废旧塑料油化工艺
目前废旧塑料的油化法已有格式、管式炉、流化床和催化法,它们各自的工艺特点见表1。表中所列4种方法的工艺设备可以处理PVC、PP、aPP、PE、PS、PMMA等多种废旧塑料,只是不同工艺设备更适于热解某种废旧塑料而已。所得热分解产物皆以油类为主,其次是部分可利用的燃料气、残渣、废气等。
1.槽式法
其中又有聚合浴法和分解槽法之分,但它们的设计原理则完全相同。槽式法的热分解与蒸馏工艺比较相似,加入槽内的废旧塑料在开始阶段受到急剧的分解,但在蒸发温度达到一定的蒸气压以前,生成物不能从槽内馏出。因此,在达到可以馏出的低分子油分以前先在槽内回流,在馏出口充满挥发组分,待以后排出槽外。然后经冷却、分离工序,将回收的油分故人贮槽,气体则供作燃料用。槽式法的油回收率为57%一78%。
槽式法中应注意部分可燃馏分不得泥人空气,严防爆炸。另外,因采用外部加热,加热管表面有炭析出,需定时清除,以防导热性能变差。
2.管式炉法
又称管式法,所用的反应器有管式蒸馏器、螺旋式炉、空管式炉、填料管式炉等,皆为外加热式,所以需大量加热用燃料。管式法中螺旋式工艺所得油的回收率为 51%一66%,管式法中的蒸馏工艺适于塑料回收品种均一,该法容易回收得到废旧PS的苯乙烯单体油、PMMA的单体油。可以说它比槽式法的操作工艺范围宽,收率较高。在管式法工艺操作中,如果在高温下缩短废旧塑料在反应管内的停留时间,以提高处理量,则塑料的气化和炭化比例将增加,油的收率将降低。以聚烯烃为原料,在500一550℃分解,可得到15%左右的气体;以PS为原料,则可得到1。2%的挥发组分。但残渣达14%之多,这是因为物料在反应管内停留时间短,热分解反应不充分所致。
3.流化床法
该法油的收率较高,燃料消耗少。如将废旧PS进行热分解时,因以空气为流化载体而产生部分氧化反应使内部加热,故可不用或少用燃料,油的回收率可达76%;在热分解aPP时,油的回收率则高达80%,比槽式法或管式法提高30%左右。
流化床法的热分解温度较低,如将废旧PS、aPP、PMMA在400一500℃进行热分解即可获得较高收串的轻质油。流化床法用途较广,且对废旧塑料混合料进行热分解时又可得到高教度油质或蜡状物,再经蒸馏即可分出重质油与轻质油。以流化床法处理废旧塑料时往往需要添加热导载体,以改善高熔体教度物料的输送效果。
4.催化法
其热分解较格式、管式和流化床法的明显区别在于因使用固体催化剂,致使废旧塑料的热分解温度降低,优质油的收率增高,而气化率低,充分显示了此油化工艺的特点。催化法的工艺流程是:固体催化剂为固定床,用泵送人较净质的单一品种的废旧塑料(如PE或PP);在较低温度下进行热分解。此法对废旧塑料的预处理要求较严格,应尽量除去杂质、水分等。
另外,并不是所有废旧塑料都适合制油,如聚氯乙烯不适合制油,这种废旧塑料热解生成氯化物,腐蚀设备、环境污染,而尼龙裂解制油本身就是一种错误概念。
由于利用废塑料油化不仅可以使原来难于处理的废塑料得到很好的回收,还能使人类资源得到最大限度的利用,所以近年来世界各国对废塑料油化这一研究都非常重视,目前美国、日本、英国、德国、意大利等工业发达国家都在大力开发废塑料油化技术,并使之成为工业化规模生产。
我国在学习研究国外经验技术的基础上也有不少企业已研究开发出了利用废塑料油化的技术与设备,目前已有20多家(见表2)。其方法均是热裂解,设备也大同小异,有使用催化剂的和不使用催化剂的,催化剂多是自己研制的。例如,北京大康技术发展公司历时5年研制的“DK一2废塑料转化燃料装置”,已通过专家鉴定并投产。全套装置为全封闭式,连续性生产,出油率达70%,其中汽油、柴油各占50%。山西省永济县福利塑化总厂开发的废旧塑料油化工艺流程如图1所示。先把废塑料除尘后加入熔蒸釜中,使之熔融、裂解。冷凝后进入催化裂解釜中,进一步裂解。冷凝后气、液分离,分别进入贮罐。得到的产品为汽油、煤油、柴油,出油串为70%。
近年来,国内研究开发了不少回收苯乙烯单体的方法。尽管这些方法比较简单,但实用、有效,而且设备投资均不需很多。据了解,除表2中的单位外,吉林工学院、华南环境资源研究所、武汉化工研究所、武汉塑料研究所等单位都研究过用废聚苯乙烯塑料回收苯乙烯的方法,其回收工艺大致相同,其过程均是:加热一(反应釜)分解一粗苯乙烯一粗馏一苯乙烯成品,反应温度一般在300一500℃。反应时加入少量催化剂,因各自的方法不同,最后获得的苯乙烯产率在70%一90%不等。最后的剩余物可作为防水材料。
湖北省化工研究设计所研究的用废聚苯乙烯泡沫催化裂解回收苯乙烯的方法,工艺流程为:预处理一催化裂解一精馏一产品。工艺简单,回收串高,回收的粗苯乙烯经过精馏纯度可达到99%。这套回收工艺可实现工业化生产,用该所研究的技术建立1个年处理能力为100t废聚苯乙烯泡沫回收车间,设备投资在2万一3万元,可回收苯乙烯约65t。该所与湖北江汉化工厂应用此技术,建立了年处理50t废聚苯乙烯泡沫能力的生产装置,年回收苯乙烯25t,联产有机溶剂10t,产品质量符合化工部HG2—247—77一级品及二级品标准。
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