3.化學(xué)回收法
化學(xué)回收法大致可以分為解聚法和熱解法兩類。解聚法是將塑料分解成相應(yīng)的單體,采用的是醇解和水解反應(yīng),主要對(duì)象集中在甲酸懶懶乙二酯熱塑性聚酯、聚酰胺以及聚縮醛等品種上。該方法可以使廢塑料發(fā)生降解或分解,從而回收有價(jià)值的產(chǎn)品如單體等,同時(shí)也解決了能源、C02和二次污染等環(huán)境問(wèn)題。但是解聚法對(duì)原料的要求較高,處理廢塑料的品種較單一,而且規(guī)模較小。
熱解法是將廢塑料在300℃~600℃條件下,隔絕空氣或加入氫氣、水汽(不少過(guò)程還添加催化劑)使之分解成油狀物或可燃性氣體的過(guò)程,有的還在800℃~1000℃以上高溫條件下,通入氧氣使之生成CO/H2,用作合成甲醛等產(chǎn)品的原料氣,適用于處理聚烯烴等非極性塑料和混雜廢塑料的分解回收。
同樣熱解法也有它的不足之處,如處理的原料單一,大多廠家只能處理占廢塑料總量約28%的廢聚丙烯,而不能處理分別占廢塑料總量約46%和18%的聚乙烯和聚苯乙烯;而且需要使用煤等燃料,增加處理成本,同時(shí)產(chǎn)生大量廢氣;大多數(shù)廠家采用工業(yè)裂化催化劑進(jìn)行廢塑料的裂解或改質(zhì),所得汽油的辛烷值低,膠質(zhì)含量高,誘導(dǎo)期短,所得柴油凝點(diǎn)高。
高爐噴吹廢塑料的綜合利用
高爐噴吹廢塑料是將廢塑料作為高爐煉鐵的燃料和還原劑,利用廢塑料燃燒向高爐冶煉提供熱量,同時(shí)利用廢塑料中的C、H元素,還原鐵礦石中的Fe,并降低冶金焦炭消耗的技術(shù);是治理“白色污染”,使廢塑料得以資源化利用、無(wú)害化處理和節(jié)約能源的有效綜合利用方法。
1.廢塑料熱能的利用
廢塑料的熱值一般在2.1×106-4.2×106J/kg之間。廢塑料顆粒隨著熱風(fēng)噴入高爐爐缸,燃燒放出熱量,這部分熱量和爐缸內(nèi)焦炭燃燒產(chǎn)生的熱量一起加熱爐料,提供高爐所需的熱量,并將鐵熔化。這是一系列化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程,產(chǎn)生的熱量在高爐冶煉中被充分利用。以C8H8為例,說(shuō)明塑料燃燒與還原之間的能量關(guān)系,首先其反應(yīng)過(guò)程是燃燒和氣化,生成C0和H2,然后進(jìn)行還原反應(yīng)。大約整個(gè)過(guò)程能量的80%是在燃燒中釋放出來(lái)的;從另一個(gè)角度來(lái)看,供給的能量50%以上是以化學(xué)能的形式被利用。
2.廢塑料化學(xué)成分的利用
高爐噴吹廢塑料技術(shù)不但可以利用廢塑料燃燒產(chǎn)生的熱量,而且可以充分利用塑料中的C、H元素作為還原劑。從化學(xué)成分上看,塑料的C含量介于煤和油之間,而H含量要大于煤、和油。碳?xì)浠衔镌诟郀t爐缸都轉(zhuǎn)變成溫度高達(dá)2000℃以上的煤氣,其主要成分為C0和H2,煤氣在上升過(guò)程中,逐步將鐵礦石不斷加熱并還原,部分C0、H2和礦石中的氧反應(yīng),生成C02和H20,實(shí)現(xiàn)了廢塑料的化學(xué)成分利用。而從高爐出來(lái)的煤氣還可以作為燃料被二次利用。
3.高爐噴吹廢塑料技術(shù)的綜合優(yōu)勢(shì)
將高爐處理廢塑料與其他廢塑料處理回收方法比較,前者有多種優(yōu)勢(shì):
(1)高爐對(duì)廢塑料的要求較低,可以處理多種廢舊塑料,而直接作為原料和化學(xué)回收法對(duì)廢塑料的要求較高,處理塑料品種較單一。
(2)化學(xué)回收法之熱解法需要使用煤等燃料進(jìn)行加熱,促使塑料分解,增加了處理成本,同時(shí)產(chǎn)生大量廢氣:而廢塑料經(jīng)制粒后,直接噴吹進(jìn)入高爐燃燒處理,不需增加額外能源,且可以替代冶金焦碳,并減少了二次污染。
(3)高爐處理廢塑料的規(guī)模大,而直接作為原料和化學(xué)回收處理法受到廢塑料成分等條件的限制,處理規(guī)模有限。1995年6月不萊梅鋼鐵公司投資建造了世界上第一套噴吹廢塑料設(shè)備,年噴吹能力可達(dá)7萬(wàn)噸。日本NKK公司在Keihin工廠1999年噴吹廢塑料達(dá)到45000噸。
(4)高爐處理廢塑料與廢塑料焚燒回收熱能方法比較,能量轉(zhuǎn)化利用率高。將高爐處理廢塑料和發(fā)電廠直接燃燒塑料發(fā)電或廢物焚燒廠比較,高爐噴吹廢塑料是廢塑料回收利用技術(shù)中惟一能使塑料的能量轉(zhuǎn)化率超過(guò)50%的工藝。此外,其能量的附加利用率大約為27%,就幾乎與廢物焚燒廠的總利用率一樣高。所以,用高爐處理廢塑料是資源利用率好的方法。
化學(xué)回收法大致可以分為解聚法和熱解法兩類。解聚法是將塑料分解成相應(yīng)的單體,采用的是醇解和水解反應(yīng),主要對(duì)象集中在甲酸懶懶乙二酯熱塑性聚酯、聚酰胺以及聚縮醛等品種上。該方法可以使廢塑料發(fā)生降解或分解,從而回收有價(jià)值的產(chǎn)品如單體等,同時(shí)也解決了能源、C02和二次污染等環(huán)境問(wèn)題。但是解聚法對(duì)原料的要求較高,處理廢塑料的品種較單一,而且規(guī)模較小。
熱解法是將廢塑料在300℃~600℃條件下,隔絕空氣或加入氫氣、水汽(不少過(guò)程還添加催化劑)使之分解成油狀物或可燃性氣體的過(guò)程,有的還在800℃~1000℃以上高溫條件下,通入氧氣使之生成CO/H2,用作合成甲醛等產(chǎn)品的原料氣,適用于處理聚烯烴等非極性塑料和混雜廢塑料的分解回收。
同樣熱解法也有它的不足之處,如處理的原料單一,大多廠家只能處理占廢塑料總量約28%的廢聚丙烯,而不能處理分別占廢塑料總量約46%和18%的聚乙烯和聚苯乙烯;而且需要使用煤等燃料,增加處理成本,同時(shí)產(chǎn)生大量廢氣;大多數(shù)廠家采用工業(yè)裂化催化劑進(jìn)行廢塑料的裂解或改質(zhì),所得汽油的辛烷值低,膠質(zhì)含量高,誘導(dǎo)期短,所得柴油凝點(diǎn)高。
高爐噴吹廢塑料的綜合利用
高爐噴吹廢塑料是將廢塑料作為高爐煉鐵的燃料和還原劑,利用廢塑料燃燒向高爐冶煉提供熱量,同時(shí)利用廢塑料中的C、H元素,還原鐵礦石中的Fe,并降低冶金焦炭消耗的技術(shù);是治理“白色污染”,使廢塑料得以資源化利用、無(wú)害化處理和節(jié)約能源的有效綜合利用方法。
1.廢塑料熱能的利用
廢塑料的熱值一般在2.1×106-4.2×106J/kg之間。廢塑料顆粒隨著熱風(fēng)噴入高爐爐缸,燃燒放出熱量,這部分熱量和爐缸內(nèi)焦炭燃燒產(chǎn)生的熱量一起加熱爐料,提供高爐所需的熱量,并將鐵熔化。這是一系列化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程,產(chǎn)生的熱量在高爐冶煉中被充分利用。以C8H8為例,說(shuō)明塑料燃燒與還原之間的能量關(guān)系,首先其反應(yīng)過(guò)程是燃燒和氣化,生成C0和H2,然后進(jìn)行還原反應(yīng)。大約整個(gè)過(guò)程能量的80%是在燃燒中釋放出來(lái)的;從另一個(gè)角度來(lái)看,供給的能量50%以上是以化學(xué)能的形式被利用。
2.廢塑料化學(xué)成分的利用
高爐噴吹廢塑料技術(shù)不但可以利用廢塑料燃燒產(chǎn)生的熱量,而且可以充分利用塑料中的C、H元素作為還原劑。從化學(xué)成分上看,塑料的C含量介于煤和油之間,而H含量要大于煤、和油。碳?xì)浠衔镌诟郀t爐缸都轉(zhuǎn)變成溫度高達(dá)2000℃以上的煤氣,其主要成分為C0和H2,煤氣在上升過(guò)程中,逐步將鐵礦石不斷加熱并還原,部分C0、H2和礦石中的氧反應(yīng),生成C02和H20,實(shí)現(xiàn)了廢塑料的化學(xué)成分利用。而從高爐出來(lái)的煤氣還可以作為燃料被二次利用。
3.高爐噴吹廢塑料技術(shù)的綜合優(yōu)勢(shì)
將高爐處理廢塑料與其他廢塑料處理回收方法比較,前者有多種優(yōu)勢(shì):
(1)高爐對(duì)廢塑料的要求較低,可以處理多種廢舊塑料,而直接作為原料和化學(xué)回收法對(duì)廢塑料的要求較高,處理塑料品種較單一。
(2)化學(xué)回收法之熱解法需要使用煤等燃料進(jìn)行加熱,促使塑料分解,增加了處理成本,同時(shí)產(chǎn)生大量廢氣:而廢塑料經(jīng)制粒后,直接噴吹進(jìn)入高爐燃燒處理,不需增加額外能源,且可以替代冶金焦碳,并減少了二次污染。
(3)高爐處理廢塑料的規(guī)模大,而直接作為原料和化學(xué)回收處理法受到廢塑料成分等條件的限制,處理規(guī)模有限。1995年6月不萊梅鋼鐵公司投資建造了世界上第一套噴吹廢塑料設(shè)備,年噴吹能力可達(dá)7萬(wàn)噸。日本NKK公司在Keihin工廠1999年噴吹廢塑料達(dá)到45000噸。
(4)高爐處理廢塑料與廢塑料焚燒回收熱能方法比較,能量轉(zhuǎn)化利用率高。將高爐處理廢塑料和發(fā)電廠直接燃燒塑料發(fā)電或廢物焚燒廠比較,高爐噴吹廢塑料是廢塑料回收利用技術(shù)中惟一能使塑料的能量轉(zhuǎn)化率超過(guò)50%的工藝。此外,其能量的附加利用率大約為27%,就幾乎與廢物焚燒廠的總利用率一樣高。所以,用高爐處理廢塑料是資源利用率好的方法。