Analiza parametrów termicznych i chemicznych procesu spalania odpadów termoplastycznych

Abstract

Nowadays about 60% of world production and consumption of plastic waste are polyolefines and their production is still rising. They are used as packaging, in building engineering, automotive industry or electronic engineering. High calorific value and proper chemical composition of polyolefines (based on carbon and hydrogen) make them ideal for use in wide range of applications. They are used as a substitute for coke or heavy oil, reducing agent of iron ore in steel making processes. The polyolefines can be used as valuable fuel mixed with coal in power plants. This paper outlines thermal decomposition of PE-LD, PEHD, PP which are used in agriculture (greenhouses, agricultural bags) and packaging from household. Influence of ageing on thermal properties, heat effects of chemical processes and gases from thermal decomposition of polymer materials were studied. Thermogravimetry (TG), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Mass Spectrometry coupled with Thermogravimetry (TG-MS) and Infra-Red Absorption Spectroscopy were used as analytical methods. Despite of thermal analysis of polyolefines, laboratory tests were also conducted using custom made pre-combustion chamber, so combustion path was longer. Temperature of combustion process was between 850-1200°C and excess air number λ=1,33÷1,73. Aditionally, kinetic analysis was made for studied polyolefines.

Obecnie, ponad 60% światowej produkcji i zużycia tworzyw sztucznych stanowią poliolefiny, których wielkość produkcji stale rośnie. Są one wykorzystywane do produkcji opakowań, w budownictwie, przemyśle samochodowym czy elektronicznym.| Wysoka wartość opałowa oraz skład chemiczny poliolefin (oparty głównie na węglu i wodorze) sprawia, iż po zużyciu mogą znajdować szerokie zastosowanie. Są wykorzystywane jako substytut koksu i ciężkiego oleju, jako reduktor rud żelaza w procesie wielkopiecowym. Mogą być również cennym paliwem współspalanym z węglem w elektrowniach. W niniejszej pracy przedstawiono procesy termicznego rozkładu PE-LD, PE-HD, PP, które są szeroko stosowane w rolnictwie (szklarnie, worki stosowane w rolnictwie) oraz w gospodarstwach domowych. Zbadano wpływ procesu starzenia na właściwości termiczne, efekty cieplne procesów chemicznych oraz skład gazów powstających w procesie termicznego rozkładu materiałów polimerowych. Wykorzystano metody analizy termicznej: termograwimetrię (TG), różnicową kalorymetrię skaningową (DSC), spektrometrię mas sprzężoną z termograwimetrią (TG-MS) oraz spektroskopię absorpcyjną w podczerwieni. Poza analizą termiczną, wykonano również badania na stanowisku laboratoryjnym ze specjalnie skonstruowaną komorą przedpaleniskową, dzięki której wydłużono drogę spalania. Proces spalania prowadzono w zakresie temperatur t=850÷1200°C i przy współczynniku nadmiaru powietrza λ=1,33÷1,73. Dodatkowo, dla badanych poliolefin przeprowadzono analizę kinetyczną.