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塑料回收利用的炭化技术
 
来源:中国废旧物资网        发稿时间:2010-06-28 16:25:09        发稿编辑:幻境
  废旧塑料进行热分解时会产生炭化物质,多数情况下是油化工艺或气化工艺中所产生的副产物。当炭化物质排出系统外用作固体燃料时,需要采用高效率并且无污染的燃烧方法。这些炭化物的发热量为16.75~20.93GJ/kg (4000~5000kcal/kg)。

  废旧塑料在一定热分解条件下炭化,并经相应处理即可制得活性炭或离子交换树脂等吸附剂,将PVC先进行热分解使其炭化,并采取适当措施使炭化物形成具有牢固键能的立体结构,即得高性能活性炭。在所采取的措施中,要注意调节升温速度、引入交联结构和使用添加剂等。其具体过程是将PVC在350℃脱氯化氢后的生成物以每分钟10~30℃的速度升温,加热到600?700℃获得炭化物,然后在转炉中用水蒸气于900^活化,即得到比表面积为400m2/g、亚甲基蓝脱色能力为120mL/g左右的活性炭。工艺调控十分重要,升温速度过快,将降低炭化物的机械强度,而炭化过程温度超过750℃,将阻碍孔隙结构的更好形成。如果活化时的蒸汽温度低于800℃,活化反应缓慢,活化效率低;而高于900℃时,则活性炭微孔不再发展,表面积不会增大。在活化过程中,除用水蒸气等气体活化外,还可用脱水性物质(氯化锌和氯化钙等)或氧化性物质(如重铬酸钾和高锰酸钾等)与废旧PVC—起加热,使炭化和活化同时进行,活化温度一般比用水蒸气低。在加速形成交联结构的研究中,通过在空气中脱除氯化氢,或在氨水中加压加热,以促进交联作用,对提高活性炭的活性取得了良好的效果。

  回收的PVC废弃物中,因含有各种不同的助剂,所以制得的活性炭的收率和活性都不尽相同。废旧PVC中的增塑剂(邻苯二甲酸酯类)、碱式硫酸铅盐稳定剂和碳酸钙添加剂等对炭化均有一定影响。废旧PVC来源不同,所产活性炭的质量也有较大差异。

  混合PVC废弃物炭化的工艺条件为:脱氯温度350℃,炭化温度700℃,用水蒸气于800?900℃在转炉内炭化,即可得到比表面积400 m2/g、收率为7.5%的活性炭;用作电缆护套的PVC回收料可制得比表面积为650m2/g、收率为14%的活化炭;用回收的硬质PVC管材,炭化温度为600℃,用水蒸气于750?1000℃活化,可得到比表面积为550m2/g、收率为16%的活性炭。以废旧通用塑料制取活性炭时,综合考虑产量和排放量等问题,废旧PVC则是最主要的回收利用对象。在一般气氛中热分解PE和PS等热塑性树脂时,低分子化以后得不到其炭化物;而在氯气中使之炭化,则可以制得较好收率的活性炭。这说明在炭化过程中,氯对高分子碳链反复进行加成和脱氯化氢反应,从机理上解释了氯可促进缩合和环化反应的发生,因而有利于形成牢固的碳骨架结构。废旧PVC还可用以制备离子交换体。其过程是先炭化后用硫酸进行磺化反应,或者直接在浓硫酸中先磺化、后脱氯化氢即得。具体做法是将废旧PVC投入到约10倍质量计的浓硫酸中,缓缓提高温度,最后在180℃完成脱氯化氢的反应,即可制得活性炭状的离子交换体,其离子交换容量为4.2mmol/g。另外,具有一定规模的废旧PVC热分解装置中,将含有稳定剂的PVC进行炭化,再用20%的硫酸(发烟品级)在70℃经20h进行磺化,结果表明,含锡类稳定剂2%的PVC可制得最大离子交换容量的离子交换体。

  炭化温度对所制得的离子交换体的性能有较大影响。如在275?325℃下进行炭化,所得炭化物的磺化及羧基化反应率均较低;达到350℃之上时,则炭化物易形成多孔质,提高了磺化率,从而使离子交换体的交换容量增大。