1. ГРТ. История, этапы, текущий статус

Инжиниринговая компания ООО «Грин Ресайклинг Технолоджиз» (далее – ГРТ), являющаяся технологическим партнером группы компаний «Хартия», с 2018 года занимается высокотехнологичной переработкой отходов. Все началось с создания небольшой мобильной установки термолиза БРП, к сегодняшнему дню разработаны и запущены комплексы установок ретортного типа, в разработке находится установка непрерывного термолиза. Технологические решения проходят апробацию на КПО «Тула». Комплексный подход, обеспечивающий полный цикл переработки отходов от оптимальных способов сортировки до очистки продуктов, обеспечивает устойчивое развитие и открывает широкие перспективы применения продуктов компании как в России, так и за ее пределами. 

Одним из ведущих направлений творческой мысли и практического применения опыта ГРТ является переработка пластиковых отходов бумажных производств (код ФККО 3 06 119 15 39 5). Обилие скотча, лент и других полимерных примесей является большой проблемой для переработчиков вторичного картона и макулатуры. Компанией ГРТ была разработана технология, позволяющая затраты на утилизацию перевести в доходы, существенно улучшить экологичность производства и сократить влияние на окружающую среду.

2. Описание технологии термолиза

Термолиз в широком смысле – это процесс деструкции химических соединений под воздействием температуры. Низкотемпературный термолиз – это термическая деструкция углеродсодержащих веществ в температурном диапазоне 300 ОС – 550 ОС с ограниченным доступом кислорода в реакционную смесь.

Применение термолиза для переработки отходов известно с 50-х годов XX века в Японии и странах Европы [1]. Схематично процесс термолиза представлен на рисунке №1. В ходе термолиза исходное сырьё (отходы) поступает в реактор (1), где подвергается нагреву (2), который способствует термической деструкции. Продукты деструкции принципиально разделяются на два потока: твёрдый остаток и парогазовую смесь. Твёрдый остаток образуется по окончанию процесса деструкции и собирается в специальном приёмнике (3). Парогазовая смесь образуется в ходе всего процесса деструкции и после выхода из реактора поступает на узел охлаждения (4), где происходит разделение на конденсируемые (термолизат) и неконденсируемые продукты (газ). Термолизат собирается в специальном приёмнике (5). Очищенный и подготовленный газ пиролиза направляется на поддержание тепла в реакторе, либо на утилизацию на горелке.

Рисунок 1. Общая схема термолиза отходов в реакторе периодического типа действия

Переработка макулатуры для использования в производстве бумаги и картона осуществляется по мокрой технологии и включает следующие операции [2]:

• Роспуск макулатуры;

• Очистку макулатурной массы от посторонних примесей;

• Дороспуск макулатурной массы;

• Тонкую очистку макулатурной массы.

Роспуск макулатуры на волокна осуществляется в воде в гидроразбивателях при концентрации 4–6 %. Под воздействием потоков воды происходит процесс измельчения макулатуры и разделения на волокна. Гидроразбиватели оснащены ситом с отверстиями 10–12 мм. Получившаяся суспензия макулатурной массы проходит через отверстия сита и поступает на следующую операцию. Кроме того, в гидроразбивателях происходит и отделение грубых включений из макулатуры — тяжелые удаляются из специального грязесборника, а легкие — в виде текстиля и полимерных пленок — удаляются либо в виде жгута постоянно, либо периодически. 

Макулатурная масса после гидроразбивателя содержит как волокна, так и нераспустившиеся кусочки макулатуры. Далее по технологическому процессу макулатурная масса очищается от тяжелых и легких примесей. Очистка от тяжелых примесей — песка, стекла, скрепок и т. д. осуществляется в очистителях макулатуры (циклон). Тяжелые примеси осаждаются в грязесборнике и периодически удаляются. Легкие примеси в виде полимерных пленок и кусочков макулатуры удаляются на вибросортировках с отверстием щелевого типа. Прошедшая сито макулатурная масса направляется на дальнейшую перегруппировку.

Указанные выше лёгкие полимерные примеси составляют отходы роспуска макулатуры и очистки макулатурной массы при производстве бумажной массы (код ФККО 3 06 119 15 39 5) и являются сырьём для термолиза. Согласно п.3 стандарта [3] термолиз является способом утилизации полимерных отходов, в частности, химической переработки в новые сырьевые материалы посредством изменения химической структуры. Проведённые на КПО «Тула» эксперименты показали, что термолиз исследуемых отходов приводит к образованию нового сырьевого материала – термолизата – с выходом более 20 % масс. по входящему сырью. Ниже в таблице №1 состав продуктов термолиза отходов роспуска макулатуры и очистки макулатурной массы.

Таблица 1. Состав продуктов термолиза отходов роспуска макулатуры и очистки макулатурной массы

Термолизат – жидкий продукт термолиза – представляет собой смесь водной и органической жидких фаз. Водная фаза образуется в ходе реакций дегидратации целлюлозы, а также реакций дегидратации продуктов деструкции целлюлозы. Состав термолизата напрямую зависит от соотношения полимерных и целлюлозных материалов во входящем потоке отходов.

Термолизное масло является органической фазой термолизата и образуется в ходе реакций деструкции полимерных материалов, а также реакций присоединения продуктов деструкции полимерных материалов. Термолизное масло преимущественно состоит из парафиновых, нафтеновых и олефиновых углеводородов (продукты деструкции плёнок), а также ароматических и кислородсодержащих углеводородов (продукты деструкции текстиля и целлюлозы). Термолизное масло является ценным продуктом для нефтехимии и может быть применено в качестве источника углеводородов в процессе термолиза для получения наиболее востребованных мономеров (этилен, пропилен), являющихся сырьём для производства полиэтилена и полипропилена – наиболее крупнотоннажных и востребованных полимеров.

3. Технологическая линия, баланс масс

В настоящий момент ООО «ГринАрТех» разрабатывает установку непрерывного действия по извлечению и деструкции пластиковых отходов переработки картона.

Технологическая линия переработки пластиковых отходов переработки картона подразделяется на три основных этапа: подготовка сырья, термолиз сырья, доведение качества полученных жидкостей до коммерческих продуктов. Технологическая схема с балансом масс представлена ниже на рисунке №2.

Рисунок 2. Технологическая схема переработки макулатуры

Данная схема иллюстрирует пример с переработкой 100 000 т/год макулатуры. Технология извлечения целлюлозы и полезных продуктов из макулатуры может отличаться, в зависимости от специфики переработки. Однако усреднённый отход технологии переработки – поток пластиковых отходов в объеме 24000 т/год. В общем случае этап подготовки сырья заключается в измельчении пластика до 10-15 мм и его глубокой сушке. Источник тепла сушилки – побочные продукты комплекса GRT. Однородная масса с влажностью до 15% поступает на второй этап переработки – термическую деструкцию. Под действием температур до 500 ОС и в отсутствие кислорода, полимеры деструктируют на парогазовую смесь и зольно-углеродный остаток. При этом все не полимерные примеси, в том числе краски, остатки клеев, резина, минеральные включения, песок и проч. так же деструктируют. Охлажденный зольно-углеродистый остаток потоком 265 кг/ч применяется в качестве технического грунта. На участке подготовки продукции парогазовая смесь подвергается многоступенчатой очистке с выделением тяжелых фракций и их повторной деструкцией, поэтапной системой конденсации, сепарирования и охлаждения при различных температурах, дополнительной подготовке и очистке от воды. Охлажденная жидкость накапливается в выходных емкостях и подлежит подготовке для дальнейшей коммерческой реализации. Жидкость соответствует ТУ производителя пластиков и может использоваться для повторного производства полимеров в качестве сырья. Произведенный поток термолизата – 700 кг/ч (5600 т/год). Не сконденсировавшиеся охлажденные топливные газы, проходя дополнительную очистку, поступают на горелки GRT установки  и используются для поддержания постоянной температуры в реакторе. Объем топливного газа – 125 м3/ч. Вода, (поверхностная, поступающая извне с сырьем, и химически образованная от остатков целлюлозы) конденсируется, очищается и выводится как побочный продукт – техническая вода, которая после комплексной очистки и подготовки может быть возвращена в цикл переработки картона потоком до 230 кг/ч.

Комплекс термолизной деструкции GRT работает автоматически, с наработкой 8000 часов в год. Обслуживает весь комплекс 3 человека. Температура реакции – постоянный параметр, который является оптимальным для конкретного вида сырья. Данные от набора датчиков температуры, давления, уровня и расходов поступают в PLC, алгоритмы которого задействуют исполнительные механизмы для непрерывной работы комплекса с минимальным участием обслуживающего персонала. В случае отклонения различных параметров от нормы, оператору поступает сообщение о необходимости каких-либо действий, либо АСУ вводит ограничения технического процесса  и изменяет алгоритмы работы для предотвращения аварии. В случае серьезных отклонений автоматически задействуется алгоритм аварийного останова. 

4. Окупаемость, перспективы включения в РОП, сбыт масла нефтехимикам

Технология переработки пластиковых отходов бумажных производств, разработанная специалистами ООО «ГринАрТех», будет в ближайшее время внедрена на некоторых производствах в России. Это коммерческие проекты со сроком окупаемости 3-5 лет. Наряду с явными экологическими факторами, такими как прекращение вывоза пластиков на полигоны и отсутствие логистических расходов, источником окупаемости служит так же продукт термолиза – жидкость. На главный продукт такой переработки – термолизат, уже выпущены ТУ и сформулированы требования для использования его в нефтехимии и повторном производстве пластиков. Включение отходов бумажных производств в классификатор РОП (расширенную ответственность производителей) позволит реализовать Федеральный Проект «Экономика замкнутого цикла» на практике и даст возможность сократить срок окупаемости подобных проектов в целом. Это открывает широкие возможности для быстрого внедрения технологии повсеместно.

Список литературы: