давления и температуры.
6. Переплавленное сырье образует катышки – гранул. Для выпуска гранул необходимого размера с производственной линии используются фильтры.

Пиролиз

Химический способ переработки полиэтиленовых отходов – пиролиз. Для этого сырье размещается в печи, откуда выводится весь кислород – благоприятная среда для проведения химических реакций расщепления. В бескислородной среде происходит нагрев массы при температуре 600 °C, при котором образуется 3 субстанции:

• газ;
• зола.

Оба вещества являются побочными продуктами горения, которые используются в качестве топлива для работы самой печи или всего производственного комплекса. Доля продуктов пиролиза зависит от состава поступающего сырья.

Переработка сшитого полиэтилена

При дополнительной обработке полиэтилена низкого давления образуется сшитый полиэтилен. Такой материал устойчив к плавлению и используется в качестве внешнего изоляционного слоя при производстве кабелей. Из-за характеристик прочности такой материал сложнее поддается переработке, поэтому для него применяют оба способа:

• механическое воздействие (дробление и переплавка);
• пиролиз (размещение в печах).

Исследования по выявлению наиболее рациональных способов переработки сшитого полиэтилена продолжаются. К настоящему моменту освоены следующие технологии: горячая резка, алкоголиз, обработка ультразвуком.

Оборудование для переработки

При работе производственной по переработке полиэтилена используется несколько видов оборудования:

• сортировочная линия;
• измельчители: шредеры, дробилки, резки;
• мойки для очистки сырья;
• центрифуга;
• сушильная камера;
• пиролизная печь или гранулятор;
• фильтры.

При переработке полиэтиленовых отходов предприятия не могут сократить расходы на оборудование из-за того, что операции могут выполняться только в производственных условиях. Это связано с неоднородным составом поступающего сырья и его загрязнением. При сдаче сырья на переработку граждане производят только первичную сортировку и очистку без применения химических реакций.

Производство товаров из гранул

Переработанный полиэтилен используется в качестве вторичной добавки для производства других товаров или в качестве основного сырья. Вторичная продукция, изготавливаемая из полиэтиленовых гранул продукция уступает по характеристикам первичной. У вторичных товаров ниже характеристики по прочности, поэтому гранулы чаще используются в качестве добавки для производства первичной продукции. Среди вторичной продукции выделяются: пленки, трубы (безнапорные), наполнители.

Факторы, от которых зависит качество вторичного материала

На характеристики вторичного сырья влияет ряд факторов, связанных с переработкой сырья. Попадание не вытесненного из печи кислорода в гранулы снижает плотность и прочность сырья, что не позволяет широко его использовать во вторичном производстве. Недостаточная очистка сырья на первых этапах переработки приводит к сохранению и развитию посторонних примесей, отрицательно влияющих на характеристики материала.

Для исключения негативных факторов, образующихся при нарушении технологии переработки, в переработанное сырье включают добавки. За счет этого удается достичь повышения прочности или эластичности вторичного сырья. В качестве добавок выступают: порошки, каучук, эластомеры.

Этапы работ

Для производства готовых изделий полиэтиленовые гранулы вместе с расплавленным сырьем подвергаются одной из двух форм обработки: экструзии или литью под давлением. При экструзии сырье в расплавленном состоянии вместе с гранулами проходит через формовку требуемого сечения. Таким способом производится несколько видов продукции: оконные рамы, трубы, профили. При литье под давлением расплав с гранулами заливается в форму, где при термическом охлаждении застывает.

Виды вторичных изделий

Сфера применения вторичного сырья, полученного при переработке полиэтилена, – производство полимерной продукции. Выделяются две группы товаров, где используются переработанные полиэтиленовые отходы: мерные и штучные. Мерные товары: упаковочная пленка, трубы, строительные материалы. Штучные товары получаются при литье переработанной массы: бутылки, контейнеры, другая полимерная тара.