（热能工程专业论文）利用焦化工艺处理废塑料实验研究.pdf

东北大学博士学位论文摘要 摘要 解决废塑料造成的“白色污染”，是国内外环保工作者广泛关注的研究课题， 为此，各种废塑料处理技术应运而生。其中，利用焦化工艺与装备处理废塑料技 术，较好地实现了处理过程的资源化、减量化和无害化，具有显著的社会效益、 经济效益和环保效益。论文以北京城市生活垃圾中的废塑料和首钢的炼焦配煤为 原料，分别使用热天平、热重红外光谱仪、2 k g 和2 0 0 k g 焦炉等实验室设备以及 首钢焦化厂4 群焦炉，围绕废塑料与煤共焦化的关键技术，从配料组成、混合方式、 热解制度直到工业应用进行了系统的实验研究，打破了国际上“炼焦配煤添加废 塑料与提高焦炭质量不可兼得”的研究现状，开发出焦化和环境效益双赢的“利 用焦化工艺处理废塑料新技术”。这项技术，不仅在满足焦炭质量要求的前提下扩 大了炼焦配煤中添加废塑料的比例，而且在限定废塑料添加比例的条件下提高了 焦炭质量，为科学、合理、经济地治理“白色污染”提供了理论依据和工程经验， 为钢铁厂与环境友好城市化功能的实现开辟了新途径。 1 利用热天平进行废塑料、炼焦配煤单独热解和两者按不同方式、不同比例 混合共热解的失重实验，研究了单独热解与混合热解时的热失重特性。结果表明： 炼焦配煤的熟解失重缓慢，废塑料的则相对迅速激烈；炼焦配煤的热解失重温度 区间较宽，而废塑料的则相对较窄；废塑料与炼焦配煤热解存在相互重叠的失重 温度区间，并在此温度区间戌产生“协同效应”，其强度可以用盯= d y i a 7 , j 来 表示；废塑料与煤混合共热解的热失重特性与废塑料的添加比例及其与煤的混合 方式密切相关，并将直接影响共焦化时的热行为；废塑料预先与煤混合熔融处理 后，再按一定比例与煤混合共焦化有望获取较好的焦炭质量。 2 利用热重红外光谱联用技术分别考察了纯聚氯乙烯( p v c ) 、炼焦配煤 ( b c ) 以及2 p v c + 9 8 b c 热解时氯元素的逸出与残留特征，研究废塑料与煤 共焦化过程中氯元素的变迁规律。结果表明：废塑料与煤共焦化过程中超过8 5 的氯元素以h c l 形态析出，验证了新曰铁“废塑料与煤共焦化过程中大部分氯以 氯化氢的形式被氨水吸收并生成氯化氨”的结论；我国焦炉中可添加f 0 ， 4 7 5 6 3 3 1 的废塑料与炼焦配煤共焦化，残留在焦炭中的氯不会对高炉设备腐 蚀造成影响。 3 利用首钢2 k g 实验焦炉与2 0 0 k g 实验焦炉进行了废塑料与煤共焦化中试试 验，研究废塑料与煤混合熔融制塑料型煤( 简称为废塑料w p 2 ) 后按不同比例与 炼焦配煤共焦化所得产物分布及其组成特性。结果表明：与炼焦配煤单独焦化相 东北大学博士学位论文 比，废塑料w p 2 与炼焦配煤共焦化，使焦炭与水的产率减小，焦油与煤气的产率 增加，但与理论值相比，并不出现添加简单破碎废塑料( 简称为废塑料w p ) 时 的“焦油产率增加，水产率减小”的现象，反面使焦油与水的产率均明显减小； 废塑料w p 2 与炼焦配煤混合共焦化时，废塑料添如比例可达到4 而对焦炭质量 无明显负面影响，当添加比例小于2 时可显著提高焦炭质量，改变了国际上“添 加废塑料降低焦炭质量”的现状 此外，废塑料w p 2 与煤共焦化可提高焦油的品 位与焦炉煤气的质量，增加经济效益。 4 利用首钢4 群工业生产焦炉进行了1 0 孔炭化室规模的废塑料与煤共焦化工 业试验，研究利用焦化工艺处理废塑料对焦化厂正常生产操作条件的影响，同时 验证中试试验的研究结论，探讨了我国焦化工艺处理废塑料的技术经济可行性。 结果表明：在试验周期内，利用焦化工艺处理废塑料技术的工业化应用不影响焦 化厂正常生产操作条件；与炼焦配煤单独焦化相比，1 废塑料w p 2 与煤共焦化所 得焦炭的抗碎强度( m 4 0 ) 变化不明显，耐磨性能指标( m l o ) 降低了1 6 、反应性 ( c r i ) 降低了1 0 0 和反应后强度( c s r ) 增加了1 8 0 ，明显提高了焦炭质量； 另外，单孔炭化室的装煤量增加3 ，炭化时间缩短1 7 分钟，因此，该技术还可 提高焦炉产能，并缩短炼焦时间。论文开发的利用焦化工艺处理废塑料技术将废 塑料与煤熔融混合制塑料型煤，具有显著的工业应用前景。 关键词：废塑料，炼焦配煤，熔融，协同效应，共焦化，塑料型煤 i i 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t n o w a d a y s ，t h ec y c l eo fm a n u f a c t u r i n ga n dc o n s u m i n gp l a s t i cm a t e r i a l sh a sr e s u l t e di na s e r i o u se n v i r o n m e n t a la n de c o n o m i cp r o b l e mi nt h ew o r l d ，t h a ti s ，w h i t ep o l l u t i o n f o rt h i s r e a s o n ，d i s p o s a lo nw a s t ep l a s t i c sh a sb e c o m eo fi n c r e a s i n gc o n c e r na n dv a r i o u sd e v e l o p m e n t e f f o r t sf o rw a s t ep l a s t i c sr e c y c l i n gh a v eb e e nm a d e d i s p o s a lo fw a s t ep l a s t i c sb yc o k i n gp r o c e s s i sa na l t e r n a t i v ea p p r o a c hc o n s e r v i n gb o t hm a t e r i a la n de n e r g y ，w h e r ew a s t ep l a s t i c sa r et h e r m a l l y d e c o m p o s e dw i t hc o a li nh i 【g h - t e m p e m t u r er e d u c i n ga t m o s p h e r ei nt h ec o k eo v e nc h a m b e ra n d c o n v e r t e dt oc o k e ，t a ra n dc o k eo v e ng a s ，i nt h ea r t i c l e ，t h r o u g he x p e r i m e n t so f t h e r m a lb a l a n c e ， t h e r m o g r a v i m e t r y f o u r i e r t r a n s f o r mi n f r a r e d s p e c t r o m e t e r ( t g - f t i r ) ，2 k ge x p e r i m e n t a l c o k e - o v e n , 2 0 0 k ge x p e r i m e n t a lc o k e - o v e n a n d4 # c o m m e r c i a l l yi n d u s t r i a lc o k e - o v e no fs h o u g a n g g r o u p ，t h ec o - c o k i n go fw a s t ep l a s t i c sf r o mb e i j i n gm u n i c i p a ls o l i dw a s t ea n db l e n dc o a lf r o m s h o u g a n gc o k i n gp l a n tw e r ei n v e s t i g a t e df r o mf u n d a m e n t a lt h e o r yt oi n d u s t r i a la p p l i c a t i o n a n d t h e n ，b a s e do nt h e m ，t h ea r t i c l ed e v e l o p e dan e wd i s p o s a lo r iw a s t ep l a s t i c sb yt h et r a d i t i o n a l c o k i n gp r o c e s si nc h i n a , w h i c hc o u l dn o to n l yi n c r e a s et h er a t i o so fw a s t ep l a s t i c sa d d e di n t o c o k e - o v e n ，b u ta l s oi m p r o v et h eq u a l i t yo fc o k ef r o mc o c o k i n gi ft h ew a s t ep l a s t i c sa d d i t i o n w a sl i m i t e dt oac e r t a i nr a t i o t h en e wt e c h n o l o g yh a sb e e np r o v e dn o to n l ye c o n o m i c a l l ya n d e n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l yb u ta l s oh a sn o t a b l yi n d u s t r i a la p p l i c a t i o nt od e a lw i t h w h i t ep o l l u t i o n t h ee x p e r i m e n t sa n dc o r r e s p o n d i n gc o n c l u s i o no b t a i n e di nt h i sd i s s e r t a t i o na r e s m n m a f i z e da sf o l l o w s ： 1 t h a r m o - g r a v i m e t r i cb e h a v i o ro fw a s t ep l a s t i c s ( w p ) ，b l e n dc o a l ( b c ) a n dt h e i rm i x t u r e s i nd i f f e r e n tm i x i n gr a t i o sa n dd i f f e r e n tm i x i n gw a y sw e r er e s p e c t i v e l ys t u d i e dd u r i n gp y r o l y s i sb y u s i n gat h e r m a lb a l a n c e t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ： w pa n db cs h o w e dd i s t i n c tw e i g h tl o s ss t e p sd u r i n gp y r o l y s i s ，w h i c ho b v i o u s l ya t t r i b u t e dt o t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h e i rm o l e c u l a rs t r u c t u r e s t h ep y r o l y s i sb e h a v i o ro fw pw a sq u i c ka n d t h et e m p e r a t u r er a n g eo f p y r o l y s i sw a sn a r r o w b u tf o rb c ，t h ep y r o l y s i sb e h a v i o rw a ss l o w e ra n d t h et e m p e r a t u r er a n g ew a sr e l a t i v e l yw i d e r t h e r ew a sa no v e r l a p p e dd e c o m p o s i t i o nt e m p e r a t u r e r e g i o n d u r i n gt h ep y r o l y s i so fw pa n db cr e s p e c t i v e l y t h e n ，t h es y n e r g i s mb e t w e e nt h e m o c c u r r e dd u r i n gc o - p y r o l y s i s ，a n di nt h ea r t i c l e ，t h en e wi d e aa n df o r m u l a so fs y n e r g i s ms t r e n g t h w e r ep r o p o s e dt od e s c r i b ei t , a s 盯= d x i a r , i b e s i d et h e s e , t h er e s u l t sa l s 。i n d i c a t e dt h a t t h et h e r m o - g r a v i m e t r i eb e h a v i o ra n dp y r o l i t i ck i n e t i c sw e r ec l o s e l yr e l a t i v et ot h em i x i n gr a t i o s a n dm i x i n gw a y so fw a s t ep l a s t i c sa n db l e n dc o a l p a r t i c u l a r l y , t h ee x c e l l e n tc o k ew o u l db e o b t a i n e di fw pp r e - m e l t e di nc o a lf i r s t l yb e f o r ec o - c o k i n gw i t hb c ，w h i c hw o u l db ef u r t h e r i n v e s t i g a t e di n2 k ga n d2 0 0 k ge x p e r i m e n t a lc o k e - o v a n t i t 东北大学博士学位论文a b s t r a c t 2 i no r d e rt oi n v e s t i g a t et h et r a n s f e ro fc h l o r i n e ( c 1 ) d u r i n gt h ec o c o k i n go f w a s t ep l a s t i c s w i t hb l e n dc o a l ，t h er e l e a s i n gc h a r a c t e r i s t i c so f c id u r i n gp y r o l y s i so fp o l y v i n y lc h l o r i d e ( p v c ) ， b ca n d2 p v c + 9 8 b cw e r er e s p e c t i v e l ys t u d i e db yt g a f t i r t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ： m o r et h a n8 5 w to fc 1w a sc o n f i r m e de m i t t i n ga st h es t a t eo fh y d r o c h l o r i d e ( h c i ) d u r i n g c o - c o k i n go fw pa n db c ，w h i c ha g r e e dw e l lw i t ht h er e s u l t so fn i p p o ns t e e lc o r p o r a t i o n f u r t h e r m o r e ，b yc a l c u l a t i o n ，i tc a nb ed e d u c e dt h a tt h ea d d i t i o no fw pm a yb e 【0 , 4 7 5 6 3 3 w t d u r i n gt h ec o - c o k i n go fw pa n db c ，w h i c hw a sf r e eo fc o n o s j o no ne q u i p m e n t sf o rt h ec 1 r e m a i n e di nc o k er e l e a s i n ga g a i ni nt h eb l a s tf u r n a c e 3 as e r i e so fs e m i - i n d u s t r i a le x p e r i m e n t sw e r ec a r d e do u tt oi n v e s t i g a t et h ey i e l da n d c h a r a c t e r i s t i c so fp r o d u c t sf r o mc o - c o k i n go fw a s t ep l a s t i c sw i t hb l e n dc o a lb yu s i n g2 k ga n d 2 0 0 k ge x p e r i m e n t a lc o k e - o v e n ，w h e r ew pw a sp r e - m e l t e d i n t h ec o a l t o b r i q u e t t e p l a s t i c f o r m e d c o a l ( s h o r tf o rw p 2 ) b e f o r ec o - c o k i n gw i t hb c t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ： c o m p a r e dw i t he o k l n go f10 0 b c ，y i e l d so fg a sa n dt a ri n c r e a s e dr e s p e c t i v e l yw h i l ey i e l d s o fw a t e ra n dc o k ed e c r e a s e dr e s p e c t i v e l yw i t ht h ei n c r e a s eo fw p 2a d d i t i o n b u tc o m p a r e dw i t h t h et h e o r e t i c a lv a l u e s ，t h e p 2a d d i t i o ng o tt h ep h e n o m e n ao f t a rd e c r e a s ea n dw a t e rd e c r e a s e ， w h i c hd i f f e r e df r o mt h ep h e n o m e n ao f t a ri n c r e a s ea n dw a t e rd e c r e a s e d u r i n gt h ec o - c o k i n go f b cw i t hw a s t ep l a s t i c sj u s ts i m p l yc r u s h e d ( s h o r tf o rw p l ) t h e4 w tw p 2a d d i t i o ni n t ob c m i g h tn o td e t e r i o r a t et h ec o k es t r e n g t ho b v i o u s l yd u r i n gc o - c o k i n g t h eq u a l i t yo f c o k ec o u l db e i m p r o v e dw i t h o u tu s i n ga n yo t h e ro r g a n i ca d d i t i v ea si ft h er a t i oo fw p 2a d d i t i o nw a sl i m i t e d f e w e rt h a n2 w t ，w h i c hh a dr e v e r s e dt h ea c t u a l i t yo f c o - c o k i n go f w a s t ep l a s t i c sw i t hb l e n dc o a l w i l ld e t e r i o r a t et h ec o k es t r e n g t h i nt h ew o r l d f u r t h e r m o r e ，t h ec o c o k i n go fw p 2a n db ch a d o t h e re c o n o m i cp r o s p e c t sf o ri m p r o v i n gt h eq u a i i t yo f t a ra n do p t i m i z i n gt h ec o m p o s i t i o n so f c o k e o v e ng a s 4 ，t h ei n d u s t r i a le x p e r i m e n bw e r ec a r r i e do u ti n4 i n d u s t r i a lc o k e - o v e no f s h o u g a n gg r o u p t oc o n f i r mt h ep e r f o r m a n c ee x p e c t e da tt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n ts t a g ea n dc o l l e c tt h e e n g i n e e r i n gd a t af o ri n d u s l r i a la p p l i c a t i o no ft h en e wt e c h n o l o g y , t h a ti s ，c o - e o k i n go fw p 2w i t h b c t h et e c h n o l o g i c a la n de c o n o m i c a lf e a s i b i l i t yw e r ea l s oe v a l u a t e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t ： t h en e wd i s p o s a lo nw a s t ep l a s t i c sb yu s i n gt r a d i t i o n a lc o k i n gp r o c e s sh a dn oi n f l u e n c eo n t h en o r m a lo p e r a t i n gc o n d i t i o n so fc o k i n gp l a n ti nc h i n a a n dt h eq u a i i t yo f c o k ew a si m p r o v e d o b v i o u s l yd u r i n gt h ec o - c o k i n go f1 w tw p 2w i t h9 9 w tb c ，t h a ti s ，m i 0o f1 6d e c r e a s i n g ，c r i o f1 0d e c r e a s i n ga n dc s ro f18d e c r e a s i n g f u r t h e r m o r e t h en e wt e c h n o l o g yn o to n l yc o u l d e x t r a l yi n c r e a s et h ep r o d u c i n ga b i l i t yo f 3 w tp e rc a r b o n i z a t i o nc h a m b e r , b u ta l s oc o u l ds a v et h e c o k i n gt i m ef o r1 7 r a i n t h e r e f o r e ，t h ep l a s t i c - f o r m e d - c o a lt e c h n o l o g yd e v e l o p e di nt h ea r t i c l eh a s n o t a b l ep r o s p e c tf o ra p p l i c a t i o ni nc h i n a k e yw o r d s ：w a s t ep l a s t i c s ，b l e n dc o a i ，p i e - m e l t , s y n e r g i s m ，c o c o k i n g ，p l a s t i c - f o r m e d - c o a i 东北大学博士论文 声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论 文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其它学 位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中做了明确的说明并表示谢意。 本人签名：余广炜辟赌 日期：2 0 0 5 年6 月 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、 使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机 构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同 意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索、交流。 学位论文作者签名：譬i 站 签字日期：醴“夕 导师签名：诱己n 签字日期：三谚移r 、夕 东北大学博士学位论文 第一章文献综述 1 文献综述 随着塑料制品在工业以及日常生活中的广泛应用，特别是塑料制品作为包装 材料及地膜在农业方面的广泛应用，大大提高了塑料的废弃率。而废塑料的耐腐 蚀性、耐老化性以及难降解性使其长期存在于自然界中，成为继大气污染、水污 染后的第三大污染物，即“白色污染”。是全世界迫在眉睫需要解决的一大难题。 本章首先综述了国内外有关废塑料处理的各种技术，指出其优缺点，最后提 出利用焦化工艺处理废塑料技术以及本论文的研究目的和主要研究内容。 1 1 研究背景 现代社会，由于塑料的优良性能，其制品获得了日益广泛的应用，但废塑料 的再利用却不普遍。废塑料的回收利用作为一项节约能源、保护环境的措施，已 受到全世界的关注。 发达国家在这方面的研究工作起步较早，且已经收到了明显的效益，我国有 必要借鉴其经验。美国是世界塑料生产第一大国，据有关资料介绍【l 】，2 0 0 0 年美 国生产的塑料制品为3 4 0 0 万吨，塑料废弃物将达1 6 0 0 1 7 0 0 万吨，其中用包装 的废塑料居多。美国回收利用废塑料品种的比例为：包装制品5 0 ，建筑材料1 8 ， 消费品1 1 ，汽车配件5 和电子电气制品3 ；在废塑料的组成中，聚烯烃类占 6 1 ，聚氯乙烯占1 3 ，聚苯乙烯占1 0 ，聚酯类占1 1 ，其它占5 。8 0 年代 末，美国的废塑料回收率已接近9 0 ，各州为解决塑料废弃物问题，使用了立法 这样的强硬措施。日本是塑料生产第二大国，仅次于美国，塑料废弃物累计达4 4 6 万吨i “。由于能源短缺，对废塑料的回收利用一直持积极态度，在废塑料的开发 应用方面处于世界领先地位。如三菱石油化学株式会社研制的r e v c r z e r 设备可以 将含有非塑料成分( 如废纸) 达2 的混合热塑性废塑料加工成栅栏柱、排水管、电 缆盘、货架等各种再生制品。在欧洲【3 】，最近1 0 年，塑料年均增长率稳定在4 - - 6 的范围，其中用于建筑的塑料占1 6 ，汽车工业占1 0 ，农业占4 ，包装材料 占3 8 ，其它领域的大宗用品约占3 2 。在城市固体废物中，废塑料约占总质量 的7 4 ，总容积1 5 2 0 。欧盟制定的法规要求，到2 0 0 5 年废塑料的再利用率 不低于6 0 ，能源回收率不低于3 0 ，其中，意大利是目前欧洲废塑料回收利用 工作做的最好的国家，法国、英国、德国、荷兰等国家也取得了较好的成果，都 东北大学博士学位论文第一章文献综述 值得我国学习借鉴。 1 9 9 5 年，我国塑料原料产量为5 1 9 6 万吨，进口约6 5 2 6 万吨，国内塑料消 耗量1 1 7 2 万吨，比1 9 9 2 年将近翻了一番；1 9 9 6 年全国塑料制品总产量达1 5 7 4 万吨，其中薄膜为2 4 0 6 万吨( 含农用薄膜9 3 3 万吨) ，2 0 0 0 年上升到1 6 0 0 万吨。 废塑料对环境造成污染物随处可见，由于重量轻、体积庞大、难以清洗干净等原 因，造成回收成本高、难以有效利用【4 】。如果每年按1 0 的回收率计算，全国每 年约有1 6 0 万吨塑料废弃物。随着“白色污染”日趋严峻，我国环保部门也越来 越重视解决废塑料的回收利用问题，国家环境保护“十五规划”明确把“白色污 染”问题放在突出地位。 1 2 废塑料的组成及危害 塑料的主要化学成分是高分子碳氢化合物，密度一般很小，仅为钢的1 4 2 5 ， 铝的5 0 左右。由于塑料制品具有质量轻、耐腐蚀、易加工、耐消耗、防漏水、 生产技术成熟和成本低等特点，已经广泛应用于国民生产的各个领域。塑料大致 组成如图1 1 1 5 1 所示。 酚醛树脂尿赛蕊脂 原蒜娩 错赫：矬弋磔 季戊一 图1 1 塑料的分类 f i g 1 1t h ec l a s s i f i c a t i o no f p l a s t i c s 废塑料对环境造成的污染分为“视觉污染”和“潜在危害”两方面。 “视觉污染”是指散落在自然界中的塑料废弃物对城市环境、景观的破坏， 如散落在自然环境、铁道两旁、江河湖泊的聚苯乙烯发泡塑料餐具和漫天飞舞或 东北大学博士学位论文 第一章文献综述 悬挂枝头的薄塑料袋，这些给人们的视觉带来不良刺激，被视为“视觉污染”。 社会上已经对塑料的“视觉污染”有了比较深刻的认识。 “潜在危害”是指塑料废弃物进入自然环境后难以降解而带来的长期的深层 次环境问题。人们对这方面的认识远不及对“视觉污染”的认识直接，可是它对 自然的危害不仅是表面上那么简单，还主要包括以下几个方面： ( 1 ) 塑料废弃物残留在土壤中大面积长期积累，造成土壤板结，影响农作物 吸收水分和养分，导致农作物减产。 ( 2 ) 抛弃在陆地上或水体中的塑料废弃物，被动物当作食物吞食导致死亡。 ( 3 ) 进入生活垃圾中的塑料废弃物质量轻、体积大很难处理，如果将其填埋 会占用大量土地且长时间不易降解，危害严重。 1 3 废塑料处理技术的研究现状 废塑料的处理技术在不断发展，最早的处理技术是掩埋法，然后发展到循环 再利用技术，包括物质再循环、热再循环和化学再循环。整个再循环处理技术可 由图1 2 表示。 图1 2 废塑料的再循环利用t 艺流程图 f i g 1 2t h ep r o c e s sf l o wc h a r to f r e u s i n gw a s t ep l a t i c s 因此，废塑料的处理是一个复杂的过程，它既包括各项具体的处理工艺又涉 及到废塑料的收集、分选技术以及经济效益分析等问题。 东北大学博士学位论文 第一章文献综述 1 3 1 废塑料的收集与分选技术 1 3 1 1 废塑料的收集 废塑料的产生有两大来源1 6 】。一类是来自塑料生产加工厂，在将热塑性树脂 直接加工成型或经过配料混合后加工成塑料制品的过程中，不可避免地出现废 品、残次品、边角料、下脚料、试验废品等。这类废塑料一般分类良好，且附带 的其他污染物较少，经过破碎即可进行回收利用。另一类来自各类塑料制品的使 用和消费领域，主要是农用地膜、包装用塑料和日用品等。这类塑料制品使用报 废后，因为其使用量大、面广、频率高，而且随机性强，大部分与土壤、生活垃 圾混合在一起，成分复杂，回收难度大，通常所说的“白色污染”主要是这类废 塑料引起的。目前，我国生活垃圾中的废塑料一般不加分类地投入垃圾箱，然后 由回收单位采用垃圾分选技术加以分类处理。这种方式方便了垃圾收集者，但是 给废塑料的处理带来相当大的难度。解决这个问题的一个有效办法是对废塑料进 行分类收集，这一方面需要环保部门设立专门回收箱。另一方面也有赖于公民环 保意识的提高。在美国、西欧及日本等发达国家，垃圾分装已十分普及，而且除 此之外，许多食品制造商与销售商联合收集废塑料及金属包装进行消毒再利用或 运至处理厂处理。我国北京市t 9 9 7 年开始实行城市生活垃圾分装，这就为收集 与分拣废塑料提供了方便，也相应地降低了废塑料的处理成本。 总而言之，随着经济的不断发展，废塑料的不断增多，人们对环境也日益重 视，这将为处理废塑料提供充足的来源和便利的条件。 1 4 1 2 废塑料的分选技术 废塑料的分选技术分为粉碎品分选技术和制品分选技术。粉碎品的分选技术 主要依赖于各种塑料不同的密度、熔点、溶剂中的溶解性以及静电性等物理性质。 制品的分选技术主要是根据塑料的高分子结构不同，利用其对红外线、x 射线等 不同的吸收峰，设计自动分选系统进行分选。目前的废塑料分选技术如图1 3 所利”，其中比较典型的是浮选分离、静电分离和x 射线分离三种方法【8 】。 浮选分离是依据塑料密度的不同进行分离，如聚乙烯( p e ) 和聚丙烯( p p ) 的密度小于1 0 ，聚苯乙烯( p s ) 的密度在1 o 1 1 之间，聚氯乙稀( p v c ) 的 密度大于1 3 。因此，可以用水作介质将废塑料混合物进行分离，但是p e 和p p - d - 东北大学博士学位论文第一章文献综述 密度接近，用浮选法难于分离。 静电分离法是利用塑料的带电性进行分离，将破碎、洗净、干燥的混合废塑 料碎片相互摩擦后，送入高压静电分离器落下，塑料因静电作用而分离。塑料带 电规则是按p v c p p p e p s 的顺序。当两种塑料切片摩擦后，前者带负电，后 者带正电，随塑料添加剂的不同可能会有所不同。这种分离方法需要清洗塑料， 否则分离效果不佳。 x 射线分离主要用于p v c ，因为p v c 含有氯，在x 射线下可发出荧光，因 而可以分离出来。 此外，有部分生产厂商在塑料制品上印有所用塑料的种类，便于手工分选。 动分选 动分选 法( 风力分离、流态化分离) 法( 浮选分离、离心分离) 法( 静电或电磁分离、涡电流分离) 溶剂分离) 图1 3 废塑料的分选技术 f i g 1 3t h es e p a r a t i o nf l o wc h a r to f w a s t ep l a s t i c s 1 3 2 废塑料的处理方法 1 3 2 1 掩埋法 废塑料作为城市生活垃圾被掩埋，虽然处理量大，但存在明显的缺点：长期 难以腐烂，占用大量土地资源：影响土壤通透性和渗水性，破坏土质，影响植物 生长；塑料生产过程中使用化学添加剂，如重金属化合物，以及塑料包装上残留 的食品有机物等则会产生渗滤液，易引起地下水污染，必须做好防渗处理。随着 土地和能源的日益紧张，西方部分发达国家已明令限制掩埋法处理废塑料。我国 东北大学博士学位论文第一章文献综述 目前大部分废塑料未能回收利用，随着城市固体废弃物进入掩埋厂，是一种资源 的严重浪费，随着我国土地资源的日益紧张以及环保立法政策的不断完善，掩埋 法在我国也将被限制使用。 1 3 2 2 物质再循环法 目前废塑料在物质再循环利用方面也有多种探索，主要是把回收的废塑料预 处理，然后同其它物质共处理，将废塑料作为改质剂或其它特殊用途。 废塑料的物质再循环利用方式主要有：多功能树脂胶：用废塑料生产的多 功能树脂胶具有附着力好、光泽度高、抗冲击性强、耐酸碱等特点，成本不超过 3 0 0 0 元t ，工业上用于生产各种玻璃钢制品，能大大降低生产成本。另外，还可 制作防水涂料、缎彩涂料、家具腻子胶等产品，可替代各种玻璃、木材胶、印刷 胶使用。防渗补漏剂：该产品是以废泡沫塑料为原料，配以少量的增塑剂，采 用热熔工艺生产而成。产品塑化快，干燥迅速，具有密封性能好、附着力强、耐 酸碱、抗老化的特点，成本3 0 0 0 元t ，售价5 0 0 0 元，t 以上，其防水防腐性能大大 超过常用的塑料油膏与沥青油膏，使用寿命长达2 0 年以上。防锈漆：用废塑料 生产的防锈漆成本只有1 5 0 0 元t ，可直接涂于有一定锈蚀的钢铁表面，具有防渗、 防锈、防腐三种作用，还可用于民用家具的表面油漆。防火宝丽板：广泛用于 室内装饰、吊顶、家具制作等，其主要特点是防火、防水，每张综合成本2 0 元， 售价每张4 0 元。防水隔热板：该产品广泛用于大面积屋面、墙体、地下室、仓 库、冷库等的防潮、防漏、保温、隔热工程，具有体轻、防水、保暖、隔热性能 强及使用寿命长等特点。 关于废塑料的物质再循环利用，许多国家均进行了有益的研究。日本成功地 将废塑料袋倒入1 7 0 ( 2 的植物油中，再加入其它化学剂，使其体积缩小到原来的 1 5 0 ，再加入助燃剂制成粉末燃料，最后经过凝缩处理，即可得到种新型的块 状燃料，形象的称为“塑料煤炭”。它可用作大型锅炉的燃料，价格比柴油便宜。 此外，日本还将废塑料与沥青混合作为主铺路材料，其方法是将5 的废塑料与沥 青、碎石、沙粒、石粉等一起放入搅拌机搅拌，发挥着同沥青一样的作用。掺杂 了废塑料的柏油路面比普通沥青路面承受力大得多，并且在9 0 。c 时不会熔化流油， 在2 5 * ( 2 时不会使路面开裂。比利时b r a k e 高级回收技术部还研制了一种新型塑料 处理机e t ，l 型注塑机，该机能够把几乎所有类型的废塑料加工成各种形状的 线状模制品，长度可达3 7 m ，该机通过塑料混合、加热、软化至可模制点，从而 加工出新产品，该项技术可以最大限度地做到物尽其用或将污染降到最低点，是 东北大学博士学位论文第一章文献综述 一种先进而实用的处理方法。美国的两家公司已率先采用比利时的这项专利技术 生产出一种类似“木材”的塑料制品，这种用回收废塑料生产的“再生木材”可 像普通木材一样用锯子锯，用钉子钉，用钻头钻，加工成各种用品。据测算，这 种“再生木材”的使用寿命在5 0 年以上，可以取代化学处理的木材，由于这种“木 材”不怕潮、耐腐蚀，特别适用于在有流水、潮湿和腐蚀性介质的地方代替木材 制品( 公园长椅、船坞组件等) 。 1 3 2 3 焚烧法 所谓焚烧法是指将废塑料作为燃料，通过控制燃烧温度，充分利用焚烧产生 的热量，回收其热能用于发电或供热。废塑料热值与燃油相当，是垃圾焚烧炉的 重要热能来源，各种塑料制品的焚烧性能如表1 1 及表1 2 所示【9 l o 表1 1 塑料制品的焚烧性能 f i g 1 1t h ei n c i n e r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f d i f f e r e n tp l a s t i c s 发热值( k j k g ) 硫含量( ) 过剩空气系数 n o ，排放量( p p m ) s 0 ；排放量( p p m ) 4 0 c 1 0 0 0 l ，3 6 3 7 9 0 一：一 伽 2 0 吨 2 加m 叶 ， 2 价 卜僻瑚瑚卜 3 0 ”m 砌 ，” o 呲舢吨 ” m 删”盼 姗 东北大学博士学位论文第一章文献综述 焚烧废塑料回收热能的方式主要有3 种：( 1 ) 使用专门的焚烧炉焚烧废塑料回 收其热能，所用的焚烧炉有移动床式燃烧炉、浮游式燃烧炉、转炉式燃烧炉等； ( 2 ) 废塑料作为补充燃料与生产蒸汽的其他燃料掺混使用，这是一项可行而又比较 先进的能量回收技术，例如热电厂使用废塑料作为补充燃料：( 3 ) 通过氢化作用或 无氧分解，将废塑料转化成可燃气体或其他形式的可燃物。焚烧废塑料回收热能 的处理方法具有以下优点：( 1 ) 废塑料不需要进行预处理，也不需要与城市垃圾分 离，对于难以分捡的相互混杂的废塑料尤为适用；( 2 ) 废塑料的热值高，与同类的 燃料油相当，如p e 的燃烧热为4 6 2 g j & g ，p p 为“1 g j & g ，p v c 为1 8 0 6 g j k g ， 而木材的燃烧热仅为1 4 6 5 g j k g ；( 3 ) 焚烧将使废塑料的质量减少8 0 ，体积减少 9 0 以上，残渣密度较大，填埋处理方便。 从对环境的影响方面考虑，虽然废塑料焚烧的主要产物是二氧化碳和水，但 利用垃圾焚烧炉单纯焚烧废塑料，将出现以下严重的问题：易产生二嗯英 ( d i o x i n s ) 、多环芳香烃化合物、氯化氢和重金属等有毒物质，引起二次污染； 由于不能提供足够助燃空气，使废塑料充分燃烧，因而产生大量烟灰附着在热交 换器上影响传热效果；废塑料燃烧产生高温，使焚烧炉易于损坏，而且生成的h c l 、 n h 3 、s 0 2 、s 0 3 、n o x 以