mixed plastic waste (mpw) may be a mixture of two ... · mixed plastic waste (mpw) may be a mixture...
Post on 28-Jul-2018
216 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Mixed plastic waste (MPW) may be a mixture of two thermoplastics
or a variety of thermoplastics
Commingled plastic waste
Plastic wastes from domestic refuse collection
generally have the following composition,
Polyolefins 70%
PS 9%
PVC 11%
EPS 3%
other 7%
Source
separation
Commingled plastic waste
mixtures of different plastics considerably reduce the quality
of the products made from them
contamination with other nonplastic waste fractions
such as paper, metal, glass, food residues etc.
separation is most difficult
Thermodynamic
incompatibility Application
incompatibility
Problems:
Thermodynamic incompatibility
Commingled plastic waste
J. Brandrup, M. Bittner, W. Michaeli, G. Menges, “Recycling and Recovery of Plastics”, New York, 1996, p. 376.
Application incompatibility
Commingled plastic waste
J. Brandrup, M. Bittner, W. Michaeli, G. Menges, “Recycling and Recovery of Plastics”, New York, 1996, p. 376.
Processing temperature will be
dictated by,
the need to obtain suitable
rheological behavior of the melt
the need to avoid excessive
degradation of any single
component
Commingled plastic waste recycling
Re-processing for commingled plastics recyclate
J. Brandrup, M. Bittner, W. Michaeli, G. Menges, “Recycling and Recovery of Plastics”, New York, 1996, p. 377.
Commingled plastic waste recycling : Reprocess
Pretreatment of mixed plastics • sorting
• preliminary size reduction
• grinding
• agglomeration of film flake
• mixing and interim storage
Processing of mixed plastics
• intrusion process
• extrusion process
• injection molding
• sinter molding process
Commingled plastic waste recycling : Reprocess
• Sorting
Mixed & contaminated wastes need to be sorted before qualified
recycling processes can begin.
Sorting plant
Various separated fractions
- plastic bottles
- film
- mixed plastics
- tinplates
- aluminums
- papers
Commingled plastic waste recycling : Reprocess
• Preliminary size reduction & Grinding
reduce plastic waste in size easily feed into plasticating unit
5 x 5 mm has becomes customary
Rotary cutter
- High flexibility for variation of
plastic types and forms
- screen is set at an exist of
regrinding chamber
- mesh size determines size of
regrind
Commingled plastic waste recycling : Reprocess
• agglomeration of film flake
Ground film material bond together by pressing or fusion process
- bulk density & grain size greatly increase
- ensure good feeding into plasticating unit
- only slightly thermally stress for a short time
Commingled plastic waste recycling : Reprocess
Processing of mixed plastics
Intrusion process
Extrusion process
Injection molding process
Sinter-molding process
• large-surface, thick-walled products can be produced
• products can be painted, pigmented, laminated or coated to
improve the surface quality and appearance
Commingled plastic waste recycling : Reprocess
Intrusion process
- combination of injection molding &extrusion
- mixed plastics are plasticated in extruder, filled in metal mold
and then cooled until product solidifies
- high-melting thermoplastics, foreign matters and contaminants
become embedded in the melt & predominantly in core of product
Demands on feed material:
- Minimum polyolefins proportion ~ 40 wt.%
- Total amount of foreign matters should be <20 wt.%
Commingled plastic waste recycling : Reprocess
Intrusion process
Recycled plastic lumber
- replace wood products
- have typical advantages of plastics
Commingled plastic waste recycling : Reprocess
Intrusion process
Recycled plastic lumber
has properties similar to wood with distinguished advantages -
high chemicals resistance
- wide variety of possible products
can be used substitute wood under following conditions
- applications which wood is endangered by living organisms
- in animal husbandry applications
- fences
- in applications which high wear resistance is required
- in applications which electrical resistance is required
Commingled plastic waste recycling : Reprocess
Extrusion process
Demands on feed material:
- minimum polyolefins proportion should be as high as 50 wt.%
- total amount of foreign matters; paper, thermosets, aluminium,
rubber should be <5 wt.%
- not appropriate to process foreign matter: glass, ceramics,
wood, soil
Commingled plastic waste recycling : Reprocess
Extrusion process
Product: thin-walled hollow profiles (wall thickness ~5 mm.)
- coloring with masterbatch pigment
- reinforcement by addition of wood or paper fibers
(elastic modulus increases 30-80%)
- surface improvement by coextrusion and film coating
- additives addition to improve UV resistance, thermal stability
& modify cold impact resistance
improve the physical & chemical
properties by
Commingled plastic waste recycling : Reprocess
Extrusion process: Product
Typical applications:
- building construction
- civil engineering
- sewers & road building
- agriculture & transportation
- horticulture
- traffic control
Commingled plastic waste recycling : Reprocess
Injection molding process
Demands on feed material:
- may have moisture content of 7 wt.%
- total amount of foreign matters; paper, aluminium, copper,
wood, metal, vet. Oil, paint, sand & rubber should be <30 wt.%
- must be free of large, non-melting foreign particles
might not pass through runners
Commingled plastic waste recycling : Reprocess
Sinter-molding process
Demands on feed material:
- demand on the composition of raw mat. are low
- raw mats. are not required to wash
-foreign matters; aluminium & paper are easily processed along
with plastics
- sink fraction (PS, PVC, PET, others) from plastic waste sorting
can be processed without further additives
Commingled plastic waste recycling : Reprocess
Sinter-molding process
The Wegner & Co. (Weco) Schweisswerk-Behalterbau process
Commingled plastic waste recycling : Reprocess
Sinter-molding process: Products surface is often multicolored
- panels (semi-finished products in similar way to chipboard)
- pallets
- packaging materials
- partition walls
- soundproof walls
Commingled plastic waste recycling : Reprocess
Properties of commingled plastics recyclate
Important variables: - composition of mixed plastics
- composition of contaminants
- type, size & concentration of foreign matters
Addition of fillers or fibers to commingled plastics waste provides
a further means of improving the mechanical properties.
Glass fibers improves strength at break, stiffness
Talc improves stiffness
Compatibilizer improves overall mechanical properties
Commingled plastic waste recycling : Reprocess
Properties of commingled plastics recyclate
Properties Stark Italian Thomas New
Jursey
Tensile strength [Mpa]
Ultimate stress [Mpa]
Elastic modulus [Mpa]
Flexural modulus [Mpa]
Compression modulus [Mpa]
Elongation at break [%]
Notched impact strength [kJ/m2]
Impact resistance [kJ/m2]
13.9-15.6
250-1280
2.8-15.0
3.9-6.7
5.2-17.4
20.5
950
6.8
11.5
14.2
933
811
20.7
7.3
17.1
21.9
794
Commingled plastic waste recycling : Fillers
use as plastic fillers cost reduction
properties drop down
use as aggregate in concrete for construction materials
Commingled plastic waste recycling : Fillers
Advantages for using MPW in building materials
low thermal conductivity thermal insulation components
lightweight dense concrete aggregate
less wear of conveyor equipment
lowering E-modulus with retention of strength
enhances crack resistance of plasters
high intrinsic strength relative to density
Commingled plastic waste recycling : Fillers
Restrictions for using MPW in building materials
flammability high contents of plastics restrict the scope for
application
DIN 4102: building materials used for load-bearing components are
subject to stringent requirements for non- flammability
not all building sectors are wiling to use plastics
considerable effort to obtain approved status;
technical properties, environmental compatibility, hygiene and
industrial medicine
Commingled plastic waste recycling : Fillers
Plastic aggregate in concrete
“Aggregate is the granular structure that is cemented together
with the aid of the water/binder matrix. It consists either of
natural or artificial dense, porous stone or of metals or organic
compounds with particular sizes suitable for making concrete,
and is used as a mixture of particles of the same or different
size”
Commingled plastic waste recycling : Fillers
Plastic aggregate in concrete (plastic grain): Sicowa process
• Raw materials: contaminated commingled plastics waste
20-40% contaminants; paper, metals, glass, food scraps, etc.
MPW Preparation
Compression,
compaction
Thermal treatment
in autoclave
Semi-finished
Plastics products
Size reduction,
Drying & milling
Plastic grains
& flour
Cleaned
plastic regrind
Commingled plastic waste recycling : Fillers
Plastic aggregate in concrete (plastic grain): Sicowa process
Preparation
shredding of the compressed baled
separation of heavy metals
size reduction & washing
separation of plastics according to polymer (optional)
drying
Cleaned plastic regrind
Commingled plastic waste recycling : Fillers
Plastic aggregate in concrete (plastic grain): Sicowa process
Thermal treatment (Autoclaving)
wet plastics (residual moisture of 20-40 wt.%) are treated
hydrothermally in autoclave
with presence of steam, plastics are plastified at set
temperature
( 170 oC) & intensively sterilized and re-cleaned
yielding homogeneously melted semi-finished plastics with a dry
density of 700 kg/m3
Commingled plastic waste recycling : Fillers
Plastic aggregate in concrete (plastic grain): Sicowa process
Size reduction, Manufacture of Grains & Flours
semi-finished products are sized-reduced in cutting mills to
coarse granules (max. diameter = 8 mm)
residual moisture is driven out @ T< 70 oC moisture < 1 wt.%
dried coarse granules are reduced further in size to fine grains
and flours by disc mills
Commingled plastic waste recycling : Feedstock recycling
Examples of MPW feed stock recycling
Texaco gasification process
Polymer cracking process
BASF conversion process
Used as reducing agent in blast furnace
Veba combi cracking process
Pressurized fixed bed gasification
Akzo Nobel steam gasification process
Linde gasification process
NKT pyrolysis process PVC-rich waste
Commingled plastic waste recycling : Feedstock recycling
Texaco gasification process
Combination 2 process steps,
- liquefaction step : plastic waste is cracked under relatively
mild thermal condition
depolymerization results in synthetic
heavy oil & gas fraction
- entrained bed gasifier: @ 1200-1500 oC with steam & O2
Commingled plastic waste recycling : Feedstock recycling
Texaco gasification process
Raw materials:
• process can deal well with up to 10% PVC in feedstock
• non-plastic materials is thought to be around 10%
Material texture Dry, not stick, free
flowing
Plastics content > 90 wt%
Physical
description
Shredded or chipped Free metals < 1 wt%
size < 10 cm PVC content < 10 wt%
Physical fine
content
< 1% under 250 mm Ash content < 6 wt%
Bulk density > 100g/l Residual moisture < 5 wt%
Form @ delivery Baled or agglomerated Paper content < 10 wt%
Commingled plastic waste recycling : Feedstock recycling
Texaco gasification process
Products:
• synthesis gas (mainly H2/CO)
• pure sulfur
• saleable NH4Cl
• vitrified slag secondary building materials
• fines quality matches the fly ash
Commingled plastic waste recycling : Feedstock recycling
Polymer cracking process (BP Chemicals)
• basic separation of non-plastic fraction & size reduction is
required
• fluidized bed reactor operates @ 500 oC in absence of air
Commingled plastic waste recycling : Feedstock recycling
Polymer cracking process (BP Chemicals)
Polyolefins 70-80 wt% Moisture 0.5-1 wt%
Polystyrene 15-30 wt% Metal pieces Max. 1 wt%
PET 3-5 wt% size 1-20 mm
PVC 2-4 wt% Fines sub-250 micron Max. 1 wt%
Total plastic
content
90-95 wt% Bulk density 300-400 kg/m3
Ash 2-5 wt%
Other inputs into a process are;
• electric power: approximately 60 kW/ton feed plastic
• cooling water: 40 m3/ton feed plastic
• steam: 1.2 ton/ ton feed plastic
Commingled plastic waste recycling : Feedstock recycling
The BASF conversion process
• developed for packaging waste recycling
• Cl content is recovered as HCl, NaCl & CaCl2
separation Grinding &
agglomeration
dehalogenation conversion
@400 oC
MPW
products
Commingled plastic waste recycling : Feedstock recycling
The BASF conversion process
Products:
• HCl which is for a small part neutralized or processed in a
HCl acid production plant
• naptha to be treated in a steam cracker
• monomers, e.g. ethylene & propylene, which can be used for
the production of virgin plastic materials
• high boiling oil, which can be processed into synthesis gas or
conversion coke & then transferred for further use
• residues
Commingled plastic waste recycling : Feedstock recycling
The Akzo nobel steam gasification process
• can handle variety of materials; wood,
biomass, MPW or pure PVC waste
• process is centred around two separate circulating fluid bed
(CFB) reactors which are operated at atm pressure
Gasifier Combustor
- fast pyrolysis @ 700-900 oC with
steam
- products: gaseous (fuel gas & HCl)
residual tar
- burn residual tar to provide
heat for gasification
Commingled plastic waste recycling : Energy recovery
Complete combustion: ระบบการเผาไหมท้ีม่ ีO2 และ 3T ที่เพยีงพอ
เพื่อเผาไหมอ้ยา่งสมบรูณ ์ท าให้ได้ heat energy
กระบวนการแปรรปูขยะด้วยกรรมวิธีทางเคม ีโดยการเผาไหมข้ยะใน
เตาเผาภายใตอ้ณุหภูมสิงู 600-1000 CC (โดยทั่วไป 850 CC)
Incineration
“3T”→ ปัจจัยทีค่วบคมุประสทิธิภาพของการเผาไหม ้
-Temperature ท าการควบคมุโดยการปอ้น excess air และ water
spray เพื่อท าการลด T
-Residence time ระยะเวลาการเผาไหมต้อ้งควบคมุให้พอกบัการ
เกิดปฏิกิรยิาอย่างสมบรูณ ์
-Turbulence ต้องควบคมุการกวนผสมใหส้ม่ าเสมอและทัว่ถงึ
เพื่อเพิม่พืน้ทีส่มัผสักบั O2
Commingled plastic waste recycling : Energy recovery
Incineration
Commingled plastic waste recycling : Energy recovery
Incineration
ประกอบด้วยกระบวนการต่างๆ คือ
„ กระบวนการเผา (Incineration process)
„ กระบวนการก าจดัเถา้ (Residue handling process)
„ กระบวนการท าให้ไอเสยีเยน็ลง (Flue gas cooling process)
„ กระบวนการก าจดัไอเสยี (Flue gas treatment process)
„ กระบวนการก าจดัน้ าเสยี (Wastewater treatment process)
„ กระบวนการใช้ประโยชน์ความรอ้น (Heat utilization process)
และยงัมกีระบวนการอืน่ๆ ที่ติดตั้งเพิ่มเติมเพือ่เพิม่ประสทิธิภาพของ
การเผาไหมแ้ละช่วยลดมลพิษทีอ่าจเกิดขึ้น
Type of Incinerator
- เตาเผามลูฝอยแบบมแีผงตะกรบั (Stoker type incinerator)
โดยแผงตะกรบัจะรองรบัขยะใน
เตาเผาและสามารถให้อากาศระบาย
ผ่านได้ เพื่อให้เกดิการเผาไหม้
อย่างสมบรูณ ์
Commingled plastic waste recycling : Energy recovery
Incineration
Type of Incinerator
- เตาเผามลูฝอยแบบหมนุ (Rotary kiln incinerator)
เกิดการเคลือ่นทีข่องขยะในเตาเผา
ตลอดเวลาการเผาไหม้ ท าให้สัมผสั
อากาศได้ดี เกิดการเผาไหมอ้ยา่ง
สมบูรณ ์
Commingled plastic waste recycling : Energy recovery
Incineration
Type of Incinerator
- Fluidized bed incinerator
มีตัวกลางน าความรอ้น (ทราย) ในการเก็บพลงังานความรอ้นจาก
การเผาไหมแ้ละถ่ายเทให้กบัขยะในเตาเผา ท าให้ได้ประสิทธิภาพใน
การเผาดีที่สุด เนื่องจากภายในหอ้งเผาจะเกดิการกวนผสม
(turbulent) ของขยะและตัวกลางน าความรอ้นได้อยา่งทัว่ถงึ
Commingled plastic waste recycling : Energy recovery
Incineration
Commingled plastic waste recycling : Energy recovery
Incineration
กระบวนการก าจัดเถา้ (Residue handling process)
เถ้าทีเ่หลอืจากการเผาม ี2 ประเภท คือ
-เถ้าหนัก (Bottom ash) จะถูกพ่นด้วยน้ า เพื่อปอ้งกนัไมใ่ห้ปลวิ
กระจดักระจาย และถกูรวบรวมไว้ในบอ่เก็บเถ้า
- เถ้าเบา (Fly ash) ซึ่งลอยออกไปทางปล่องไอเสยี จะถูกดกัไว้โดย
อุปกรณก์ าจัดฝุน่ เช่น ไซโคลน (Cyclone) ถุงกรอง (Baghouse
filter) หรือ Electrostatic precipitator (ESP) แล้วรวบรวมไว้ทีบ่อ่
เก็บเถา้
Commingled plastic waste recycling : Energy recovery
Incineration
กระบวนการท าให้ไอเสยีเยน็ลง (Flue gas cooling process)
ไอเสยีทีเ่กดิจากปฏิกริยิาการเผาไหมใ้นเตาเผา ต้องท าให้เย็นลงที่
อุณหภมู ิ 250-300 oC ก่อนผา่นไปยงัระบบก าจัดไอเสยี
การท าให้ไอเสยีเยน็ลงสามารถท าไดโ้ดย
- Water spray โดยตรงไปทีป่ลอ่งไอเสีย → ลดอณุหภมูกิา๊ซ โดยไม่
เอา heat energy ไปใช้ประโยชน์
- การติดตัง้หมอ้ตม้น้ า → ลดอณุหภมูกิา๊ซ โดยทางออ้ม
กระบวนการก าจัดไอเสยี (Flue gas treatment process)
ไอเสยีทีเ่กดิจากการเผามลูฝอยประกอบด้วยฝุน่และกา๊ซหลายชนดิ
ระบบการก าจัดไอเสยีจึงแบง่เปน็ 2 ส่วน ได้แก่
- Dust treatment เช่น Cyclone, Baghouse filter, Electrostatic
precipitator (ESP)
- Wet scrubber-Gas treatment ได้แก่ Wet scrubber โดยใชด้่าง
(NaOH) หรือปนูขาว (Ca(OH)2) ในการก าจัดกา๊ซ HCl, SOx, CO, NOx
Commingled plastic waste recycling : Energy recovery
Incineration
กระบวนการบ าบัดน้ าเสยี (Wastewater treatment process)
น้ าเสยีทีเ่กิดขึ้นในระบบเตาเผา ได้แก่ น้ าเสยีจากกระบวนการท าให้
ไอเสยีเยน็ตัว การก าจัดเถา้ การก าจัดไอเสยี และบอ่รับขยะมลูฝอย
กระบวนการบ าบดัน้ าเสยีจะตดิตัง้บรเิวณกอ่นการระบายน้ าสู่
ภายนอกหรอือาจน ากลบัไปใชใ้หมใ่นระบบ ได้แก่
- การตกตะกอนทางเคม ี(Chemical precipitation)
- กระบวนการทางชีววิทยา เช่น การบ าบดัน้ าเสยีแบบตะกอนเรง่
(Activated sludge: AS)
Commingled plastic waste recycling : Energy recovery
Incineration
กระบวนการใชป้ระโยชน์ความรอ้น (Heat utilization process)
ความรอ้นทีไ่ด้จากการเผาสามารถน าไปใชป้ระโยชนไ์ด้ เช่น
-การผลติกระแสไฟฟา้ (Electricity generation) โดยใช้ไอน้ ารอ้น
ไปหมุนกงัหนัไอน้ า
-การผลติน้ ารอ้น (Hot water use) เพื่อใชใ้นกระบวนการผลติทาง
อุตสาหกรรม
Commingled plastic waste recycling : Energy recovery
Incineration
ข้อดี
- สามารถลดปรมิาตรของมลูฝอยลงได้ 80-90% ของปรมิาตรเดมิ
- สามารถท าลายจุลินทรยีซ์ึ่งอาจก่อให้เกดิโรคได้
- ใช้พื้นทีใ่นการกอ่สรา้งโรงงานเผาน้อย
- สามารถน าความรอ้นทีเ่กิดจากการเผาไปใชป้ระโยชนไ์ด้
ข้อจ ากดั
- ค่ากอ่สร้างและค่าด าเนินการสงู
- ต้องใชบ้คุลากรทีม่คีวามช านาญสงูในการเดินระบบ
- อาจกอ่ให้เกิดปญัหาดา้นมลพิษทางอากาศได้
Commingled plastic waste recycling : Energy recovery
Incineration
top related