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CN111303926A - 一种废旧塑料资源化处理工艺 - Google Patents

一种废旧塑料资源化处理工艺 Download PDF

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CN111303926A CN202010149802.4A CN202010149802A CN111303926A CN 111303926 A CN111303926 A CN 111303926A CN 202010149802 A CN202010149802 A CN 202010149802A CN 111303926 A CN111303926 A CN 111303926A
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岳凯
滕怀平
郑文波
范海娟
杨海民
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Vernon Energy Environmental Technology Suzhou Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种废旧塑料资源化处理工艺，属于废旧塑料回收利用技术领域，包括如下步骤：(1)预选分离工艺，得到无杂废旧塑料、含杂废旧塑料、无塑料杂质；(2)熔融造粒工艺，得到塑料再生颗粒，和含焦油废气；(3)热裂解工艺，得到热解油气混合物，和炭渣；(4)混合焚烧工艺，将含焦油废气与热解油气混合物进行充分燃烧，产生热能；(5)能源转化利用工艺，将热能转化为热烟气、热蒸汽或电能为热裂解工艺和熔融造粒工艺提供动能。该处理工艺能耗低、对原料依赖程度和运行成本低，并且环保手段更加彻底。

Description

一种废旧塑料资源化处理工艺
技术领域
本发明属于废旧塑料回收利用技术领域，具体涉及一种废旧塑料资源化处理工艺。
背景技术
塑料是20世纪初开始出现的一种新型材料，目前已经被广泛用于多个领域，如航空、汽车、日用家电、包装建材及医疗器械等。随着塑料行业的不断发展，废旧塑料的问题日益严重。废旧塑料在自然环境下，降解非常缓慢，通常需要几十年甚至百年以上。据统计，2017年度全世界的塑料产量是3.3亿吨，其中，中国产生1.3亿吨的塑料，回收率仅有10％，而12％随着生活垃圾进入到了垃圾焚烧系统，剩余的大多进入填埋流程，甚至在的海洋垃圾有8千万吨在海上飘着。
这些废旧塑料具有资源和废物的双重属性，处理得当，不仅能够减轻对环境的负担，同时还能获得丰厚的收益。
废旧塑料造粒，在国内废旧塑料回收领域是最成熟的，国内约有15000家从事塑料造粒再生的企业。通过再生造粒，被废弃的塑料能够被重新直接利用，或者与其他材料混合，做成新的可利用材料。但由于废旧塑料再生造粒系统本身的缺陷，只有特定种类的废旧塑料才能用于再生，且进入系统的废旧塑料必须是洗涤干净的塑料，若是混入诸如泥沙、金属制品，则极易造成系统堵塞。总的来看，废旧塑料再生造粒存在以下三个方面的污染：1.洗塑料造成的水污染；2.废旧塑料再生造粒过程中VOCs排放造成的大气污染；3.无法进入再生造粒系统的废塑料造成的固废污染。
因此对废旧塑料进行回收造粒具有极大的工业价值。中国发明专利申请CN109435107A(一种回收废旧塑料工艺体系)介绍了一种回收废旧塑料工艺体系，工艺步骤依次包含：废旧塑料机械撕碎，除轻质杂质，盐水摩擦清洗，清洗脱水，除金属处理，粉碎烘干，热熔造粒，筛分干燥，废水处理，废气处理；但是该专利并未提及清洗脱水过程中，筛洗掉的无法进入造粒机的塑料如何处理，同时，该专利也未提及方案适用的废旧塑料的种类。
中国发明专利申请CN110585844A(一种塑料造粒废气处理系统及废气处理工艺)通过冷凝管对高温气体进行降温成低温气体，然后进入喷淋填料塔进行喷淋，喷淋过程中，选用特定的喷淋液，先过滤掉大颗粒的残渣和油脂，提高了过滤的安全性。该工艺方法中，直接通过冷凝的方式对高温气体进行降温，导致了热量的大量浪费。中国实用新型专利CN205287968U(一种废旧塑料造粒废气处理系统)首先通过旋流洗涤装置去除废气中的溶水物质，在通过低温等离子有机废气处理装置裂解氧化废气中的有机大分子，以使其降解成无污染的小分子物质，这种废气处理系统设备复杂，且操作不方便。
可见，现有技术中的废旧塑料处理系统中，再次筛选后废弃塑料如何再处理的技术问题并未有效解决：据统计，这类被造粒企业废弃掉的废旧塑料，随着废旧塑料原料的品质不同，所占比例不同。在个别废旧塑料造粒企业，此类废弃塑料甚至占原料的30％-40％；这些废弃物主要成分仍然是废塑料，但这些废塑料品质差，种类多，且混有各种杂物，这些废塑料被废弃后，对环境的二次污染更加的严重，同时，对于废旧塑料造粒企业来说，此部分的废旧塑料的抛弃也是一种极大的浪费。同时，废旧塑料处理过程中产生的高温废气处理过程中存在能源的浪费，以及处理过程复杂的技术问题。
发明内容
本发明欲解决的技术问题是现有技术中废旧塑料热裂解处理过程中，存在筛选后再次废弃的塑料不能得到有效利用、热裂解产生的有机废气处理不彻底从而污染环境，以及高温有机废气的热能不能被充分利用等技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种废旧塑料资源化处理工艺，具体包括如下步骤：
(1)预选分离工艺：将废旧塑料进行预选分离，得到无杂废旧塑料、含杂废旧塑料、无塑料杂质；
(2)熔融造粒工艺：将无杂废旧塑料送入熔融造粒系统，得到塑料再生颗粒，同时排出含焦油废气；
(3)热裂解工艺：将含杂废旧塑料送入热裂解系统，转化为热解油气混合物，同时排出炭渣；
(4)混合焚烧工艺：将含焦油废气与热解油气混合物送入混合焚烧系统中进行充分燃烧，产生热能；
(5)能源转化利用工艺：将热能转化为热烟气为步骤(3)的热裂解工艺提供动能，同时将热能转化为匹配能源供步骤(2)的熔融造粒工艺使用，能源转化利用后，产生过剩热能；
进一步地，所述步骤(1)的废旧塑料中，包括至少一种塑料成分和非塑料杂质，其中非塑料杂质的质量含量≧5％；更进一步地，其中非塑料杂质的含量可≧10％。
所述步骤(1)的预选分离工艺中，包括破碎、水洗、除铁和分离步骤；
所述非塑料杂质包括金属、泥沙、尼龙材料、生物质杂质中的一种或几种；
所述无杂废旧塑料是非塑料杂质≦1％的废旧塑料；
所述含杂废旧塑料是非塑料杂质>1％的废旧塑料；
所述无塑料杂质可能是泥沙、金属物质，或者是少量生物质类的分离物，例如树枝、稻草等，这些都是在废旧塑料回收过程中混进去的异物，在该处理工艺中分离出来之后，可作为废料进行处理。
所述步骤(2)的熔融造粒工艺包括：将无杂废旧塑料在150-300℃的环境下熔融后，进行压条，冷却硬化后进行造粒；造粒后得到的塑料再生颗粒可以作为塑料粒子原材料而重复利用。所述含焦油废气是指在加热塑料的过程中产生的含单环、稠环或杂环芳香烃的废气；所述熔融造粒工艺中，加热形式为热蒸气加热、电加热或热烟气加热中的一种；
所述步骤(3)的热裂解工艺条件为：反应温度为400-800℃，反应过程中氧气的摩尔含量＜10％；所述热解油气混合物包括：C1-C12的有机烃、芳香烃、氢气、一氧化碳中的一种或几种的混合物；所述炭渣为固态粉状物，可以从热裂解炉内作为炉渣排出，排出的炭渣可以作为建筑材料的填料而被再次利用；所述热裂解工艺的加热形式为热烟气加热；所述热烟气的温度800-1200℃；
所述步骤(4)的混合焚烧工艺中，混合焚烧的反应温度900-1400℃；
所述步骤(5)的能源转化利用工艺中，所述匹配能源指的是热烟气、热蒸汽、电能中的一种；
进一步地，步骤(5)中，通过鼓风机将热能转化为热烟气，通过蒸汽锅炉将热能转化为热蒸汽；通过蒸汽轮机将热能转化为电能；
在混合焚烧工艺中焚烧之后的气体，将会通过常规水喷淋及布袋除尘系统，以达到合格排放标准，排放物主要为二氧化碳。
另外，在本发明的能源转化利用工艺中，还可能会产生过剩的匹配能源，例如热烟气、热蒸汽和电能等，这些过剩的匹配能源可以通过一定的方式与生产工艺车间的其他机械设备或照明系统连接，并为这些机械设备提供动力，或为照明系统提供电能，由此也可节省整个生产工艺车间的能源消耗，因此具有一定的商业价值。
与现有技术相比，本发明的废旧塑料资源化处理工艺具有如下优点：
(1)熔融造粒工艺本身是需要热能的，在传统工艺中，对待非塑料杂质的含量≧5％的高含杂废旧塑料来说，只能将洗涤出来的无杂废旧塑料进行造粒，并废弃含杂废旧塑料；本发明工艺是将含杂废旧塑料通过热裂解工艺转化为热能，接着再转化为电能或者蒸汽，供熔融造粒工艺使用，通过能源转化工艺将熔融造粒工艺、热裂解工艺通过连接起来，利用热裂解工艺步骤实现了热能的最大化利用，因此工艺的综合能耗低。
(2)纯度高、品质好的废旧塑料一直是废旧塑料造粒企业相互争夺的资源；塑料加工厂淘汰下来的塑料边角料、回收的PET饮料瓶是公认的优质原材料，因为这些原料经过清洗筛选，大部分都能够进入到造粒系统中，但这些原材料成本较高，且市面紧缺，不易获得；而该工艺包括预预选分离工艺和热裂解工艺，适用于多种废旧塑料的处理，即使是生活垃圾中筛选出来的混合废塑料，也能够得到有效利用，对原料的依赖程度低，因此运行成本也更低。
(3)造粒过程中的VOCs及焦油类污染物的排放一直是造粒企业要处理的难题，通过高温焚烧能够解决该问题，但造粒系统单独上高温焚烧要耗费大量能源，处理成本是造粒企业无法承受的，该工艺可以利用系统自身产生的热量，用这种最彻底的工艺将造粒过程中的废气彻底解决，不会增加运行成本，从实际运营角度解决了废气的污染；同时，对于筛选过无法进入造粒系统的废旧塑料进行热裂解后，也能够加以利用，因此造粒工艺中的固体废弃物污染同时也可以解决，环保手段更彻底。
附图说明
图1：废旧塑料资源化处理工艺流程图
图2：预选分离工艺流程图
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，给出了废旧塑料资源化处理工艺的流程图，从图1中可以看出，回收得到的非塑料杂质质量含量≧5％的高含杂废旧塑料首先经历步骤(1)的预选分离工艺，经过破碎、水洗、除铁、分离后，得到非塑料杂质≦1％的无杂废旧塑料、非塑料杂质、非塑料杂质>1％的含杂废旧塑料。
如图2所示，在预选分离工艺中，高含杂废旧塑料首先通过粗齿破碎机进行粗破碎，粗破碎后的塑料为条状，且粗破碎塑料中，含有泥沙、铁以及其他废旧塑料中混合的杂质；粗破碎后的塑料进入塑料清洗机中，进行清洗，从塑料清洗机顶部洗涤出来的塑料，是含杂量少的塑料，再经过细破碎后可以直接进入熔融造粒系统；从塑料清洗剂底部洗涤出来的塑料，是含杂量多的塑料，需要经过除铁，再进入细齿破碎机，随后可以直接进入热裂解系统。
预处理系统与裂解系统、熔融造粒系统之间属于前后工艺点的关系，互相之间可以通过输送皮带、或管链式输送器相链接，也可以通过铲车移动物料的方式链接。
无杂废旧塑料进入步骤(2)熔融造粒工艺阶段后，将在150-300℃的环境下熔融，然后进行压条，冷却硬化后进行造粒，得到塑料再生颗粒；同时排出含焦油废气，其中含焦油废气是指在加热塑料的过程中产生的含单环、稠环或杂环芳香烃的废气，这些含焦油废气通过外加保温装置的管道输送至能源转化系统中。对于熔融造粒设备，加热形式可以是热蒸气加热、电加热或热烟气加热中的任意一种。
含杂废旧塑料则进入步骤(3)热裂解工艺，热裂解工艺是在控氧条件(具体为氧含量＜10％)下，反应温度为400-800℃，含杂废旧塑料发生分解，生成热解油气混合物和炭渣，其中热解油气混合物具体为C1-C12的有机烃、芳香烃、氢气、一氧化碳中的一种或几种的混合物，均为可燃的气体或液体，炭渣是一种固态粉状物。对于热裂解工艺，其加热形式为热烟气加热，热烟气的温度800-1200℃。
步骤(2)中产生的含焦油废气和步骤(3)中产生的热解油气混合物均通过外加保温装置的管道输送至能源转化系统中，进入步骤(4)混合焚烧工艺，在900-1400℃的反应温度下进行充分燃烧，产生热能。
步骤(4)产生的热能随后进入步骤(5)能源转化工艺，热能可通过鼓风机将热能转化为热烟气；通过蒸汽锅炉将热能转化为热蒸汽；通过蒸汽轮机将热能转化为电能；其中热烟气可供步骤(3)热裂解工艺使用，热烟气、热蒸汽和电能可供步骤(2)熔融造粒工艺使用。
对于熔融造粒系统，当热源为热烟气时，塑料造粒机会有供热烟气通过的夹套；当热源为热蒸气时，塑料造粒机会有供热蒸气通过的夹套；当热源为电能时，塑料造粒机会通过电加热板加热设备中的无杂废旧塑料。
在混合焚烧工艺中焚烧之后的气体，可以通过常规水喷淋及布袋除尘系统，以达到合格排放标准，排放物主要为二氧化碳。
以熔融造粒系统的加热形式为电能来计算，假设1吨废旧塑料中，约60％可以直接造粒，40％不可造粒需进入裂解系统；则：用电加热600kg废塑料，需要消耗180kw·h电能；而400kg废旧塑料进入裂解系统，除掉裂解系统自用的能量后，能够额外产生247.2kw·h电能；综合来看，总的造粒功耗不需系统外部供给电能，还能够结余67.2kw·h电能；综合来看，1吨废旧塑料可以获得600kg塑料颗粒以及67.2kw·h电能，不需要额外消耗电能，同时消耗掉了不可造粒的固废；相比于利用传统单独造粒系统，则需要消耗180kw·h电能，获得600kg塑料，同时还有400kg无法造粒的固废。可见，采用本发明的工艺方法既能节约能源，又减少了废弃物的排放。
同时对于常规造粒系统排放的污染物，主要由塑料加热过程中，产生的焦油类的VOCs，这些焦油类气体主要成分为联苯类物质，气味刺激。而采用本发明的处理工艺会将造粒系统焦油类的VOCs与裂解系统产生的可燃气化物一起燃烧消耗，排放到大气中的气体成分主要是二氧化碳，不会对大气造成额外的污染。
因此，采用本发明的处理工艺可以节约大量的能量，且环境污染低。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种废旧塑料资源化处理工艺，包括如下步骤：
(1)预选分离工艺：将废旧塑料进行预选分离，得到无杂废旧塑料、含杂废旧塑料、无塑料杂质；
(2)熔融造粒工艺：将无杂废旧塑料送入熔融造粒系统，得到塑料再生颗粒，同时排出含焦油废气；
(3)热裂解工艺：将含杂废旧塑料送入热裂解系统，转化为热解油气混合物，同时排出炭渣；
(4)混合焚烧工艺：将含焦油废气与热解油气混合物送入混合焚烧系统中进行充分燃烧，产生热能；
(5)能源转化利用工艺：将热能转化为热烟气为步骤(3)的热裂解工艺提供动能，同时将热能转化为匹配能源供步骤(2)的熔融造粒工艺使用，能源转化利用后，产生过剩热能。
2.如权利要求1所述的废旧塑料资源化处理工艺，其特征在于：所述步骤(1)的废旧塑料中，包括至少一种塑料成分和非塑料杂质，其中非塑料杂质的含量≧5％。
3.如权利要求1所述的废旧塑料资源化处理工艺，其特征在于：所述步骤(1)的预选分离工艺中，包括破碎、水洗、除铁和分离步骤。
4.如权利要求1所述的废旧塑料资源化处理工艺，其特征在于：所述无杂废旧塑料是非塑料杂质≦1％的废旧塑料；所述含杂废旧塑料是非塑料杂质>1％的废旧塑料。
5.如权利要求1所述的废旧塑料资源化处理工艺，其特征在于：所述步骤(2)的熔融造粒工艺包括：将无杂废旧塑料在150-300℃的环境下熔融后，进行压条，冷却硬化后进行造粒。
6.如权利要求1所述的废旧塑料资源化处理工艺，其特征在于：所述步骤(3)的热裂解工艺条件为：反应温度为400-800℃，反应过程中氧气的摩尔含量＜10％。
7.如权利要求1所述的废旧塑料资源化处理工艺，其特征在于：所述步骤(3)的热裂解工艺的加热形式为热烟气加热；所述热烟气的温度为800-1200℃。
8.如权利要求1所述的废旧塑料资源化处理工艺，其特征在于：所述步骤(4)的混合焚烧工艺中，混合焚烧的反应温度900-1400℃。
9.如权利要求1所述的废旧塑料资源化处理工艺，其特征在于：所述步骤(5)中匹配能源指热烟气、热蒸汽、电能中的一种。
10.如权利要求9所述的废旧塑料资源化处理工艺，其特征在于：所述步骤(5)中，通过鼓风机将热能转化为热烟气；通过蒸汽锅炉将热能转化为热蒸汽；通过蒸汽轮机将热能转化为电能。
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