- 文献综述(或调研报告):
1.废塑料热解研究进展:
热解是指在无氧情况下,在300-900℃温度范围内对有机废物的热降解过程,将长链物质分解成焦炭,焦油(分子量较苯大的芳烃混合物)以及部分可燃气体的过程[1]。从塑料的工业分析结果中挥发分的含量均高于90wt%[2],同时目前大量生产的几类塑料(PP、PE、PS)热值均在40MJ/kg以上[3],因此塑料适合采用热解方式制取较高品质热解油以实现其高值化利用,下文将首先介绍目前对各类型塑料热解制油的研究进展情况:
Seyed Mousa FakhrHoseini与Majid Dastanian[4]在500℃,加热速率为6℃/min的最优条件下对PET进行热解,取得了38.89wt%的热解油产率。Williams等人[5]在热解/液化反应器中,采用5℃/min的加热速率至500℃终温下维持1h,并以氮气为载气对PE,PP进行热解,该两种塑料的热解产油量均在95wt%以上,同时热解油中含有大量的烷烃与烯烃。R.Miandad等人[6]在450℃,反应停留时间75min,加热速率10℃/min的小型热解反应器中对PS进行了热解,其油产率达到80.8wt%,油分中含有48.3wt%的苯乙烯。对于PVC而言,在热解过程中已被证实C-Cl键在310℃下断键,进而释放出大量的HCl[7],对热解容器产生腐蚀;同时直接热解会导致二噁英等含氯有机物的释放,带来较为严重的环境问题,因此脱氯过程对于含PVC或含氯元素的塑料固废是至关重要的,本实验计划采用水热法进行脱氯处理,选择原因以及其研究进展将于下文综述。Rohit Kumar Singh[8]研究了PE、PP、PVC、PS、PET等混合塑料垃圾的快、慢热解特性。其加热终温为500℃,在20℃/min的加热速率下获得了约82wt%的油,加热速率为10℃/min时,产油率为75%,证明较高的加热速率能够减少反应的停留时间进而使得油产量增加。基于上述研究我们发现通过塑料热解可回收较高质量的油产物,其热解产物不仅可用于制取燃料,同时能够回收初始塑料裂解单体,并将其应用于塑料的进一步加工过程中,实现塑料的循环利用[9]。
2.废塑料水热脱氯研究进展:
水热法指采用亚临界或超临界环境下的水对塑料进行降解[10]。在水热处理过程中,PVC的分解分为三个阶段[11]。在250℃以下,PVC脱氯化氢生成多烯;在250℃和350℃之间,多烯分解成低分子量化合物;在350℃以上,多烯进一步分解成更多低分子量化合物。采用水热法235℃以上即可将近乎所有的有机氯转化为无机氯脱除[12]。然而对于无催化剂的热裂解过程进行脱氯的最优温度为300℃[13],因此采用水热法进行脱氯相对于热解过程脱氯是有优势的,然而对于水热脱氯过程的研究目前较少,Yao等人[14]在200℃,230℃与260℃的温度、1h的停留时间下分别对PVC进行了水热碳化处理,在260℃水热处理的炭中已实现氯元素的完全脱除,进一步证明了水热法脱除氯元素的优越性。
3.课题研究思路:
基于以上研究者的研究,将热解混合塑料快速热解制油实验的加热终温拟定在450℃、500℃、550℃、600℃与650℃五个温度分别进行实验,探究温度对于热解产油的影响;由于对流化床热解废塑料过程中载气流速影响研究较少,接下来探究不同载气速率(0.6L/min、0.9L/min与1.2L/min)对热解产油的影响,同时观察无水热脱氯过程下的热解制油产量与品质。第二步计划采用水热法对废塑料进行预处理,并拟定水热温度为260℃,以实现对于废塑料中所含氯元素的脱除,同时将水热后的产品在前述获得的最优热解参数下进行快速裂解,通过对产物的分析观察水热脱氯预处理效果以及其对于快速裂解制油过程的影响。
参考文献:
[1] Canopoli L , Fidalgo B , Coulon F , et al. Physico-chemical properties of excavated plastic from landfill mining and current recycling routes[J]. Waste Management, 2018, 76.
[2] Anuar Sharuddin S D , Abnisa F , Wan Daud W M A , et al. A review on pyrolysis of plastic wastes[J]. Energy Conversion and Management, 2016, 115:308-326.
