Download - Mixed plastic waste (MPW) may be a mixture of two ... · Mixed plastic waste (MPW) may be a mixture of two thermoplastics ... - sink fraction (PS, PVC, PET, ... Glass fibers improves

$Page 1: Mixed plastic waste (MPW) may be a mixture of two ... · Mixed plastic waste (MPW) may be a mixture of two thermoplastics ... - sink fraction (PS, PVC, PET, ... Glass fibers improves$

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


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


J. Brandrup, M. Bittner, W. Michaeli, G. Menges, “Recycling and Recovery of Plastics”, New York, 1996, p. 376.

Application incompatibility



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

Reprocessing Use as fillers

Feedstock

recycling

Energy

recovery


Re-processing for commingled plastics recyclate


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


• 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


• Sorting


• 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


• 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


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


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.%


Intrusion process

The Real process


Intrusion process

Recycled plastic lumber

- replace wood products

- have typical advantages of plastics


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


Extrusion process


- 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


Extrusion process The Greiner & Sohne process


Extrusion process The Greiner & Sohne process


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


Extrusion process: Product

Typical applications:

- building construction

- civil engineering

- sewers & road building

- agriculture & transportation

- horticulture

- traffic control




- 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



The Remaplan GmbH process




- 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



The Wegner & Co. (Weco) Schweisswerk-Behalterbau process


Sinter-molding process: Products surface is often multicolored

- panels (semi-finished products in similar way to chipboard)

- pallets

- packaging materials

- partition walls

- soundproof walls


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


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



Feedstock

recycling

Energy

recovery

Commingled plastic waste recycling : Fillers

use as plastic fillers cost reduction

properties drop down

use as aggregate in concrete for construction materials


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


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


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”


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



Preparation

shredding of the compressed baled

separation of heavy metals

size reduction & washing

separation of plastics according to polymer (optional)

drying

Cleaned plastic regrind



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



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



Feedstock

recycling

Energy

recovery

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



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





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%



Products:

• synthesis gas (mainly H2/CO)

• pure sulfur

• saleable NH4Cl

• vitrified slag secondary building materials

• fines quality matches the fly ash


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


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


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


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


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



Feedstock

recycling

Energy

recovery

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


Incineration


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

Incineration

Type of Incinerator

- เตาเผามลูฝอยแบบมแีผงตะกรบั (Stoker type incinerator)

โดยแผงตะกรบัจะรองรบัขยะใน

เตาเผาและสามารถให้อากาศระบาย

ผ่านได้ เพื่อให้เกดิการเผาไหม้

อย่างสมบรูณ ์


Incineration

Type of Incinerator

- เตาเผามลูฝอยแบบหมนุ (Rotary kiln incinerator)

เกิดการเคลือ่นทีข่องขยะในเตาเผา

ตลอดเวลาการเผาไหม้ ท าให้สัมผสั

อากาศได้ดี เกิดการเผาไหมอ้ยา่ง

สมบูรณ ์


Incineration

Type of Incinerator

- Fluidized bed incinerator

มีตัวกลางน าความรอ้น (ทราย) ในการเก็บพลงังานความรอ้นจาก

การเผาไหมแ้ละถ่ายเทให้กบัขยะในเตาเผา ท าให้ได้ประสิทธิภาพใน

การเผาดีที่สุด เนื่องจากภายในหอ้งเผาจะเกดิการกวนผสม

(turbulent) ของขยะและตัวกลางน าความรอ้นได้อยา่งทัว่ถงึ


Incineration


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


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


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)


Incineration

กระบวนการใชป้ระโยชน์ความรอ้น (Heat utilization process)

ความรอ้นทีไ่ด้จากการเผาสามารถน าไปใชป้ระโยชนไ์ด้ เช่น

-การผลติกระแสไฟฟา้ (Electricity generation) โดยใช้ไอน้ ารอ้น

ไปหมุนกงัหนัไอน้ า

-การผลติน้ ารอ้น (Hot water use) เพื่อใชใ้นกระบวนการผลติทาง

อุตสาหกรรม


Incineration

ข้อดี

- สามารถลดปรมิาตรของมลูฝอยลงได้ 80-90% ของปรมิาตรเดมิ

- สามารถท าลายจุลินทรยีซ์ึ่งอาจก่อให้เกดิโรคได้

- ใช้พื้นทีใ่นการกอ่สรา้งโรงงานเผาน้อย

- สามารถน าความรอ้นทีเ่กิดจากการเผาไปใชป้ระโยชนไ์ด้

ข้อจ ากดั

- ค่ากอ่สร้างและค่าด าเนินการสงู

- ต้องใชบ้คุลากรทีม่คีวามช านาญสงูในการเดินระบบ

- อาจกอ่ให้เกิดปญัหาดา้นมลพิษทางอากาศได้


Incineration


Cement kiln

• การก าจัดของเสยีโดยการเผาในเตาปูนซีเมนต์ เป็นการจัดการ

ของเสยีแบบไมม่กีารเหลอืทิ้ง ( Zero landfill)

• เผาก าจัดในเตาเผาปูนเมด็ ที่อณุหภมูสิงู 1450 oC

• เถ้าทีเ่หลอื จะถูกเผาไหมผ้สมกบัวัตถดุิบ รวมเปน็เนื้อเดียวกบั

ปูนซีเมนต์