利用焦化工艺处理废塑料实验研究
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、2kg和200kg焦炉等实验室设备以及首钢焦化厂4＃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：炼焦配煤的热解失重缓慢，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，并在此温度区间内产生“协同效应”，其强度可以用σ=D×∑｜△γi|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(PVC)、炼焦配煤(BC)以及2％PVC+98％BC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85％的氯元素以HCl形态析出，验证了新日铁“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[0，4.75％-6.33％]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2kg实验焦炉与200kg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WP2)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比，废塑料WP2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WP1)时的“焦油产率增加，水产率减小”的现象，反而使焦油与水的产率均明显减小；废塑料WP2与炼焦配煤混合共焦化时，废塑料添加比例可达到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WP2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＃工业生产焦炉进行了10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WP2与煤共焦化所得焦炭的抗碎强度(M40)变化不明显，耐磨性能指标(M10)降低了1.6、反应性(CRI)降低了10.0和反应后强度(CSR)增加了18.0，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17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。
废塑料;炼焦配煤;熔融;协同效应;共焦化;塑料型煤
东北大学
博士
热能工程
蔡九菊;廖洪强
2005
中文
X705
128
2006-08-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）