Zplyňování odpadních polymerů

Abstract

Tato disertační práce se zabývá možnosti využití termických redukčních metod zpracování odpadních polymerů za účelem získání procesního plynu pro energetické účely. Hlavním cílem disertační práce bylo především sledování bilance produktů zplyňování a jejich hodnocení. Před samotnými pokusy bylo nutno navrhnout a sestavit laboratorní zplyňovací jednotku. Dále bylo nutno odebrat různé druhy polymerních odpadů a provést jejich tepelně technickou analýzu. Pozornost byla věnována výzkumu termochemických vlastností vybraných druhů polymerů, kdy u jednotlivých vzorků byl stanoven obsah vlhkosti, popela, prchavé hořlaviny, pevného uhlíku, spalného tepla a vypočtena výhřevnost. Dále pak bylo stanoveno prvkové složení, důležité pro výpočet přebytku zplyňovacího média. Uvedená data byla pro přehlednost vložena do databáze odpadů. Po výběru vhodných vzorků byla provedena série experimentů zplyňování, jak při různých přebytcích zplyňovacího média, tak při různých rychlostech ohřevu kovové retorty. Při jednotlivých pokusech byl použit vzduch jako zplyňovací médium. Při jednotlivých pokusech se uvolňoval nejen procesní plyn, ale vznikal také kondenzát a karbonizát. U procesního plynu byly sledovány především tyto složky: methan, ethylen, propan, oxid uhličitý, oxid uhelnatý a vodík. Z koncentrací sledovaných složek byla vypočtena výhřevnost procesního plynu. Dále pak u karbonizátu byly hodnoceny sorpční schopnosti, stanovením jodového adsorpčního čísla, a u vybraných vzorků kondenzátu byla provedena prvková analýza, stanoveno spalné teplo a vypočtena výhřevnost. U kondenzátu bylo také stanoveno zastoupení jednotlivých organických složek pomocí plynové chromatografie s hmotnostním detektorem.

This Ph.D. thesis deals with the possibility of using thermal reduction treatment of waste polymers in order to obtain the process gas for energy purposes. The main aim of this dissertation was to monitor the balance of gasification products and their evaluation. Before the own experiments, it was necessary to design and build a laboratory gasification unit. Further it was necessary to remove various types of polymer waste and make their thermal and technical analysis. The attention was paid to research of thermochemical properties of selected types of polymers while the moisture, ash, volatile matter and fixed carbon content, heat of combustion were determined and calorific value was calculated for individual samples. The elemental composition was also determined which is important for calculation of the surplus of gasification medium. The presented data were inserted into waste database. After selecting the appropriate samples, the series of gasification experiments were conducted either at different surpluses of gasification media or at different heating rate of metal retort. For each experiment, the air was used as the gasification medium. In each experiment not only process gas released, but also condensate and solid product of carbonization originated. In the process gas the following components were particularly observed: methane, ethylene, propane, carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen. From the concentrations of monitored components, the calorific value of process gas was calculated. Then sorption capacities for the solid product of carbonization were evaluated by determination of iodine adsorption number and further elemental analysis and heat of combustion were determined and calorific value was calculated for selected samples of condensate. The condensate was also determined by representation of individual organic compounds by gas chromatography with mass detector.