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废塑料的回收再生综述

变宝网07月01日讯

在我们生活中塑料废弃物随处可见:塑料瓶、塑料袋、塑料薄膜、塑料管、塑料杯、报废的电子电器产品中的塑料零部件、手机等等,林林总总品类繁多。当然在节约能源、倡导绿色生活的今天,废弃物特别是废塑料的回收已成为主流。但对于废塑料的回收再利用方法你又知道多少呢?如何将废塑料分离?分离后的废塑料可作何用途?废塑料的回收再生之路。 

 

废塑料的回收分离技术有密度分离、溶解分离、过滤分离、静电分离和浮游分离等,日本塑料处理促进协会的水浮选分离装置一次分离率就可达到99.9%以上,美国DOW化学公司也开发了类似的分离技术,以液态碳氢化合物取代水分离混合废塑料,取得了更佳的效果。美国凯洛格公司与伦塞勒综合技术学院联合开发出溶剂性分离回收技术,不需人工分拣,即可使混杂的废旧塑料得到分离。该法是将切碎的废旧塑料加入某种溶剂中,在不同温度下溶剂能有选择地溶解不同的聚合物而将它们分离。应用的溶剂以二甲苯为最佳,操作温度也不太高。对一些新的分离技术如电磁快速加热法、反应性共混法等也有不少报道。电磁快速加热法可回收分离金属—聚合物组件,反应性共混法能实现对带涂料层废弃保险杠的回收分离。另外,国外已开发出计算机自动分选系统,实现了分选过程的连续自动化。瑞士的Bueher公司用卤素灯为强光源照射下,经过4种过滤器的识别,由计算机可分离出PE、PP、PS、PVC和PET废塑料。 

 

分离回收后的废塑料可直接使用或与其他聚合物混制成聚合物合金,或者用于制造再生塑料制品、塑料填充剂、过滤材料、阻隔材料、涂料、建筑材料和粘合剂等。从方法简单可行,实现了重复使用,分为熔融再生和改性再生两类。 

 

(1)熔融再生 

 

熔融再生加工废塑料是将废塑料加热熔融后重新塑化。根据原料性质,可分为简单再生和复合再生两种。简单再生已被广泛采用,主要回收树脂生产厂和塑料制品厂生产过程中产生的边角废料,也可以包括那些易于清洗、挑选的一次性使用废弃品。这部分废旧料的特点是比较干净、成分比较单一,采用简单的工艺和装备即可得到性质良好的再生塑料,其性能与新料相差不多。现在塑料废弃物品约有20%采用这种回收利用方法,大多数塑料回收厂是属于这一类的。复合再生所用的废塑料是从不同渠道收集到的,杂质较多,具有多样化、混杂性、污脏等特点。由于各种塑料的物化特性差异及不相容性,它们的混合物不适合直接加工,在再生之前必须进行不同种类的分离,因此回收再生工艺比较繁杂,国际上已采用的先进的分离设备可以系统地分选出不同的材料,但设备一次性投资较高。一般来说,复合再生塑料的性质不稳定,易变脆,故常被用来制备较低档次的产品,如建筑填料、垃圾袋、微孔凉鞋、雨衣及器械的包装材料等。  

 

目前,我国大连、成都、重庆、郑州、沈阳、青岛、株洲、邯郸、保定、张家口、桂林以及北京、上海等地分别由日本、德国引进20多套(台)熔融法再生加工利用废塑料的装置,主要用于生产建材、再生塑料制品、土木材料、涂料、塑料填充剂等。  

 

(2)改性再生  

 

改性再生利用废塑料是指通过化学或机械方法对废塑料进行改性。改性后的再生制品力学性能得到改善,可以做档次较高的制品。  

 

废塑料回收再利用中木粉填充改性废塑料应用非常广泛。木粉填充改性废塑料是一种全新的绿色环保塑木材料,其加工方法也是物理改性再生方法。由于近几年来国内外对该方面的研究较多,发展较快,并且已有商品化产品出现,塑木材料及其相关技术的发展已成为一种趋势。  

 

木粉与废旧塑料复合材料的开发与研究不但可以提供充分利用自然资源的机会,而且也可以减轻由于废旧塑料而引起的环境污染,因此,这种木塑复合材料是一种节约能源、保护环境的绿色环保材料。其应用范围很广,主要应用在建材、汽车工业、货物的包装运输、装饰材料及日常生活用具等方面,有广阔的发展前景。从国内外专利调研中也可看出这点。木粉作为塑料的一种有机填料,具有许多其他的无机填料所无法比拟的优良性能:来源广泛、价格低廉、密度低、绝缘性好、对加工设备磨损小。但它并没有像无机填料那样得到广泛应用,主要因为:木粉与基体树脂的相容性差;木粉在熔融的热塑性塑料中分散效果差,造成流动性差和挤出成型、加工困难。  

 

废塑料除了直接加工应用外,也可以通过化学方法、热能再生及发酵法等方法,将其转化为其他物质而重复再利用。  

 

化学方法:  

 

是指通过化学反应使废旧塑料转化成低分子化合物或低聚物。这些技术可用于以废旧塑料为原料生产燃料油、燃气、聚合物单体及石化、化工原料。  

 

从技术角度来说,化学方法主要有高温裂解、催化裂解、加氢裂解、超临界流体法以及溶剂解。热裂解法生成沸点范围宽的烃类,回收利用价值低。催化裂解由于有催化剂存在,反应温度可降低几十度,产物分布相对易于控制,能得到晶位高的汽油。超临界流体法因其环保、经济、分解速度快、转化率高等特点,正成为目前的研究热点,既适用于废塑料油化,又可用于缩聚物溶剂解。溶剂解主要用于缩聚型废塑料的解聚回收单体。  

 

从用途来讲,化学方法因终产品的不同又可分为两种,一种是制取燃料(汽油、煤油、柴油、液化气等),另一种是制取基本化工原料、单体。  

 

(1)制取燃料(油、气)的油化技术  

 

国外早在20世纪70年代石袖危机时期已开始开发油化技术,通过裂化,lkg废塑料产油最多可达1L。这种技术不使用搅拌装置,只适合于聚烯烃,还不能用于含卤类塑料。  

 

APME(欧洲塑料生产者协会)认为,回收工艺要有生命力,必须能够接受组成广泛的混合塑料。目前工业界已对富含PVC(高至60%)的废塑料进行了实验室工程研究和初步的中试,但尚未对示范装置的建设提供最佳工艺条件。  

 

日本在2000年4月对废塑料全面实施“包装容器再生法”后,为解决混杂塑料的油化问题,日本废塑料再生促进协会及废物研究财团在政府的资助下,开发成功一般混合废塑料的油化技术。其工艺过程包括前处理工序、脱氯工序、热分解。为了改善油品质量,加入催化剂进行改质。  

 

三菱重工、东芝、新日铁等日本公司均已先后进行了中试或工业化试验,可产出汽油、柴油、重油等油晶,技术已过关,但经济上尚未过关。为此,有关公司正通过改进工艺以大幅度降低成本,突出的为东北电力会同三菱重工利用超临界水进行废塑料油化试验的结果,反应时间由过去的2h大幅缩短至2min后,油品的回收率仍保持在80%以上的高水平,从而有利于成本的降低。考虑到油价的上涨将有利于提高经济效益,目前正在进行的0.5t/h的工业化试验,预计成功后将较快实用化。  

 

(2)制取基本化学原料、单体回收的技术:  

 

混合废塑料热分解制得液体碳氢化合物,超高温气化制得水煤气,都可用作化学原料。德国Hoechst公司、Rule公司、BASF公司、日本关西电力、三菱重工近几年均开发了利用废塑料超高温气化制合成气,然后制甲醇等化学原料的技术,并已工业化生产。 

 

近年来废塑料单体回收技术日益受到重视,并逐渐成为主流方向,其工业应用亦在研究中。1998年5月在德国慕尼黑举行的第14届国际分析应用裂解学术会议上,出现了有关高分子废弃物再生利用发展的新趋向。从本次会议发表的论文看,对于高分子材料的“白色污染”问题,国际上在基本解决了高分子废弃物经裂解制备燃料的研究和工业化之后,已趋向将高分子废弃物通过有效的催化—裂解方法转化为高分子合成原料的新阶段。目前研究水平已达到单体回收率聚烯烃为90%,聚丙烯酸酯为97%,氟塑料为92%,聚苯乙烯为75%,尼龙、合成橡胶为80%等。这些结果的工业应用亦在研究中,它对环境及资源利用将会产生巨大效益。  

 

美国BattelleMemorial研究所(美国专利US5136117)已成功开发出从LDPE、HDPE、PS、PVC等混合废塑料中回收乙烯单体技术,回收率58%(质量分数),成本为3.3美分/kg,目标是两年后实现工业化。日本总代理商——三菱商社已引进该技术并商业化开发,已建成流量20L/h的连续反应装置。溶剂解(包括水解和醇解)主要用于缩聚高分子材料的解聚回收单体,适用于单一品种并经严格预处理的废塑料。目前主要用于处理聚氨酯、热塑性聚酯和聚酰胺等极性废塑料 。例如利用聚氨酯泡沫塑料水解法制聚酯和二胺,聚氨酯软、硬制品醇解法制多元醇,废旧PET解聚制粗对苯二甲酸和乙二醇等。  

 

另外,近年来超临界流体法也越来越多地应用于解聚缩聚型高分子材料,回收其单体,效果远优于通常的溶剂解。日本T.Sako等人利用超临界流体分解回收废旧聚酯(PET)、玻璃纤维增强塑料(FRP)和聚酰胺/聚乙烯复合膜。他们采用超临界甲醇回收PET的优点是PET分解速度快,不需要催化剂,可以实现几乎100%的单体回收。他们还用亚临界水回收处理PA6/PE复合膜,使PA6水解成单体‘·己内酰胺,回收率大于70%一80%。 

 

热能再生:  

 

塑料燃烧可释放大量的热量,聚乙烯和聚苯乙烯的热值高达46000kJ/kg,超过燃料油平均44000kJ/kg的热值。燃烧试验表明,废塑料完全具备作为燃料的基本性质。它与煤粉、重油的燃烧对比试验详见表2.2。从表2.2中可看出,废塑料发热量与煤和石油相当,且不含硫。此外由于含灰分少,燃烧速度快。因此,国外将废塑料用于高炉喷吹代替煤、油和焦,用于水泥回转窑代替煤烧制水泥,以及制成垃圾固形燃料(RDF)用于发电,收到了很好的效果。 

 

(1)燃料化:垃圾固形燃料RDF  

 

日本积极推广用废塑料制垃圾固形燃料(RDF)。RDF技术原由美国开发,日本近年来鉴于垃圾填埋场不足、焚烧炉处理含氯废塑料时造成HCI对锅炉的腐蚀和尾气产生二D8英污染环境的问题,利用废塑料发热值高的特点混配各种可燃垃圾制成发热量20933kJ/kg和粒度均匀的RDF后,既使氯得到稀释,同时亦便于贮存、运输和供其他锅炉、工业窑炉燃用代煤。垃圾固形燃料发电最早在美国应用,并已有RDF发电站37处,占垃圾发电站的21.6%。日本结合大修将一些小垃圾焚烧站改为RDF生产站,以便于集中后进行连续高效规模发电,使垃圾发电站的蒸汽参数由<30012提高到45012左右,发电效率由原来的15%提高到20%~25%。秩父小野田水泥公司已在回转窑上试烧RDF成功,不仅代替了燃煤,而且灰分也 成为水泥的有用组分,效果比用于发电更好。目前日本各水泥厂正积极推广。  

 

(2)高炉喷吹、水泥回转窑喷吹  

 

高炉喷吹废塑料技术是利用废塑料的高热值,将废塑料作为原料制成适宜粒度喷人高炉,来取代焦炭或煤粉的一项处理废塑料的新方法。国外高炉喷吹废塑料应用表明,废塑料的利用率达80%.排放量为焚烧量的0.1%~1.0%,仅产生较少的有害气体,处理费用较低。高炉喷吹废塑料技术为废塑料的综合利用和治理“白色污染”开辟了一条新途径,也为冶金企业节能增效提供了一种新手段。  

 

德国的不莱梅钢铁公司于1995年首先在其2号高炉(容积2688m3)上喷吹废塑料,并建立了一套70kt/a的喷吹设备,随后克虏伯/赫施钢铁公司也建立了一套90kt/a的喷吹设备,德国其他的钢铁公司也准备采用此项技术。日本NNK公司1996年在其京滨厂1号高炉(容积4093m3)上喷吹废塑料,计划处理废塑料30kt/a,它还打算向日本其他厂转让此项技术。日本环保界和舆论界对此寄予厚望,日钢铁联盟已将此纳入2010年节能规划,要求年喷吹100万吨以上,相当于钢铁工业能耗的2%,前途大有可为。  

 

另外,日本水泥回转窑喷吹废塑料试验成功。德山公司水泥厂在长期燃烧废轮胎的基础上,于1996年在废塑料处理促进协会的配合下成功进行了回转窑喷吹废塑料试验。  

 

发酵法  

 

有资料报道,废聚乙烯可以通过氧化发酵和热解发酵两种方法转化成微生物蛋白。该法为非主流方法,目前不常用。

 


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