XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Актуальность исследования

Мировое производство пластмасс ежегодно возрастает, и это все сопряжено с накоплением отслуживших свой срок пластмассовых изделий, что приводит к ухудшению экологической обстановки, загрязнению воздуха, почвы, грунтовых вод. В связи с этим утилизация отходов пластмасс приобретает важное экономическое и экологическое значение.

Проблема больших городов – утилизация и переработка полиэтилентерефталата (ПЭТФ), являющегося основой для производства бутылок для воды, различных напитков, а также растительных масел, бытовой химии и т.д.

По мере того, как растет потребление ПЭТФ, увеличивается и количество отходов. Отходы образуются уже на стадии производства, а также на всех стадиях переработки (экструзия, литье, вакуум – формование), и в зависимости от применяемого сырья и технологии производства могут составлять от 0,5 до 2,5 %.

Основной вклад в количество отходов ПЭТФ для вторичной переработки вносят пластиковые бутылки из-под напитков и других продуктов.

Проблема рециркуляции ПЭТФ привлекает внимание широкого круга исследователей в связи с тем, что молекулы этого полимера имеют слишком большой размер для их естественного разложения в природе. Продолжается поиск путей осуществления химического процесса трансформации ПЭТФ в мономеры.

Решением проблемы, позволяющим снизить негативное влияние на окружающую среду, может стать развитие и применение технологий переработки полимерных отходов.

Гипотеза исследования: использование вторичного ПЭТФ, отходов пластиковой тары очень выгодно. Из этого материала путем переработки можно получать ценное химическое сырье.

Объектом исследования являются отходы ПЭТФ.

Предмет исследования – технологии вторичной переработки ПЭТФ.

Цель исследования: выбор и обоснование технологии переработки отходов ПЭТФ

Задачи исследования:

проведение патентного и литературного поиска по исследованию методов и технологий переработки ПЭТФ;

обоснование и выбор технологии переработки ПЭТФ в промышленности.

Практическая значимость: обоснован выбор технологии вторичной переработки ПЭТФ.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Переработка вторичного полиэтилентерефталата

К вторичному ПЭТФ относят технологические отходы и отходы производственного и бытового потребления.

Технологические отходы (кромки, высечки, лит­ники, обрезки, слитки, лента, крошки, обрезь и т.д.) возникают в процессе синтеза и переработки ПЭТФ и эффективно перерабатываются посредством повторного использования.

Отходы производственного и бытового потребления ПЭТФ — это контейнеры для расфасовки и упаковки жидкостей, бытовой химии, паст,
по­рошков.

ПЭТФ является одним из наиболее стойких полимеров, и его деполимеризация в естественных условиях протекает крайне медленно. Поэтому разрабатываются различные методы переработки отходов
ПЭТФ – механические, термические и химические.

Термический способ переработки

Авторами [1] разработан способ утилизации полимерных отходов (остатки пластиковой упаковки, медицинские отходы, отработанные резинотехнические изделия и другие), накопление которых представляет опасность с точки зрения загрязнения окружающей среды. В основе способа лежит технология получения топлива в результате проведения пиролиза полимерных отходов. Реакцию пиролиза проводят в температурном интервале 350 – 600°С при атмосферном давлении. В результате пиролиза получают пригодные для дальнейшего применения в качестве топлива различные жидкие нефтеподобные фракции, которые являются углеводородной смесью сложного состава, а также горючий газ, пригодный для сжигания с целью получения энергии.

Наиболее ценные составляющие продуктов получаемые в результате пиролиза полимерных материалов: бензол, толуол, о-, м- и п-ксилолы, стирол, изопрен, ацетон, нафталин, кумарон, крезолы, фенантрен, антрацен, пиррол, азотсодержащие: карбазол, индол, пиридиновые и пиколиновые соединения, серосодержащие: тиофен, сероуглерод и др.

Процесс пиролиза проводился на лабораторной установке (рисунок 1).

Рис. 1 – Установка пиролизной переработки полимерных отходов

Предварительно подготовленная смесь из полимерных отходов загружается в реторту 2. В качестве реторты использована металлическая емкость обьемом 10 л, крышка которой оборудована отводной трубкой. Отводная трубка соединена с конденсатором 3. Реторту с загруженным сырьем помещают в пиролизную печь 1. Нагрев внутренней камеры печи осуществляется постепенно со скоростью подъема температуры 5-10 градусов в минуту. В слоях отходов, прилегающих к стенкам реактора, происходит высушивание и нагрев сырья, и далее тепло передается в середину массы, где в бескислородной среде происходит термическое разложение материала. Молекулярные связи под действием температуры начинают разрушаться, что сопровождается образованием пирогазов, из-за чего начало процесса сопровождается резким увеличением давления в реторте, и система переходит в рабочий режим. Изначально установка работает на внешних теплоносителях, а после стабилизации процесса переходит на выделяемый в результате разложения пиролизный газ.

Газы по отводной трубке попадают в конденсаторы 3 и 4, где с понижением температуры изменяют свое агрегатное состояние, переходя в жидкую фазу. В результате пиролиза сложные полимерные цепи преобразуются в более простые соединения парафинового, олефинового, циклического, ароматического и гетероциклического классов, сконденсировавшаяся смесь которых собирается в сборнике 6, откуда она направляется на фракционную перегонку в колонну 7, где подвергается дальнейшей переработке. Несконденсировавшиеся пирогазы для конденсирования которых требуются более низкие температуры и повышенное давление, а также парогазовая смесь, образующаяся при фракционировании, собираются в промежуточном сборнике газов 5, откуда поставляются потребителям или подаются на дожигание в пиропечи, что тем самым исключает их выброс в атмосферу. Полученный в результате данного процесса шлам, представляющий собой золу, собирают и брикетируют либо направляют в специальный отвал для хранения.

Несмотря на перспективы и преимущества данного способа по утилизации полимерных отходов (не только ПЭТФ, но и ПП, ПЭ и др.), существуют некоторые вопросы технического характера, влияющие на рентабельность пиролитической утилизации полимеров в целом.

Главным недостатком пиролиза является необходимость предварительной сортировки отходов. При использовании для пиролиза неотсортированных, а также отсортированных отходов, получить из них значительное количество жидкого топлива, либо иных полезных веществ со стабильными характеристиками затруднительно. Также, требуется высокотехнологическое оборудование способное выдержать высокие температуры. Поэтому данный способ не является рентабельным.

Механический способ переработки

Механическая переработка заключается в переработке как чистых, незагрязненных, однотипных отходов ПЭТФ, так и смеси полимерных материалов (ПП, ПЭВД, ПЭНД, этикетки, клей и др.) с той или иной степенью загрязнения.

Данный способ относительно простой и требует малых капиталовложений, но трудоемкий в реализации и имеет множество стадий к получению нужного результата – переработанные остатки или отходы либо смешиваются с исходным материалом путем термического сплавления – экструзии, либо используются как второсортный материал.

На рисунке 2представлена схема станции по восста­новлению ПЭТФ из бутылок.

Рис. 2 – Схема станции по переработке ПЭТФ-бутылок

Бутылки из ПЭТФ собираются и сортируются вручную или с помощью оборудования, различаю­щего цвет. При машинной сортировке электроника за считанные доли секунды распознаёт посторонние материалы, такие как ПВХ, стекло и другие, удаля­ет их, а также сортирует бутылки по размеру и фор­ме. Бутылки затем соединяются в кипы и отправля­ются на завод по вторичной переработке.

Кипы бутылок из ПЭТФ перемещаются погрузчи­ком на ленту конвейера. После удаления проволок, которые скрепляют кипы, они разбиваются в бара­бане сепаратора, из бутылок удаляются крупные частицы грязи. Бутылки режутся на крупные фраг­менты на двух резаках, которые затем на режущих мельницах превращаются в частицы одинакового размера. В результате получается смесь из измель­ченных бутылок из ПЭТФ, этикеток и бутылочных крышек. Бумага и этикетки отделяются от потока с помощью воздушного сепаратора, затем остатки этикеток смываются в ходе интенсивной мойки. Далее следует флотационный процесс, при этом легкие фракции (бутылочные крышки из полиоле­финов) отделяются от тяжелой фракции (ПЭТФ). После надлежащей сушки полиолефины использу­ются повторно.

Для удаления загрязнений частицы ПЭТФ да­лее смешиваются с раствором каустической соды (NaOH) в ёмкости с мешалкой, и эта смесь медлен­но (несколько часов) движется через вращающу­юся сушильную печь длиной 26 м. Под действием температуры и потока воздуха посторонние мате­риалы в конце сушильной печи удаляются, а суспензия чистого ПЭТФ фильтруется. Далее ПЭТФ промывается и сушится. Мелкие частицы металла извлекаются из перемолотого материала сепарато­ром. Переработанный материал поступает в сорти­ровщик со спектрометром, определяющим цвет и гарантирующим цветовую чистоту. В спектрометре спектр каждой частицы сравнивается с опорным сигналом. Пневматические сопла удаляют несорти­рованный материал [2-4].

После очистки и сортировки переработанный ПЭТФ смешивается с первичным ПЭТФ в экструдере, путем термического сплавления. Конечным результатом является получение гранул ПЭТФ.

Вторичная переработка ПЭТФ механическим спо­собом имеет определённые трудности и ограничения:

следы от наклеек и клеев (на основе канифо­левых кислот и сложных эфиров) приводят к потере прозрачности и изменению цвета ПЭТФ;

недостаточно высушенный и содержащий остаточную влагу ПЭТФ легко деструктируется при переработке.

хлопья ПЭТФ должны быть разделены по цвету;

засоренность такими включениями, как ПВХ, бумага, клей, грязь, должна быть минимальной;

внутренняя вязкость (или молекулярная мас­са) должна сохраняться близкой к первоначальным значениям;

Недостатки данного метода сильно сказываются на качестве конечного продукта в негативную сторону. И к качеству вторичного ПЭТФ предъявляются высокие требования.

Химический способ переработки

Одним из перспективных методов химической переработки ПЭТФ является метод щелочного гидролиза. Под действием сильных щелочей (преимущественно КОН или NaOH) при нагревании ПЭТФ деполимеризуется с образованием соли ТФК и этиленгликоля. При подкислении ТФК осаждается из раствора, отфильтровывается, промывается и сушится. Полученная терефталевая кислота, в зависимости от достигнутой чистоты, может в дальнейшем быть использована как для получения ПЭТФ, так и для получения, например, нетоксичных терефталатных пластификаторов для ПВХ.

Процессы щелочного гидролиза, как правило, проводят при повышенных температурах и/или давлении, что делает их малопривлекательными с экономической точки зрения из-за высокого потребления энергии или необходимости использования оборудования, способного выдерживать высокое давление. Как следствие, существует большая потребность в разработке процессов, которые в дополнение к их эффективности могут также быть привлекательными экономически.

Известен способ щелочного гидролиза ПЭТФ в водных и водно-спиртовых и спиртовых растворах щелочи с концентрацией 4-20%. Для получения высокой степени конверсии ПЭТФ в этих условиях требуется высокая степень измельчения ПЭТФ, большой избыток щелочи, высокие температуры и давление, значительная длительность процесса [5].

Известен способ щелочного гидролиза ПЭТФ сильными основаниями (КОН или NaOH) в спиртовой среде при температуре кипения при атмосферном или повышенном давлении. Процесс наиболее эффективен при температуре 147-183°С при использовании высококипящих спиртов (октанола, этиленгликоля, гексанола), которые являются дорогим и дефицитным продуктом [6].

Наиболее близким по технической сущности является способ получения ТФК из отходов ПЭТФ, включающий разложение измельченного ПЭТФ щелочью в среде этиленгликоля при 130-190°С, причем наилучшие результаты, как следует из примеров, достигаются при использовании высоких температур 180-190°С [7]. Недостатком известного способа является использование в качестве среды дорогостоящего и токсичного этиленгликоля и высоких температур, что повышает себестоимость процесса.

Это процесс наиболее затратный, чем механическая и термическая переработка, и приводит к более высокой стоимости производства химически переработанного ПЭТФ по сравнению с исходным ПЭТФ. Поэтому химическая переработка должна осуществляться в широком масштабе, чтобы стать экономически целесообразной.

По сравнению с другими методами рециркуляции химическая переработка является единственным методом, который соответствует принципам экологичности, поскольку позволяет получать дополнительные ресурсы для производства ПЭТФ. И поэтому разработка и реализация данного метода является целесообразной.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Лабораторный эксперимент

На основании полученных данных, с учетом изученных недостатков предложенных способов химической переработки вторичного полиэтилентерефталата (ПЭТФ), авторами Лакеев С. Н., Ишалина О. В., Миннигулов Р. З. предложен лабораторный эксперимент, суть которого заключается в исследовании процесса щелочного гидролиза вторичного ПЭТФ с выделением целевого продукта – терефталевой кислоты (ТФК) и подборе оптимальных условий для проведения процесса [8, с. 4].

Способ щелочного гидролиза отходов ПЭТФ с получением терефталевой кислоты, включает проведение гидролиза ПЭТФ гидроксидом натрия в среде флотореагента-оксаля Т-92 при нагревании с последующим добавлением воды в реакционную массу до полного растворения образовавшейся динатриевой соли ТФК, отделением водного слоя от флотореагента-оксаля Т-92, осаждением ТФК из водного раствора концентрированной соляной кислотой с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой ТФК, при этом отходы ПЭТФ используют в виде хлопьев размером 3-5 мм, реагенты берут в массовом соотношении ПЭТФ:NaOH:флотореагент-оксаль Т-92=1:(0,5-0,8):(4-6) и процесс гидролиза ведут при температуре 130-150°С и атмосферном давлении в течение 3-5 ч.

Флотореагент-оксаль Т-92, отделенный от водного слоя, после осушки можно использовать в рецикле. Этиленгликоль может быть выделен из водного слоя путем ректификации и использоваться как товарный продукт.

Щелочь берется в избытке к стехиометрическому количеству, так как при соотношении (масс.) ПЭТФ:NaOH менее 1:0,5 степень конверсии ПЭТФ снижается, а время гидролиза увеличивается. Оптимальным является соотношение (масс.) ПЭТФ:NaOH 1:0,8, при котором степень превращения ПЭТФ составляет ~98% (таблица 1).

Таблица 1

Влияние соотношения ПЭТФ : NaOH на степень превращения ПЭТФ
(T = 145°С; ПЭТФ : флотореагент-оксаль Т-92 = 1:5)

№	Массовое соотношение ПЭТФ : NaOH	Степень превращения ПЭТФ
1	1 : 0,5	92,6
2	1 : 0,6	93,8
3	1 : 0,7	96,5
4	1 : 0,8	98,0
5	1 : 0,9	98,4
6	1 : 1	98,6

Дальнейшее увеличение соотношения ПЭТФ:NaOH более 1:0,8 не приводит к значительному росту степени превращения ПЭТФ и ведет к непроизводительному расходу реагентов.

Оптимальное соотношение флотореагента-оксаля Т-92 и ПЭТФ, при котором происходит достаточное разбавление реакционной массы, находится в интервале (4-6):1, уменьшение приводит к неоднородности реакционной массы и высокой вязкости, увеличение - к необоснованному расходу реагента.

Повышение температуры благотворно сказывается на скорости реакции разложения. Исследование влияния температуры на процесс гидролиза показал, что оптимальным является интервал 130-150°С, при котором разложение ПЭТФ проходит в течение 3-4 ч (таблица 2).

Таблица 2

Влияние температуры на время протекания процесса гидролиза (соотношение (масс.) ПЭТФ : NaOH : флотореагент-оксаль
Т-92 = 1 : 0,8 : 5; T=145°С)

№	Температура, °C	Время протекания процесса, ч
1	120-125	6
2	130-135	4
3	140-145	3,5
4	145-150	3

При более высоких температурах наблюдается налипание частиц ПЭТФ на стенки колбы, а также слипание частиц ПЭТФ между собой, что уменьшает контактную поверхность реагентов и степень разложения ПЭТФ. При более низких температурах требуется больше времени для полного разложения ПЭТФ.

Химизм процесса осуществлялся в две стадии:

1 стадия – гидролиз ПЭТФ гидроксидом натрия с образованием динатриевой соли терефталевой кислоты, этиленгликоля и воды:

2 стадия – нейтрализация динатриевой соли ТФК соляной кислотой:

Процесс щелочного гидролиза ПЭТФ с получением ТФК осуществляли следующим образом [8, с. 5].

В трехгорлую круглодонную колбу, снабженную термометром, механической мешалкой и обратным холодильником, помещали расчетные количества вторичного ПЭТФ в виде хлопьев размером 3-5 мм и флотореагента-оксаля Т-92, раствор нагревали при перемешивании до 40-50°С и добавляли расчетное количество NaOH. Температуру поднимали до
130-150°С и перемешивали до получения однородной суспензии. По окончании процесса гидролиза реакционную массу остужали, приливали расчетное количество воды и перемешивали при 70°С до полного растворения терефталата натрия.

Реакционную массу далее переносили в делительную воронку, отстаивали для разделения слоев и отделяли водный слой, содержащий этиленгликоль и динатриевую соль ТФК, от органического слоя флотореагента-оксаля Т-92. Водный слой фильтровали под вакуумом для отделения непрореагировавшего ПЭТФ и нейтрализовали концентрированным 38%-ным раствором соляной кислоты до рН 3-4. Выпавшую в осадок ТФК отфильтровывали под вакуумом, промывали водой и сушили при 120°С в сушильном шкафу. Для повторного использования флотореагент-оксаль Т-92 вакуумировали на роторном испарителе при 93°С для удаления воды, сушили над CaCl2 и фильтровали.

Результаты эксперимента представлены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты экспериментальных данных

№	Взято	T р-ции, °C	Время реакции	Получено	Степень конверсии, %
1	ПЭТФ 44,5 г; NaOH 22,25 г. флотореагент-оксаль 178 г; Соотношение ПЭТФ:NaOH:флотореагент-оксаль Т-92 1:0,5:4 Количество воды для растворения терефталата натрия 900 мл.	145	3 ч 15 мин	ТФК 34,3 г; Остаток непрореагировавшего ПЭТФ 3,3 г.	92,6
2	ПЭТФ 46 г; NaOH 23,1 г. флотореагент-оксаль 226 г; Соотношение ПЭТФ:NaOH:флотореагент-оксаль Т-92 1:0,5:5,7 Количество воды для растворения терефталата натрия 900 мл.	140-145	3 ч 30 мин	ТФК 34,3 г; Остаток непрореагировавшего ПЭТФ 3,4 г.	92,6
3	ПЭТФ 44 г; NaOH 35,2 г. флотореагент-оксаль 221 г; Соотношение ПЭТФ:NaOH:флотореагент-оксаль Т-92 1:0,8:5 Количество воды для растворения терефталата натрия 900 мл.	145-150	3 ч	ТФК 35,2 г; Остаток непрореагировавшего ПЭТФ 0,9 г.	98

Терефталевая кислота получается в виде белого кристаллического порошка с кислотным числом 656-658 мг КОН/г. Для сравнения ТФК, получаемая щелочным гидролизом в этиленгликоле, имеет кислотное число 614 мг КОН/г, а техническая ТФК, получаемая окислением п-ксилола, имеет кислотное число 664 мг КОН/г. Теоретическое кислотное число ТФК - 674 мг КОН/г. Значение кислотного числа ТФК, полученной по заявляемому способу, свидетельствует о достаточно высокой чистоте продукта, который без дальнейшей очистки может использоваться для синтеза востребованных на рынке сложноэфирных терефталатных пластификаторов ПВХ.

Таким образом, лабораторный эксперимент химической переработки ПЭТФ в ТФК методом щелочного гидролиза позволяет получить ТФК высокого качества.

2.2. Описание технологической схемы

Проведенный лабораторный эксперимент показывает принципиальную возможность получения терефталевой кислоты из полиэтилентерефталата путем омыления эфиров при нагревании их со щелочами.

На основании проведенных лабораторных исследований авторами Лихачева Н. А., Белякова В. Н., Прозорова О. Б., была предложена технология получения ТФК из вторичного ПЭТФ [9]. Данная технология включает в себя несколько этапов (рисунок 3):

в реакторе при температуре 140–150 °С и давлении 1 МПа в течение 3 ч осуществляется перемешивание ПЭТФ с раствором гидроксида натрия в этиленгликоле;

отделение непрореагировавшего ПЭТФ от раствора. Осуществляется при температуре не ниже 150°С, т.к. ниже этой температуры терефталат натрия плохо растворяется в воде и в виде твердых кристаллов соли отделяется вместе с непрореагировавшим ПЭТФ;

получение терефталевой кислоты путем смешения раствора, отделенного от ПЭТФ, с раствором серной кислоты. Температура ведения процесса 40–50°С;

отделение терефталевой кислоты от этиленгликоля и воды проводят фильтрацией в барабанном вакуум-фильтре;

разделение смеси этиленгликоля с водой проводят в разделительной колонне при температуре 200°С, где часть этиленгликоля возвращается на первый этап переработки для размягчения ПЭТФ.

Рис. 3 – Принципиальная технологическая схема процесса получения терефталевой кислоты из вторичного полиэтилентерефталата

Б-1 – бункер-накопитель; БФ-1 – барабанный фильтр; ВК-1 – выпариватель-кристаллизатор; Е-1,2,3,4,5 – емкости; К-1 – ректификационная колонна; КП-1 – компрессоры; Н-1,2,3,4,5,6,7,8,9 – насосы; Р-1,2,3 – реакторы; СШ-1 – сушильный аппарат; Т-1 – теплообменник; Х-1,2,3 – холодильник-конденсатор; Ф-1 - фильтр

В реактор Р-1 из бункера Б-1 поступает измельченный полиэтилентерефталат ПЭТФ, из емкости Е-1 насосом Н-2 закачивается гидроксид натрия NaOH с концентрацией щелочи 19,07 моль/л, туда же закачивается оборотный этиленгликоль (ЭГ) с температурой 206 °C. В реакторе Р-1 происходит процесс разложения полиэтилентерефталата при температуре 140-150 °C и давлении 101,3 кПа.

Для поддержания температуры процесса, в силу экзотермичности целевой реакции, реактор Р-1 снабжен рубашкой, в который подается водяной пар с давлением 2,4 МПа.

Из реактора Р-1 смесь подается на фильтр Ф-1, где происходит отделение непрореагировавшего ПЭТФ от раствора. Раствор после Ф-1 насосом Н-1 подается в холодильникеХ-1, где охлаждается до температуры
30 °С и отправляется на получение терефталевой кислоты (ТФК) в реактор
Р-2, в котором при температуре не более 60°С и давлении 101,3 кПа происходит выделение ТФК из терефталата натрия под действием серной кислотой H₂SO₄, которая подается насосом Н-3 из емкости Е-2.

Смесь продуктов реакции из реактора Р-2 насосом Н-4 откачивается в вакуумный барабанный фильтр БФ-1, где происходит отделение терефталевой кислоты от жидкой части смеси. Далее ТФК поступает на просушку в сушильный аппарат СШ-1, куда компрессором КП-1 подается воздух. Просушенная ТФК выводится с установки в качестве готового продукта.

Отделенный раствор из БФ-1 поступает в реактор Р-3, где происходит нейтрализация непрореагировавшей серной кислоты гидрокарбонатом натрия NaHCO₃, который поступает в реактор насосом Н-5 из емкости Е-3.
В результате образуется углекислый газ, сбрасываемый в атмосферу, и сульфат натрия Na₂SO₄.

Раствор из реактора Р-3 насосом Н-6 поступает в межтрубное пространство выпаривателя-кристаллизатора ВК-1, в трубное пространство которого подается водяной пар. Полученный сульфат натрия выводится с установки в качестве побочного продукта.

Образовавшаяся смесь воды и этиленгликоля с верха выпаривателя-кристаллизатора ВК-1 охлаждается в холодильнике-конденсаторе Х-2, проходит через емкость Е-4 и насосом Н-7 подается в отпарную колонну К-1. Сверху колонны выводятся водяные пары, которые конденсируются в холодильнике Х-3. Водный конденсат поступает в емкость Е-5, из которой балансовое количество воды поступает на орошение колонны К-1, другая часть насосом Н-9 откачивается в канализацию сточных вод. С низа колонны К-1 насосом Н-8 откачивается этиленгликоль, часть которого, подогреваясь в теплообменнике Т-1 водяным паром, возвращается в куб колонны К-1, другая часть поступает в реактор Р-1. Балансовое количество ЭГ выводится с установки.

Данная технологическая схема позволяет получать терефталевую кислоту высокого качества. Имеется возможность рециркуляции непрореагировавшего ПЭТФ в реакторе Р-1, что делает данную технологию замкнутой. В ходе процесса щелочного гидролиза образуется достаточное количество побочных продуктов:

этиленгликоль, образующийся в процессе ректификации в колонне К-1, который можно использовать для получения чистых гранул ПЭТФ, путем этерификации терефталевой кислоты этиленгликолем, но потребуется дополнительная установка по очистке этиленгликоля от примесей;

сульфат натрия, который используется в получении стиральных порошков, целлюлозы, стекольном производстве, а также в текстильной, кожевенной промышленности и цветной металлургии;

сточные воды, которые образуется в результате гидролиза ТФК гидроксидом натрия, что является минусом данной технологии и требует тщательной очистки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время в России не развита отрасль получения терефталевой кислоты из вторичного полиэтилентерефталата. Разработка и внедрение данной технологии поможет решить проблему загрязнения окружающей среды и экономии ресурсов. Исследования подтвердили, что, используя рециклинг, можно получать материалы с характеристиками, близкими к характеристикам первичного исходного материала. Стабильность поступления, свободная доступность и большой объем отходов ПЭТФ делают его вторичную переработку рентабельной.

В работе рассмотрены основные направления переработки полимерных отходов и изучены основные аспекты переработки вторичного полиэтилентерефталата. В результате проведенных исследований и патенто-литературного поиска, выбрана технология химической переработки ПЭТФ в терефталевую кислоту, которая является важнейшим соединением в различных областях промышленности, методом щелочного гидролиза, и рассмотрен эксперимент данного метода.

Представлена принципиальная технологическая схема химической переработки ПЭТФ в ТФК, определены основные оптимальные параметры процесса переработки. Несмотря на высокие капиталовложения, данная технология является целесообразной с экономической и экологической точек зрения.

Из терефталевой кислоты синтезируют прозрачный термостойкий полимер полиэтилентерефталат. Большое значение имеют эфиры терефталевой кислоты – диэтилтерефталат и диметилтерефталат. Диметиловый эфир терефталевой кислоты является одним из важнейших химических продуктов, используемых для производства полиэфирных волокон, полиоксадиазолов, полибензимидазолов, алкидных смол и пластификаторов (диоктилтерефталат ДОТФ и дибутилфталат ДБФ. Также, терефталевая кислота используется в красках в качестве носителя, в фармацевтической промышленности в качестве сырья для производства некоторых лекарств.

В ходе практики освоены методы поиска и анализа научной литературы, проведен обзор патентов и научных статей, в области вторичной переработки полиэтилентерефталата.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Торосян Г. О., Исаков А. А. Разработка эффективного способа утилизации полимерных отходов / Г. О. Торосян, А. А. Исаков. – Текст : непосредственный // Химическая безопасность. – 2017. – Т. 1. – № 2.
– с. 198-204.

2. Вторичная переработка пластмасс / редактор Ф. Ла Мантия. –
Санкт-Петербург : Издательство Профессия, 2007. – 400 с. – Текст : непосредственный.

3. Бондалетова Л.И. Процессы переработки сырья и рациональное использование природных ресурсов: учебное пособие / Л. И. Бондалетова,
В. Г. Бондалетов. – Томск : Издательство ТПУ, 2006. – 160 с. – Текст : непосредственный.

4. Утилизация и вторичная переработка тары и упаковки из полимерных материалов : учебное пособие / А. С. Клинков, П. С, Беляев, В. К. Скуратов
[и др] ; Издательство Тамбовского государственного технического университета. – Тамбов, 2010. – 100 с. – Текст : непосредственный.

5. Pitat J., Bacak M. A method of processing waste of polyethylene terephthalate by hydrolysis. Patent GB, № 822834A, – 1959. – Direct text.

6. Fregoso-Infante A., Vega-Rangel R., Figueroa-Gomez-Crespo M. Chemical process for recycling polyethylene terephthalate (PET) Waste. Patent US 2007219339, – 2007. – Direct text.

7. Yazaki J., Sakano K., Funakoshi N., Tanaka K. Process for recovering terephthalic acid from pulverized product of spent polyethylene terephthalate and system for use in such process. Patent US, № 6580005, – 2003. – Direct text.

8. Патент 2616299 Российская Федерация, МПК C08J11/16 C08J11/22 C07C63/26 C07C51/347. Способ щелочного гидролиза отходов ПЭТФ с получением терефталевой кислоты : № 2016119454 : заявл. 19.05.2016 : опубл. 14.04.2017 / Лакеев С. Н., Ишалина О. В., Миннигулов Р. З. ; патентообладатель Общество с ограниченной ответственность. «ХИМТЕХ-ИНЖИНИРИНГ». – Текст : непосредственный.

9. Лихачева Н. А., Белякова В. Н., Прозорова О. Б. Разработка технологии получения терефталевой кислоты из отходов полиэтилентерефталата / Н.А. Лихачева, В.Н. Белякова, О.Б. Прозорова. – Текст : электронный // Сетевое издание «Нефтегазовое дело». – 2020. – № 2
– URL : http://ogbus.ru/files/ogbus/issues/2_2020/ogbus_2_2020_p175-185.pdf (дата обращения : 10.07.2020).

Код для цитирования: Скопировать