En

Выбор оборудования для переработки отходов полимерных материалов

Существуют ли универсальные линии для переработки отходов пластмасс? Чтобы можно было перерабатывать на них любых отходы — и твердые, и мягкие, причем независимо от степени их загрязненности и типа полимера. Бывает, что даже некоторые производители подобного оборудования положительно отвечают на этот вопрос, которым наверняка задается тот, кто хочет открыть свой бизнес в этой подотрасли. На самом же деле, если речь идет о получении на выходе качественного вторичного продукта, для каждого вида полимерных отходов существует не только своя оптимальная технологическая, но и бизнес-модель переработки. Попробуем более подробно разобраться с этим вопросом.
Е. В. Галихайдаров, основатель и технический директор компании GRAN GARO, генеральный директор ООО «РЕЦИКЛЕН ГРУПП»
Опубликовано в рубрике «Рециклинг»
30 просмотров
Выбор оборудования для переработки отходов полимерных материалов

Забегая вперед, скажем, что право давать советы по выбору оборудования по переработке отходов пластмасс дает нам собственный опыт его разработки и производства в компании GRAN GARO и ежедневной эксплуатации его же на собственном заводе «РЕЦИКЛЕН ГРУПП», который по сути служит базой для «обкатки» тех или иных конструкторско-технологических решений.

Статья подготовлена Е. В. Галихайдаровым по просьбе редакции журнала на основе его же доклада на организованной журналом конференции «Вторая жизнь полимерных материалов» (09.08.2023)

Итак, в любом случае завод по переработке отходов пластмасс в качественный регранулят должен быть оснащен тремя линиями — мойки, гранулирования и водоочистки. Рассмотрим по порядку преимущества и недостатки той или иной комплектации этих линий на примере переработки полиолефинов, отходы которых встречаются, наверное, чаще всего. Но не вдаваясь при этом в более подробное, чем в данной статье, описание узлов указанных линий, считая, что это тема отдельного разговора.

Мойка отходов

В типичную комплектацию линии мойки отходов ПЭ и ПП, предлагаемую, например, рядом китайских или турецких производителей, входит следующее оборудование:

  • дробилка;
  • узел фрикционной мойки;
  • ванна флотации;
  • узел фрикционной мойки;
  • ванна флотации;
  • моющая центрифуга;
  • отжимной пресс.

се вроде бы оптимально и разумно, но… Наш более чем 20-летний опыт показал неэффективность этой технологической схемы процесса, бесполезность некоторых узлов, например фрикционных моек, а также излишнее количество ванн флотации (в приведенном примере их две, но бывают и три). Кроме того, при использовании подобной линии возникает еще и ряд проблем как технологического, так и коммерческого характера. Во-первых: для многих видов отходов шредер будет гораздо более эффективнее и производительнее, чем дробилка. Для тех же, кто планирует работать с большим объемом труб, нужны вообще специализированные шредеры. Во-вторых, на линии с отжимным прессом невозможно будет перерабатывать твердые отходы ПЭ или ПП (канистры, флаконы, поддоны, листы, трубы, брак и т. п.). А этот тип отходов может составлять до половины объема заготовки сырья.

На рисунке у заголовка статьи приведен пример линии GRAN GARO, предназначенной для мойки отходов ПЭ. Ее конфигурация выглядит следующим образом:

  • шредер;
  • интенсивная моющая центрифуга;
  • ванна флотации;
  • интенсивная моющая центрифуга;
  • сушильнаяцентрифуга;
  • узлы сушки и депонирования для последующей подачи в линию гранулирования.
Рис. 1. Примеры шредеров различного типоразмера с производительностью переработки от 500 до 1500 кг/ч (слева направо): GR-900, GR-1300 и GR-1700

Практика показывает, что такая линия позволяет эффективно работать как с твердыми, так и с мягкими отходами полимеров и перерабатывать как слабо, так и сильно загрязненные отходы. Здесь следует вспомнить о трех ее главных задачах: измельчить, отмыть и высушить материал. Кому-то может показаться, что самое главное — это отмыть материал, тем более если речь идет о сильно загрязненных отходах, например, полигонного сбора. И хотя все три функции важны и нужны, но наиболее сложными из них являются измельчение и сушка вторсырья, а собственно мойка — самая простая задача. Поэтому во главе линии — в прямом и переносном смысле — находится не дробилка, а шредер (рис. 1), в который сырье может подаваться даже кипами вместе с проволокой, без предварительной сортировки (рис. 2). Измельченное сырье после шредирования содержит, как правило, много загрязнений (песок, землю, органику, бумагу, фольгу и пр.), но это не «страшно», поскольку будет удалено на следующих стадиях процесса. Здесь следует заметить, что качество конечного гранулята зависит главным образом не от внешних загрязнений, с которыми наше оборудование успешно справляется, а от смешения полимеров разного вида в отмываемых отходах (ПЭВП, ПЭНП, ПП и пр.).

Рис. 2. Внешний вид отходов на входе в шредер (а) и выходе из него (б)

Далее, правильное использование двух интенсивно моющих центрифуг, расположенных до и после ванны флотации, оказывается гораздо эффективней нескольких узлов фрикционной мойки, а главное — позволяет использовать только одну ванну флотации вместо двух или трех. И, наконец, взамен отжимного пресса выбрана сушильная центрифуга, которая подходит для обезвоживания и мягких, и твердых отходов, исключает опасность деструкции полимеров и оставляет на них минимальное количество как влаги, так и грязи (рис. 3).

Рис. 3. Сушильная центрифуга

Типичными для линии гранулирования являются вопросы о выборе вида загрузки, фильтра расплава, узла резки экструдата на гранулы и конфигурации экструзионной секции линии (одно, двух- или трехкаскадная). Рассмотрим по порядку эти вопросы, опираясь, например, на компоновку линии гранулирования GRAN GARO GR-160 (рис. 4).

Рис. 4. Общий вид однокаскадной линии гранулирования модели GR-160

Загрузчик. Из двух наиболее распространенных в настоящее время узлов загрузки материала в экструдер — компактор или засыпной волюметрический бункер — более предпочтительным является компактор ввиду его явных преимуществ. Во-первых, он позволяет подавать в экструдер материал практически с любой насыпной плотностью — и легкую пушонку, и агломерат, и дробленку, и даже очищенные, но не измельченные отходы пленки, спанбонда, мешков и т. д. Во-вторых, он удаляет из материала остаточную влагу и подогревает материал непосредственно перед подачей в экструдер, повышая тем самым энергоэффективность всей линии гранулирования (рис. 5).

Рис. 5. Узел компактирования отмытых отходов

Известным решением является также принудительный загрузочный шнек (force-feeder). Однако его производительность существенно снижается при уменьшении насыпной плотности материала. Кроме того, он не решает проблемы с влажностью и может работать только с сухим материалом.

Экструдер. С технико-экономической точки зрения оптимальным выглядит использование однокаскадного экструдера, который традиционно предлагают практически все ведущие европейские производители. При надлежащей очистке отходов и благодаря правильной конфигурации шнека, узла дегазации, отлаженной совместной работе компактора и шнека, он без проблем справляется со всеми видами отходов, обеспечивая и высокое качество гранулы, и высокую производительность. А двух- или даже трехкаскадные экструдеры следует считать решением, альтернативным по отношению к неэффективному однокаскадному. Понятно, что, если повторить стадии гомогенизации и фильтрации расплава, его качество будет лучше, но, например, два каскада (не говоря уже о трех) — это означает две шнековые пары и два фильтра. Как следствие, линия будет дороже, потребление электроэнергии выше, а обслуживание сложнее, требуя зачастую не одного, а двух операторов. Кроме того, в этом случае материал подвергается дополнительному термическому воздействию, что ему противопоказано из-за опасности деструкции. Если же увеличивать скорость прохождения материала через выбранный двухкаскадный экструдер, то, во-первых, «упремся» в его максимально допустимую производительность, а во-вторых, лишимся всех преимуществ двухкаскадной линии из-за недостаточно качественной гомогенизация материала и его неполной фильтрации. Так что, если и переходить на двух- или трехкаскадное исполнение линии гранулирования, следует понимать, что это — не от «хорошей жизни», а вследствие неэффективности линии мойки отходов и (или) в качестве компенсации конструкторско-технологической слабости узла загрузки и (или) первого экструдера. И надеясь при этом, что не до конца решенные проблемы с влажностью и загрязненностью материала удастся «дорешать» на линии гранулирования.

Тип фильтраПреимуществаНедостатки
ЛазерныйМожет фильтровать сильно загрязненный материал, но лучше всего используется в качестве первого фильтра с тонкостью фильтрации 300-400 мкм
на двухкаскадном экструдере. Требует минимального обслуживания.
При тонкости фильтрации 100 мкм могут быть засорения и повреждения лазерного диска.
При сильном загрязнении сырья или забивании фильтра происходят существенные потери расплава вместе с мусором. Стоимость приобретения –от 200 тыс. евро на 1000 кг/ч
С обратной очисткойВозможна тонкость фильтрации 80–100 мкм,
но при сильном загрязнении материала необходимо либо повышать тонкость фильтрации до 300-400 мкм, либо «смиряться» с потерями расплава.
Стоимость – от 20 тыс. евро на 1000 кг/ч
Фильтрует только не сильно загрязненный материал. При большом количестве загрязнений происходят большие потери расплава вместе с мусором (иногда до 50 %). Требуется оператор для замены сеткипо сигналу
Шиберный фильтр
со сменными сетками
Может фильтровать сильно загрязненный
материал, и работать как единственный фильтр
на однокаскадной линии с тонкостью фильтрации 80–100 мкм. Стоимость – от 30 тыс. евро на 1000 кг/ч
Задействован ручной труд (оператор должен по сигналу менять сетки)
Таблица 1. Преимущества и недостатки различных типов фильтра расплава

Фильтр расплава. Здесь следует заметить, что у каждого из известных на современном рынке фильтров расплава — лазерного, с обратной очисткой или шиберного со сменными сетками — есть свои преимущества и недостатки, приведенные в табл. 1. Критериями сравнения при выборе того или иного решения служат степень загрязнения материала, качество фильтрации, стоимость фильтра и степень использования ручного труда (человеческий фак- тор). Считаем, что из технико-экономических соображений более предпочтительным является шиберный фильтр со сменными сетками, который в два-три раза дешевле, чем, например, лазерный, надежен и прост в эксплуатации и может эффективно работать как единственный на однокаскадном экструдере и фильтровать с тонкостью фильтрации 100 мкм (рис. 6, а).

Рис. 6. Шиберный фильтр со сменными сетками (а) и водокольцевой узел резки (б)

Узел резки. Все три используемые в настоящее время технологии резки экструдата на гранулы — стренговая, подводная или водокольцевая — могут использоваться для разных перерабатываемых материалов и в этом отношении примерно равнозначны (табл. 2). Но с точки зрения известного соотношения «цена (в данном случае — узла резки) — качество (гранулы)» более предпочтительной выглядит водокольцевая (рис. 6, б).

Тип резкиПреимуществаНедостатки
СтренговаяУзел может работать с разными материалами,
в том числе с высокой текучестью, при смене фильер и настроек
Узел неудобен в эксплуатации, так как требует регулярного участия оператора. Велики потери расплава при порыве стренг
ПодводнаяУзел может работать с разными материалами
(с широким диапазоном ПТР – от 0,3 до 80 г/10 мин) при смене фильер и настроек
Высокая стоимость узла резки (от 50 тыс. евро) и расходных компонентов, в частности ножей
ВодокольцеваяУзел может работать с разными материалами при смене фильер и настроек. Надежен и прост в эксплуатации, доступен по цене и не образует больших отходов в процессе эксплуатацииПроблемы резки материалов с высокой текучестью (с ПТР более 40 г/10 мин)
Таблица 2. Преимущества и недостатки различных способов резки

В заключение раздела следует добавить, что особенностью линий гранулирования GRAN GARO является наличие предварительного удлиненного шнека сравнительно большого диаметра, который забирает материал из компактора более эффективно, чем основной шнек с несколькими витками загрузочной части (как у обычных линий), сильнее уплотняет его и, как следствие, обеспечивает более высокую производительность основного экструдера с уже подготовленным подогретым сырьем.

Водоочистка

Необходимо сразу заметить, что комплекс водоочистки, обслуживающий оборотной водой линию мойки, — это сегодня обязательное решение для любого переработчика полимерных отходов как с экологической, так и технико-экономической точки зрения. Допустим, что свежую воду можно заполучить сравнительно недорого, но вот сливать куда-либо грязную не позволяют современные экологические стандарты и законодательные нормы. Но самое главное — это то, что водоочистной комплекс не только экономит расходы, но и «зарабатывает деньги». Экономия расходов достигается за счет обеспечения непрерывного поступления необходимого количества очищенной оборотной воды для мойки отходов пластмасс, причем с минимальным доливом в систему свежей воды. При этом осуществляется эффективное удаление в компактном виде большого количества загрязнений, образующихся в системе водоочистки. А рентабельность производства при наличии эффективной системы водоочистки обеспечивается благодаря высокой производительности как линии мойки, так и линии гранулирования за счет качественной очистки вторичного сырья и бесперебойности работы основного оборудования. Примером служит автоматизированный комплекс физико-химической очистки оборотной воды производительностью до 1000 м3/сут, выпускаемый компанией GRAN GARO (рис. 7). В целом процесс осуществляется в три стадии:

  • механическаяочистка;
  • химическаяочистка;
  • обезвоживание и вывод иловых осаждений.
Рис. 7. Общий вид водоочистного комплекса производительностью до 1000 м3/сут

Ниже приведены основные узлы, входящие в состав комплекса, и их назначение. Первые три осуществляют механическую очистку воды, следующие два — химическую.

Пескоуловитель. Удаляет мелкий гравий и песок из сточных вод. Состоит из безвального
спирально-винтового транспортера и бункера.

Гидрофильтр. Представляет собой самоочищающийся фильтр тонкой механической очистки оборотной воды. Извлекает включения размером до 100 мкм.

Гидравлический компактор. Обезвоживает и уплотняет отходы типа «сечки» после гидрофильтра, на 50 % уменьшая в них содержание влаги.

Станции приготовления и дозирования коагулянтов и флокулянтов. Здесь приготавливаются и дозируются реагенты с производительностью от 100 до 10 000 л/ч в зависимости от типоразмера станции.

Седиментационно-флотационная установка (рис. 8). Служит для осаждения и удаления химически связанных загрязнений, а также для осветления стока. Пластинчатое внутреннее устройство кратно повышает площадь осаждения.

Рис. 8. Седиментационно- флотационные установки различного типоразмера

Шнековый дегидратор. Окончательно обезвоживает иловый осадок, который остается после физико-химической очистки оборотной воды. В противном случае повышенное содержание жидкости в осадке увеличит его массу, объем и затруднит транспортирование и утилизацию. Зачастую здесь для удаления влаги используют дорогостоящие фильтр-прессы и декантеры. В отличие от них предлагаемый шнековый дегидратор осадка дешевле и более эффективен, в том числе с точки зрения энергопотребления. В целом же линия водоочистки может включать до 20 ед. оборудования, после которых до 99 % воды можно запускать обратно в оборот. А работать на полностью свежей воде в настоящее время никто себе не позволит из экономических и экологических соображений.

Заключение

В заключение следует еще раз подчеркнуть, что, по нашему мнению, проверенному практикой, не существует универсального оборудования для переработки отходов пластмасс: полиолефины, ПЭТ, ПВХ, ПС, ПК, АБС-пластики — все по-разному перерабатываются. На российском рынке уже существует много компаний, которые специализируются на том или ином виде сырья, и, соответственно, жесткая конкуренция и «выживание» в ее условиях подразумевают специализацию предприятия. Поэтому компании, которые пытаются перерабатывать все виды отходов или даже концептуально задумываются об этом, заведомо ставят себя в слабую конкурентную позицию.

Имеются, конечно, исключения в виде малых предприятий в отдаленных регионах, где невозможно сфокусироваться на каком-то одном полимере, и компания на каком-то очень простом оборудовании и с большим вовлечением ручного труда пытается перерабатывать все виды отходов, что негативно сказывается на рентабельности бизнеса.

Вместе с тем мы вовсе не отрицаем необходимость гибкости бизнес-моделей производства. Например, начинающему производителю имеет смысл подумать о том, стоит ли инвестировать в линию гранулирования при переработке отходов ПЭТ, если стоимость ПЭТ-флексов сегодня не намного меньше стоимости регранулята. Но это сегодня.

Или взять, например, линию мойки, которая, предположим, не справляется со своей задачей. Тут возможны два решения — или вложиться в ее усовершенствование, или инвестировать в двухкаскадную линию гранулирования с лазерном фильтром на первом каскаде. Но в этом случае нужна более тонкая фильтрация расплава на втором с помощью, например, шиберного фильтра, иначе качество гранулы будет недостаточно для того, чтобы конкурировать на рынке.

И еще. То оборудование GRAN GARO, о котором говорилось, разработано с учетом всех лучших и проверенных решений ведущих европейских производителей. И в настоящее время, например, линию гранулирования примерно на 80 % мы производим самостоятельно, а 20 % — это компоненты из дружественных стран, т.е. никакой зависимости ни от европейских, ни от других недружественных стран в производстве этих линий сейчас у нас нет.

Что же касается экономической стороны вопроса, то практика показывает, что рентабельной переработка отходов становится при производительности 300 т/мес и более. В этом секторе российского рынка время от времени наблюдаются изменения — какие-то малые предприятия «прогорают» и закрываются, какие-то вновь открываются, но более или менее рентабельным бизнес становится именно при указанной производительности. И количество крупных переработчиков становится больше не только в центральном, но и в других регионах России. Потребление никуда не делось, вторичное сырье есть и будет, поскольку полимерных отходов становится все больше, и их нужно перерабатывать. Рециклинг — такая сфера деятельности, зарабатывать на которой сравнимо со своего рода искусством, потому что много составляющих в этом уравнении — по сырью, маржинальности, отходам и потерям, возникающим в процессе рециклинга. И те, кто справляется с этими задачами и «научается» зарабатывать, — задают, в свою очередь, тон производителям оборудования, которые не должны, в свою очередь, «экспериментировать» на заказчике. Именно поэтому требуется соответствующее качественное оборудование, которое будет стабильно и, главное, рентабельно работать, причем сразу же посла запуска производства, выдавая заявленные показатели производительности процесса и качества продукции.

Поделиться материалом:

Другие статьи раздела

En