随着塑料制品消费量不断增大,废弃塑料也不断增多。目前我国废弃塑料主要为塑料薄膜、塑料丝及编织品、泡沫塑料、塑料包装箱及容器、日用塑料制品、塑料袋和农用地膜等。另外,我国汽车用塑料年消费量已达40万吨,电子电器及家电配套用塑料年消费量已达100多万吨,这些产品报废后成了废塑料的重要来源之一。据了解,2004年国内废塑料已达约1100万吨。这些废塑料的存放、运输、加工应用及后处理若不得当,势必会破坏环境,危害百姓健康。下面介绍塑料的热解。
一 热解产物
塑料的品种除了热塑性及热固性二大类外,由其受热分解后的产物又可分成解聚反应型塑料和随机分解型塑料,以及二者兼而有之的中间分解型塑料。
解聚反应型塑料受热分解时聚合物解离、分解成单体,主要是切断了单体分子之间的结合键。这类塑料有聚氧化甲烯、聚a-甲基苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、四氟乙烯塑料等,它们几乎100%的分解成单体。
随机分解型塑料受热分解时链的断裂是随机的,因此产生无一定数目的碳原子和氢原子结合的低分子化合物。这类塑料有聚乙烯、聚氯乙烯等。
大多数塑料的受热分解,二者兼而有之。各种分解产物的比例,随塑料的种类、分解的温度而不同,一般温度越高,气态的(低级的)碳氢化合物的比例越高。由于产物组分复杂要分解出各种单个组分比较困难,一般只以气态、液态和固态三类组分回收利用,此外,还有利用塑料的不完全燃烧回收炭黑的热解类型。
塑料中含氯、氰基团的,热分解产品中一般含hcl和hcn,而塑料制品中含硫较少,热分解得到的油品含硫分也相应较低下,是一种优质的低硫燃料油,为此,日本开发了废塑料与高硫重油混合热解以制得低硫燃料油的工艺。
二 热解流程
由于塑料具有:①导热系数较低0.07-0.3kcal/(m•h•℃)(相当于干木材),当加热到熔点温度(100-250℃)时,中心温度还很低,继续加热,外部温度可达500℃以上并产生碳化,而内部温度才达到可熔化的程度。由于外部炭化妨碍内部的分解,故热效率低下。②塑料品种多,废塑料品种混杂,分选困难。因此开发了独特的废塑料热解流程。
1、减压分解流程
日本三洋电机根据塑料导热系数低的特点开发利用微波炉与热风炉加热、减压蒸馏的流程,于1972年6月完成3吨/天处理量的试验性工厂。经破碎的废塑料送入熔化炉,并在其中加入发热效率高的热媒体如碳粒,当微波照射时产生热量。由热风炉与微波同时加热至230-280℃使塑料熔融。如含聚氯乙烯时产生的氯化氢可在氯化氢回收塔回收,熔融的塑料除去金属等不熔融的物质以后,送入反应炉,用热风加热到400-500℃(6.7×104pa绝对)分解,生成的气体经冷却液化回收燃料油。
2、聚烯烃浴热解流程(低温热分解流程)
这是日本川崎重工开发的一种方法。它是利用聚氯乙烯(pvc)脱 hcl的温度比聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)和聚苯乙烯(ps)分解的温度低这一特点,将pe、pp、ps在接近400℃时熔融,形成熔融液浴使pvc 受热分解。把pvc、pe、pp、ps加入到380-400℃的pe、pp、ps的热浴媒体中,分解温度低的pvc首先脱除hcl汽化,以后pe、pp、ps熔融形成热浴媒体,再根据停留时间的长短pe、pp、ps逐渐分解。分解产物有hcl和c1—c30的碳氢化合物,此外还有 co,n2,h2o及残渣等。hcl、c1—c4是气体, c5—c6是液状, c7—c30为油脂状的碳氢化物,经冷凝塔及水洗塔,回收油品及hcl,气体经碱洗后作为燃料气燃烧供给热解需要的热量。本流程的优点是用对流传热代替导热系数小的热传导。由于分解温度低没有金属(pvc的稳定剂)的飞散。
3、流化床法
为了使热分解炉内温度均一,改善传热效果,多使用流化床热分解炉。流化用的气体可用预热过的空气,部分(约5%)废塑料燃烧产生热量供加热用。热媒体用0.3mm粒径的砂,从热风预热炉来的热风把媒体层加热到400-450℃,破碎成5-20mm大小的废塑料经运输机送入分解炉,从热媒体获得热量进行分解,同时部分废塑料燃烧产生热量,贮藏于热媒体中加热塑料,供给分解需要的能量。正常运转时,预热炉停止使用。流动层内设置搅拌浆,以保证流化床层温度均一,同时防止废塑料与热媒体粘附在一起变成块状物阻止流化的进行。该热解炉的优点是内热式供热,热效率高。但由于部分塑料燃烧,产生的非活性气体n2,h2o及co2等夹在热解气中,热解气体热值不高,回收率也较其他方法低。本方法操作简单,控制容易,适合于负荷波动较大的情况选用。