KO-PYROLÝZA UHLÍ S PLASTY Na rostoucí produkci komunálního a průmyslového odpadu se v ČR podílejí organické materiály. V polovině 90. let je produkován komunální odpad v množství 310 kg/obyvatele. Zejména směsný komunální odpad představuje závažný problém ekonomický, surovinový i ekologický....
KO-PYROLÝZA UHLÍ S PLASTY
Na rostoucí produkci komunálního a průmyslového odpadu se v ČR podílejí organické materiály. V polovině 90. let je produkován komunální odpad v množství 310 kg/obyvatele. Zejména směsný komunální odpad
představuje závažný problém ekonomický, surovinový i ekologický.
Komunální odpad (KO) není v ČR dosud dostatečně využíván. Z hlediska druhotného využití surovin dochází při skládkování k jejich nenávratné ztrátě. Spalování využívá energetického potenciálu odpadu, jako druhotný zdroj surovin je však odpad opět znehodnocen. Vysoké zastoupení papíru, celulózy a dřeva (21 %) a plastů - PET lahví, fólií, tvrdých plastů, ostatních plastů a pryže (19 %) - dává předpoklady pro využití těchto složek prostřednictvím tepelných procesů.
Mezi tyto postupy lze zahrnout pyrolýzu, zplyňování, zkapalňování a spalování. Jejich historický vývoj je svázán se zpracováním (zušlechťováním) tuhých paliv, zejména uhlí. Na ně navazují postupy společného zpracování organických odpadních látek s uhlím, označované jako ko-processing uhlí s organickými odpady. Složení směsných odpadních plastů odpovídá přibližně skladbě vyráběných plastů s převahou polyetylentereftalátu (PET), polyetylénu (PE), polyvinylchloridu (PVC), polypropylenu (PP), polyuretanu a polyfenolů, které se na výrobě v USA podílejí 83 %. Pouze 4 % směsných odpadních plastů se zde daří mechanicky recyklovat. Pro výběr ko-pyrolýzy jako termického postupu společného zpracování odpadních směsných plastů s uhlím mluví zejména schopnost uhlí být v procesu pyrolýzy donorem vodíku. Nejjednodušší formou ko-processingu odpadních plastů s uhlím je jejich tepelná konverze "pod vlastní atmosférou", tj. ko-pyrolýza.
EXPERIMENTY
Možnosti ko-pyrolýzy odpadních plastů s uhlím byly hodnoceny v Ústavu struktury a mechaniky hornin Akademie věd ČR v letech 1991-1999 v rámci širšího výzkumu ko-procesingu organických odpadů uhlím. K pyrolýze byla použita laboratorní modelová pyrolýzní jednotka. V standardním režimu je proces veden do teploty 900 oC, rychlostí ohřevu 5 oC/min a s časovou prodlevou 30 minut (na doodplynění tuhého zbytku). Zrnitost pyrolyzované směsi je pod 3 mm. Podíl odpadních plastů ve směsi byl většinou volen variantně 0, 15, 30 a 60 %.
Tuhé, kapalné a plynné produkty ko-pyrolýzy jsou samostatně jímány a hodnoceny. Součástí pyrolyzovaných směsí bylo hnědé uhlí (SHR) a černé uhlí (OKR). Jako odpadní plasty byly zvoleny kopolymer ABS (Forsan, Kaučuk Kralupy), který byl modelovou látkou a směsné odpadní plasty MMW (recyklační firma Transform, a. s., Lázně Bohdaneč). U směsných odpadních plastů byla použita těžší frakce, získaná praním ve vodě.
UŽITNÉ PRODUKTY
V hmotové bilanci jednotlivých pokusů byly hodnoceny tuhý produkt (koks), kapalné produkty (dehet, reakční voda) a plynné produkty (pyrolýzní plyn). Byly sledovány výtěžky dehtů a pyrolýzních plynů a jejich charakteristika. Rovněž byl porovnáván vliv volby prekurzoru (hnědého nebo černého uhlí).
Nejvyšší výtěžky užitných těkavých produktů, jako jsou dehet a plyn, byly dosaženy při přídavcích 30-60 % ABS, nebo MMW k hnědému nebo černému uhlí. V celém rozsahu 30-60 % přídavku obou odpadů klesá podíl koksu a stoupá podíl těkavých produktů (dehtu, reakční vody a plynu). Při přídavku 60 % odpadu roste výnos dehtu, který je nejhodnotnějším produktem kopyrolýzy. Výtěžek pyrolýzního plynu závisí jak na použitém druhu uhlí, tak na přidávaném množství a druhu odpadu.
DEHET A PLYN
Hustota dehtu klesá s rostoucími přídavky odpadu, a to při použití hnědého i černého uhlí. Vzhledem k velmi nízkému obsahu síry v obou přidávaných odpadech se sirnatost dehtů s rostoucím přídavkem odpadů snižovala z původních 0,3-0,4 % až na hodnotu 0,1 %. Byly tak získány dehty, které mohou být využity chemicky i energeticky pro substituci nízkosirných topných olejů.
Nezanedbatelnou položkou produktů ko-pyrolýzy je pyrolýzní plyn, jehož výtěžek se pohybuje mezi 10 až 20 % hmotnostních. Obecně platí, že při použití hnědého uhlí je získaný plyn znehodnocen vysokým obsahem oxidů dusíku (jeho podíl činí cca l0-14 % obj. CO a 12-21 % obj. CO2). Katalytickou konverzí oxidu uhelnatého na oxid uhličitý a jeho vypráním je možno získat plyn s dominantním podílem vodíku a metanu.
BUDOUCNOST
Dlouhodobý výzkum ko-pyrolýzy uhlí prokázal možnost získat konverzí směsných odpadních plastů (papíru, celulózy) vysoké výtěžky ušlechtilých produktů, kterými jsou dehet a pyrolýzní plyny. Dále pokračuje výzkum vlastností a využitelnosti získaných dehtů a dalších produktů.
JAROSLAV BUCHTELE,
PAVEL STRAKA,
Ústav struktury a mechaniky hornin
JANA KOVÁŘOVÁ,
Ústav makromolekulární chemie
Konverzí směsných odpadních plastů je možno získat vysoké výtěžky ušlechtilých produktů
