材料回收利用(以汽车为例)PPT课件.ppt

主要内容 1 2 3 汽车环保法规要求及标准介绍 中国汽车产品回收利用体系 汽车非金属材料及制品 4 复合材料废弃物回收利用 1 一 环保法规要求和标准介绍 国家环保部 国家认监委 国家工信部 2 一 环保法规要求和标准介绍 可再利用率 Rcyc 和可回收利用率 Rcov 3 一 环保法规要求和标准介绍 工信部2015年38号文 汽车有害物质和可回收利用率管理要求 规定 1 汽车产品有害物质和可回收利用率纳入产品公告管理 新产品2016年1月1日实施 在产产品2018年1月1日实施 2 对豁免范围内的零部件需填报 有害物质信息表 及 RRR佐证材料 进行备案 产品获得公告后6个月内向车辆拆解企业提供 车辆拆解指导手册 3 两个依据标准 GB T30512 汽车禁用物质要求 和GB T19515 2015 道路车辆可再利用率和可回收利用率计算方法 4 汽车有害物质标准要求 GB T30512 2014 一 环保法规要求和标准介绍 5 有害物质的检测 一 环保法规要求和标准介绍 检测单元的分类 a 构成汽车零部件的均质材料 b 汽车零部件的金属镀层 c 现有条件下难以进一步拆分的非均质材料 检测单元的拆分参照GB Z20288 2006电子电器中有害物质检测样品拆分通用要求 6 有害物质的检测标准 一 环保法规要求和标准介绍 QC T941 2013汽车材料中汞的检测方法 QC T942 2013汽车材料中六价铬的检测方法 QC T943 2013汽车材料中铅 镉的检测方法 QC T944 2013汽车材料中多溴联苯 PBBs 和多溴二苯醚 PBDEs 的检测方法 GB T23263 2009制品中石棉含量测定方法 7 有害物质合格判定分为定性判定和定量判定 定量判定按下表 一 环保法规要求和标准介绍 注 管控限值高于标准限值因为考虑了测量误差 在对定量的检测报告进行判定时要以此为依据 8 可再利用率和可回收利用率有关术语 GB T26989 2011 再利用 经过对报废车辆零部件的再加工处理 使之能够满足其原来使用要求或者用于其他用途 不包括使其产生能量的处理过程 回收利用 经过对报废车辆零部件及废弃物的再加工处理 使之能够满足其原来的使用要求或者用于其他用途 包括使其产生能量的处理过程 一 环保法规要求和标准介绍 9 可再利用率和可回收利用率有关术语 GB T26989 2011 能量回收 通过焚烧 热解等方式处理废弃物以回收能量的方式 可再利用率 新车中能够被再利用和 或再使用部分的质量占车辆整车整备质量的百分比 可回收利用率 新车中能够被回收利用和 或再使用部分的质量占车辆整车整备质量的百分比 一 环保法规要求和标准介绍 10 可再利用率和可回收利用率的计算 GB T19515 2015 质量变量符号和定义 一 环保法规要求和标准介绍 11 可再利用率和可回收利用率的计算 GB T19515 2015 计算的四个阶段 一 环保法规要求和标准介绍 12 可再利用率和可回收利用率的计算 GB T19515 2015 材料的分类 a 金属b 聚合物 不包括橡胶c 橡胶d 玻璃e 液体f 经过改良的有机天然材料 如皮革 纸板 棉毛织物 g 其他 不能进行详细分类的零部件和 或材料 一 环保法规要求和标准介绍 人造革 PU 化纤织物等应该归到聚合物类 13 可再利用率和可回收利用率的计算 GB T19515 2015 可再利用率计算 一 环保法规要求和标准介绍 可回收利用率计算 14 二 中国汽车产品回收利用体系 15 2010年7月15日 长春成立中国机械工业联合会 上海汽车工业 集团 总公司 中国第一汽车集团公司 北京汽车工业控股有限责任公司 长安汽车 集团 有限责任公司 东风汽车公司 广州汽车工业集团有限公司等六大汽车集团在内的20家单位成员单位以市场导向的共性技术研究为目标 产学研用为基础的技术创新合作平台组织机构的设置即考虑产业化 市场化 共性化的产业技术创新方向联盟下设理事会 技术委员会 产业化委员会同时也是 绿色制造技术创新联盟 专业联盟中国机械工业联合会张小虞副会长担任联盟理事长 汽车产品回收利用产业技术创新战略联盟 16 战略性新兴产业 战略性新兴产业 2010年9月19日通过 国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定 节能环保等七大产业入选 战略性 是针对结构调整而言的 新兴 主要在于技术的创新和商业模式的创新 减排目标 2020年中国单位GDPCO2排放比2005年下降40 45 大力发展绿色经济 积极发展低碳经济和循环经济 研发和推广气候友好技术 17 绿色制造 又叫清洁生产 面向环境的制造 指在保证产品的功能 质量 成本的前提下 综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式 它使产品从设计 制造 使用到报废整个产品生命周期中不产生环境污染或使环境污染最小化 符合环境保护要求 节约资源和能源 使资源利用率最高 能源消耗最低 并使企业经济效益和社会生态效益协调最优化 可持续发展背景下的制造模式 中国科学院院长路甬祥 纵观先进制造技术的演进趋势 绿色 和 智能 将成为主要发展方向 至2030年 机电 汽车产品回收再造技术得到普及 中国至2050年先进制造技术发展路线图 AdvancedManufacturingTechnologyinChina ARoadmapto2050 18 产品生命周期中的生产者延伸责任 中华人民共和国循环经济促进法 2009年1月1日正式实施 明确建立以生产者为主的延伸责任制度 汽车产品回收利用技术政策 要求 加强汽车生产者责任的管理 在汽车生产 使用 报废回收等环节建立起以汽车生产企业为主导的完善的管理体系 19 汽车回收利用产业的现状 机遇与挑战 现状 汽车产销量世界第一 报废汽车数量巨大报废汽车回收拆解企业498家 技术水平和规模差异很大 二次污染较为严重我国劳动力资源丰富 机械化工具 手工拆解 的深度拆解作业方式 可以保证达到较高的实际回收利用率机遇与挑战 低能耗 低污染 低排放的低碳发展 提高资源利用率是重要途径环保达标作为产业发展的第一要素 控制报废汽车拆解过程的污染问题探索新的产业发展模式和关键支撑技术 发展退役汽车产品的高附加值再利用 手工拆解工艺可以保证达到较高的回收利用率 国家标准GB22128 2008 20 我国报废汽车回收利用产业规模预测 2015 2020 21 我国汽车产品回收利用产业体系 2015 2020 汽车回收利用产业完全有潜力能成为 掌握关键核心技术 具有市场需求前景 具备资源能耗低 带动系数大 就业机会多 综合效益好 的战略性新兴产业 22 报废汽车回收利用产业政策的决策模型 市场驱动原则 政策支持 市场准入制 政策性贷款 报废汽车回收拆解 破碎 金属再利用 零部件再使用与再制造 车用塑料再利用管制行动原则 生产者延伸责任原则 生产者 生产者责任组织 政府部门 财政预算 废弃物环保处置 禁用物质零部件处置 ASR处置协议行动原则 政策支持 财政补贴 政策性贷款 轮胎 橡胶再利用 蓄电池再利用 车用电子产品再利用自愿行动原则 政策支持 政府奖励 财政补贴 减量化与信息公开责任 车用玻璃 热塑性弹性体 天然改性材料再利用 23 汽车产品回收利用产业技术创新的意义 24 汽车产品回收利用产业技术路线图 25 研究重点 乘用车环保预处理和深度拆解技术与装备研究 降低和控制报废汽车拆解过程的环境污染 实现内外饰件的深度拆解 从而为提高乘用车实际回收利用率打好基础退役汽车车控电子部件的高附加值再利用技术与装备研究 解决车控电子部件的高附加值再利用技术难题 从而为提高乘用车实际回收利用率提供技术支撑退役汽车内外饰件的非金属材料高效率识别 分离 再利用技术与装备研究 解决非金属外饰件高附加值再利用 内饰件非金属材料大规模识别分离等技术问题 从而为提高乘用车非金属材料的实际再利用率提供技术支撑 26 三 汽车非金属材料及制品 27 引言 材料的多样性 燃油箱的材料发展 铝合金 钢板 塑料 聚乙烯 材料的多样性为产品设计开发提供了更多的选择材料为产品服务 成本 重量 客户需求 28 不同车型塑料使用量对比 一 汽车用非金属材料用量情况 29 二 汽车用非金属材料分类 30 密度低 成型方便 塑性变形大橡胶弹性好 三 用非金属材料应用意义 31 非金属材料与金属材料的比较 四 非金属材料的性能 32 汽车非金属材料发展方向浅析 节能 安全 经济 经济性 节能 舒适性 环保 安全 五 汽车及非金属材料技术的发展方向 33 气门室罩盖 SMC 减重25 30 低密度SMC 减重35 40 PE 减重30 40 PPA 减重40 45 1以塑代钢 节能 轻量化 油底壳 PP 减重50 工作台 燃油箱 工具箱 空滤器 变速箱顶盖 汽车及非金属材料技术的发展方向 34 汽车污染物排放控制 Text 低成本 车内VOC空气污染物控制 禁限用重金属和多溴联苯醚 1用热塑性弹性体替代橡胶2材料统合 1塑料件阻燃剂替代技术2橡胶组份无铅化设计 1控制零部件挥发物含量2低VOC聚丙烯的开发 1采用低渗透燃油管 环保 提高可回收利用率 环保 汽车及非金属材料技术的发展方向 35 国内商用车NBR CR燃油管 燃油渗透量大 非金属材料耐燃油渗透性试验结果 东风试验室数据 手段 材料采用PA和氟塑料结构采用双层复合 低渗透燃油管替代传统橡胶管 环保 汽车及非金属材料技术的发展方向 36 环保 新材料 2 低VOC聚丙烯的开发 存在的问题 1 降解法合成PP残留且受热分解较多的低沸点挥发性物质2 添加剂分解产物 联合开发 工艺研究所中山大学聚赛龙公司石化公司广州分公司 技术方案 1 加氢法合成PP2 无机纳米光催化 抗静电复配技术低VOC材料增韧技术低VOC的工艺控制技术 项目预期主要技术指标 汽车及非金属材料技术的发展方向 37 汽车及非金属材料技术的发展方向 38 经济 2 EPDM替代硅胶管 EPDM中冷器胶管的开发及应用 替代 硅橡胶 EPDM 存在的问题 硅橡胶管用于工作温度低于100 的中冷器出气端口 显得性能过剩 以致成本居高不下 解决措施 1 采用耐候性优良的EPDM橡胶替代硅橡胶2 配方进行耐热性硫化体系改进3 结构增强层由5层减少为2层 经济效益 单件价格降低85 年经济效益230万 汽车及非金属材料技术的发展方向 三元乙丙橡胶 39 减重40 50 经济收益120万 新材料 3 长玻纤增强聚丙烯材料 优势 玻纤长度约10mm 大大提高了PP材料的强度和冲击韧性 接近PA材料 且吸水率低 有较好的价格优势 可在仪表板骨架 门护板骨架 座椅骨架等方面应用 工艺风险 目前国内常用的注塑机螺杆需改进 经济 汽车及非金属材料技术的发展方向 40 安全 安全 Text 安全 高性能材料的开发1 满足产品的质量要求2 提高材料的功能性要求3 提升总成 系统的品质 汽车及非金属材料技术的发展方向 41 材料高性能化 稀土改性塑料 稀土改性聚丙烯 采用稀土化合物进行塑料熔融共混改性 开发高抗冲聚丙烯材料及高耐磨尼龙材料 应用方向 1 提高材料耐磨性应用目标件 耐磨部件如衬套 球节2 提高材料强度及韧性应用目标件 发动机周边耐高温部件如风扇叶片 稀土改性尼龙 安全 汽车及非金属材料技术的发展方向 42 减震 降噪 隔热 舒适 表层 丁苯橡胶中间 PU泡沫底层 丁苯橡胶 地毯 阻尼钢板 钢板 粘弹体 钢板粘弹体 氯丁橡胶聚氨酯橡胶 多向受力兼顾刚度 减震和疲劳寿命 橡胶支撑座 丁基橡胶代替沥青 橡胶阻尼胶板 舒适 系统软连接 驾驶舱NVH技术 发动机降噪 汽车及非金属材料技术的发展方向 43 四 复合材料废弃物回收利用技术 44 一 背景 复合材料应用广泛 产量增长迅速 中国复合材料产量增长情况 FRSP 热固性玻璃钢 FRTP 热塑性玻璃钢 CCL GF EPR玻纤 环氧树脂覆铜板 45 伴随着复合材料的飞速发展 复合材料废弃物的数量不断增加 复合材料废弃物来源 制造过程产生的废弃物 使用后退役的产品 复合材料废弃物量随之增长 引起行业广泛关注 46 叶片行业的迅速扩大 给回收利用带来新的困难 制造过程产生的废弃物量大 约700Kg 片 产品重 体积大 强度高 破碎等处理不方便 行业快速 迅猛发展 意味着将来将集中退役 大量退役叶片的处理 对回收利用技术将是一个很大的挑战 47 需要回收的风机叶片材料数量预测 来源 f kwinf HochschuleBremerhaven 48 目前 我国对复合材料废弃物的处理仍主要采取填埋或简单焚烧的处理方法 占用土地资源 二次污染严重 资源未得到充分应用存在潜在的 未知的危险 目前国内的主要处理方式 49 二 国外复合材料回收技术 复合材料废弃物的方法不尽相同 但总的来说 可以大致分为以下三种路线 化学回收物理回收能量回收 50 复合材料的回收技术 1 热固性聚合物基复合材料的回收2 热塑性聚合物基复合材料的回收3 金属基复合材料的回收 51 不管采用那一种回收方法 复合材料废弃物必须首先切碎成可用的块状 复合材料废弃物回收流程 52 各种复合材料废弃物回收方法对比 53 2 1化学回收 利用化学改性或分解的方法使废弃物成为可以回收利用的其他物质 如燃气 燃油等 的一种方法 该方法技术难度大 对回收设备要求高 回收费用较高 一般在400 500 以回收热解油为主 在600 700 以回收热解气为主 复合材料废弃物中的玻纤在热解的高温下力学性能下降 进一步研磨后 可与其他固体副产物研磨粉料一起用作填料 54 1 热裂解法 裂解法可以得到低分子量的烷烃 烯烃和CO H2等气体以及类似原油的液体 固体残渣为破碎的纤维 填料和焦炭 裂解开始需要引入天然气或丙烷作为加热反应器的原料 一旦有气体裂解即可切换 将产物改作燃料 据报道 这种工艺在经济上是可取的 其裂解的液态产物组分与石油相近但价格较便宜 可作为燃料使用 固体残留物经过粉碎筛选作为填料使用 其成本并不比直接机械粉碎高 而且增强效果很好 55 聚合物基复合材料的回收装置及产物 复合材料废料 切碎机 反应室 气体分配器 气体贮槽 液化石油气 化学品 冷凝器 气液分离器 碳氢化合物贮槽 精制装置 取暖燃料 化学原料 液化石油气 汽化器燃料 煤油 柴油 固体废渣纤维贮存器 填料 制备复合材料 56 2 反相氧化法 反相氧化法也称气相法 是一种氧化分解的方法 在氧的作用下复合材料中的聚合物基体分解为低分子碳氢化合物和CO和H2 使之与增强体分离 此法对碳纤维增强环氧体系最为有效 它除回收燃油和燃气外 还较好的回收了纤维 纤维的结构并未破坏 仅在表面上残留了10 的树脂 用来制造新的块状模塑料及增强水泥 均得到满意的效果 如果将复合材料碎片用水浸湿则有助于提高回收率 因为水使氧气流的短路通道堵塞 提高氧化效率 同时水还有催化氧化的作用 57 3 催化裂解法 催化裂解法是利用催化剂将聚合物降聚成气态或液态分子 从而易与增强体分离 得到的碳氢低分子则经过分离或精馏 成为各种化学原料或燃料 例如 碳纤维增强环氧复合材料碎片与解聚催化剂混合置入解聚反应室 在200 下反应5min即可使环氧变成粘稠状液体 用抽滤法与增强体分离 增强体可以再使用 58 复合材料废弃物热解产物表 59 美国汽车协会和通用公司共同努力 在1988年和1989年进行了数十吨SMC废弃物热解试验 将复合材料废弃物在无氧情况下 加热分解成为热解气和热解油 以及以CaCO3 玻纤为主的固体副产物 在通用A级汽车SMC用料中 其替代量高达CaCO3填料的30 混合物的12 时 对加工和力学性能无不良影响 60 含有研磨热解副产物的SMC性能对比表 61 ReFiber公司对叶片采用的高温热解回收工艺 其回收的材料主要用作绝缘材料 在叶片产品上的应用试验 62 高温热解前后的风机叶片 63 金属基复合材料的回收 1 熔融盐处理法 金属基复合材料中的无机非金属增强体通过加熔融无机盐而形成渣 通过排渣可将熔融的金属分离回收 例如晶须 SiCw 增强6061铝合金复合材料 用NaF Li和KF等无机盐均能使SiCw进入盐渣 其中以NaF10 的效果较好 碳化硅晶须 64 金属基复合材料的回收 2 电磁分离法 对处于熔融状态下复合材料基体施加一单方向的电磁场 因增强体和基体对磁场的作用极性不同 两者产生相对方向的运动 从而分离 一般增强体沉在底部 然后除去 65 金属基复合材料的回收 3 化学溶解法 将复合材料置于强酸或强碱中 金属基体溶解而与增强体分离 通过化学方法使金属盐从溶液中析出 过滤干燥后 或以化学原料形式回收 或者经还原而成金属 66 2 2物理回收 将废弃物粉碎或熔融作为材料的原材料使用 生产成本较低 处理方法简单 但是对废弃物的选择性大 处理量有限度 作为添加物使用时 由于可能会导致材料性能的降低和成本的提高 所以添加数量和应用领域受到限制 67 粉碎法回收粒料尺寸及应用范围 68 热塑性聚合物基复合材料的再生流程示意图 连续纤维增强的高性能复合材料 采用缠绕 拉拔等工艺作为承力结构用于航天航空和要求高的场合 强度500MPa以上 第一次再生 机械破碎 较长不连续纤维增强复合材料 约25mm 采用模压成型工艺作为汽车次承力件或其他装饰件 强度约250MPa 第二次再生 机械粉碎 短纤维增强复合材料 约5mm 用注射成型 模压成型工艺日用家具 门窗框 头盔等 强度小于200MPa 第三次再生 机械粉碎 粉状填料增强复合材料 用注射成型 模压成型等工艺包装箱 机箱等低承力制品 强度小于100MPa 热塑性聚合物基复合材料 69 热塑性聚合物基复合材料溶剂法回收流程图 复合材料切碎物 溶解物 溶剂 过滤 纤维 含有少量残余聚合物 回收品 滤出物 清洗 聚合物溶液 滤液 聚合物沉淀 沉淀物 聚合物回收品 分离干燥 70 美国GE将GMT 玻璃纤维增强型热塑性塑料 制作的废弃的汽车保险杠经过粉碎机粉碎后与GMT新料按20 80的比例掺混再复合成新的片材 其性能无明显下降 大日本油墨化学工业株式会社以BMC 即团状模塑料 国内常称作不饱和聚酯团状模塑料 其主要原料由GF 短切玻璃纤维 UP 不饱和树脂 MD 填料 以及各种添加剂经充分混合而成的料团状预浸料 制品的废弃物为对象开发了新型人行道铺路材料 把废BMC制品的破碎物作为人行道的下层 再生橡胶作为上层 71 2 3能量回收 将废弃物通过焚烧等处理 其中的有机物通过燃烧转化为热能或其它能量方式加以应用的方法 该方法生产成本较低 处理方法简单 但是废弃物焚烧过程容易释放出有毒气体 焚烧后的灰分需要填埋 容易对环境造成二次污染 另一个问题是复合材料中有机物的燃点较高 需要用油 煤等引燃和助燃 72 复合材料及烯烃类聚合物的燃烧热量 73 能量回收流程图 74 能量回收利用方法 75 三 国内研究应用状况 国内的研究方向主要是 1 采用物理方法回收利用 在回收填料替代应用技术以及粉碎设备开发等方面开展了较多研究和应用推广 2 对能量回收方法进行