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由废塑料引起的“白色污染”是世界性的环境问题,废塑料的无害化处理与资源化受到人们的普遍关注。近年来,各种废塑料处理方法应运而生,其中,废塑料与煤共炼焦技术满足废塑料处理的三化(资源化、无害化、减量化)要求,且具有可观的经济效益、社会效益和环保效益,是一项行之有效的废塑料处理技术。“利用炼焦工艺处理废塑料”被列为2002年北京市重点科技计划项目,“煤掺废塑料共炼焦”是其中的一部分。本文在前人研究的基础上,围绕废塑料与炼焦配煤共炼焦的“协同效应”进行热失重和2kg模拟焦炉实验研究,具体研究内容和研究结果摘要如下:
1.利用热天平进行废塑料热解、煤热解和废塑料与煤共热解的热失重实验:废塑料与煤共热解在200℃-550℃的温度区间内存在明显的相互作用,定义为“塑性阶段的协同效应区”,它直接影响共炼焦热行为;添加一定配比废塑料(1%-3%),共热解塑性阶段失重量低于煤热解时对应的失重量,最大失重峰温高于煤热解时对应的温度;随废塑料配比增加,共热解最大失重峰温向低温区移动;在升温速率为20℃/min-80℃/min之间时,废塑料与煤共热解最终失重量随升温速率加快而降低。
2.利用2kg模拟焦炉装置进行废塑料热解、煤炼焦及煤掺废塑料共炼焦实验:煤炼焦过程中水分蒸发要吸收大量的热量,在炼焦生产中预先(低温)除去煤的水分能够缩短炼焦时间和降低炼焦能耗;废塑料热解与煤炼焦相比,固体和气体的产率明显减少,焦油的产率明显增多;与煤炼焦相比,添加一定配比废塑料(1%-4%)与煤共炼焦的焦炭产率变化不大,但能较明显的提高焦油的产率和煤气产率,且显著降低水的收率,呈现出“增油减水”效应;随着废塑料配比增加,焦油和煤气产率增加,焦炭产率和水分收率整体降低。
3.关于焦炭的冶金性能(冶金焦率、焦炭的反应性(CRI)和反应后强度(CSR)、焦炭的孔结构)实验表明:在一定的废塑料配比范围(1%-2%)内,煤掺废塑料共炼焦能够提高冶金焦率,但废塑料配比加大时,共炼焦所得的冶金焦率降低;添加1%废塑料与煤共炼焦可以显著降低焦炭反应性,提高焦炭反应后强度;随着废塑料配比增加,焦炭的反应性提高,反应后强度相应降低;与煤炼焦的焦炭相比,煤掺一定配比废塑料(2%-6%)共炼焦所得焦炭的孔隙率增加,但中孔(直径20-100μm)的孔隙率减少;随着废塑料配比增加,焦炭的孔隙率呈增加趋势。
4.焦油的成分实验表明:废塑料焦油中芳香烃类有机物分子量较小,烷烃和烯烃的比例较高,而煤焦油中芳香烃类有机物分子量较大,烷烃和烯烃的比例较低;与煤焦油相比,煤掺2%废塑料共炼焦所得焦油明显芳香烃比例增加,烷烃比例和烯烃比例减少,总体呈现“芳构化”趋势;与煤焦油相比,煤掺2%废塑料共炼焦所得焦油中的芳香烃和烷烃均明显表现出“轻质化”的趋势,烯烃也略有“轻质化”趋势。