还原性气氛下处理废塑料的工业化应用研究

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1、还原性气氛下处理废塑料的工业化应用研究时间：2012-11-1　

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3、　字体：大 小黄海洋郑明东张小勇（安徽工业大学，马鞍山243002）黄发元（马钢股份有限公司，马鞍山243021）     塑料给人们生活带来方便的同时，也产生了新的白色污染。焚烧和填埋处理简单易行，但会产生新的污染并造成资源浪费。而废塑料热解制油方法的产品和工艺的经济性还有待完善。煤与废塑料的共热解或共炭化已成为新的研究热点，该技术旨在利用成熟的热解和焦化装备，在还原性气氛下得到大批量有效处理。代表性的工作包括煤种与废塑料种类的热解规律、成焦

4、性以及对焦炭质量的影响等研究。济钢、首钢也曾进行过配煤中添加塑料的工业化实验。廖春风、李东涛等研究得出了塑料的热失重峰与配合煤的热失重峰重叠情况越好协同作用越强的结论。但废塑料的收集分类、大比例配入以及有害杂质的影响等仍需寻求最佳的工艺路径。为此，本文提出以混合塑料为对象，探讨生产多种焦炭的可行性。 1  实验1.1 实验原料    为方便对比，炼焦煤采用有代表性的生产配合煤，基本性质为：灰分9.67%、挥发分29.14%、粘结指数G＝78。废塑料依据废弃量确定为以PVC,泡沫和橡胶为主的混合物，其中，灰分、全硫和氯含量

5、分别为26%、0.8%和26.2%，控制在450℃下15min后的残留率（Ca）和300～450℃连续失重量（Vr)，以稳定入炉料的质量。结合前期的研究，本实验控制混合塑料的残留率为30％左右，连续失重量控制在25％左右。1.2 实验过程   实验方案及流程如图1所示。  图1   实验流程示意图     废塑料调配的目的在于控制和稳定焦炭质量，废塑料的配入比例分别为2%、3%、5%和10%。预处理分别采用散料混合和成型两种方式，型煤比例为25%，成型压力为2.0MPa，目标产品定义为冶金焦或多孔焦。炭化采用4kg实验焦

6、炉，焦炉炉膛设定温度为1020℃，结焦时间为4.5h。1.3 分析化验    焦炭的灰分、挥发分分别按照GB212进行。焦炭强度分别采用落下强度和I型转鼓实验，分别以＞20mm和＜5mm的焦炭所占比例表示焦炭抗碎强度和耐磨强度。焦炭的粒焦反应性（PRI）、反应后强度（CSR）、焦炭的光学组织、显气孔率等指标分别采用GB1997、GB/T4000、YB/T077和GB4511标准进行测定。焦炭中杂质元素仅测定全硫和氯含量，其中焦炭全硫测定采用CLS-5型微机库仑测定，氯含量采用X射线荧光光谱法测定。 2  结果与讨论2.1

7、 焦炭基本性质    对方案中各配比经炼焦实验所得焦炭做工业分析，结果见表1。 表1  焦炭基本性质序号添加量％入炉方式灰分％挥发分％全硫％氯％10散装12.691.630.6050.023822散装12.961.800.6170.044133散装13.231.830.6230.053245散装13.632.680.6320.0814510散装15.573.320.6930.169660成型12.600.990.5960.023172成型12.851.590.6140.043783成型13.131.770.6200.05

8、3295成型14.111.900.6350.08231010成型15.384.010.6870.1679     由表1可以看出，无论散装还是成型炭化，所得焦炭的灰分、硫分和氯含量均随塑料添加量的增加而增加。主要原因是混合塑料中的高比例工程塑料所致，如聚氯乙烯和橡胶等。因此，生产冶金焦需控制工程塑料的用量，生产高活性炭可大比例使用工程塑料。2.2 焦炭机械强度    焦炭的落下强度和I型转鼓强度实验结果如图2和图3所示。    显然，无论散装还是25％的型煤，随着废塑料配入量的增加，所得焦炭转鼓强度逐渐降低。由于塑料过高

9、的挥发分使得软化熔融重合区间较小以及焦炭气孔壁厚降低。当配入型煤后，由于炉料的堆密度增加，抑制了焦炭强度的劣化。2.3 焦炭热态性质    焦炭的粒焦反应性（PRI）和反应后强度（CSR）的变化如图4所示。  图4  焦炭的粒焦反应性和反应后强度     添加废塑料后焦炭的粒焦反应性（PRI）随添加量的增加而升高，反应后强度（CSR）快速降低。配入型煤尽管对机械强度有所帮助，但对改善热性质效果并不明显，显然与焦炭的光学组织和气孔结构有关。表2列出了焦炭光学组织和显气孔率测定结果。 表2   焦炭光学组织及气孔率编号各向同

10、性％焦炭各向异性组织含量，％丝炭与破片％OTI值显气孔率％细粒镶嵌中粒镶嵌粗粒镶嵌不完全纤维完全纤维片状结构12.621.521.914.17.71.98.720.6157.141.1823.522.521.214.37.31.88.520.9154.843.8633.83117.913.57.51.67.817.2