聚乙烯廢料回收技術(shù)

聚乙烯塑料二段法裂解工藝技術(shù)摘要：一、 引言二、 聚乙烯的回收技術(shù)現(xiàn)狀三、 聚乙烯廢料回收行業(yè)中存在的問題四、聚乙烯塑料二段法裂解五、 展望六、 完畢語一、引言隨著石油化工的開展，聚乙烯生產(chǎn)得到迅速開展，產(chǎn)量約占塑料總產(chǎn)量的1/4。1983年世界聚乙烯總生產(chǎn)能力為24.65Mt，在建裝置能力為3.16Mt。聚乙烯的應(yīng)用涉及到我們生活的方方面面，聚乙烯制品更是成為了我們生產(chǎn)生活不可缺少的一局部。據(jù)世界觀察研究所公布的數(shù)字顯示，全世界每年制品塑料回收再利用率不到10%。歐洲制品塑料回收率相對較高，但歐盟成員國中還有一半的回收率仍低于30%。日本的塑料回收利用率也到達(dá)了26%。而我們選擇此課題的主要背景為以下幾點：1聚乙烯行業(yè)開展前景好2國內(nèi)外聚乙烯工業(yè)現(xiàn)狀理想3聚乙烯所制塑料形成“白色污染〃嚴(yán)重聚乙烯與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，對經(jīng)濟開展起著不可無視的作用，但是同時聚乙烯廢料對環(huán)境造成的危害及其重大，不可無視；而對于塑料垃圾的回收再利用是一個利國利民的好工程，同時也是造福子孫后代的好事。所以，如何回收利用好聚乙烯廢料得到了越來越多的關(guān)注，處理好聚乙烯廢料成為迫在眉睫的事情。二、聚乙烯的回收技術(shù)現(xiàn)狀1、別離分選技術(shù)別離篩選是廢舊塑料回收的重要環(huán)節(jié)。國內(nèi)外開發(fā)了多種別離分選方法。儀器識別與別離技術(shù)：近紅外線具有識別有機材料的功能，采用近紅外線技術(shù)的光過濾器識別塑料的速度可達(dá)2000次/秒以上，常見塑料〔PE、PP、PS、PVC、PET〕可以明確的被區(qū)別開來，當(dāng)混合塑料通過近紅外光譜分析儀時，裝置能自動分選出5種常見的塑料，速度可到達(dá)20?30片/min。水力旋分技術(shù)：利用水力旋風(fēng)別離器將混合塑料經(jīng)粉碎、洗凈等預(yù)處理后裝入儲槽，然后定量輸送至攪拌器，形成的漿狀物通過離心泵送入旋風(fēng)別離器，在別離器中密度不同的塑料被分別排出。選擇性溶解法：將混合塑料參加二甲苯、乙酮等溶劑中，它可在不同的溫度下選擇性溶解、別離不同的塑料，損耗很小。浮選別離法：采用普通浸潤劑如木質(zhì)素磺酸鈉、丹寧酸、Aerosol0丁和皂草甙等，可以將PVC、PC〔聚碳酸酯〕、POM〔聚甲醛〕和PPE〔聚苯醚〕等塑料混合物別離開來。電別離技術(shù)：用摩擦生電的方法別離混合塑料〔如PAN、、PE、PVC和PA等〕。其原理是兩種不同的非導(dǎo)電材料摩擦?xí)r，它們通過電子得失獲得相反的電荷，其中介電常數(shù)高的材料帶正電荷，介電常數(shù)低的材料帶負(fù)電荷。塑料回收混雜料在旋轉(zhuǎn)鍋中頻繁接觸而產(chǎn)生電荷，然后被送如另一只外表帶電的鍋中而被別離。2、 熔融再生技術(shù)熔融再生是將廢舊塑料加熱熔融后重新塑化。根據(jù)原料性質(zhì)，可分為簡單再生和復(fù)合再生兩種。簡單再生主要回收樹脂廠和塑料制品廠的邊角廢料以及那些易于挑選清洗的一次性消費品，如聚酯飲料瓶、食品包裝袋等?；厥蘸笃湫阅芘c新料差不多；復(fù)合再生的原料那么是從不同渠道收集到的廢棄塑料，有雜質(zhì)多、品種復(fù)雜、形態(tài)多樣、臟污等特點，因此再生加工程序比擬繁雜，別離技術(shù)和篩選工作量大。一般來說，復(fù)合回收的塑料性質(zhì)不穩(wěn)定，易變脆，常被用來制備較低檔次的產(chǎn)品。如建筑填料、垃圾袋、微孔涼鞋、雨衣及器械的包裝材料等。3、 裂解回收燃料和化工原料裂解技術(shù)因最終產(chǎn)品的不同分為熱裂解和催化裂解兩種：熱裂解是得到燃料〔汽油、柴油、焦油等〕，催化裂解是回收化工原料〔如乙烯、丙烯、苯乙烯等〕。4、 超臨界油化法用超臨界水對廢舊塑料〔PE、PP、PS等〕進(jìn)展回收，反響溫度為400?600°C，反響壓力25Mpa，反響時間在10min以下，可獲得90%以上的油化收率。用超臨界水進(jìn)展廢舊塑料降解的優(yōu)點是很明顯的：水做介質(zhì)本錢低廉；可防止熱解時發(fā)生炭化現(xiàn)象；反響在密閉系統(tǒng)中進(jìn)展，不會給環(huán)境帶來新的污染；反響快速，生產(chǎn)效率高等。5、氣化技術(shù)氣化法的優(yōu)點在于能將城市垃圾混合處理，無需別離塑料，但操作需要高于熱分解法的高溫〔一般在900°C左右〕。6、氫化裂解技術(shù)氫化裂解裝置使廢塑料顆粒在15?30Mpa,470C下氫解，生成一種合成油，其中鏈烷烴60%、環(huán)烷烴30%、芳香烴為1%。這種加工方法的能量有效利用率為88%，物質(zhì)轉(zhuǎn)化有效率為80%三、聚乙烯廢料回收行業(yè)中存在的問題廢舊朔料的回收利用可以減少環(huán)境污染，但是如今社會的朔料回收處理還存在著一些問題。其一，全社會對這個行業(yè)缺少理性認(rèn)識和政策扶持。如人們環(huán)保意識普遍不強，對廢舊塑料回收利用認(rèn)識缺乏；民眾普遍認(rèn)為用再生塑料職稱的產(chǎn)品是劣質(zhì)產(chǎn)品；國家缺乏對廢棄塑料回收利用行業(yè)和再加工企業(yè)扶持的具體政策。其二，行業(yè)協(xié)會剛成立不久，對行業(yè)的協(xié)調(diào)規(guī)劃作用還未充分發(fā)揮出來。目前還缺少有專業(yè)經(jīng)歷的專家、學(xué)者為其規(guī)劃開展，行業(yè)協(xié)會的作用還沒有充分發(fā)揮出來。其三，回收的制品價格上漲，企業(yè)利潤大幅下滑。石油漲價，勞動力、運輸、生產(chǎn)輔料本錢的增加，已使全行業(yè)處于微利狀態(tài)。其四，由于缺乏政府有效的領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)，對于清洗污水未進(jìn)展處理就地排放，一些地方地下水質(zhì)受到影響，生存環(huán)境變差，期待有效的解決方法。所以針對以上方面的問題，我們需要做出自己的努力。在管理得到改善的情況下，我們認(rèn)為科技方面的改革創(chuàng)新尤為重要。四、聚乙烯塑料二段法裂解根據(jù)對聚乙烯廢料回收處理工藝有關(guān)方面知識的了解及討論，我們認(rèn)為聚乙烯塑料二段法裂解的研究擁有著很大的應(yīng)用前景。我們所了解的當(dāng)下處理聚乙烯廢料的技術(shù)大概分為別離分選技術(shù)、燃燒回收能量、熔融再生技術(shù)、裂解回收燃料和化工原料，本文重點討論PE裂解回收燃料的工藝技術(shù)。裂解技術(shù)通常有熱裂解法和催化裂解法，前者生成沸點范圍寬的烴類物質(zhì)，回收利用價值較低，后者由于有催化劑存在，產(chǎn)物分布相對易于控制，目前較為流行的工藝為熱解催化改質(zhì)二段法，但由于對二段法使用條件和所用的催化劑缺乏系統(tǒng)研究，催化劑積碳率較高，約為10%，油品質(zhì)量不高，產(chǎn)率較低，約為60%?70%之間。因此，我們主要想進(jìn)展聚乙烯廢料的二段法裂解方面的研究。通過查找資料、咨詢等途徑，我們對聚乙烯廢料的二段法裂解已經(jīng)有了一定的認(rèn)識和展望。1、 裂解原料及工藝流程氮氣 裂解氣it物料T熱解釜T催化管T冷卻器T分餾T汽油、柴油、重油2、 實驗方法稱取聚乙烯樹脂或其廢料（經(jīng)粉碎后）200g置于熱解釜，催化劑放入催化管，通入氮氣至熱裂解反響開場，吹掃除去體系中的空氣，防止在反響過程中的氧化反響，接通加熱裝置電源，通過溫控儀控制熱解釜和催化管的溫度，升溫過程中，物料由固態(tài)逐漸變?yōu)橐簯B(tài)，約在340°C時完全變成液態(tài)，此時將熱解釜溫度快速升至所需熱裂解溫度，裂解反響開場后，熱解釜內(nèi)物料裂解產(chǎn)物的裂解氣通過催化管進(jìn)入冷凝器，獲得油狀產(chǎn)物和局部氣體，經(jīng)分餾后，獲得汽油、柴油和重油。裂解氣、汽油各成份的分析，采用GC17A2QP5000色質(zhì)聯(lián)用儀(日本島津公司)進(jìn)展測試。3、工藝條件對裂解產(chǎn)品的影響(1)裂解溫度對液體油品產(chǎn)率及其組分含量、裂解氣體產(chǎn)率和裂解殘渣產(chǎn)率的影響表1聚乙烯樹脂熱裂解時裂解溫度對液體、氣體和殘渣產(chǎn)率的影響460C480C500C520C氣體產(chǎn)率/%5.45.96.88.2殘渣產(chǎn)率/%5.83.41.10.9液體產(chǎn)率/%88.890.392.190.9汽油質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%18.719.821.221.4柴油質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%37.939.740.241.2重油質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%43.440.538.637.4由表1可以看出，聚乙烯樹脂熱裂解時，液體油品產(chǎn)率開場隨裂解溫度的升高而升高，當(dāng)超過500C，隨裂解溫度繼續(xù)升高而下降.汽油質(zhì)量分?jǐn)?shù)和柴油質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨裂解溫度升高而升高，但重油質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨裂解溫度的升高而降低。裂解氣體產(chǎn)率隨裂解溫度的升高而升高，殘渣產(chǎn)率隨裂解溫度的升高而降低.這是因為聚乙烯樹脂的裂解反響是吸熱反響，當(dāng)裂解溫度升高時，可以提供更多的反響能量，裂解反響可以進(jìn)展得較為徹底，裂解產(chǎn)物趨向輕質(zhì)化，故輕質(zhì)組分含量升高，重質(zhì)組分含量降低.當(dāng)裂解溫度為500°C時，液體油品產(chǎn)率到達(dá)最高，為92.1%，此時汽油質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，氣體產(chǎn)率、殘渣產(chǎn)率和重油質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較低，故聚乙烯廢料的二段法裂解的目前最適合裂解溫度為500C?！?〕熱解及熱解后催化改質(zhì)產(chǎn)物組成的區(qū)別聚乙烯樹脂及其黑色塑料袋的熱裂解及熱裂解產(chǎn)物在PPA分子篩催化劑作用下，聚乙烯廢料熱裂解與催化改質(zhì)后所得到液體產(chǎn)率較樹脂低，這是由于廢料中含有添加劑的緣故。熱裂解氣經(jīng)過催化改質(zhì)后，液體產(chǎn)率降低約10%，但是油品中汽油餾份質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯提高，而重油餾分質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯降低，這說明PPA分子篩催化劑催化改質(zhì)的效果顯著。實驗結(jié)果還說明：經(jīng)過催化改質(zhì)后，氣體產(chǎn)率明顯提高,所得氣體含兩局部：一局部是熱裂解所得的不凝氣體，另一局部是熱裂解產(chǎn)物經(jīng)過催化改質(zhì)所得的不凝氣體。(2)催化改質(zhì)過程溫度對氣體產(chǎn)率的影響表2催化改質(zhì)溫度對液體產(chǎn)率及組成的影響催化劑原料 催化改質(zhì)溫度/C催化劑積碳率/%液體產(chǎn)率/%氣體產(chǎn)率/%液體組成的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%汽油柴油重油11#PE3007.370.321.749.243.07.811#PE3206.669.223.249.343.57.211#PE3405.768.824.349.843.46.811#PE3605.475.118.750.643.65.811#PE3805.372.520.950.944.05.111#廢PE3605.272.819.549.644.85.621#PE3004.677.117.245.445.78.921#PE3204.276.418.545.945.78.921#PE3403.580.515.347.645.46.821#PE3603.674.421.248.645.36.121#PE3803.372.223.148.845.45.821#廢PE3403.277.616.746.846.76.5PPAPE3003.479.415.847.645.27.2PPAPE3202.982.313.948.844.66.6PPAPE3402.678.218.449.244.86.0PPAPE3602.875.921.049.645.25.2PPAPE3802.572.423.849.845.34.9PPA廢PE3202.879.814.847.246.86.0由表2可看出，對同一種原料而言，在不同的催化改質(zhì)溫度、不同的催化劑作用下，氣體產(chǎn)率不同.11#,21#稀土Y分子篩和PPA分子篩催化劑分別在360°C,340°C,320°C有最低的氣體收率，其中，PPA分子篩催化劑在320C的氣體收率為13.9%,在三種催化劑中最低?！?〕催化改質(zhì)過程溫度對液體產(chǎn)率及組成的影響由表2可看出，11#催化劑催化改質(zhì)所得的液體產(chǎn)率較低，而油品中汽油餾分含量較高，這是由于該催化劑的催化活性較高，產(chǎn)生了較多的氣體，同時使油品中輕質(zhì)成分含量增加。21#催化劑、PPA催化劑催化改質(zhì)所得的液體收率較高，說明它們的催化活性適中。實驗發(fā)現(xiàn)，對PPA催化劑而言，隨催化改質(zhì)溫度的升高，液體產(chǎn)率減少，當(dāng)催化改質(zhì)溫度為320C時，液體產(chǎn)率最高，為82.3%。對這3種催化劑而言，隨著催化溫度升高，油品中汽油餾份含量升高，柴油餾份含量變化不明顯，而重油餾份含量那么逐漸減少，這說明3種催化劑對重油餾份催化改質(zhì)效果明顯?！?〕催化改質(zhì)溫度對催化劑積碳率的影響由表2可看出，11#催化劑積碳率最高，21#催化劑次之，而PPA催化劑積碳率那么最少。對此3種催化劑而言，隨催化改質(zhì)溫度的升高，催化劑積碳減少。這是因為生成焦碳的反響與生成氣體和液體油品的反響互為競爭反響，通常，生成氣體和液體油品的反響速度常數(shù)的溫度系數(shù)較高。故當(dāng)催化改質(zhì)溫度升高時，有利于反響生成氣體和液體油品，同時催化劑積碳率減少?！?〕熱裂解后催化改質(zhì)與熱裂解的汽油成份及辛烷值的比擬表3汽油餾分中各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)〔％〕與汽油辛烷值的關(guān)系熱裂解催化改質(zhì)C5外的直鏈烷烴19.548.01C5?C7異鏈烷10.7225.90C5?C7外的異鏈烷烴3.115.26環(huán)烷烴 4.0610.10總芳烴0.438.20辛烷值(RON)58.3088.10由表3可以看出，熱裂解產(chǎn)物經(jīng)過催化改質(zhì)后，C5外的直鏈烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降一倍多，而C5?C7異鏈烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)、C5?C7外的異烷烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)、環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)和芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有較大幅度上升。汽油中這些成份對汽油的辛烷值有很重要的影響，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改變，必然引起汽油辛烷值的改變，故使其辛烷值由熱裂解的58.3%上升到催化改質(zhì)后88.1%。由此可以看出，熱裂解產(chǎn)物在催化改質(zhì)的過程中，發(fā)生了異構(gòu)化、環(huán)構(gòu)化和芳構(gòu)化等反響，使得汽油品質(zhì)得到很大提高。4、結(jié)論1） 聚乙烯及其廢料熱裂解產(chǎn)物中重質(zhì)成分含量高，需催化裂解。聚乙烯在二段法催化裂解過程中，催化改質(zhì)溫度和催化劑性質(zhì)對催化改質(zhì)所得的氣體產(chǎn)率、汽油產(chǎn)率、汽油辛烷值、柴油產(chǎn)率及催化劑積碳率的影響較大。2） 聚乙烯催化改質(zhì)時，其熱裂解產(chǎn)物在催化改質(zhì)過程中，發(fā)生了異構(gòu)化、環(huán)構(gòu)化和芳構(gòu)化等反響，使汽油品質(zhì)得到較大提高L使用PPA分子篩作裂解催化劑時，液體產(chǎn)率為83.3%,油品中汽油餾份為48.8%,辛烷值為88.1%。3） 對聚乙烯廢塑料進(jìn)展二段法裂解回收液體燃料油，這是資源回收利用和防止二次污染的一個重要方法，它將對廢塑料的綜合處理與利用提供有力的依據(jù)。五、展望在管理方面，我們覺得可以通過建立全國性的專門法規(guī)、制定相關(guān)的經(jīng)濟政策、跟進(jìn)管理工作及統(tǒng)一管理思想來促進(jìn)聚乙烯廢料回收事業(yè)的進(jìn)步與開展；而回收利用聚乙烯廢料最終還是要回到技術(shù)處理上面來，所以在管理好制度的同時，我們更應(yīng)該注重技術(shù)的進(jìn)步與開展?？茖W(xué)技術(shù)的創(chuàng)造與完善離不開人才的培養(yǎng)和交流，所以我們還應(yīng)該為聚乙烯廢料回收技術(shù)的交流創(chuàng)造更多的時機。在技術(shù)方面，我們應(yīng)該加強科技創(chuàng)新的投入，加大宣傳，促進(jìn)聚乙烯廢料處理二段法技術(shù)的改進(jìn)和推廣。由實驗可知，聚乙烯及其廢料熱裂解產(chǎn)物中重質(zhì)成分含量高，需催化裂解。聚乙烯在二段法催化裂解過程中，催化改質(zhì)溫度和催化劑性質(zhì)對催化改質(zhì)所得的氣體產(chǎn)率、汽油產(chǎn)率、汽油辛烷值、柴油產(chǎn)率及催化劑積碳率的影響較大所以就聚乙烯廢料處理二段法而言，我們應(yīng)該積極尋找優(yōu)良催化劑，促進(jìn)反響的進(jìn)展，提高反響產(chǎn)物的可用率，這是很重要的一方面；而另一方面，要注重改進(jìn)聚乙烯廢料處理二段法的儀器設(shè)備，便于更好地控制溫度，從而提高液體油品產(chǎn)率裂解氣體產(chǎn)率，并可對其組分含量進(jìn)展一定程度的認(rèn)為控制，到達(dá)更好的回收效果。我們將對這兩方面的科學(xué)技術(shù)進(jìn)展密切的注意。對聚乙烯廢塑料進(jìn)展二段法裂解回收液體燃料油，這是資源回收利用和防止二次污染的一個重要方法，它將對廢塑料的綜合處理與利用提供有力的依據(jù)。所以，作為一名資環(huán)專業(yè)的學(xué)生，我們應(yīng)該努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識，注重科學(xué)技術(shù)的開展。對于聚乙烯廢塑料二段法裂解技術(shù)，我們覺得這是應(yīng)用前景很廣的一個技術(shù)，在現(xiàn)有的根底上，通過科學(xué)人員的完善，必將造福人類，我們也將一直注意包括聚乙烯廢塑料二段法裂解技術(shù)在內(nèi)的聚乙烯廢料回收技術(shù)的開展。六、完畢語通過幾十年的經(jīng)濟開展探索和學(xué)習(xí)比照，已經(jīng)意識到，如果同樣按興旺國家已走過的傳統(tǒng)經(jīng)濟模式開展，到達(dá)興旺國家目前的水平將需要3倍于目前地球的資源，而這是不可能的。而人類在開展過程中，也越來越感到自然資源并非取之不盡，用之不竭，生態(tài)環(huán)境的承載能力也不是無限的。人類社會要不斷前進(jìn)，經(jīng)濟要持續(xù)開展，客觀上要求轉(zhuǎn)變增長方式，探索新的開展模式，減少對自然資源的消耗和生態(tài)系統(tǒng)的破壞。在這種情況下，循環(huán)經(jīng)濟是人類開展的必然選擇。而對自然環(huán)境、社會經(jīng)濟均起著舉足輕重作用的聚乙烯的廢料回收的科學(xué)處理是時代開展的必然要求，不斷進(jìn)展聚乙烯廢料回收工藝的創(chuàng)新是時代的潮流，相信在不久的未來，會有越來越多的先進(jìn)技術(shù)涌現(xiàn)出來，促進(jìn)聚乙烯廢料回收工藝事業(yè)的開展。我們，作為當(dāng)代大學(xué)生，更應(yīng)從自身做起，合理使用聚乙烯制品，合理回收利用聚乙烯廢料，并向人們宣傳聚乙烯回收利用的好處及方法，同時作為一名資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生，我們更應(yīng)該學(xué)好專業(yè)知識，從現(xiàn)在起，時刻積累與環(huán)保有關(guān)的科學(xué)文化知識和技術(shù)，成為一名