废旧塑料循环利用技术报告书

废塑料循环利用技术报告书学校：北京建筑大学院系：环境能源与工程班级：环科121组员：徐若水、段其昌指导老师：任向浩完成日期：2015年11月2日1引言废旧塑料废旧塑料是指生产中产生的不合格塑料材料和制品，以及已失去使用价值的各种塑料制品。由于塑料用途广泛、使用性能良好，近年来，塑料工业不断发展，作为四大基础材料之一的塑料推动着工农业的持续发展和当代高科技的兴起。据统计，1997年仅我国塑料消耗量就达1630万吨，2000年我国塑料的生产量达1000万吨[1]。由于塑料产量的不断增加，对地球生态环境的危害越来越大。因此，对废塑料的循环再利用，不仅可以做21世纪的新能源，而且是保护环境，实现可持续发展的有效手段。回收分离利用废旧塑料的确具有战略性意义。1.废旧塑料特性城市生活垃圾中废旧塑料的种类很多，按照塑料外形不同，主要有塑料瓶、塑料袋、塑料包装、塑料玩具、塑料器皿等；按照塑料成分不同，主要有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）和聚酯（PET）五大类[1-4]。国外塑料废弃物的种类统计数据相对全面，以美国为例，不同种类塑料废弃物所占比例分别为：聚烯烃类（PO，包括PE和PP）61%，PVC13%，PS10%，PET1%，其他占5%。而目前尚未查找到国内有关生活垃圾中废旧塑料种类构成的相关数据，因此，从塑料制品的日常消费领域来推测塑料废弃物中各组分含量。目前国内生活垃圾中废旧塑料的主要来源是包装塑料，从消费领域来看，包装塑料中不同种类塑料所占比例分别为：PE65%，PS10%，PP9%，PVC6%，其他10%[1，2，5]。结合国内塑料制品的日常消费情况以及参考美国等国外塑料废弃物的种类数据，推测国内生活垃圾中废塑料的回收技术、再利用的价值、国家政策的支持。废旧塑料的种类构成中聚烯烃类所占比例最大，约为40%~65%。2.废旧塑料的收集废旧塑料的回收来源废塑料产生基本上有两大来源，一是来自塑料制品成型加工厂生产过程中产生的废品、残次品、边角料、下脚料、试验料、混合料等。这类废塑料污染较少，一般经过破碎即可利用[6]。另一类来自各类塑料制品的使用和消费过程。从国内来看，主要是农用塑料、包装用塑料、日用品三大领域。这类废弃塑料通常是两种或多种废塑料及其它物质(如:金属、玻璃、纸、泥土、水份等)的一种混合体系，既给回收利用带来困难，又使再生制品质量下降[7，8]。为了便于废旧塑料制品的分类回收和处理，各国都先后立法，采取措施。首先，包装外面印有明确的标识，用ISO标准[9]来标记塑料零件。90年代初，美国半数以上的州已经立法规定，塑料容器上要按SPI(塑料工业协会)所规定的标识明确标注其材料的种类[10]。我国塑料加工工业协会也采用这种标识方法[11]。目前废塑料的收集主要通过商业部门设置的站点，将饮料、食品、包装等行业，以及居民丢弃的废旧塑料加以回收。根据废塑料的使用过程和成分的差别对废旧塑料可进行分类回收，参见表1。2表1塑料制品的分类3.废旧塑料的分选目前，废旧塑料的常用分选方法见图1，可以看出，根据废旧塑料是否进行破碎预处理，主要分为两大类：一是光电分选，主要包括X射线分离和色彩分离；二是利用密度或电阻率差异进行分选，主要包括干式密度分离、湿式密度分离和电磁静电分离[12]。图1废旧塑料常用分选方法塑料分选技术的应用在干式分离方面主要有光选和电磁，并且以组合工艺为主。结合国内分选设备应用情况，设计采用风力分选-X射线分选-光电分选组合工艺。废旧塑料分选的工艺流程图见下图2。图2混合废旧塑料分选工艺流程图34.废旧塑料的清洗与干燥塑料废弃物来源复杂，通常附着灰尘、泥沙、油污等异物，为提高回收塑料再造制品的质量，必须对其表面进行清洗。人工清洗和干燥:碱水或石灰水清洗、刷洗、冷水漂洗和晾干。机械清洗和干燥:间歇式清洗:将废弃塑料放入水槽中用水冲洗，机械搅拌下去掉污垢，如沙子、水泥等，沉入水槽底部；用装有专用泵的沉淀池将碎木、纸屑净化；手工方法将附着牢固的油墨、标签等去掉后，放入碱液中，在机械搅拌下去掉污垢，最后将清洗过的碎废旧塑料送入离心机中甩干，经过两次空气干燥后，残留的水分0.5%。连续式清洗:将废弃塑料用传送带送入粉碎机，进行粗粉碎，然后送到大块分离段，沙石等沉入水底，并按时运走，上浮的物料经过输送辊送入湿磨机，然后进入沉淀池，所有比水重的东西都被分离出来。将湿的塑料碎屑在旋风分离器中机械干燥，然后通过隧道式干燥机进行热空气干燥，将干燥后的物料收集起来，准备造粒。5.废旧聚苯乙烯塑料的回收和改性技术回收利用废弃聚苯乙烯的途径很多，如制成新型建材，溶解制备涂料和胶粘剂，热解制成燃料油或有机溶剂等，按回收工艺主要有以下几种方法:5.1熔融挤出法这种方法比较简单。将废弃聚苯乙烯收集起来，进行粉碎、干化、熔融消泡、挤出、造粒[13l。最简单的回收利用方法是将废弃聚苯乙烯泡沫塑料直接进行机械破碎，去静电处理，然后与预先配制好的填充胶结料混合，模制成型，重新制成塑料产品。日本RPeor机械公司[14]提供了几种型号的废聚苯乙烯泡沫塑料回收机，在FT型回收机中，废聚苯乙烯泡沫塑料被撕碎，然后进入电加热的熔融管。熔融的废塑料被旋转叶片推出了熔融管，进入长方形封闭模具中，冷却后形成块状固体料，再粉碎后挤出切粒。此外还有日本Sekisaig公司制造的Ap减容机、Glenro减容机、Busseondux减容机、Gelimat减容机、Tornotia减容机等[15-17]。我国也研制了一些回收设备，主要有:浙江省乐清县虹桥机电控制设各厂制造的FLS-75型废聚苯乙烯泡沫塑料再生造粒机、陕西省宝鸡市秦川机床厂制造的SPH-6型废聚苯乙烯泡沫塑料回收造粒机、吉林省吉林市长青塑料厂研制的FPSZ.1型废聚苯乙烯泡沫塑料回收机等。此种方法回收的聚苯乙烯由于综合性能要低于新塑料，因此主要用来制造一些低值产品，如纽扣、文具以及盆、盒、罐等。如要提高产品的附加值，也可在造粒前加入一些改性剂、脱模剂、颜料等。5.2溶剂法回收熔融回收废弃聚苯乙烯泡沫塑料的脱泡、造粒过程，必然要经过一次高温熔融、挤出过程，高温会引起聚合物内部结构的变化，其制品容易老化，这是造成此法回收塑料制品质量差的重要原因。溶剂法回收废聚苯乙烯不经历高温过程，产品性能接近悬浮法聚苯乙烯。45.2.1有机化工溶剂回收常用的溶剂有:芳烃及其衍生物，如苯、甲苯、二甲苯、四氢笨、乙苯等；聚合物的单体，如苯乙烯；酉旨类，如乙酸乙醋、乙酸乙烯醋等；低级卤代烃，如三氯甲烷、1，2一二氯乙烷等。这些溶剂在使用过程中，要综合考虑它们的溶解性、价格、货源、毒性等因素，有时只用一种溶剂达不到满意的效果，也可采用多种溶剂的复配技术。5.2.2天然产物做溶剂回收[18]用有机化工溶剂法回收废弃聚苯乙烯泡沫塑料，由于一般溶剂有毒，在回收过程中会造成二次污染，因而该方法的应用受到了限制。日本索尼中央研究所环境研究中心的研究人员从橘子皮中分离出一种溶剂柠檬烯，能够轻而易举地溶解聚苯乙烯泡沫塑料，原因是柠檬烯的分子结构与聚苯乙烯分子结构相似。他们将500cm3大小的聚苯乙烯泡沫塑料碎块投入到柠檬烯中，在10s内就全部溶化了，变成粘稠的液体，体积也缩小到原来的1/25，再将这种溶液加热使柠檬烯蒸发，可得到高质量的聚苯乙烯这项研究成果被看成是无二次污染的回收技术[19]。5.3热解、催化裂解通过化学方法把废弃塑料转化为化学品或油品进行回收，其中热裂解技术研究最为广泛。废弃塑料化学循环利用不仅可以解决塑料的污染问题，还可以相当程度上解决能源紧缺的问题。聚苯乙烯的热裂解己研究了许多年，其裂解反应工艺也有较多的报道，包括溶液降解、催化降解、金属浴降解、管式反应器降解等。在这些研究中，苯乙烯的得率大多在60%左右。为了提高回收率，黄发荣等[20]全面考查了聚苯乙烯的裂解反应，探讨了反应介质、反应温度、催化剂等因素对降解反应的影响，获得了优化的裂解工艺参数，使苯乙烯的得率提高到70%左右。PS热解工艺的反应器形式有流化床、管式固定床及釜式固定床3种。为了改善固定床的传热效果，可利用搅拌装置，也可先将反应釜加热到预定温度再分批投料。与固定床相比流化床传热迅速、均匀，物料层的温度梯度小，苯乙烯单体产率较高。随热解温度的升高，单体产率有上升趋势。但是，流化床工艺的流程复杂，热解产物需经数段旋风分离和分段冷凝才能获得所需要的产品[21]。石油大学利用毛细管裂解气相色谱，以500℃/s的速率高速升温至反应温度，分别在400、425、450、475、500℃恒温裂解PS。研究结果表明苯乙烯收率随反应温度上升而提高，500℃时即可达90%以上。因此，若要使苯乙烯单体的收率达到很高水平，应采用传热速率高的反应器，并采用较高的裂解温度[22]。聚苯乙烯裂解可获取其他化工产品，如苯、烷基苯及苯乙烯低聚物等，还可以裂解制造燃料油。日本富士回收公司将处理过的废聚苯乙烯泡沫塑料制成泡沫塑料碎块，加热到350—400℃进行催化裂解，得到汽油、煤油、轻油等产物。用单纯的废聚苯乙烯泡沫塑料可得到90%以上的油品，油品中芳香烃占81%、烷烃占5%、烯烃占4%，这些油品可用作化工原料和溶剂。德国法律规定对废EPS进行裂解产生可燃气体供给电厂或化工厂，禁止将废聚苯乙烯泡沫塑料直接简单焚烧或发电。1998年德国的Newscinestit杂志报道，德SchwarezPumpe和Botrtop企业利用裂解技术每年可处理25千吨以上废弃塑料，其中大部分是废弃的聚苯乙烯。5参考文献[1]赵由才，宋玉.生活垃圾处理与资源化技术手册[M].北京：冶金工业出版社，2007：913-917．[2]董明光.废旧塑料回收制备与配方[M].北京：轻工业出版社，1984：8-12．[3]边炳鑫，张鸿波，赵由才.固体废物预处理与分选技术[M].北京：化学工业出版社，2005：185-237.[4]董明光.塑料的回收与再生[M].北京：轻工业出版社，1984：8-12.[5]钱伯章，朱建芳．废塑料回收利用现状与技术进展[J].化学工业，2008(12)：33-40.[6]岳名正.废旧塑料的分离技术[J].塑料科技，1990，(2):30-34.[7]周炳炎.废塑料的处理处置技术[J].环境保护，2000，(3):17-21.[8]黄发荣.废旧聚合物材料的化学循环利用[J].化工进展，1998，(5):44-48.[9]CliveMaier.ISO11469[J].AsianPlasticsNews，1999，(12):49-50.[10]席国喜，梁蕊，成庆堂，等.废塑料裂解新进展[J].化工进展，1999，(1):17-19.[11]杨惠娣.常用塑料鉴别法[J].中国塑料，1998，12(2):76.[12]齐昆.废旧塑料处理技术[J].化学工程师，1994，39，(2):26-28.[13]孙文明.可发性聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)的物理法再生[]J，塑料科技，1998，25(3)[14]岛田吉英旧).塑料废弃物的有效利用[M]，陈贵富译.北京:烃加工出版社，2000，15.[15]井上宽治旧).废聚苯乙烯泡沫塑料的再资源化[]J产业和环境1984，(8)，59~64[16]加藤善久(日).发泡聚笨乙烯再生处理的方法，日本专利，昭52-146719.1981[17]北川宽(日).发泡聚笨乙烯废弃物的回收方法，日本专利，昭52-15875.1997[18]王伟.发泡废塑料回收再利用的一项新技术[1J，环境保护，1999，(1):30[19]王海涛.天然溶剂回收废聚苯乙烯泡沫塑料的研究[D]，天津科技大学，2001[20]黄发荣，朱红光.聚苯乙烯的热裂解研究[]J.中国塑料，1998，12()l，94[21]H.Kastner，W.Kmainsky.RecyelePlastiesintoFeedstocks[J]，.HydroebaonProeess，1995，74(l)，109一112[22]刘以荣.聚苯乙烯的化学回收方法[J]，化工环保，1998，18(6):