Снижение техногенной нагрузки на окружающую среду путем плазмохимической переработки отходов полимеров

Тазмеев, Алмаз Харисович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Снижение техногенной нагрузки на окружающую среду путем плазмохимической переработки отходов полимеров
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Снижение техногенной нагрузки на окружающую среду путем плазмохимической переработки отходов полимеров"

На правах рукописи

ООЗОВ9В84

ТАЗМЕЕВ АЛМАЗ ХАРИСОВИЧ

СНИЖЕНИЕ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПУТЕМ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ

ПОЛИМЕРОВ

03 00 16 - экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Казань - 2007

003069684

Работа выполнена в Казанском государственном технологическом университете и Камской государственной инженерно-экономической академии

Научный руководитель

доктор химических наук, профессор Фридланд Сергей Владимирович

Официальные оппоненты

доктор химических наук, профессор Половняк Валентин Константинович

доктор физико-математических наук, профессор

Тимеркаев Борис Ахунович

Ведущая организация

ОАО «Нижнекамскнефтехим», г Нижнекамск

Защита состоится 16 мая 2007 г в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212 080 02 при Казанском государственном технологическом университете по адресу 420015, г Казань, ул К Маркса, 68 (зал заседаний Ученого Совета, А-330)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета

Электронный вариант автореферата размещен на сайте Казанского государственного технологического университета (www kstu ru)

Автореферат разослан «/!> » ijrtjhlJA 20071

Ученый секретарь

диссертационного совета -- А С Сироткин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ *

Актуальность темы Одной из глобальных экологических проблем является образование огромного количества твердых отходов Мониторинговые исследования свидетельствуют о всевозрастающих количествах их образования Так, в период с 2002 года по 2004 год их прирост в России составил 30%, и в 2004 году они образовались в количестве 2635 млн т В настоящее время основное количество твердых отходов вывозится на свалки и полигоны Однако этим способом проблемы, связанные с твердыми отходами, не устраняются, поскольку сами свалки и полигоны отходов наносят огромный экологический ущерб природной среде Существенный вклад в этот негативный экологический фактор вносят полимерные материалы, находящиеся в составе твердых отходов

Для размещения твердых отходов требуются всевозрастающие площади земной суши Несмотря на широкие просторы, в нашей стране данная проблема имеет особо острый характер С каждым годом вокруг российских городов появляются новые примитивные, экологически опасные несанкционированные свалки и расширяются старые, сокращая пашни и луга, а также засоряя леса и лесопосадки По статистическим данным общая площадь полигонов и свалок в России составляет 0,1 млн. гектаров, и эта площадь продолжает расти Являясь одним из самых стойких компонентов твердых отходов, полимерные материалы продлевают существование нынешних полигонов и свалок на многие десятилетия Тем самым в масштабах страны огромные площади, сравнимые с территориями больших городов, отчуждаются из сферы хозяйственной деятельности

Ежегодно производство полимерных материалов растет Мировое производство только полиолефинов уже превышает 150 млн т/год Практически вся полимерная продукция, в том числе и та, которая получена из вторичного сырья, превращается в конечном итоге в отходы потребления и загрязняет окружающую среду, прежде всего литосферу, скапливаясь на свалках, полигонах отходов и во всех тех местах, где пребывает человек В естественных условиях эти отходы разрушаются крайне медленно В течение длительного времени, исчисляемого десятилетиями, они оказывают угнетающее воздействие на растительный и животный мир

В настоящее время предложены десятки различных технологий переработки отходов полимерных материалов Однако большинство из них непригодно для отходов потребления по причине их загрязненности Наиболее подходящими для таких отходов являются высокотемпературные методы переработки, в том числе плазменные В этой связи исследование плазмохимической переработки отходов из полимерных материалов с помощью генераторов плазмы с жидкими электродами представляет собой актуальную задачу защиты природной среды от техногенных загрязнений

* В руководстве работой принимал участие кхн, доцент Мифтахов М Н

Цель работы - мониторинг загрязнения окружающей природной среды отходами полимерных материалов, а также минимизация техногенной нагрузки на окружающую природную среду путем переработки отходов полимерных материалов в потоке плазмы из паров жидких электролитов

Поставленная цель предполагает решение следующих задач

1 Мониторинг загрязнения окружающей среды полимерными отходами на примерах Российской Федераций й Республики Татарстан

2 Экспериментальное исследование процесса Переработки полимеров в потоке плазмы, генерируемой газовым разрядом с жидкими электродами

3 Исследование состава жидкой фазы продуктов переработки

4 Получение полезного продукта в виде синтез-газа и исследование его химического состава

5 Установление закономерностей влияния условий в плазменном потоке на образование конечных продуктов

6 Эколого-экономическая оценка плазменного метода переработки отходов полимеров

Научная новизна.

1 Разработан плазменный метод переработки отходов, позволяющий минимизировать техногенную нагрузку на окружающую природную среду Метод пригоден для отходов всех видов полимеров и эластомеров, включая полиуретаны, а также для нефтешламов и отходов нефтепереработки

2 Экспериментально обоснована возможность минимизации техногенной нагрузки на окружающую среду путем конверсии полимерных отходов в полезные химические продукты в потоке плазмы, генерируемой из паров жидких электролитов

3 Экспериментально установлена возможность конверсии отходов полимеров в синтез-газ с помощью генераторов плазмы с жидким электролитным катодом

4 Экспериментально выявлены закономерности влияния параметров процесса переработки отходов полимеров в потоке плазмы из паров жидких электролитов на химический состав получаемого синтез-газа

Практическая значимость работы.

1 Предложен плазменный метод переработки отходов полимерных материалов, позволяющий исключить газовые выбросы Использование этого метода для полимерных материалов, поступающих в составе ТБО на мусоросжигательный завод с производительностью 150 тыс т/год, предотвращает ущерб атмосферному воздуху в размере более 50 тыс рублей в год

2 Экспериментально апробированный плазменный процесс конверсии отходов полимеров в газ позволяет снизить техногенную нагрузку на литосферу, предотвратив размещение на свалках и полигонах ТБО твердых полимерных отходов При этом рост общей площади полигонов и свалок на территории РФ снизится в пределах от 0,1 до 0,2 тыс га в год Расчетное значение предотвращенного ущерба окружающей природной среде от недопущения размещения полимерных материалов на полигонах ТБО на территории Республики Татарстан (поданным за 2005) год составляет 10,9 млн рублей

3 Экспериментально апробированные в работе плазменный процесс и вариант его технической реализации позволяют переработать загрязненные полимерные отходы, возникшие в результате промышленного и бытового потреблений, а также другие органические отходы, в том числе отходы нефтедобычи и нефтепереработки При этом из отходов получается товарный продукт - синтез-газ, пригодный для химического синтеза органических веществ и для использования в качестве топлива

4 Предложено и реализовано использование побочного продукта -жидкого конденсата в замкнутом цикле, что способствует минимизации воздействия на окружающую среду плазменного процесса

5 Исследован состав побочного продукта - жидкого конденсата, анализированы причины возникновения в нем вредных примесей в виде хлорпроизводных органических соединений и осуществлены меры, устраняющие эти причины

На защиту выносятся.

1 Обоснование необходимости минимизации техногенной нагрузки, оказываемой отходами полимеров на окружающую среду, на основании мониторинговых исследований

2 Экспериментальное обоснование возможности минимизации техногенной нагрузки на окружающую среду путем переработки полимерных отходов генераторами плазмы с жидкими электродами

3 Результаты экспериментального исследования влияния параметров плазмохимического процесса переработки отходов полимеров на количественный выход и химический состав конечных продуктов

4 Результаты исследований по минимизации техногенной нагрузки на окружающую среду путем конверсии отходов полимеров в синтез-газ с помощью генераторов плазмы с жидкими электродами

Степень достоверности научных результатов.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов подтверждается следующим исследования проведены с применением современных измерительных приборов высокого класса точности на стабильно функционирующей установке с хорошей повторяемостью результатов, использованы физически обоснованные методики измерений, химические анализы выполнены по стандартным методикам

Апробация работы

Основные положения работы докладывались на межвуз научно-практ конф «Проблемы жизнеобеспечения больших промышленных городов» (г Набережные Челны, 2002г), междунар научно-практ конф «Наука и практика Диалоги века» (г Набережные Челны, 2003г), межвуз научно-практ. конф «Современные технологии в машиностроении» (г Набережные Челны, 2004г), IV конференции-школе «Химия и инженерная экология» (г. Казань и г. Наб Челны, 2004г), межвуз научно-практ конф «Вузовская наука - России» (г. Набережные Челны, 2005г ), Всероссийской научной конф «Современные аспекты экологйи и экологического образования» (г Казань, 2005г) и

региональной научно-практ конф «Современные методы управления отходами на региональном и муниципальном уровне» (г Казань, 2006г)

Публикации Основные результаты работы опубликованы в 8 статьях и 6 тезисах докладов

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав и выводов, изложенных на 160 страницах, включающих 49 рисунков, 34 таблицы, библиографический список из 173 наименований и приложение на 2 стр

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи, изложены научная новизна, практическая значимость работы и основные положения, выносимые на защиту

В первой главе дан обзор литературы по вопросам, связанным с полимерными отходами Представлен мониторинг загрязнения окружающей среды твердыми и полимерными отходами на примерах Российской Федерации и Республики Татарстан

Во второй главе содержится описание экспериментальной установки и приведены методики измерения параметров процесса и исследования свойств конечных продуетов

В третьей главе представлены результаты исследования плазмохимического процесса переработки полимерных отходов

В четвертой главе содержатся результаты термодинамического и экспериментального исследований состава конечных продуктов процесса переработки полиэтилена (ПЭ) и полиэтилентерефталата (ПЭТ) в потоке плазмы, формируемого из паров электролита, а также представлены результаты расчета предотвращенного эколого-экономического ущерба

1. Мониторинг загрязнения окружающей среды твердыми отходами На территории Российской Федерации на полигонах и свалках ежегодно размещается более двух миллиардов тонн твердых отходов В период с 2002г по 2004г динамика образования твердых отходов была следующая (табл 1)

Таблица 1

Год 2000 2001 2002

Общ кол-во, млрд т 2,03 2,61 2,63

П Гос\ дарственный доклад "О состоянии и об охране Окружающей среды Российской Федерации , 2000-2002 годы

Тенденция увеличения твердых отходов сохранилась и в последующих годах Тому подтверждение - ситуация с твердыми отходами в РТ (табл 2)

Таблица 2

Год 2000 2001 2002 2003 2004 2005

Общ кол-во, тыс т 2188,80 2186 59 2182 72 2559,05 2461,58 2850,86

[*] Гос\ дарственным доклад о состоянии природных рсс\рсов и об охране окружающей срсды Рестй-шкн Татарстан 2000 200э годы

По статистическим данным Министерства природных ресурсов РФ площадь полигонов и свалок составляет более ста тысяч гектаров Причем наблюдается непрерывное увеличение этих площадей Так, например, в период с 2001 года по 2003 год они возросли от 97,2 до 107,1 тыс га В связи с

нехваткой полигонов распространена практика размещения твердых отходов в несанкционированных свалках, что представляет большую опасность для' окружающей среды Количество таких свалок сотни и тысячи в окрестностях городов Так в Республике Татарстан в 2000 году в ходе проверок, организованном Министерством экологии и природных ресурсов, было выявлено 7639 несанкционированных свалок с общей площадью 995,4 га Очень часто несанкционированные свалки образуются внутри населенных пунктов Например, в 2005 году в Казани было выявлено 479 таких свалок На всех свалках и полигонах содержатся отходы из полимерных материалов Они препятствуют рекультивации их территорий в течение многих десятилетий 2. Мониторинг загрязнения окружающей среды полимерными

отходами

Современное состояние экологической проблемы, связанной с полимерными отходами, наглядно иллюстрируют статистические данные по России Количество полимерных отходов непрерывно растет По разным

оценкам в настоящее время в России каждый год образуются от 750 до 900 тыс т полимерных отходов, и их ежегодный прирост составляет от 5 до 10% К концу первого десятилетия нынешнего века ежегодное образование полимерных отходов в России может составить от 860 тыс до 1,2 млнт (рис 1)

Полимерные отходы используются в сравнительно малом количестве Их основная масса вывозится на полигоны и свалки Ежегодное использование полимерных отходов в России в период с 1999г по 2003г не превышало 46 тыс т (рис 1, график 4), что составило менее 8% общего количества отходов полимеров Причем, начиная с 1994 года, наблюдается тенденция снижения доли использованных полимерных отходов

Только в одном промышленном регионе России, каковым является РТ, за год образуются десятки тысяч тонн полимерных отходов Практически основная масса этих отходов находится в составе твердых бытовых отходов (ТБО) Так, например, в Республике Татарстан в 2005 году полимерные отходы составили 5,5% ТБО Полимерные отходы, образуемые на предприятиях, составляют примерно десятую часть общего количества всех отходов полимеров Несмотря на некоторый разброс в характере изменения общего

1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2003 2010

Рис I Потимсрные отводы в России I - с ксгодцосо0ра.юва»испоиа1ерны\ отходов в период с 1994 по 2003 годы (Ota нев ПА) 2 э - ежегодное предполагаемое обрзюваннс полимерных отчодов при усювин н\ нараспння соответственно к-И и 10 % в год V • ежегодное ис-потъюванис полимерных отчодов в периоде 1994 по 2003 готы (Ох^нсв ПА) А О и □ -оценочные кот icctbj по1и»срны\отчодов (Осипов П идр)

количества отходов полимеров, образующихся на предприятиях, наблюдается явная тенденция их роста (табл 3)

Таблица 3

Год 1 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

Общ кол-во, тыс т 1 0 871 0 793 9 120 2 977 1 912 4 972 4 442

(*) Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Рссп^бчнки Татарстан 1999 20(Ъ годы

Значительная часть (83,3%, табл 4) полимерных отходов предприятий подвергается переработке, поскольку для этого не требуется их предварительная очистка Из состава ТБО отбирается лишь малая часть полимерных отходов (3,1%, табл 4)

Таблица 4

Сбор и переработка полимерных отходов на примере Республики Татарстан [*]

Полимерные отходы в составе ТБО, тыс т Полимерные отходы предприятий, тыс т

общее количество отсортировано собрано переработано

42,76(100%) (5 5% от общ кот ва ТБО) 1,326 (3,1%) 4,44 (100%) 3,70(83,3%)

(*] Гос\ дарственный доклад о состоянии природных ресурсов и обо\ранс окружающей среды Рестбтики Татарстан в 200} тод\

Анализ проблем, вызванных полимерными отходами, показывает, что увеличению отсортировки полимерных материалов из ТБО могут способствовать новые технологии, позволяющие получить полезную продукцию из загрязненных отходов полимеров

Наличие в составе ТБО значительного количества полимеров обусловлено их широким применением в качестве упаковочных материалов и тары В этих целях в основном используются полиэтилен (ПЭ) и полиэтилентерефталат (ПЭТ) Из анализа результатов многочисленных исследований отходов бытового потребления в разных регионах мира следует, что в составе полимерного компонента ТБО содержание ПЭ находится в пределах (30-50)%, а ПЭТ - (20-25)% Показатели по России являются аналогичными Таким образом, новые методы переработки полимерных отходов должны быть ориентированы в первую очередь на отходы ПЭ и ПЭТ, содержание которых наиболее весомо в составе ТБО

3 Основные предпосылки использования генераторов плазмы с жидкими электродами для переработки полимерных отходов

Газоразрядная плазма является универсальным инструментом для обработки материалов Исследования процессов обработки углеводородов в плазменном потоке начались в 60-х годах прошлого века и в последующем получили бурное развитие В настоящее время наиболее изучен плазменный пиролиз метана В качестве углеводородного сырья могут служить различные отходы, в том числе и полимерные Применимость электродугового разряда для конверсии органических отходов, включая полимеры, подтверждено экспериментально сравнительно давно (Сурис А Л , Рудяк Э М и др )

Однако способы получения мощных потоков плазмы не ограничиваются использованием электрической дуги Для создания плазменного потока с достаточно высокими технологическими параметрами подходят разряды, горящие между жидким и твердотельным электродами Генерирование плазмы посредством таких разрядов имеет ряд преимуществ, которые обусловлены

тем, что плазмообразующей средой служат не газы, а пары жидкого электрода, состоящего преимущественно из воды При высоких температурах водяной пар взаимодействует с углеродом, содержащимся в составе отходов, а в разрядной зоне происходит термическая диссоциация перегретого пара

С + Н20-* СО + Н2, 2Н20-» 2Н2 + 02 (1)

Образующиеся в этих процессах водород и оксид углерода выступают в роли мощных восстановителей в реакционной газовой смеси и способствуют подавлению механизмов образования оксидов азота и серы Данное свойство плазменного потока из паров жидкого электролита существенно расширяет возможности его использования, поскольку создаются условия для снижения вредного воздействия на окружающую среду при переработке отходов, содержащих азот и серу (таких как полиуретаны, отходы нефтедобычи и др)

В газовом разряде, формируемом с использованием жидкого электролита, генерируется термически неравновесная плазма Поэтому при одном и том же вкладе электроэнергии, в таком газовом разряде химически активные частицы образуются в значительно большем количестве, чем в электрической дуге Это обстоятельство позволяет еще более усилить эффективность плазменного метода переработки полимерных отходов путем применения генераторов плазмы с жидкими электродами, т к появляется возможность ускорения химических процессов при снижении удельных затрат электроэнергии

Обобщенно химические реакции процесса конверсии отходов ПЭ и ПЭТ в потоке плазмы могут быть описаны уравнениями

сн,

-сн,

+ 2пН,0

2пСО + 4пН,

(2)

-с

СО + Н,0

с-

со, + н.

- сн,— сн,-

/п

+ 6пНгО -► ЮпСО + 8пН2 (3)

(4)

Наличие активных частиц, таких как ион водорода и радикал шОН, способствует ускорению процесса в целом

4. Одностадийный плазмохимическнй процесс Экспериментальная установка Упрощенная блок-схема установки представлена на рис 2

Источник питания

система циркуляции эпектролутта

Генератор реакционна?

плазмы камера

отходы

закалочная камера

система подачи электролита

сепаратор

система отбора проб газа

Плазменный поток создавался испарением электролита, служащего катодом генератора плазмы Электролит был приготовлен из слабо концен-

Рис 2 Бюк-схечалстановки с одной реакционной камерой

трированного раствора поваренной соли в дистиллированной воде У такого раствора концентрация

система сбора жидкого конденсата

ЖИДК ИИ

конденсат

по массе находилась в пределах (0,05 0,10)%. Охлаждение электролита осуществлялось путем его циркуляции через теплообменник, а его расход на испарение восполнялся непрерывной подачей «свежего» электролита. Температурный режим в реакционной камере устанавливался регулированием параметров плазменного потока.

Отходы ПЭ. В качестве полиэтиленовых отходов была использована бывшая в употреблении пленка для теплиц (толщиной 100 мкм). Отходы массой 50 г загружались в реакционную камеру, и она закрывалась герметично. При нагреве стенок реакционной камеры до -670 К начиналось интенсивное термическое разложение отходов с образованием газообразных продуктов, содержащих в значительном количестве летучие компоненты.

Пробы газа на анализ отбирались в прозрачные пластмассовые сосуды с вместимостью 5 литров. Они заполнялись в разные моменты в течение процесса. Время их заполнения фиксировалось. Предварительно емкости наполнялись водой. Газы, поступающие от сепаратора, вытесняя воду из емкости, скапливались в ней. Скорость газообразования Ус, определяемая как отношение объема емкости к времени ее заполнения газом, находилась в пределах 0,5-2 л/мин. Причем с увеличением температуры в реакционной камере, скорость газообразования возрастала (рис.За). Термическое разложение отходов заканчивалось без образования твердых остатков.

| л/мин

1.0

с,

со,

об.%

щ 9

Рис.3, а) - объемная скорость газообразования; б) - содержание СО по показаниям оптического газоанализатора "Автотест" 1,2,3,4,5 - номера проб (емкостей, в последовательности их заполнении). I - температура в реакционной камере 670-720 К; 2 - 760-800; 3 - 820-880; 4 - 920-970; 5 ■ 990-1010.

Наблюдаемые внешние признаки (в частности, наличие дыма в газе, а также гелео б равного осадка в жидком конденсате и др.) указывали на то, что степень завершенности процесса конверсии отходов в газообразные продукты является низкой, и повысить ее возможно путем повышения температуры в реакционной зоне.

Отходы ПЭТ. В качестве отходов ПЭТ были использованы бывшие в употреблении бутыли для напитков. Они подвергались переработке в таких же условиях, как и полиэтиленовые отходы. В опытах, как и в случае отходов ПЭ, происходило неполная конверсия сырья в газообразные продукты. Объемное содержание СО было несколько выше и доходило до 3,0 об.%,

В итоге на основе опытов с отходами ПЭ и ПЭТ было выявлено, что с повышением температуры в реакционной камере в составе газовой фазы конечных продуктов процесса увеличивается объемное содержание СО и

снижается количество микрочастиц в виде дыма. Однако в одностадийном процессе невозможно поддерживать температуру в оптимально высоком уровне в течение всего процесса. Неизбежно присутствует начальная фаза, в которой процесс происходит при заведомо низкой температуре.

5. Двухстадийный нлазмохимический процесс С цепью повышения температуры а реакционной зоне и увеличения газовой фазы конечных продуктов была разработана и создана экспериментальная установка с двумя реакционными камерами (рис.4).

- — — газы

система гкадзчм электролита №2

система

циркуляции

электролита

Мг2

Источни*

литаний

система

циркуляции

электролита

№2

система отбора проб газа система измерений и контроля

Генератор плазмы №2

реакционная камера № 2

Генератор

л гадь №1

реакционная камера №1

отходы

палочная сепаратор

камера

система подачи электролита

система сборе жидкого конденсата

конденсат

Ряс. 4. Блок-схема экспериментальной установки о двумя реакционными камерами.

В реакционной камере №! происходило термическое разложение отходов в интервале температур Тт от 720 до 800 К в среде перегретого пара, создаваемого испарением жидкого электролитного катода генератора плазмы №], Летучие продукты разложения поступали во вторую реакционную камеру и смешивались с потоком плазмы от генератора №2. Катодом этого генератора плазмы так же, как у генератора №1, служил электролит, приготовленный из слабо концентрированного водного раствора поваренной соли ((0,05 0,10)% по массе). Температура Т в реакционной зоне во второй камере поддерживалась постоянной в течение всего процесса. Она была существенно выше, чем температура в одностадийном процессе, и регулировалась в пределах от 1220 до 1470 К,

П/МИИ

2,0:

'-со,

05%

2.0

э) в)

Рис.5, а)-объемная скорость газообразования; б) - содержание СО. 1,2,3,4.5 - номера проб (емкостей; в последовательности их заполнения). = 770±5 К. 7 = Ш0±10 К.

Разделение процесса на две стадии привело к ожидаемым результатам Возросла интенсивность газообразования (рис 5а) и увеличилось содержание СО в получаемом газе (рис 56) С повышением температуры во второй реакционной камере исчезли частицы дыма в составе газа При этом жидкий конденсат получался без поверхностной пленки и без осадочных примесей 6. Побочный продукт - жидкий конденсат и способ его утилизации Химический состав образующегося в закалочной камере жидкого конденсата исследовался с применением двух методов анализа Первый - это экстракционно-флуориметрический метод количественного определения жидких углеводородов, а второй - качественный химический анализ гексановых экстрактов на газовом хроматографе Для количественного анализа использовался флуориметр типа ЭКО, а качественный анализ проводился на газовом хроматографе «А1Ло8уз1ет-ХЬ» Хроматографический анализ показал, что в составе жидкого конденсата имеются химические соединения, которые относятся токсичным веществам В частности были обнаружены следы таких примесей, как четыреххлористый углерод и бензол

Как и следовало ожидать, образование хлорсодержащего соединения ССЦ было обусловлено электролитом, в составе которого присутствовали ионы СГ При использовании нового электролита, приготовленного из раствора глауберовой соли в дистиллированной воде, в хроматограммах отклики, соответствующие четыреххлористому углероду отсутствовали

Присутствие бензола в жидком конденсате с переходом к новому электролиту не исчезло Этот результат является вполне закономерным, т к бензол устойчив в условиях высоких температур и он всегда образуется в процессах пиролиза и крекинга

Как показали эксперименты, наиболее рациональный вариант решения проблемы, связанной с жидким конденсатом, - это использование его в качестве электролита Причем такой вариант позволяет извлечь конечные продукты, оказавшиеся в составе жидкого конденсата Об этом свидетельствует тот факт, что использование жидкого конденсата вместо электролита приводит к увеличению содержания СО в газовой фазе конечных продуктов (таблица 5)

Таблица 5

Содержание оксида углерода в синтез-газе_

№ опыта Температурный Ссо, об %

режим электролит -раствор Иаг80ь электролит -жидкий конденсат

1 Г№1 = 770±5 К, Т= 1270±10 К 4,9-5,3 5,0 - 5,5

2 800±5,1270±10 6,6-7,2 6,8 - 7,5

3 770±5,1370±10 5,8-6,3 6,2 - 6,7

4 800±5,1370±10 8,1-8,6 8,5 - 9,0

5 770±5,1470±10 7,1-7,5 7,4 - 7,9

7. Термодинамический расчет равновесного состава газовой фазы конечных продуктов

Для выявления возможностей улучшения состава получаемого газа, как товарного продукта, был выполнен термодинамический анализ на основе модели равновесного процесса, которая находит достаточно широкое

применение при изучении высокотемпературных процессов обработки материалов, в том числе и углеводородного сырья Равновесный состав газовой фазы конечных продуктов был рассчитан по методике, основанной на принципе максимума энтропии (Ватолин Н А , Моисеев Г К и Трусов Б Г) В использованном варианте методики энтропия представлена в виде функции

S = £ s'(T)-Rln—П, П, (5)

L ^ J

Экстремум этой функции (5) отыскивался при соблюдении закона сохранения

массы химических элементов -6, = 0, электронейтральности смеси

2>„л,=0, постоянства объема V = const, неизменности внутренней энергии к

(Г)л7, = const, а также при условии, что парогазовая смесь описывается

уравнением состояния идеального газа pV-RT=0

i=i

Здесь к - число компонентов смеси, S, (Г) - энтропия i -го компонента при стандартном давлении р0 = 0,1013 МПа, R - универсальная газовая постоянная, и, - удельное мольное содержание ¡-го компонента (моль/кг), бемольное содержание j -го химического элемента в 1 кг рабочего тела (моль/кг), v - число атомов у-го химического элемента в /-ой компоненте (стехиометрический коэффициент), vt- кратность ионизации /-го компонента, U,(T) - мольная внутренняя энергия /-ой компоненты

Расчеты показали 1) объемные содержания отдельных компонентов ( -зависят от температуры

соотношения (сырье) (водяной пар) (рис 6), 2) при больших избытках пара синтез-газ в основном состоит из трех компонентов Н2, СО и С02, и при этом их взаимные соотношения слабо зависят от избытка пара, 3) с ростом температуры объемное

содержание СО растет, С02 -уменьшается, #2 - меняется незначительно

8. Влияние температуры в реакционной зоне на состав газовой фазы конечных продуктов

Исходя из результатов термодинамического расчета с целью увеличения выхода полезного компонента СО, в экспериментах были приняты меры по повышению температуры во второй реакционной камере Для того, чтобы влияние случайных изменений соотношения (сырье) (водяной пар) на

1000 1500 2000 / к

Рис 6 Объемное содержание ( О (/2 3 4) и ( О (5/57Л}вгазе

ю Ю (тсрмочипачический расчет) Мои>нос соотношение (сырье) (пар) / н 5 - 1 5,26-1 II0V<V.| 145

образование компонентов газа были . минимальными, эксперименты проводились при больших избытках пара.

Отсутствие дыма и рост интенсивности газообразования

позволили осуществить непрерывный контроль состава получаемого газа прибором "Автотест" и измерить его объем с помощью счетчика газа.

Отходы ПЭ, С увеличением температуры в реакционной камере №2 до !57(Ш0 К и более резко возрос выход газообразных продуктов. Объем газа, получаемого из отходов массой 50 г, достиг до 140 л и увеличивался при дальнейшем повышении температуры. Количественный состав получаемого газа определялся хроматографическим методом. В число ингредиентов, подлежащих определению, были включены водород, оксид углерода, диоксид углерода и ряд углеводородов, относящиеся к рядам предельных и непредельных углеводородов, а также ароматические и кислородсодержащие углеводороды. Анализы проб были сделаны на хроматографе «Кристалл-2000М». Концентрации водорода, метана, оксида и диоксида углерода определялись с помощью детектора по теплопроводности - катарометра, а для остальных ингредиентов применялся пламенно-ионизационный детектор.В качестве газа-носителя использовался аргон.

На рнс.7 представлена диаграмма, построенная по результатам хромато-графическюс анализов. Как видно, основными компонентами в объеме получаемого газа являются водород, оксид углерода, диоксид углерода и метан. Такой газ может использоваться как топливо, поскольку более 80% его объема составляют горючие компоненты. Он может найти применение и в производстве углеводородов, т.к. его основные компоненты такие же, как у синтез-газа, получаемого промышленным способом из каменного угля и мазута.

С повышением температуры содержание Н2 в газовой фазе конечных продуктов в целом увеличивалось, а содержание С02 - снижалось (рис.8). Однако эти изменения были относительно малы. При увеличении Т в газовой фазе конечных продуктов значительно повышалось объемное содержание СО,

Рш7. Состав газа из ПЭ *■ Примеси. Т= 1700* 10 К-

И,

Щ >'/; > I;

г, т т, т,

со,

со

СИ,

Рис¿8 Объемное содержание основных компонентов е газе из ПЭ в зависимости

о1 температуры н реакционной зоне 7) — 1420± 10 К. Ъ = 1700110 (1670+10-С&ъ 1520110 - СО и (.7/0; /\= 1720110 К

Опыты показали, что с ростом температуры уменьшается выход газообразных и летучих углеводородов: метана, ацетилена, бензола и др. Таким образом, повышение температуры привело к увеличению к газовой фазе конечных продуктов Я2 и СО, т.е. тех компонентов, которые необходимы для синтеза углеводородов. Однако это происходило при практически незначительном снижении балластного компонента СО2

Отходы ПЭТ. Повышение температуры а реакционной камере №2 до 1570±10 К и более, как и в случае отходов ПЭ, привело к увеличению выхода газообразных продуктов. Так же, как и в случае ПЭ, основными компонентами синтез-газ а были водород, оксид углерода, диоксид углерода и метан (рис.9). В отличие от случая ПЭ, при увеличении Т происходило более существенное повышение объемного содержания СО. Однако при этом содержание

балластного компонента С02 оставалось сравнительно большим и составляло около четверти объема получаемого газа. Содержание газообразных и летучих углеводородов практически было на том же уровне, как и в случае отходов ПЭ, и ростом температуры оно уменьшалось.

Сравнение составов газов, полученных из ПЭ и ПЭТ, показало, что при одних и тех же температурных условиях из отходов ПЭТ оксиды углерода образовались примерно в два раза больше, чем из отходов ПЭ. Этот результат является вполне закономерным, т.к. относительное содержание углерода в составе ПЭТ больше, чем в ПЭ. Таким образом, можно прогнозировать более высокое содержание оксидов углерода в составе синтез-газа, если полимерное сырье содержит больше углерода.

Исходя из химического состава полимерного сырья, можно также прогнозировать образование и других (не основных) компонентов синтез-газа, в частности бензола. Бензольное кольцо присутствует в молекуле ПЭТ, а молекулы ПЭ не содержат такой фрагмент. Следовательно, количество бензола В сизтез-газе из ПЭТ должно быть больше, чем в синтез-газе из ПЭ. В экспериментах так и получилось.

9. Влияние времени пребывания сырья в реакционной зоне на состав газовой фазы конечных продуктов Наличие большого избытка пара позволяет оценить время пребывания г сырья в реакционной зоне как отношение объема камеры на объемную скорость образования паров электролита V. В опытах т менялось путем использования реакционных камер, объемы которых различались друг от друга в несколько раз. Это позволило проводить эксперименты при одних и тех не режимах работы генераторов плазмы и тем самым сохранить большинство параметров процесса, в частности Тит (следовательно и У ), неизменными.

Время г слабо влияло на образование Н2 (рис. 10, диаграммы Н-> ПЭ и Н? ПЭТ), Здесь .можно лишь отметить тенденцию слабого уменьшения Н2 с повышением быстроты прохождения сырья через реакционную зону.

С уменьшением г объемное содержание С02 в синтез-газе заметно снижалось, причем в случае ПЭТ-сырья такое снижение было более

Рис.! О Объемное содержание ос и о иных компонентов в газе из 11Э я П3'1 в зависимости от времени пребывания сырья в реакционной зоне г, - 0,09 с, т, == 0,03; х5=0,02 Из диаграмм, приведенных на рис. 10, видно, что уменьшение г приводит к существенному повышению выхода оксида углерода СО. При этом выход метана наоборот, снижается. Опыты показали, что в отличие от температуры Г время т более весомо влияет на образование С02. Сокращая г можно значительно убавить содержание балластного компонента СОг. При уменьшении т от 0,09 до 0,03 с оно снизилось до 8 об.%, причем в случае отходов ПЭТ снижение составило более чем в два раза.

10. Материальный баланс плазмохимического процесса Конечные продукты образовались в трех агрегатных состояниях. Массовая доля твердого остатка находилась в пределах: 0,2 - 0,6 % в случае полиэтиленовых отходов и 6,2 - 10,0 % для отходов ПЭТ, Количество жидкой фазы вычислялось по результатам флуори метрического анализа жидкого конденсата. Согласно этим вычислениям на образование жидких углеводородов затрачивалось от 0,18 до 1,64 % массы сырья в случае полиэтиленовых отходов и от 0,26 до 2,68% - в случае отходов ПЭТ.

В образовании газовой фазы конечных продуктов принимают участие пары воды. Это подтверждается поэлементным расчетом материального баланса (табл. 6), В расчетах использованы результаты хроматогр аф н ч еско го анализа газовой фазы конечных продуктов. Здесь и т - массовые

скорости расхода сырья и электролита; ш„ и т0 - массовые скорости поступления химических элементов Н и О из состава сырья во вторую

реакционную камеру, msH и т^ - массовые скорости образования химических элементов Я и О в газовой фазе конечных продуктов, Дтн и Дта массовые скорости поступления химических элементов Я и О из состава воды в газовую фазу конечных продуктов, Д/я„ - mgH -тп , Дта = -т0, Дт = Дот,, + Дт0

Таблица 6

К расчету материального баланса __

Сырье т„ т0. msn- Д т„. Ат0, ^ 100% 100%

г/мин г/мин г/мин г/мин г/мин г/мин г/мин т "Wc

ПЭ 2,083 0,298 - 0,508 1,608 0210 1,608 1,08 87 3

ПЭТ 2,394 0 111 0 887 0,313 2 741 0 202 1,854 1,66 85,9

Как видно из последнего столбца таблицы 6, на образование газов водяной пар (электролит) расходуется с массовой скоростью &т, сравнимой с массовой скоростью термического разложения сырья тшри Предпоследний столбец таблицы показывает долю массового расхода электролита, затраченную на образование газов Поскольку переработка отходов осуществлялась при больших избытках паров электролита, лишь малая часть этих паров (1-3 %) расходовалась на образование конечных продуктов в газовой фазе В целом, в наиболее оптимальных условиях (с температурой в реакционной зоне 1700 - 1720 К) не менее 97% массы сырья из отходов ПЭ превращалась в синтез-газ, а в случае сырья ПЭТ в газ конвертировалась не менее 87% массы отходов

11. Оценка предотвращенного экологического ущерба окружающей природной среде

Согласно результатам мониторинга основное количество отходов полимерных материалов находится в составе ТБО Во многих развитых странах для решения проблемы ТБО применяется сжигание в мусоросжигательных печах Изъятие из ТБО полимерных материалов исключает из газовых выбросов мусоросжигательных печей вредные вещества в тех количествах, которые пропорциональны объему отходящих газов, образуемых за счет сжигания полимеров Расчет показал, что сжигание при коэффициенте избытка воздуха а= 1,4 (базовое значение при проектировании теплоэнергетических установок) приводит к образованию отходящих газов в количестве 17,1 103 м3/т в случае отходов ПЭ и 8,52 1 03 м3/т в случае отходов ПЭТ Плаз-мохимическая переработка отходов полимеров характеризуется отсутствием газовых выбросов Следовательно, при таком способе обращения с отходами предотвращается загрязнение окружающей природной среды вредными компонентами отходящих газов из мусоросжигательных печей, в частности оксидами азота и оксидом углерода При соблюдении нормативов на содержание вредных веществ в отходящих газах (М9Х - 200 мг/м3 и СО - 50 мг/м3 по директиве Европейского Союза 2000/76/ЕС) предотвращаются выбросы оксидов азота и оксида углерода в следующих количествах в случае отходов ПЭ МОх - 3,42 кг/т, СО - 0,86 кг/т и в случае отходов ПЭТ N0* - 1,70 кг/т, СО - 0,43 кг/т При условии содержания в составе ТБО 10% полимерных материалов (среднее значение по РФ, данные на 2005 год) на один

мусоросжигательный завод производительностью 150 тыст в год (к примеру мусоросжигательный завод №2 г Москвы) поступает 15 тыст отходов полимеров В случае изъятия отходов ПЭ и ПЭТ (средние содержания которых в составе отходов Полимеров соответственно 40 и 22,5% по массе), предотвращенный экологический ущерб составляет 53 тыс рублей в год

Полимерные материалы, вывозимые в составе ТБО на полигоны, загрязняют земли, пригодные для хозяйственной деятельности Недопущение размещения отходов полимерных материалов на полигонах ТБО предотвращает ущерб земельным ресурсам Предотвращенный ущерб, рассчитанный на примере Республики Татарстан по данным за 2005 год, составляет 10,9 млн рублей

Техногенная нагрузка на окружающую среду усиливается при размещении отходов полимеров в несанкционированных свалках В таких случаях причиненный окружающей среде вред каждой тонной отходов может составить десятки и сотни тысяч рублей в зависимости от места расположения таких свалок (согласно действующим нормативам Министерства экологии и природных ресурсов РТ) Например, рассчитанный размер причиненного вреда окружающей природной среде при размещении 1т ТБО в лесном массиве на территории Республики Татарстан на расстоянии не более 3 км от населенного пункта составляет более 71 тыс руб Альтернатива в виде плазмохимической переработки отходов полимеров позволит предотвратить причинение вреда окружающей среде

При использовании синтез-газа в качестве топлива экономическая эффективность может быть оценена сравнением затрат на получение синтез-газа и стоимости тепловой энергии, получаемой сжиганием синтез-газа Как показали расчеты, переработка отходов полимеров может быть осуществлена со сравнительно малыми затратами, и при наличии дешевой электроэнергии экономический эффект будет больше

ВЫВОДЫ

1 На основе мониторинговых исследований на примерах Российской Федерации и одного из ее крупных промышленных регионов - Республики Татарстан, выявлено, что полимерные материалы составляют от 5 до 15% твердых отходов в региональном масштабе, а в масштабах страны отходы полимеров ежегодно образуются в количестве от 750 до 900 тысяч тонн, и из такого огромного количества полимерных отходов перерабатывается лишь малая часть - в пределах от 3 до 13%, их основная масса вывозится на полигоны и свалки, где, смешиваясь с другими компонентами и загрязняясь, безвозвратно теряет свои товарные качества и при этом засоряет литосферу на длительный срок, исчисляемый десятилетиями

2 Мониторинговыми исследованиями установлено, что несмотря на имеющиеся методы и технологии по переработке и утилизации отходов полимеров ситуация с ними не оптимальна и требует разработки новых способов, позволяющих перерабатывать загрязненные отходы, и создания мобильных установок по минимизации техногенной нагрузки на окружающую природную среду

3 Впервые исследована возможность использования генераторов плазмы с жидким электролитным катодом с целью минимизации техногенной нагрузки на окружающую природную среду путем плазменной переработки отходов полимерных материалов

4 Экспериментально на примерах полиэтилена и полиэтилентерефталата показана возможность получения из отходов полимеров синтез-газа и углеводородов, состав которых зависит от состава электролита

5 Выявлено влияние параметров плазмохимического процесса на образование углеводородной фазы, содержание которой уменьшается с повышением температуры и увеличением времени пребывания сырья в зоне реакции

6 Экспериментально показано, что селективность плазмохимического процесса, определяющаяся максимумом образования //2 и СО, повышается при возвращении конденсирующихся в закалочной камере компонентов реакции в рецикл (в электролит)

7 В результате исследования влияния температуры плазменного потока и времени пребывания сырья в нем показано, что повышение температуры и уменьшение времени пребывания сырья в зоне реакции ведут к снижению образования углекислого газа и увеличению содержания водорода и оксида углерода

8 Показано, что минимизация техногенной нагрузки на окружающую среду путем плазмохимической переработки отходов полимеров преимущественно заключается в 1) уменьшении загрязнения земель несанкционированными свалками твердых бытовых отходов за счет предотвращения вывоза на эти свалки отходов полимеров, 2) устранении газовых выбросов в атмосферу, которые образовались бы при альтернативном, широко используемом в мировой практике, варианте утилизации твердых бытовых отходов - сжигании в мусоросжигательных печах

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1 Мифтахов М Н , Сухачев С И , Тазмеев А X , Фридланд С В О возможности использования водяной плазмы для обработки твердых отходов // Материалы научно-практ конф «Проблемы жизнеобеспечения больших промышленных городов», Наб Челны Изд-во КамПИ - 2002 - С 293-295

2 Мифтахов М Н , Тазмеев А X , Фридланд С В О плазмохимическом подходе к переработке ПЭТФ-бутылок // М-лы науч -пр конф «Наука и практика Диалоги нового века» Часть 2 Наб Челны Изд-во КамПИ -2003 С 184

3 Тазмеев А X Влияние деформации поверхности жидкого электролитного катода на вольтамперные характеристики генератора плазмы // Проектирование и исследование технических систем Межвуз науч сб, Набережные Челны Изд-во КамПИ -2004 Вып 4 -С 144-147

4 Фридланд С В , Тазмеев А X, Мифтахов М Н , Тазмеев X К Исследование процессов формирования высокотемпературного потока пара в плазмохимическом реакторе-газификаторе пластмассовых отходов // Вестник ТОРЭА -2004,-№3 (21) - С 35-39

5 Мифтахов М Н , Тазмеев А X , Фридланд С В Генератор плазмы с жидким электролитным катодом как инструмент для термической обработки

материалов // Сб материалов межвуз научио-практ конф «Современные технологии в машиностроении» Наб Челны Изд-воКамПИ -2004,-С 37-38

6 Фридпанд С В , Тазмеев А X , Мифтахов М Н , Тазмеев X К Тепловые явления на проточном электролитном катоде при повышенных плотностях тока // Проектирование и исследование технических систем Межвуз научн сб, Набережные Челны Изд-воКамПИ -2004 Вып 5-С 100-103

7 Мифтахов М Н , Тазмеев А X , Фридланд С В Применение для газификации пластмассовых отходов высокотемпературного потока пара // Сб материалов межвуз научно-практ конф «Вузовская наука - России» Набережные Челны Изд-воКамПИ -2005 -С 119-121

8 Тазмеев А X , Фридланд С В , Мифтахов М Н , Тазмеев X К О возможности переработки твердых отходов генераторами плазмы с жидкими электродами // М-лы Всеросс научн конф «Современные аспекты экологии и экологического образования» Казань Изд-воКГУ -2005 - С 483-485

9 Мифтахов М Н , Тазмеев А X , Тазмеев X К , Фридланд С В Некоторые результаты экспериментального исследования газового разряда между проточным электролитом и металлическим электродом // Инженерно-физический журнал -2006 - Т 79. №3,-С 109-115

10 Фридланд СВ, Тазмеев АХ, Мифтахов МН, Тазмеев ХК О возможности переработки твердых отходов генераторами плазмы с жидкими электродами // Вестник машиностроения - 2006 №7 — С 72-73

11 Тазмеев А X , Фридланд С В , Мифтахов М Н , Салиева А Н Плазмохимическая переработка полимерных отходов // М-лы научно-практ конф «Современные методы управления отходами на региональном и муниципальном уровне» Казань — 2006 Вестник ТО РЭА — 2006 №3 — С 55

12 Тазмеев А X , Мифтахов М Н, Тазмеев X К Использование газового разряда между жидким электролитным катодом и металлическим анодом для переработки полимерных отходов II Электронное период изд-е «Социально-экономические и технические системы» http // kampi ru/sets - 2006 №12 - 6 с

13 Фридланд С В , Тазмеев А X, Мифтахов М Н Получение синтез-газа плазмохимической переработкой полимерных отходов // Вестник Казанского технологического университета -2006,-№6 - С 10-15

14 Фридланд СВ, Тазмеев АХ, Мифтахов МН Содержание оксида углерода и углеводородов в синтез-газе при плазмохимической переработке полимерных отходов // Вестник Казанского технологического университета -2006 -№6 - С 43-46

Соискатель А X Тазмеев

ЛР № 020342 от 7 02 97 г, ЛР № 0137 от 2 10 98 г Заказ2Тираж /ООжт, Издательско-полиграфический центр Камской государственной инженерно-экономической академии

423810, г Набережные Челны, Новый город, проспект Мира, 13

Содержание диссертации, кандидата химических наук, Тазмеев, Алмаз Харисович

Обозначения.

Введение.

Глава 1. Обзор литературы и мониторинг загрязнения окружающей природной среды отходами полимеров.

1.1. Проблемы, связанные с образованием и размещением полимерных отходов в России.

1.2. Полимерные отходы на примере Республики Татарстан.

1.3. Процессы, используемые в технологиях обработки и обезвреживания отходов полимеров.

1.4. Полимеры в составе ТБО и медицинских отходов и их утилизация.

1.5. Плазмохимические процессы в решении природоохранных задач.

1.6. Методы переработки полимерных отходов.

1.7. Основные предпосылки использования генераторов плазмы с жидкими электродами для переработки полимерных отходов.

Глава 2. Методика проведения экспериментальных исследований.

2.1. Описание составных частей экспериментальной установки.

2.2. Измерение параметров потока плазмы и методика обработки их результатов.

2.3. Методика анализа жидкого конденсата.

2.4. Методика анализа синтез-газа.

2.5. Продолжительность плазмохимического процесса и объем газовой фазы конечных продуктов.

2.6. Время пребывания сырья в реакционной зоне.

Глава 3. Результаты экспериментального исследования плазмохимического процесса переработки полимерных отходов.

3.1. Одностадийный плазмохимический процесс.

3.2. Двухстадийный плазмохимический процесс.

3.3. Побочный продукт - жидкий конденсат и способ его утилизации.

Глава 4. Исследование конечных продуктов и оценка экологоэкономической эффективности.

4.1. Термодинамический расчет равновесного состава газовой фазы конечных продуктов.

4.2. Влияние температуры в реакционной зоне на состав газовой фазы конечных продуктов.

4.3. Влияние времени пребывания сырья в реакционной зоне на состав газовой фазы конечных продуктов.

4.4. Конечные продукты процесса переработки отходов.

4.4.1. Отходы полиэтилена.

4.4.2. Отходы полиэтилентерефталата.

4.4.3. Сравнение выхода конечных продуктов из ПЭ и ПЭТ.

4.5. Материальный баланс плазмохимического процесса.

4.5.1. Участие электролита и сырья в образовании водорода и оксидов углерода.

4.6. Удельные энергетические параметры плазмохимического процесса.

4.7. Предотвращенный эколого-экономический ущерб.

4.7.1. Расчет предотвращенного ущерба земельным ресурсам.

4.7.2. Расчет предотвращенного ущерба атмосферному воздуху.

4.7.3. Оценка экономической эффективности.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Снижение техногенной нагрузки на окружающую среду путем плазмохимической переработки отходов полимеров"

Одной из глобальных экологических проблем является образование огромного количества твердых отходов. Мониторинговые исследования свидетельствуют о всевозрастающих количествах их образования, так в период с 2002 года по 2004 год их прирост в России составил 30%, и в 2004 году они образовались в количестве 2635 млн. т. В настоящее время основное количество твердых отходов вывозится на свалки и полигоны. Однако этим способом проблемы, связанные с твердыми отходами не устраняются, поскольку сами свалки и полигоны отходов наносят огромный экологический ущерб природной среде. Существенный вклад в этот негативный экологический фактор вносят полимерные материалы, находящиеся в составе твердых отходов.

Для размещения твердых отходов требуются всевозрастающие площади земной суши. Несмотря на широкие просторы, в нашей стране данная проблема имеет особо острый характер. С каждым годом вокруг российских городов появляются новые примитивные, экологически опасные несанкционированные свалки и расширяются старые, сокращая пашни и луга, а также засоряя леса и лесопосадки. По статистическим данным общая площадь полигонов и свалок в России составляет 0,1 млн. гектаров, и эта площадь продолжает расти. Являясь одним из самых стойких компонентов твердых отходов, полимерные материалы продлевают существование нынешних полигонов и свалок на многие десятилетия. Тем самым в масштабах страны огромные площади, сравнимые с территориями больших городов, отчуждаются от сферы хозяйственной деятельности.

По данным исследований примерно десятую часть ТБО больших и средних городов составляют полимерные материалы. Опасность нахождения их на свалках усиливается еще и тем, что при возгораниях отходов, происходящих очень часто, они выделяют вредные вещества, которые разносятся ветром на всю округу.

Образование и размещение полимерных отходов можно изобразить следующей упрощенной схемой (рис. В1).

Рис.В1. Образование и размещение полимерных отходов.

В промышленности полимерные отходы возникают при получении полимеров, их переработке, а также при изготовлении изделий. В основном, эти отходы используются повторно либо в тех же самых производствах после дополнительных операций по улучшению свойств, либо применяются в других производствах для изготовления изделий с более низкими потребительскими свойствами.

В сфере потребления полимерные отходы представляют собой изделия, отслужившие свой срок эксплуатации или морально устаревшие.

Отходы потребления, в особенности бытовые отходы, обычно обильно насыщены загрязнениями и посторонними предметами. Их переработка требует дополнительных мер по очистке. Поэтому они находят ограниченное применение в качестве вторичного сырья. К тому же требуются материальные и финансовые затраты для сбора этих отходов.

Ежегодно производство полимерных материалов растет. Мировое производство только полиолефинов уже превышает 150 млн.т/год. Практически вся полимерная продукция, в том числе и та, которая получена из вторичного сырья, превращается в конечном итоге в отходы потребления и загрязняет окружающую среду, прежде всего литосферу, скапливаясь на свалках, полигонах отходов и во всех тех местах, где пребывает человек. В естественных условиях эти отходы разрушаются крайне медленно. В течение длительного времени, исчисляемого десятилетиями, они оказывают угнетающее воздействие на растительный и животный мир.

В настоящее время предложены десятки различных технологий переработки отходов полимерных материалов. Однако большинство из них непригодно для отходов потребления по причине их загрязненности. Наиболее подходящими для таких отходов являются высокотемпературные методы переработки, в том числе плазменные. В этой связи исследование плазмохимической переработки отходов из полимерных материалов, с помощью генераторов плазмы с жидкими электродами представляет собой актуальную задачу защиты природной среды от техногенных загрязнений.

Цель диссертационной работы - мониторинг загрязнения окружающей природной среды отходами полимерных материалов, а также минимизация техногенной нагрузки на окружающую природную среду путем переработки отходов полимерных материалов в потоке плазмы из паров жидких электролитов.

Поставленная цель предполагает решение следующих задач.

1. Мониторинг загрязнения окружающей среды полимерными отходами на примерах Российской Федерации и Республики Татарстан.

2. Экспериментальное исследование процесса переработки полимеров в потоке плазмы, генерируемой газовым разрядом с жидкими электродами.

3. Исследование состава жидкой фазы продуктов переработки.

4. Получение полезного продукта в виде синтез-газа из отходов полимеров и исследование его химического состава.

5. Установление закономерностей влияния условий в плазменном потоке на образование конечных продуктов.

6. Эколого-экономическая оценка плазменного метода переработки отходов полимеров.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.

1. Разработан плазменный метод переработки отходов, позволяющий минимизировать техногенную нагрузку на окружающую природную среду. Метод пригоден для отходов всех видов полимеров и эластомеров, включая полиуретаны, а также для нефтешламов и отходов нефтепереработки.

2. Экспериментально обоснована возможность минимизации техногенной нагрузки на окружающую среду путем конверсии полимерных отходов в полезные химические продукты в потоке плазмы, генерируемой из паров жидких электролитов.

3. Экспериментально установлена возможность конверсии отходов полимеров в синтез-газ с помощью генераторов плазмы с жидким электролитным катодом.

4. Экспериментально выявлены закономерности влияния параметров процесса переработки отходов полимеров в потоке плазмы из паров жидких электролитов на химический состав получаемого синтез-газа.

Практическую значимость представляют следующие пункты работы.

1. Предложен плазменный метод переработки отходов полимерных материалов, позволяющий исключить газовые выбросы. Использование этого метода для полимерных материалов, поступающих в составе ТБО на мусоросжигательный завод с производительностью 150 тыс.т/год, предотвращает ущерб атмосферному воздуху в размере более 50 тыс. рублей в год.

2. Экспериментально апробированный плазменный процесс конверсии отходов полимеров в газ позволяет снизить техногенную нагрузку на литосферу, предотвратив размещение на свалках и полигонах ТБО твердых полимерных отходов. При этом рост общей площади полигонов и свалок на территории РФ снизится в пределах от ОД до 0,2 тыс. га в год. Расчетное значение предотвращенного ущерба окружающей природной среде от недопущения размещения полимерных материалов на полигонах ТБО на территории Республики Татарстан (по данным за 2005) год составляет 10,9 млн. рублей.

3. Экспериментально апробированные в работе плазменный процесс и вариант его технической реализации позволяют переработать загрязненные полимерные отходы, возникшие в результате промышленного и бытового потреблений, а также другие органические отходы, в том числе отходы нефтедобычи и нефтепереработки. При этом из отходов получается товарный продукт - синтез-газ, пригодный для химического синтеза органических веществ и для использования в качестве топлива.

4. Предложено и реализовано использование побочного продукта -жидкого конденсата в замкнутом цикле, что способствует минимизации воздействия на окружающую среду плазменного процесса.

5. Исследован состав побочного продукта - жидкого конденсата, анализированы причины возникновения в нем вредных примесей в виде хлорпроизводных органических соединений и осуществлены меры, устраняющие эти причины.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Обоснование необходимости минимизации техногенной нагрузки, оказываемой отходами полимеров на окружающую среду, на основании мониторинговых исследований.

2. Экспериментальное обоснование возможности минимизации техногенной нагрузки на окружающую среду путем переработки полимерных отходов генераторами плазмы с жидкими электродами.

3. Результаты экспериментального исследования влияния параметров плазмохимического процесса переработки отходов полимеров на количественный выход и химический состав конечных продуктов.

4. Результаты исследований по минимизации техногенной нагрузки на окружающую среду путем конверсии отходов полимеров в синтез-газ с помощью генераторов плазмы с жидкими электродами.

Данная диссертация состоит из четырех глав. В первой главе приведены результаты мониторинговых исследований по вопросам, связанным с полимерными отходами. Представлены и проанализированы статистические данные по образованию и переработке отходов полимеров в России и Республике Татарстан. Рассмотрены процессы, используемые в технологиях обработки и обезвреживания отходов полимеров. Охарактеризованы полимерные материалы в составе ТБО и медицинских отходов и способы их утилизации. Приведены примеры использования плазмохимических процессов в решении природоохранных задач. Описаны современные методы переработки полимерных отходов. Указаны основные предпосылки использования генераторов плазмы с жидкими электродами для переработки полимерных отходов.

Вторая глава содержит описание составных частей экспериментальной установки. Здесь приведены методики измерения параметров процесса и исследования конечных продуктов плазмохимического процесса переработки полимерных отходов.

В третьей главе представлены результаты исследования плазмохимического процесса переработки полимерных отходов.

В четвертой главе содержатся результаты термодинамического и экспериментального исследований состава конечных продуктов процесса переработки ПЭ и ПЭТ в потоке плазмы, формируемого из паров электролита, а также представлены результаты расчета предотвращенного эколого-экономического ущерба.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Тазмеев, Алмаз Харисович

выводы

1. На основе мониторинговых исследований на примерах Российской Федерации и одного из ее крупных промышленных регионов - Республики Татарстан, выявлено, что полимерные материалы составляют от 5 до 15% твердых отходов в региональном масштабе, а в масштабах страны отходы полимеров ежегодно образуются в количестве от 750 до 900 тысяч тонн, и из такого огромного количества полимерных отходов перерабатывается лишь малая часть - в пределах от 3 до 13%; их основная масса вывозится на полигоны и свалки, где, смешиваясь с другими компонентами и загрязняясь, безвозвратно теряет свои товарные качества и при этом засоряет литосферу на длительный срок, исчисляемый десятилетиями.

2. Мониторинговыми исследованиями установлено, что несмотря на имеющиеся методы и технологии по переработке и утилизации отходов полимеров ситуация с ними не оптимальна и требует разработки новых способов, позволяющих переработать загрязненные отходы, и создания мобильных установок по минимизации техногенной нагрузки на окружающую природную среду.

3. Впервые исследована возможность использования генераторов плазмы с жидким электролитным катодом с целью минимизации техногенной нагрузки на окружающую природную среду плазменной переработкой отходов полимерных материалов.

4. Экспериментально на примерах полиэтилена и полиэтилентерефталата показана возможность получения из отходов полимеров синтез-газа и углеводородов, состав которых зависит от состава электролита.

5. Выявлено влияние параметров процесса на образование углеводородной фазы, содержание которой уменьшается с повышением температуры и увеличением времени пребывания сырья в зоне реакции.

6. Экспериментально показано, что селективность процесса, определяющаяся максимумом образования Н2 и СО, повышается при возвращении конденсирующихся в закалочной камере компонентов реакции в рецикл (в электролит).

7. В результате исследования влияния температуры плазменного потока и времени пребывания сырья в нем показано, что повышение температуры и уменьшение времени пребывания сырья в зоне реакции ведут к снижению образования углекислого газа и увеличению содержания водорода и оксида углерода.

8. Показано, что минимизация техногенной нагрузки на окружающую среду путем плазмохимической переработки отходов полимеров преимущественно заключается в: 1) уменьшении земель, отводимых под свалки и полигоны твердых бытовых отходов, за счет предотвращения вывоза на эти свалки и полигоны отходов полимеров; 2) устранении газовых выбросов в атмосферу, которые образовались бы при альтернативном, широко используемом в мировой практике, варианте утилизации твердых бытовых отходов - сжигании в мусоросжигательных печах.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата химических наук, Тазмеев, Алмаз Харисович, Казань

1. Осипов П. Проблемы утилизации и переработки полимеров // Деловой журнал упаковочной индустрии PakkoGraff 2003, №3. -http://www.pakkograff.rU/reader/articles/materials/polimers/719.php.

2. Проблемы рециклинга полимерных отходов в России. ГУ НИЦПУРО. 2005. http://www.waste.ru/modules/article.php?id=7.

3. Митрофанов Р.Ю., Чистякова Ю.С. Переработка отходов полиэтилентерефталата. Тезисы докладов международной научно-практической конференции «Образование и наука без границ 2006». -http://www.rusnauka.com/ONG/Chimia/lmitrofanov%20r.ju.doc.htm.

4. Николаева Е. Переработка вторична // The Chemical Journal 2003, №4. -С.35-39.

5. Клинков A.C., Беляев П.С., Соколов М.В. Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов. Учебное пособие. Тамбов: изд-во ТГГТУ. - 2005. - 80 с.

6. Государственный доклад "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2000 году". Министерство природных ресурсов РФ. Москва. - 2001. - 464 с.

7. Государственный доклад "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2001 году". Министерство природных ресурсов РФ. Москва. - 2002. - 443 с.

8. Государственный доклад "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2002 году". Министерство природных ресурсов РФ. Москва. - 2003. - 471 с.

9. Государственный доклад "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2003 году". Министерство природных ресурсов РФ. Москва. - 2004. - 477 с.

10. Государственный доклад "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2004 году". Министерство природных ресурсов РФ. Москва. - 2005. - 489 с.

11. Государственный доклад "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2005 году". Министерство природных ресурсов РФ. Москва. - 2006. - 493 с.

12. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан в 2005 году. Министерство экологии и природных ресурсов РТ. Казань. 2006. - 495 с.

13. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан в 2004 году. Министерство экологии и природных ресурсов РТ. Казань. 2005. - 481 с.

14. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан в 2003 году. Министерство экологии и природных ресурсов РТ. Казань. 2004. - 481 с.

15. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан в 2002 году. Министерство экологии и природных ресурсов РТ. Казань. 2003. - 355 с.

16. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан в 2001 году. Министерство экологии и природных ресурсов РТ. Казань. 2002. - 390 с.

17. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Республики Татарстан в 2000 году. Минприроды РТ. Казань. 2001. -296 с.

18. Чекалин B.C., Сергеева В.Г. Региональная экономика // Проблемы современной экономики. 2004, №3 (11). - С. 24-28.

19. Штарке Л. Использование промышленных и бытовых отходов пластмасс: Пер.с нем. Ленинград: Химия, 1987. - С. 176.

20. Гущина Д.Е. Переработка полимерных отходов механическим способом. // Экология и промышленность России.- 1999. №11. - С. 19-22.

21. Конструкционный материал на основе вторичных полиэтилена и полиэтилентерефталата. / Юрханов В.Б., Воробьева Г.С., Михалева Н.М. и др. // Пластические массы, 1998. №4. - С. 40-42.

22. Кроник B.C., Мороз В.А., Неелов И.П., Рашевский Н.Д. Утилизация бутылок и других изделий на основе полиэтилентерефталата // Экология и промышленность России, 2001. № 11. С. 18-19.

23. Бернадинер М.Н., Шурыгин А.П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. М.: Химия, 1990. - 303 с.

24. Пиролиз углеводородного сырья. / Мухина Т.Н., Барабанов Н.Л., Бабаш С.Е. и др. М.: Химия, 1987. 239 с.

25. Высокотемпературная конверсия жидкого углеводородного сырья в паровоздушной среде. / Яковлев Е.А., Пластинин В.Г., Полак Л.С., Потов В.Т. // Химия высоких энергий, 1982. Т. 16. №5. С. 454-457.

26. Беньямовский Д.Н. Термические методы обезвреживания твердых бытовых отходов. М.: Стройиздат, 1979.

27. Твердые отходы. Возникновение, сбор, обработка и удаление / Под ред. Ч. Мантелла. -М.: Стройиздат, 1979.

28. Химия. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. И.Л.Кнунянц. -2-е изд. М.: Научн. изд-во «Большая Российская энциклопедия», 1998. -792 с.

29. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. 27-е изд., стереотипное / Под ред. В.А.Рабиновича. - Л.: Химия, 1988. - 704 с.

30. Васильев Г.М. Использование неравновесной плазмы для снижения токсичности дизельных двигателей. Минск: Ин-т тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова НАНБ, 2004. - 172 с.

31. Бернадинер М.Н. Диоксины при термическом обезвреживании органических отходов. // Экология и промышленность России 2000. -№2.-С. 13-16.

32. Петросян B.C. Диоксины в окружающей среде. // Экология и промышленность России. 1999. - №1. - С. 33-38.

33. Бернадинер М.Н., Бернадинер И.М., Волков В.И. Выбор термических реакторов для обезвреживания органических отходов // Экология и промышленность России. 2000. - № 6. - С. 14-17.

34. Угначев В.И., Епихин А.Н., Тугов А.Н. Контроль работы газоочистного оборудования на установках для сжигания твердых бытовых отходов // Теплоэнергетика. -2001, № 12.- С.52-56.

35. Журавский Г.И., Матвейчук A.C., Фалюшин П.Л. Получение топлив на основе продуктов парового термолиза органических отходов // Инженерно-физический журнал. 2005. - Т.78, №4. - С. 58-62.

36. Плазмохимические реакции и процессы. / Под ред. JI. С. Полака. М.: Наука, 1977.-320 с.

37. Очерки физики и химии низкотемпературной плазмы. / Под ред. JI. С. Полака. М.: Наука, 1971. - 436 с.

38. Теоретическая и прикладная плазмохимия. / Полак Л.С., Овсянников A.A., Словецкий Д.И., Вурзель В.Б. М.: Наука, 1975. 304 с.

39. Словецкий Д.И. Механизмы химических реакций в неравновесной плазме. М.: Наука, 1980.310 с.

40. Компаниец В.З. Овсянников A.A., Полак JI.C. Химические реакции в турбулентных потоках газа и плазмы. М.: Наука, 1979. 242 с.

41. Контроль загрязнения окружающей среды и процессы очистки плазменными методами. / Амору Дж., Морван Д., Кавадиас С. и др. // Журнал технической физики. 2005. - Т.75, вып.№5. - С.73-82.

42. Бернадинер М.Н., Гриценко А.Г. Концепция термического обезвреживания твердых бытовых отходов в Республике Кипр. // Экология и промышленность России. 2005. - №2. - С.42-45.

43. Шубов Л.Я. Проблема муниципальных отходов и рациональные пути ее решения. // ЭКИП 2005. - №12. - С.34-39.

44. Гринин A.C., Новиков В.Н. Промышленные и бытовые отходы: хранение, утилизация, переработка. М.: ФАИР-ПРЕСС, 2000. - 203 с.

45. Ланцев A.C., Кулиш О.Н., Смирнов А.Н. Реализация экологически безопасной технологии термического обезвреживания твердых бытовых отходов на Московском мусоросжигательном заводе №2 // Теплоэнергетика. 2004. - № 12. С. 45-49.

46. Опыт освоения сжигания твердых бытовых отходов на отечественных ТЭС / Тугов А.Н., Москвичев В.Ф., Рябов Г.А. // Теплоэнергетика. -2006.-№7. С. 55-60.

47. Гречко A.B., Денисов В.Ф., Федоров Л.А. Региональный характер проблемы твердых бытовых и промышленных отходов и ее решение пирометаллургическим методом. // Экология и промышленность России. 1997. -№11. - С.13-16

48. Парфенюк A.C., Антонюк С.И., Топоров A.A. Альтернативное решение проблемы твердых отходов на Украине. // Экотехнологии и ресурсосбережение. 2002. - № 4. - С. 36-41.

49. Талицкая Г.Г. Мобильный автономный комплекс утилизации отходов // Экология и промышленность России. 2006. - №5. - С.4-7.

50. Бордунов В.В., Бордунов C.B., Леоненко В.В. Вариант комплексной переработки твердых бытовых отходов // Экология и промышленность России. 2004. - №10. - С.32-33.

51. Современные методы переработки твердых бытовых отходов. / Чередниченко B.C., Казанов A.M., Аныпаков A.C. и др. Новосибирск: ИТ СО РАН, 1995.

52. Пути совершенствования городской системы обращения ТБО. / Быков Д.Е., Рюмина Н.В., Стрельникова Т.Г., Сегодин М.П. // Экология и промышленность России. 2005. - №10. - С.28-31.

53. Найман С.М. Утилизация отходов хлебобулочных и кондитерских предприятий //ЭКИП. 2006. - №5. - С.30-32.

54. Утилизация твердых бытовых отходов / Кроник B.C., Неелов И.П., Рашевский Н.Д. и др. // Экология и промышленность России.- 2001. -№5. С.35.

55. Пилунов Г.А., Михитарова З.А., Цейтлин Г.М. Переработка отходов полиэтилентерефталата // Химическая промышленность. -2001, № 6. С. 22-26.

56. Липик В.Т., Прокопчук Н.Р. Технология сортировки бытовых полимерных отходов. // Экология и промышленность России.- 2005. -№4.-С. 11-13.

57. Плазмотермическая переработка твердых отходов. / Лукашов В.П., Ващенко С.П., Багрянцев Г.И., Пак Х.С. // Экология и промышленность России. 2005. -№11.- С.4-9.

58. Бернадинер И.М. Термическое обезвреживание медицинских отходов в Москве. // Экология и промышленность России.- 2004. №8. - С. 24-28.

59. Адамович Б.А., Дербичев А.-Г.Б., Дудов В.И. Новая технология уничтожения медицинских отходов // ЭКИП.- 2005. №4. - С. 10-13.

60. Ярошенко Ю.Г, Пахальчак Г.Ю., Тягунов Г.В., Хает И.С. Эффективная система утилизации медицинских отходов // Экология и промышленность России. 2003. - №10. - С.35-38.

61. Плазмохимическая переработка угля. / Жуков М.Ф., Калиненко P.A., Левицкий A.A., Полак Л.С. М.: Наука, 1990. - 200 с.

62. Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела. / Жуков М.Ф., Карпенко Е.И., Перегудов B.C. и др. Новосибирск: Наука, 1995. -167 с.

63. Вольфберг Д.Б. Современное состояние и перспективы развития энергетики мира // Теплоэнергетика. 1999. - № 8. С. 5-13.

64. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Перегудов B.C. Плазменная термохимподготовка углей для снижения потребления мазута на угольных ТЭС // Теплоэнергетика. 2002. - № 1. С. 24-28.

65. Исследование СВЧ-плазменной технологии сжигания низкосортных углей. / Казанцев В.И., Ваврив Д.М., Канило П.М. и др. // Теплоэнергетика. 2002. - № 1. С. 39-44.

66. Синькевич O.A. Перспективы использования плазменных и электроразрядных технологий в теплоэнергетике. // Теплоэнергетика. -2004.-№3. С. 57-60.

67. Оптимизация процесса сжигания энергетических углей с использованием плазменных технологий. / Мессерле В.Е., Аскарова А.С.,Устименко А.Б. и др. // Теплоэнергетика. 2004. - № 6. С. 60-65.

68. Ильин И.Т., Еремин E.H. Пиролиз паров бензина до ацетилена и олефинов в паро-водяной плазме. / Сб. "Химические реакции органических продуктов в электрических разрядах". М.: Наука, 1966. С. 16-20.

69. Кружилин Г.Н., Худяков Г.Н. Плазменная газификация углей // 2 всесоюзное совещание по плазмохимической технологии и аппаратостроению. Т.1: Тез.докл. М., 1977. - С.234-236.

70. Ромась В.И. Получение горячего восстановительного газа при взаимодействии углей с водяным паром в плазменной струе // 2 всесоюзное совещание по плазмохимической технологии и аппаратостроению. Т.1: Тез.докл. М., 1977. - С. 80-82.

71. Математическое моделирование процесса газификации кокса водяным паром и парокислородной смесью. / Головина Е.С., Калиненко P.A., Левицкий A.A. и др. // Плазмохимия 87. Часть 1: Сб.науч.тр. / ИНХС АН СССР. - М., 1987. - С. 75-94.

72. Перспективы использования водяной плазмы для переработки углеводородов. / Кунаев A.M., Рудяк Э.М., Слынько JI.E. и др. // 2 всесоюзное совещание по плазмохимической технологии и аппаратостроению. Т.1: Тез.докл. М., 1977. - С.222-227.

73. Жуков М.Ф., Михайлов Б.И., Аныиаков A.C. Пароводяные плазмотроны для пиролиза и конверсии углеводородов // Плазменная газификация и пиролиз низкосортных углей.: Сб.науч.тр. / ИНХС АН СССР. М., 1987. -С. 111-123.

74. Любина Ю.Л., Сурис А.Л. Исследование процесса плазменной газификации твёрдых органических веществ в шахтном реакторе // Теплоэнергетика. 1999. - № 11. - С. 64-67.

75. Калитко В.А., Моссэ А.Л. Термическая переработка отходов в шахтной печи с плазменным дутьем и сгорающим фильтрующим материалом: анализ энергозатрат и вариантов. // Инженерно-физический журнал. -2001. -Т.74, №1. С. 84-91.

76. Витик Н.В. Массовые и энергетические параметры процесса пиролиза в шахтной печи. //ЭКИП. 2005. - №10. - С.37-39.

77. Бернадинер М.Н., Жижин В.В., Иванов В.В. Термическое обезвреживание промышленных органических отходов Московского региона //ЭКИП. 2000. - № 4. - С. 17-21.

78. Туманов Ю.Н., Галкин А.Ф., Соловьёв В.Б. Плазменный пиролиз твёрдых бытовых отходов. Часть 1 // Экология и промышленность России. 1999. - № 2. - С. 8-12.

79. Туманов Ю.Н., Галкин А.Ф., Соловьёв В.Б. Плазменный пиролиз твёрдых бытовых отходов. Часть 2 //ЭКИП. 1999. - № 3. - С. 20-25.

80. Зыричев H.A. Плазменно-азотно-кислотная переработка минерального сырья и промышленных отходов // ЭКИП. 1999. - № 12. - С. 21-24.

81. Крайнов И.П., Скоробогатов В.М. Технологии уничтожения стойких органических загрязнителей (Обзор) // Экотехнологии и ресурсосбережение. 2002. - № 4. - С. 45-58.

82. Сурис A.JI. Плазмохимические процессы и аппараты. М.: Химия, 1989. -304 с.

83. Плазмохимическая утилизация химического оружия. / Халтурин В.Г., Вайсман Я.И., Петров Ю.В. и др. // ЭКИП.- 1999. № 9. - С. 24-27.

84. Плазмохимическая утилизация токсичных органических отходов / Вайсман Я.И., Халтурин В.Г., Коротаев В.И. и др. // Экология и промышленность России. 1998. - № 10. - С. 15-17.

85. Сальянов Ф.А. Основы физики низкотемпературной плазмы, плазменных аппаратов и технологий. М.: Наука - Физматлит, 1997. -240 с.

86. Самойлович В.Г., Гибалов В.И., Козлов К.Б. Физическая химия барьерного разряда. М.: Изд-во Московского ун-та, 1989. - 176 с.

87. Конверсия оксидов серы и азота в импульсно-периодическом коронном разряде. / Амиров Р.Х., Десятерик Ю.Н., Железняк М.Б. и др. // Физика плазмы. -1998. Т.24, № 12. - С. 1141-1150.

88. Окисление пропилена и изобутилена в реакторе с барьерным разрядом. / Кудряшов C.B., Рябов А.Ю., Сироткина Е.Е., Щеголева Г.С. // Журнал прикладной химии. 2004. - Т. 77, вып.11. - С. 1922-1924.

89. Гриневич В.И., Иванова Н.В., Костров В.В. Экологические технологии: использование низкотемпературной плазмы для очистки отходящих газов // Инженерная экология. 2002. - № 2. - С. 38-44.

90. Горячев В.Л., Рутберг Ф.Г., Федюкович В.Н. О некоторых свойствах импульсно-периодического разряда с энергией в импульсе 1 Дж в воде, применяемого для её очистки // Теплофизика высоких температур. -1996.- Т.34, № 5. С.757-760.

91. Горячев В.Л., Рутберг Ф.Г., Федюкович В.Н. Электроразрядный метод очистки воды. Состояние и перспективы. // Энергетика. Известия АН. -1998. -№1.-С.40-55.

92. Системы с различными материалами электродов для обработки воды импульсным электрическим разрядом. / Блохин В.И., Высикайло Ф.И.,

93. Дмитриев К.И., Ефремов Н.М. // Теплофизика высоких температур. -1999. -Т.37, № 6. С. 998-1007.

94. Сихарулидзе Г.Г., Лежнев А.Е. Генерация плазменной струи из жидкости. // ПТЭ. 1997. - № 2. - С. 85-85.

95. Максимов А.И. Физика и химия взаимодействия плазмы с растворами. // Материалы 9 Школы по плазмохимии для молодых ученых России и стран СНГ. Иваново: Изд-во ИГХТУ. - 1999. - С. 46-53.

96. Экологические технологии: исследование механизма окисления фенола в растворе, обрабатываемом электрическими импульсными разрядами. / Курец В.И., Лобанова Г.Л., Ивасенко В.Л., Шангина С.Н. // Инженерная экология. 2002. - № 2. - С. 45-50.

97. Белошеев В.Л. Лидерный разряд по поверхности воды в виде фигур Лихтенберга // ЖТФ. 1998. - Т.68, вып.№11. - С. 63-66.

98. Пискарев И.М. Модель реакций при коронном разряде в системе Ог(г) -Н20. // Журнал физической химии. 2000. - Т. 74, №3. - С. 546-551.

99. Пискарев И.М. Реакции в воздухе и азоте в плазме коронного разряда между поверхностью воды и электродом. // Журнал физической химии. -2001. -Т.75, №11.-С. 1997-2001.

100. Аристова H.A., Пискарев И.М. Генерирование озоно-гидроксильной смеси в коронном электрическом разряде. // Журнал физической химии.- 2003. Т. 77, №5. - С. 813-816.

101. Пискарев И.М. Окисление фенола частицами ОН, Н, О и Оз, образующимися в электрическом разряде. // Кинетика и катализ. 1999.- Т.40, №4. С. 505-511.

102. Стройкова И.К., Максимов А.И. Окисление красителей в водном растворе под действием тлеющего и диафрагменного разрядов. // Материалы 9 Школы по плазмохимии для молодых ученых России и стран СНГ. Иваново: Изд-во ИГХТУ. - 1999. - С. 128-129.

103. Изучение процессов очистки поверхностных сточных вод методом низкотемпературной плазмы барьерного разряда. / Бубнов А.Г., Гриневич В.И., Кувыкин H.A., Маслова О.Н. // Инженерная экология. -2002.-№4.-С. 27-32.

104. Крапивина С.А. Плазмохимические технологические процессы. -Ленинград: Химия, Ленинградское отд-е, 1981. 248 с.

105. Савельев А.Б., Гибалов В.И., Саенко В.Б. Синтез озона в поверхностном барьерном разряде. // Журнал физической химии. 2000. -Т. 74, №6.-С. 1141-1143.

106. Синтез озона в копланарном барьерном разряде. / Савельев А.Б., Гибалов В.И., Саенко В.Б., Рахимов А.Т. // Журнал физической химии. -2000. Т. 74, №9. - С. 1713-1715.

107. Батанов Г.М., Коссый И.А., Силаков В.П. Газовый разряд в атмосфере как средство улучшения его характеристик. Обзор. // Физика плазмы. -2002. Т. 28, №3. - С. 229-256.

108. Ш.Плазмохимическое обезвреживание озоноразрушающих хладонов, а также фтор- и хлорсодержащих отходов. / Малков Ю.П., Давидян A.A., Филиппов Ю.Е., Ротинян М.А. // Журнал прикладной химии. 2002. - Т. 75, вып.6. - С. 963-966.

109. Прогнозирование качества изделия при переработке вторичного полимерного сырья. / Сидоров Д.Э., Сивецкий В.И., Шаблий Т.А.,

110. Власенко А.Ю. // Экотехнологии и ресурсосбережение, 2005. №1. - С. 43-47.

111. Технологии переработки отходов растительной биомассы, технической резины и пластмассы. / Аристархов Д.В., Журавский Г.И., Полесский Э.П., Пермяков Б.А. // Инженерно-физический журнал. 2001. - Т.74, №6.-С. 152-155.

112. Журавский Г.И., Сычевский В.А. Численный расчет парового термолиза органических отходов // Инженерно-физический журнал. 2003. - Т.76, №6.-С. 104-109.

113. Матвейчук A.C., Рожновский И.А. Изучение низкотемпературного пиролиза углеродсодержащих отходов в среде перегретого пара. // V Минский международный форум по тепло- и массообмену. Т.2: Тез.докл. -Минск, 2004.-С. 431-433.

114. Сычевский В.А. Применение численных методов к задачам термической деструкции материалов в среде перегретого пара. // Тепло- и массоперенос 2003.: Сб.науч.тр. / ИТМО HAH Беларуси. - Минск, 2003.-С. 74-83.

115. Макунин A.B., Агафонов К.Н. Переработка твердых отходов методом газификации. //ЭКИП.- 2004. -№3. С. 34-37.

116. Плазма в химической технологии. / Пархоменко В.Д., Сорока П.И., Краснокутский Ю.И., Пивоваров М.Н. Киев: Техника, 1986. - 144 с.

117. Артамонов А.Г., Сурис А.Л., Шорин С.Н. Исследование процесса переработки органических отходов в плазменной струе двуокиси углерода. // III всесоюзный симпозиум по плазмохимии.: Тез.докл. М., 1979. - С.149-152.

118. Артамонов А.Г., Сурис A.JI., Шорин С.Н. Исследование процесса конверсии органических отходов в плазменной струе водяного пара. // III всес. симпозиум по плазмохимии.: Тез.докл. М., 1979. - С.153-155.

119. Артамонов А.Г., Сурис A.JL, Шорин С.Н. К расчету высокотемпературного реактора для получения синтез-газов из органических отходов. // Химия машиностроения. М.: МИХМ, 1979. -Вып. 9. -С.21-26.

120. Хаит Ю.Л. Об одном возможном механизме закалки продуктов химических реакций в плазменной струе. / Сб. "Кинетика и термодинамика химических реакций в низкотемпературной плазме". Под ред. Л. С. Полака. -М.: Наука, 1965. С.67.

121. Гершуни С.Ш., Сурис А.Л., Шорин С.Н. Исследование процесса пиролиза природного газа в плазмохимическом реакторе с двухступенчатой закалкой // Химия высоких энергий, 1975. Т. 9. № 6. С. 528-534.

122. Биберман Л.М., Воробьев B.C., Якубов И.Г. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы. М.: Наука, 1982. 275 с.

123. Сурис А.Л. Закалка высокотемпературного газа жидкостью // Химия высоких энергий, 1971. Т. 5. №3. - С. 204-208.

124. Сурис А.Л. Скорость закалки в плазмохимических реакторах. // Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук, 1978. -№3. Вып. 1. С. 16-23.

125. Исследование плазмохимического процесса получения ацетилена из природного газа с закалкой тяжелыми углеводородами. / Гершуни С.Ш., Сурис А.Л., Шорин С.Н., Алексеев Н.В. // Химия высоких энергий, 1975. -Т. 9. №1.-С. 63-69.

126. Кинетика и термодинамика химических реакций в низкотемпературной плазме. Под ред. JI. С. Полака. M.: Наука, 1965. - 554 с.

127. Химические реакции органических продуктов в электрических разрядах / Под ред. И.С. Печуро. М.: 1966. 198 с.

128. Ш.Полак J1.C. Низкотемпературная плазма в нефтехимии. // Нефтехимия, 1967.-Т. 7. №3.-С.463.

129. Моделирование и методы расчета физико-химических процессов в низкотемпературной плазме. Под ред. JI. С. Полака. М.: Наука, 1974. -272 с.

130. Использование плазмы в химических процессах. Пер. с англ. / Под ред. Л. С. Полака. М.: Мир, 1970. 255 с.

131. Процессы и аппараты плазмохимической технологии. / Пархоменко В.Э., Полак Л.С., Сорока П.И. и др. Киев: Вища школа, 1979. 255 с.

132. Ганз С.Н., Мельник А.П., Пархоменко В.Д. Плазма в химической технологии. Харьков: Техника, 1969. 180 с.

133. Плазмохимические процессы / Под ред. Л. С. Полака. М.: Наука, 1979. 220 с.

134. Технологическое применение низкотемпературной плазмы. / Оулет Р., Барбье М., Черемисинофф П. и др. / Пер с англ. // Под ред. H.H. Семашко.-М.: Энергоатомиздат, 1983.143 с.

135. Сурис А.Л., Шорин С.Н. Пиролиз пропан-бутановой смеси в плазменной струе. // Химия высоких энергий, 1967. Т. 1. № 3. - С. 264-267.

136. Валибеков Ю.В., Гутма Б.Е. Исследование пиролиза газоконденсата в водородной плазменной струе. // Сб. "Плазмохимия 71". - М.: ИНХС, 1971. С. 154.

137. Сурис А. Д., Шорин С.Н. Получение ацетилена из различных углеводородных газов в плазмохимическом реакторе. // Химия высоких энергий, 1969.-Т. 3.№2.-С. 105-110.

138. Минц С., Шиманский А., Вырыха С. Синтез ацетилена в струе плазмы. // Сб. "Низкотемпературная плазма". -М.: Мир, 1967. С. 567.

139. Кобзев Ю.Н., Козлов Г.И., Худяков Г.Н. Образование ацетилена и его гомологов в плазменной струе природного газа. // Химия высоких энергий, 1970. Т. 4. № 6. - С. 519-523.

140. Исследование процесса получения ацетилена и этилена из бензина в плазменной струе водорода на установке мощностью 1,5 МВт. / Шмыков Ю.И., Шорин С.Н., Сурис А.Л., и др. // Химия высоких энергий, 1977. -Т. 11.№3.-С. 259-262.

141. Яруллин P.C. Экологически безопасная технология получения низших олефинов высокотемпературным пиролизом мазута. Дисс. на соискание уч. степени к.т.н. Казань, 1999. - 145 с.

142. Конверсия метана в ацетилен в плазменной струе. / Гуляев Г.В., Козлов Г.И., Полак Л.С. и др. // Нефтехимия, 1962. Т. 2. №5. С. 792-794.

143. Козлов Г.И., Худяков Г.Н., Кобзев Ю.Н. Исследование образования ацетилена из метана в плазменной струе водорода при атмосферном и повышенных давлениях. // Нефтехимия, 1967. Т. 7. №2. - С. 224-226.

144. Башлеев В.Б., Лапушонок Л.Ю., Соловьев P.A. Об оптимальном управлении плазмохимическим процессом конверсии метана в ацетилен. // Изв. СО АН СССР. Серия техн. наук., 1970. Вып. 2. №8. - С.34-38.

145. Низкотемпературная плазма. Т. 17. Электродуговые генераторы термической плазмы. / Под ред. М.Ф.Жукова, И.М. Засыпкина. -Новосибирск: Наука, 1999. 711 с.

146. Плазмотроны. Исследования. Проблемы. / Жуков М.Ф., Тимошевский А.Н., Виценко С.П. и др. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1995. 203 с.

147. Даутов Г.Ю., Дзюба В. Л., Карп И.Н. Плазмотроны со стабилизированными дугами. Киев: Наукова думка, 1984.168 с.

148. Даутов Г.Ю., Тимеркаев Б.А. Генераторы неравновесной газоразрядной плазмы. Казань: Изд-во АН РТ «Фан», 1996.200 с.

149. Тазмеев X. К., Тазмеев Б. X. Пористые элементы в генераторах плазмы с жидким электролитным катодом // ИФЖ. 2003. Т. 76, № 4. С. 107-114.

150. Баринов Ю.А., Школьник С.М. Зондовые измерения в разряде с жидкими неметаллическими электродами в воздухе при атмосферном давлении // ЖТФ, 2002. т.72, вып.З. - С. 31-37.

151. Приборы для измерения температуры контактным способом. Справочник. Львов: Издательское объединение "Вища Школа", 1978. 208 с.

152. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений // 2-ое изд., перераб. и. доп. Ленинград: Энергоатомиздат. 1991.304 с.

153. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Т. 2 / Под ред. В.Е. Фортова. М: Наука, 2000. С. 241-246.

154. Гизатуллина Ф. А. Разряд с жидким катодом в процессах обработки поверхностей. Дисс. на соиск. уч. степени к.т.н. Казань, 1995. - 249 с.

155. Галимова Р.К. Характеристики плазменной электротехнической установки с жидкими электродами (электролиты с добавлением неорганических и органических примесей). Дисс. на соискание уч. степени к.т.н. Казань, 1997. - 202 с.

156. Сурис А. Л., Шорин С.Н. Термодинамический анализ процесса получения ацетилена из углеводородов в плазмохимическом реакторе. // Химия высоких энергий, 1969. Т. 3. № 2. - С. 99-104.

157. Гершуни С.Ш., Сурис А.Л., Шорин С.Н. Термодинамический анализ процесса получения ацетилена пиролизом углеводородов в водородной плазме. // Химия высоких энергий, 1975. Т. 9. № 5. - С. 417-422.

158. Сурис А. Л. Термодинамика высокотемпературных процессов. Справочник. М.: Металлургия, 1985.199 с.

159. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. Справочник в 5-ти томах. Т. 1. Методы расчета. / Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П., Худяков В.А. М.: ВИНИТИ, 1971. 266 с.

160. Ватолин H.A., Моисеев Т.К., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах. М.: Металлургия, 1994. 352 с.

161. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания и конверсии органических топлив. / Герасимов Г.Я., Жегульская H.A., Рождественский И.Б. и др. // Математическое моделирование, 1998. Т. 10. №8.-С. 3-16.

162. Сорока Б.С. Сжигание газа с недостатком окислителя и сажеобразование. 1. Термодинамический расчет горения богатых смесей природного газа с воздухом. // Экотехнологии и ресурсосбережение, 2004.-№6.-С. 9-14.

163. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание в 4-х томах. / Гурвич JI.B., Вейц И.В., Медведев В.А . и др. 3-е изд., перераб. и расширен. - Т. 1. Книга 2. - М.: Наука, 1978. 328 с.

164. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание в 4-х томах. / Гурвич JI.B., Вейц И.В., Медведев В.А . и др. 3-е изд., перераб. и расширен. - Т. 2. Книга 2. - М.: Наука, 1979.344 с.

165. Физические величины. Справочник. / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. -М.: Энергоатомиздат, 1991. С. 254.

166. Методика определения предотвращенного экологического ущерба. М.: Гос. комитет РФ по охране окружающей среды, 1999. - С. 71.

167. Порядок определения размера вреда, причиненного окружающей среде несоблюдением нормативов допустимых воздействий. Казань: Министерство экологии и природных ресурсов РТ, 2002. - С. 31.

168. Моисеев И.И., Платэ H.A., Варфоломеев С.Д. Альтернативные источники органических топлив. // Вестник РАН, 2006. Т.76, №5. - С. 427-437.

Информация о работе

Тазмеев, Алмаз Харисович
кандидата химических наук
Казань, 2007
ВАК 03.00.16

Диссертация

Снижение техногенной нагрузки на окружающую среду путем плазмохимической переработки отходов полимеров - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы