废塑料与煤粉热解特性的研究

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聚氯乙烯废弃物的热解特性与处理

聚氯乙烯废弃物的热解特性与处理摘要：聚氯乙烯树脂（以下简称PVC）广泛应用于建筑、电力、公用事业等领域，已成为广泛应用的五大通用塑料之一。

聚氯乙烯（PVC）是重要的高分子材料，也是应用最广泛的高分子材料之一。

预计2022年PVC的全球产量为5481万吨，在此期间的复合年增长率为4.8％。

随着中国的快速发展，对PVC需求也在逐年增长中。

PVC材料被大量应用于生产和生活中的各种领域，与其他塑料相比，PVC产品能够维持较长的使用寿命，但是最终也会成为固体废物。

焚烧和掩埋是PVC废物的主要处理方案，但这会造成严重的环境污染和大量的资源浪费，尤其是PVC废物的焚烧会产生剧毒污染物二噁英。

将PVC废弃物热解是一种较为绿色的处理方法，因此，各国均对PVC热解特性的研究十分关注。

由于PVC材料的多样性、添加剂的影响、热解过程环境的复杂性等导致PVC热解行为较为复杂。

关键词：聚氯乙烯；废弃物；热解；特性；处理引言中国的聚氯乙烯产能稳居全球第一，聚氯乙烯行业经历了深度调整期后，进入新一轮的高质量发展阶段，经济高质量发展为行业发展提供了难得的机遇，全球能源结构的调整、石化市场供需格局的变化、贸易保护主义及新冠肺炎疫情冲击等对行业的发展影响巨大，中国聚氯乙烯行业将迎来更多的发展机遇和挑战。

1国内形势内循环是行业可持续发展的内生动力，经过多年的发展，中国化工行业由原油初加工的基础化工模式发展为煤化工、烃类深加工结合的产业链发展模式，原料供应已实现了多元化，但下游高附加值的精细化学品生产仍有短板，产业链一体化、规模化模式尚未形成。

目前，聚氯乙烯树脂加工制造业存在加工工艺、装备设备水平层次不齐的问题，制约了聚氯乙烯树脂加工工业的发展。

因此，加强基础原材料与终端产品在技术研发、市场开拓等方面的合作，将聚氯乙烯树脂产业链向下游高附加值产品延伸，生产板材、型材、地板革、薄膜等能广泛用于建筑、交通、工业、农业等领域的终端制品是构建行业内循环的发展途径。

废塑料在炼焦配煤中的应用研究

废塑料在炼焦配煤中的应用研究李海桥;崔洁;阎定兵;陈战州【期刊名称】《燃料与化工》【年(卷),期】2015(046)005【摘要】介绍了宁钢应用塑料型煤技术,在满足焦炭质量要求的前提下,扩大了炼焦煤中添加废塑料的比例,而且在限定废塑料添加比例的条件下稳定了焦炭质量,为科学、合理、经济地治理"白色污染"提供了理论依据和工业经验.%This paper introduces the practice of Ningbo Steel in applying plastic coal briquette tech-nology. On condition of matching the coke quality requirement,the ratio of blended waste plastic in coking coal is increased,and the coke quality is stabilized on condition of limiting the blending ratio of waste plastic. The study provides theoretical basis and industrial reference in scientific,reasonable and economical control of "white pollution".【总页数】3页(P23-24,27)【作者】李海桥;崔洁;阎定兵;陈战州【作者单位】宁波钢铁有限公司焦化厂,宁波 315807;宁波钢铁有限公司焦化厂,宁波 315807;宁波钢铁有限公司焦化厂,宁波 315807;宁波钢铁有限公司焦化厂,宁波315807【正文语种】中文【中图分类】TQ520.4【相关文献】1.炼焦配煤与混合废塑料共热解固体产物在气化中氯的释放特性研究 [J], 侍玉苗;刘泽常;李震;赵仕华2.煤岩学在炼焦配煤中的应用研究 [J], 戴才胜;金奎励3.1/2中黏煤在炼焦配煤中的应用研究 [J], 顾德华;田建鹏4.煤岩学方法在炼焦配煤中的应用研究 [J], 汪海涛5.低阶煤在炼焦配煤中的应用研究 [J], 王春晶因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

生物质和废塑料混合热解协同特性研究

Received :2019⁃12⁃17;Revised :2020⁃03⁃01　*Corresponding author.Tel :027⁃87542417⁃8211,E⁃mail :yhping 2002@.　The project was supported by the National Key Research and Development Program of China (2018YFB 1501403),the National Natural Science Foundation of China (51906082)and the China Postdoctoral Science Foundation (2019M 662617).国家重点研发计划(2018YFB 1501403),国家自然科学基金(51906082)和中国博士后科学基金(2019M 662617)资助生物质和废塑料混合热解协同特性研究毛俏婷,胡俊豪,赵雨佳,闫舒航,杨海平*,陈汉平(华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,湖北武汉　430074)摘　要:选取聚丙烯(PP )和竹屑作为废塑料与生物质的典型代表,在热重分析仪和固定床台架上研究了塑料掺混比例对混合热解失重特性㊁动力学机理㊁产物分布行为等特性的影响,并分析了混合热解时生物质和废塑料间的协同作用机制㊂结果表明,随着塑料掺混比例的增加,混合热解终止温度由501℃降低至471℃,主要热解温度区间缩短;混合热解所需活化能呈现先减小后增大的趋势,在塑料掺混比例为0.25时取得最小值㊂通过对比实验数据和理论数据发现,生物质与废塑料混合热解具有很强的协同作用:该协同作用降低了生物质反应所需能量,增加了废塑料反应所需能量,降低了混合热解过程的总活化能;此外,协同作用促进大分子挥发分转化为小分子气体,促进芳烃㊁烷烃等烃类生成,抑制CO 2㊁苯酚㊁羧酸㊁呋喃和酮类等含氧物质生成㊂关键词:固体废弃物;混合热解;动力学分析;产物分布;协同作用中图分类号:TK 6 文献标识码:ASynergistic effect during biomass and waste plastics co⁃pyrolysisMAO Qiao⁃ting ,HU Jun⁃hao ,ZHAO Yu⁃jia ,YAN Shu⁃hang ,YANG Hai⁃ping *,CHEN Han⁃ping(State Key Laboratory of Coal Combustion ,Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074,China )Abstract :Polypropylene (PP )and bamboo were selected as typical representatives of waste plastics and biomass.And the biomass and plastic co⁃pyrolysis weight loss ,kinetic mechanism and product distribution were studied by thermogravimetric analyzer and fixed⁃bed reactor.The synergistic mechanism between biomass and plastic during co⁃pyrolysis was discussed.As the ratio of plastic increases ,the ending temperature of co⁃pyrolysis decreases from 501to 471℃,while the main temperature range for co⁃pyrolysis is shortened.What′s more ,the total activation energy required for the co⁃pyrolysis decreases when the plastic ratio is below 0.25and then paring the experimental with theoretical data ,it is found that the synergistic effect during biomass and waste plastics co⁃pyrolysis is obvious.Due to the synergistic effect ,the total activation energy for co⁃pyrolysis is much lower than calculated value.In addition ,the synergistic effect can promote the conversion of macromolecular volatiles into small⁃molecule gas ,accelerate the generation of hydrocarbons like aromatics and alkanes ,and inhibit the formation of oxygen⁃containing substances like CO 2,phenol ,carboxylic acids ,furans and ketones.Key words :waste solids ;co⁃pyrolysis ;kinetic analysis ;products component ;synergistic effect 作为唯一的可再生碳源,生物质能具有绿色低碳㊁储量广泛等优势,但也存在能量密度低㊁集中收集困难等局限,目前,作为能源利用的不到其年产量1/10[1]㊂塑料作为高分子碳氢聚合物,被广泛应用于农业㊁建筑等多个行业,每年有超过60%废塑料未被合理利用而最终流向填埋和焚烧,对环境造成严重威胁[2]㊂近年来,生物质㊁废塑料等固体废弃物资源能源化利用得到广泛关注㊂周利民等[3]发现锯木㊁塑料共热解过程中活化能与原料转化程度关系密切,且动力学参数受原料种类及组成影响较大㊂Bu 等[4]发现,添加低密度聚乙烯(LDPE )有利于提高木质素微波热解频率因子(频率因子对反应速率的影响大于活化能),从而提高木质素微波热解的反应速率㊂Hassan 等[5,6]发现,与纯甘蔗渣相比,掺混60%HDPE 时混合热解液体产物中碳含量提升34%㊁氢含量提升47%㊁氧含量下降70%,高位热值由20.26MJ /kg 增加至42.41MJ /kg ㊂Ozsin 等[7]联用TGA /MS 和TGA /FT⁃IR 研究生物质与PVC 混合热解动力学及气体析出特性,发现混合热解过程复杂,涉及多种自由基反应,且中间产物形成受生物质结构影响比较大㊂尽管研究者就生物质与塑料混合热解参数对动力学特性或产物分布的影响第48卷第3期2020年3月燃　料　化　学　学　报Journal of Fuel Chemistry and Technology Vol.48No.3Mar.2020进行了部分研究,但对其热解过程及协同特性研究仍然不够系统全面㊂因此,本研究对生物质和废塑料混合热解的失重特性㊁动力学机理及气㊁液㊁固三态产物分布及形成规律进行系统研究,深入分析生物质与废塑料混合热解过程中的协同作用特性,以期对生物质与废塑料两种含碳废弃物高效资源化利用进行科学理论指导㊂1　实验部分1.1　实验原料实验选取竹屑和聚丙烯(PP)作为生物质和废塑料的典型代表,竹屑收集自湖北武汉地区,模拟废弃PP的塑料原料由上海阿拉丁生化科技股份有限公司生产㊂在初步除去竹屑表面灰尘后,将生物质㊁废塑料样品分别送入粉碎机中破碎,选取并收集粒径在0.2-0.45mm的颗粒㊂实验开始前48h,将生物质㊁废塑料原料置于120℃电热烘箱中保存备用㊂表1为竹屑和废塑料干燥基准下的工业分析和元素分析(ASTM标准)㊂由表1可知,两种原料都含有大量挥发分,废塑料中几乎没有固定碳存在,而竹屑固定碳含量为17.83%,且竹屑中灰含量是废塑料中灰含量的10倍;废塑料呈现高碳高氢低氧的特点,竹屑中氧含量明显高于废塑料㊂此外,竹屑为典型的纤维素类木质生物质,纤维组分占比达84.18%,而废塑料组分均一,为丙烯聚合物㊂表1　样品的工业分析和元素分析Table1　Proximate and ultimate analysis of samplesSample Proximate analysis w d/%V A FCUltimate analysis w d/%C H O a N SBamboo81.440.7317.8347.286.0446.390.170.12 PP99.880.070.0585.1813.740.910.000.17 a:by difference 表2为竹屑灰分的X射线荧光光谱(XRF)分析㊂由表2可知,竹屑灰中含有大量K㊁Mg㊁Ca等碱金属元素及碱土金属元素(AAEMs),而废塑料样品较干净,没有无机矿物质灰存在㊂表2　生物质灰成分分析Table2　Inorganic composition analysis of biomassSampleMass fraction w ad/%Mg Al Si P S K Ca Ti Mn Fe ZnBamboo10.601.855.917.299.1650.129.650.173.970.810.471.2　实验装置与方法混合热解失重行为通过热重分析仪(TG, Labsys Evo1150,Setaram,法国)获得㊂取20mg样品(空白实验不加入样品)装入Al2O3坩埚中,持续通入氮气(50mL/min)作为载气;升温程序为在30℃保持5min后以恒定升温速率(10℃/min)升至800℃㊂混合热解产物特性研究采用固定床热解反应器,具体台架示意图见图1㊂取2g样品预先置于反应器最上端室温区,持续从上至下通入氮气(100mL/min)作为载气;待电炉加热至指定温度(600℃)并保持恒定后,迅速将样品推至反应器中部恒温区,同时连接气袋,热解时间为30min㊂在载气吹扫作用下,原料被加热产生的热解挥发分缓慢通过冰水冷凝装置和干燥装置,最后进入气袋被收集㊂图1　生物质㊁废塑料混合热解实验装置示意图Figure1　Schematic diagram of the co⁃pyrolysisprocess of biomass and waste plastics1.3　热解产物分析方法气体产率由体积分数和载气流量计算得到;固体产率根据反应后吊篮质量与空吊篮质量差值计算得到;液体产率通过差减计算得到㊂气体产物组分782第3期毛俏婷等:生物质和废塑料混合热解协同特性研究　含量采用常州磐诺仪器有限公司生产的气相色谱仪(GC,A91,Panna,中国)分析㊂液体产物经丙酮溶解稀释后采用气相色谱⁃质谱联用仪(GC⁃MS, 7890A/5975C,Agilent,美国)分析其组分㊂固体焦炭表面官能团分布采用傅里叶变换红外光谱仪(FT⁃IR,Vertex70,Bruker,德国)表征;焦炭的微晶结构由X射线衍射仪(XRD,D8,Panalytical,荷兰)分析;焦炭表面孔隙形貌由场发射扫描电子显微镜(FSEM,Sirion200,FEI.,荷兰)表征㊂具体参数设置可详见文献[8]㊂1.4　反应动力学计算选用Coats⁃Redfern积分法进行动力学参数计算[9],分别对ln[-ln(1-x)/T2]㊁ln([1-(1-x)(1-n)]/(1-n)㊃T2(n=0㊁0.5㊁2㊁3)和1/T进行线性拟合,其中,n为反应级数;x为转化率,%;T为热解温度,K;活化能E和指前因子A分别由线性拟合曲线斜率(-E/R)和截距(ln(AR)/(βE))确定,其中,R为通用气体常数,8.314J/(mol㊃K);β为升温速率,℃/min㊂2　结果与讨论2.1　生物质和废塑料混合热解失重特性图2为生物质㊁废塑料混合热解失重速率曲线(DTG),表3为热解特性参数表㊂由图2和表3可知,竹屑热解可分为两个阶段:挥发分快速析出阶段和碳化阶段㊂在竹屑热解挥发分快速析出阶段,随着温度升高(265-378℃),挥发分大量析出,失重量为60.25%;此阶段出现两个明显失重峰,最大失重速率分别为0.47%/min(299℃)和1.05%/min (353℃),这主要是因为此阶段对应半纤维素和纤维素热解,而竹屑中半纤维素和纤维素占比较大,且主要热解温度区间不一致㊂在竹屑热解碳化阶段(378-500℃),随着温度升高,残留的挥发分缓慢析出,焦炭进行二次分解,失重量约为8.01%;此阶段没有明显的失重峰,这可能是因为此阶段主要对应木质素热解,而竹屑中木质素含量较低且热解速率相对较慢㊂与竹屑不同,废塑料热解主要经历一个热解阶段(417-471℃),随着温度升高,挥发分大量析出,最大失重速率为3.06%/min㊂废塑料在主要热解区间的失重速率明显大于竹屑在主要热解区间的失重速率,这主要是由塑料分子分解反应速度大于生物质三组分分解反应速度引起[10]㊂对于生物质㊁废塑料混合热解,主热解区间内存在三个主要失重峰,前两个失重峰主要是生物质热解失重峰;第三个失重峰主要是塑料热解失重峰㊂随着塑料掺混比例的增加,前两个失重峰的最大失重速率减小(对应温度在300㊁350℃左右)㊁失重量线性减少;第三个失重峰的最大失重速率增加(对应温度在460℃左右)㊁失重量线性增加㊂此外,随着塑料掺混比例的增加,终止温度降低,说明热解温度区间缩短,这可能是因为生物炭中的无机元素促进了废塑料的分解[7]㊂图2　生物质㊁废塑料混合热解失重速率曲线Figure2　DTG curves of biomass and wasteplastics co⁃pyrolysisPP0.25means the plastic ratio is25%;DTGcal= (1-x)DTGexp1+x DTGexp2,while x is the plastic ratio, DTGexp1and DTGexp2are the weight lossrate of bamboo and waste plastic表3　生物质、废塑料热解/混合热解特性参数表Table3　Pyrolysis characteristic parameters of individual samples and biomass/waste plastic blendSample t b/℃tm/℃P1P2P3tf/℃Dm/(%㊃min-1)P1P2P3PP0265299353-5010.471.05-PP0.252682983524684820.360.830.71 PP0.52662983534634770.240.551.44 PP0.752743003504624750.130.362.33 PP1417--455471--3.06 a:t b:the start temperature,while the conversion ratio is5×(1-x)%;P n:n weight loss range;t m:the temperature while the weight loss ratio is the largest;t f:the ending temperature,while the conversion ratio is95%;D m:the largest weight loss ratio 882　燃　料　化　学　学　报第48卷对比图2中失重速率实验值和计算值可知,热解温度低于400℃时,实验值与计算值之间存在较小差距,这主要是因为熔融态的塑料对生物质热解产生了较小程度的扰动㊂而热解温度为400-500℃时,实验值与计算值之间差距明显,且差距随着塑料掺混比例的增加而增加,出现此现象的原因可能是木质素与塑料热解温度区间部分重合,塑料㊁竹屑中木质素的热分解与热解焦炭二次反应等同时进行,发生了交互作用:焦炭可促进塑料分解成单体或二聚体,而塑料也可为木质素分解提供丰富的氢质子[11,12]㊂2.2　生物质与废塑料混合热解反应动力学特性表4为生物质和废塑料热解及混合热解的反应动力学参数表㊂由表4可知,竹屑热解反应级数为1,而聚丙烯的热解反应级数为0.5比较合适㊂生物质㊁废塑料最佳反应级数不同可能是因为以PP为主的废塑料热解主要涉及直链解聚和重排形成的环状低聚物分解两种快速的平行反应,而生物质热解涉及多种中间产物繁多的复杂反应,从而导致废塑料失重速率与转化率之间的相关度小于生物质失重效率与转化率之间的相关度[13]㊂生物质㊁废塑料混合热解时,热解温度区间分为三段,前两个区间是生物质主要热解温度区间,反应级数取1;第三个区间是废塑料主要热解温度区间,反应级数取0.5㊂由表4可以看出,竹屑热解较容易,活化能为70.84kJ/mol,而废塑料热解较困难,活化能较高(291.77kJ/mol)㊂随着塑料掺混比例从0增加到1,反应总活化能呈现先减小后增大的趋势,且在塑料掺混比例为0.25时达到最小值;而对比反应总活化能和线性计算活化能可知,生物质㊁废塑料混合热解反应所需能量明显小于单独热解所需能量,引起此现象的原因可能是混合热解过程中,生物质和废塑料分解时活化能平面上分布峰的重叠产生相互作用[14,15]㊂表4　生物质与废塑料混合热解反应动力参数Table4　Pyrolysis kinetic parameters of individual samples and biomass/waste plastics blendSample Temperaturet/℃Weightloss w/%nE/(kJ㊃mol-1)A/min-1R2E⁃ave/(kJ㊃mol-1)E⁃cal/(kJ㊃mol-1)PP0265-30421.581101.881.86×1080.994870.84304-39168.72170.521.68×1050.9784391-5019.7014.0504.62×10-20.9597PP0.25268-30916.19197.864.72×1070.991657.79126.07 309-39045.19155.604.11×1030.9617390-48238.620.543.553.97×10130.9183PP0.25⁃cal266-30414.55198.836.34×1070.993858.64304-39147.45154.973.63×1030.9668391-47437.990.547.849.40×10130.9120PP0.5266-31010.70196.722.17×1070.986662.13181.31 310-37927.07153.731.52×1030.9864379-47762.230.559.845.92×10140.8797PP0.5⁃cal268-31110.54189.384.50×1060.987769.59311-39127.70147.193.83×1020.9499391-47261.760.576.261.31×10160.8893PP0.75274-3114.641101.852.96×1070.986991.31236.54 311-37712.61156.441.18×1030.9847377-47582.750.596.033.00×10170.8741PP0.75⁃cal269-3114.82187.141.25×1060.9866100.05311-38413.03147.571.84×1020.9718384-47182.140.5109.153.31×10180.8890PP1417-471100.001291.779.97×10310.9987291.77PP0.25⁃cal:the theoretical value when the plastic ratio is25%;E⁃ave:the average total activation energy;E⁃cal:the linear total activation energy2.3　生物质与废塑料热解混合热解产物分布特性图3为不同塑料掺混比例原料在600℃下快速热解产物的产率及气体组分分布㊂由图3(a)可知,随着塑料掺混比例的增加,液体产率线性增加,逐渐982第3期毛俏婷等:生物质和废塑料混合热解协同特性研究　从50.8%提高至81.8%,固体焦炭产率快速降低,从20.8%线性减少至0㊂混合热解产物中液体产率低于理论值,气体产率高于理论值,说明混合热解时存在交互作用,促进大分子挥发分进一步裂解,而形成更多小分子气体㊂图3　混合热解三态产率(a )及气体组成(b )Figure 3　Products yield (a )and gas composition of co⁃pyrolysis (b ) 由图3(b )可知,在生物质与废塑料混合热解产气中,随着塑料掺混比例的增加,CO ㊁CO 2含量线性减少,其中,CO 由44.91%降至0.44%㊁CO 2由28.63%降至1.33%;而CH 4缓慢增加,特别是在塑料掺混比例大于0.5后,C 2-4含量急剧增大㊂这主要因为生物质中氧含量高,热解气体产物主要为CO 和CO 2,而废塑料主要元素为C ㊁H ,热解过程中产生较多的碳氢化合物,随着塑料掺混比例的增加,原料中含氧官能团减少,使得气体产物中CO ㊁CO 2逐渐减少,而碳氢化合物小分子气体逐渐增加㊂此外,对比实验值与线性计算值可知,混合热解促进CH 4生成,抑制CO 2生成;这主要是因为混合热解时,废塑料释放小分子气体与生物质热解挥发分中的含氧组分发生交互作用[16]㊂图4为塑料掺混比例对液体组成的影响㊂由图4可知,竹屑热解液体产物主要为酚类㊁羧酸㊁呋喃㊁酮类㊁醛类等含氧化合物;而废塑料热解液体产物主要为芳烃㊁烷烃㊁烯烃等碳氢化合物;随着塑料掺混比例的增加,混合热解液体产物中含氧组分逐渐减少,而碳氢化合物快速增加㊂这说明混合热解促进了芳烃和烷烃生成,抑制了酚类㊁羧酸㊁呋喃㊁酮类形成,这可能是因为混合热解过程中生物质含氧官能团与塑料热解挥发分中的氢结合生成水,促进含氧官能团脱氧转化成烃类;此外,含氧化合物可以促进长链有机物断链,从而促进更多烃类生成[16]㊂图4　混合热解液体产物含氧组分(a )与烃类组分(b )GC⁃MS 峰面积分布Figure 4　GC⁃MS peak area of the co⁃pyrolysis liquid product components with oxygen (a )and with hydrocarbon (b ) 热解焦炭的官能团结构以及碳结构晶相见图5㊂由图5(a )可知,热解焦炭中存在的官能团包括O -H 基(3600-3000cm -1)㊁C -H n 基(2970-2860cm -1)㊁C =O 基(1730-1700cm -1㊁1560-92　燃　料　化　学　学　报第48卷1510cm -1)㊁C =C 基(1632cm -1)㊁C -H 基(900-700cm -1)等㊂随着塑料掺混比例的增加,热解焦炭中有机官能团种类基本不变,而O -H 基团含量逐渐减少,芳香C -H 基团含量增加;这可能是混合热解促进了生物质焦二次裂解,使得更多的OH 基团脱除㊂由图5(b )可知,混合热解焦炭在衍射角接近26°处存在明显石墨微晶碳纤维d 002峰,说明混合热解过程中焦炭达到一定程度芳香化㊂此外,随着塑料掺混比例的增加,衍射峰强度增大,说明混合热解焦炭的芳香化程度提高,此现象与有机官能团结构变化一致㊂图5　混合热解焦炭结构特性(a )有机官能团分布和(b )碳骨架晶相结构Figure 5　Organic functional group distribution (a )and the framework phase structure of co⁃pyrolysis char (b ) 图6为生物质和废塑料混合热解焦炭的表观形貌的照片㊂由图6可知,与生物质热解焦炭相比,混合热解焦炭表面出现较多的絮状物质,且部分絮状物质堵塞了焦炭表面的孔隙,此现象正好可以解释前述混合热解过程中生物质㊁废塑料相互影响使生物质反应所需能量减少,废塑料反应所需能量增加:生物质热解时,熔融态塑料附着有利于传热;废塑料热解时,塑料附着在生物质形成的热解质焦炭中,热解焦炭阻碍了塑料中挥发分析出或热解焦炭与塑料挥发分发生二次反应㊂图6　混合热解焦炭的SEM 照片(×5000)Figure 6　SEM images of co⁃pyrolysis char (magnification is 5000times )3　结　论随着塑料掺混比例的增加,塑料热解温度区间内最大失重速率对应温度降低,混合热解终止温度降低,主要热解温度区间缩短,反应所需总活化能先减小后增大㊂随着塑料掺混比例的增加,混合热解气体产物中CO ㊁CO 2线性减少,而CH 4缓慢增加㊁C 2-4快速增加;液体产物中含氧组分逐渐减少,而碳氢化合物快速增加;热解焦炭中O -H 基团减少,而芳香C -H 基团增加㊂协同作用使混合热解过程中生物质反应所需能量减少,废塑料反应所需能量增加,总活化能减少;促进CH 4等烃类气体生成,抑制CO 2等含氧小分子气体生成;促进芳烃和烷烃等烃类液体产物形成,抑制酚类㊁羧酸㊁呋喃㊁酮类等含氧液体产物形成㊂192第3期毛俏婷等:生物质和废塑料混合热解协同特性研究292　燃　料　化　学　学　报第48卷参考文献[1]　ISAHAK W N R W,HISHAM M W M,YARMO M A,HIN T Y.A review on bio⁃oil production from biomass by using pyrolysis method[J].Renewable Sustainable Energy Rev,2012,16(8):5910-5923.[2]　AL⁃SALEM S M,ANTELAVA A,CONSTANTINOU A,MANOS G,DUTTA A.A review on thermal and catalytic pyrolysis of plastic solidwaste(PSW)[J].J Environ Manage,2017,197:177-198.[3]　周利民,王一平,黄群武,蔡俊青.生物质/塑料共热解热重分析及动力学研究[J].太阳能学报,2007,28(9):979-983.(ZHOU Li⁃min,WANG Yi⁃ping,HUANG Qun⁃wu,CAI Jun⁃qing.TG analysis and kinetics of biomass/plastic co⁃pyrolysis[J].Acta Energ Sol Sin,2007,28(9):979-983.)[4]　BU Q,CHEN K,XIE W,LIU Y Y,GAO M J,KONG X H,CHU Q L,MAO H P.Hydrocarbon rich bio⁃oil production,thermal behavioranalysis and kinetic study of microwave⁃assisted co⁃pyrolysis of microwave⁃torrefied lignin with low density polyethylene[J].Bioresour Technol,2019,291:121860.[5]　HASSAN H,LIM J K,HAMEED B H.Catalytic co⁃pyrolysis of sugarcane bagasse and waste high⁃density polyethylene over faujasite⁃typezeolite[J].Bioresour Technol,2019,284:406-414.[6]　HASSAN H,HAMEED B H,LIM J K.Co⁃pyrolysis of sugarcane bagasse and waste high⁃density polyethylene:Synergistic effect and productdistributions[J].Energy,2020,191:116545.[7]　OZSIN G,PUTUN A E.Insights into pyrolysis and co⁃pyrolysis of biomass and polystyrene:Thermochemical behaviors,kinetics and evolvedgas analysis[J].Energy Convers Manage,2017,149:675-685.[8]　CHEN W,LI K X,XIA M W,YANG H P,CHEN Y Q,CHEN X,CHE Q F,CHEN H P.Catalytic deoxygenation co⁃pyrolysis of bamboowastes and microalgae with biochar catalyst[J].Energy,2018,157:472-482.[9]　武宏香,李海滨,赵增立.煤与生物质热重分析及动力学研究[J].燃料化学学报,2009,37(5):538-545.(WU Hong⁃xiang,LI Hai⁃bin,ZHAO Zeng⁃li.Thermogravimetric analysis and pyrolytic kinetic study on coal/biomas s blends[J].J Fuel Chem Technol,2009,37(5):538-545.)[10]　LI X Y,LI J,ZHOU G Q,FENG Y,WANG Y J,YU G,DENG S B,HUANG J,WANG B.Enhancing the production of renewablepetrochemicals by co⁃feeding of biomass with plastics in catalytic fast pyrolysis with ZSM⁃5zeolites[J].Appl Catal A:Gen,2014,481:173 -182.[11]　JAKAB E,VARHEGYI G,FAIX O.Thermal decomposition of polypropylene in the presence of wood⁃derived materials[J].J Anal ApplPyrolysis,2000,56(2):273-285.[12]　彭锦星,邵千钧,陈丰农,陈奋学,袁伯增.基于超临界乙醇的竹子与聚乙烯共液化研究[J].太阳能学报,2009,30(8):1139-1144.(PENG Jin⁃xing,SHAO Qian⁃jun,CHEN Feng⁃nong,CHEN Fen⁃xue,YUAN Bo⁃zeng.Experimental study on co⁃liquefaction of bamboo and PE in supercritical ethanol[J].Acta Energ Sol Sin,2009,30(8):1139-1144.)[13]　BLOCK C,EPHRAIM A,HORTALA W E,MINH D P,VANDECASTEELE C A N.Co⁃pyrogasification of plastics and biomass,a review[J].Waste Biomass Valorization,2019,10(3):483-509.[14]　BURRA K G,GUPTA A K.Kinetics of synergistic effects in co⁃pyrolysis of biomass with plastic wastes[J].Appl Energy,2018,220:408-418.[15]　XIANG Z P,LIANG J H,HERVAN Z,LIU Y Y,MAO H P,BU Q.Thermal behavior and kinetic study for co⁃pyrolysis of lignocellulosicbiomass with polyethylene over cobalt modified ZSM⁃5catalyst by thermogravimetric analysis[J].Bioresour Technol,2018,247:804-811.[16]　BURRA K G,GUPTA A K.Synergistic effects in steam gasification of combined biomass and plastic waste mixtures[J].Appl Energy,2018,211:230-236.。

配合煤添加废塑料生产不同规格焦炭的研究

Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｅｃｉｉｃｆａｔｉｏｎｓｏｆｃｏｋｅｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｍｉｘｉｎｇｗａｓｔｅｐｌａｓｔｉｃｉｎｔｏｂｌｅｎｄｉｎｇｃｏａｌ
ｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｋｅｗｈｉｃｈｃａｒｂｏｎｉｚｅｄｉｎｃｏｍｍｏｎｉｓｓａｍｅａｓｔｈａｔｏｆｔｈｅｃｏｋｅｗｈｉｃｈｃａｒｂｏｎｉｚｅｄｂｙｂｌｅｎｄｉｎｇｃｏａ１．１０％－１８％ｗａｓｔｅｐｌａｓｔｉｃｉｓｂｌｅｎｄｅｄｔｏｐｒｏｄｕｃｅＩｔｙｐｅｐｏｒｏｕｓｃｏｋｅｗｉｔｈｍｏｒｅｔｈａｎ７０％
２．ＭａＳｔｅｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｍａ ’ ａｎｓｈａｎ２４３０２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗａｓｔｅｐｌａｓｔｉｃｉｓｔｒｅａｔｅｄｂｙｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｃｏｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｍｉｘｉｎｇｉｎｔｏｂｌｅｎｄｉ。但上述研究和应用中存在废塑
料添加量低（一般不超过２％）、工艺简单、热处理复杂、易产生二次污染、对废塑料性质难控制等问题。本文通过稳定废塑料性能、提高堆积密度等措施，利用生产冶金焦和多孔焦的技术路径来实现配煤中大比例添加废塑料的目的，既能解决白色污染，又可实

在流化床中热解废旧塑料的实验研究

第38卷　第10期2006年10月哈　尔　滨　工　业　大　学　学　报JOURNAL OF HARB I N I N STI T UTE OF TECHNOLOGYVol 138No 110Oct .2006在流化床中热解废旧塑料的实验研究董芃,尹水娥,楼黎虹,别如山(哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,哈尔滨150001,E 2mail:DongP@hit .edu .cn )摘　要:对高密度聚乙烯(HDPE )、低密度聚乙烯(LDPE )、聚丙烯(PP )、聚苯乙烯(PS )和聚氯乙稀(P VC )等5种单组分废旧塑料在流化床中进行了热解实验,得到了在实验条件下,热解温度对各种单组分废旧塑料热解产物成分和产率的影响规律,为开发废旧塑料热解制油、制气工业装置提供了基本的工艺参数.关键词:废旧塑料;热解;流化床中图分类号:TK224文献标识码:A文章编号:0367-6234(2006)10-1728-04Exper i m en t a l study on the pyrolysis of wa ste pl a sti cs i n flu i d i zed bedDONG Peng,YI N Shui 2e,LOU L i 2hong,B I E Ru 2shan(College of Energy Science and Engineering,Harbin I nstitute of Technol ogy,Harbin 150001,China,E 2mail:DongP@hit .edu .cn )Abstract:The pyr olysis characteristics of five several s orts of the waste p lastics na mely H igh density polyethy 2lene (HDPE ),Low density polyethylene (LDPE ),Polystyrene (PS ),Polyp r opylene (PP ),and Polyvinyl chl oride (P VC )were investigated in fluidized bed .The effect of te mperature on the yield of liquid and gase 2ous fuel p r oducti on and the gas compositi on are analyzed .The essential para meters have been p r ovided f or de 2vel op ing industrial equi pment of p r oducing liquid and gaseous fuel by pyr olysis of waste p lastics .Key words:waste p lastic;pyr olisis;fluidized bed收稿日期:2005-01-06.基金项目:哈尔滨工业大学跨学科交叉性研究基金资助项目.作者简介:董芃(1957—),男,博士,教授. 塑料是以石油、天然气、煤等自然资源为原料合成的,大量塑料废弃物不仅造成了严重的环境污染,而且在自然资源日益匮乏的情况下,导致了社会财富的极大浪费.为了保护环境,实现资源的再利用,把废旧塑料热解制成发热值较高的燃气和液体燃料是很有前途的废旧塑料再利用的处理方法[1-5].在各种热解反应器中,媒体流化床反应器具有热容量大、温度均匀、物料升温速率快、易于实现稳定连续运行等优点[6],非常适用于废旧塑料的热解工艺.因此,研究废旧塑料在媒体流化床热解反应器中的热解规律,对进一步开发废旧塑料热解制油、制气工业装置以及实现废旧塑料的资源化具有重要的意义[7-9].1　实验设备及实验方法111　实验装置与系统实验装置由媒体流化床热解反应器、测量控制系统、进料系统、热解油蒸汽冷却系统、热解气过滤系统、气体测量和取样系统、尾气处理系统、气体分析系统组成,如图1所示.热解反应器用耐高温的碳化硅管制成.在碳化硅管的外表面由上及下缠绕3段电阻丝作为热源,分别采用比例-积分-微分(P I D )调节器来实现对温度的控制,可调范围为0～1600℃,并且通过数字化仪表易于实现P I D 调节参数的设定.热解流化床反应器的内径为Φ89mm ,高度为1450mm ,反应器下部铺设粒径为2～3mm 、高度为600mm 的粗石英砂层,在实际运行中为加热流化的固定床.在粗石英砂层上面有粒径为200～300μm 、高度为500mm 细石英砂作为流化床料,实验时的实际流化风速为0115m /s . 为了准确测定流化床内部的温度,实验装置采用长度为1m 的热电偶从上部插入流化床内的石英砂中,再用一个热电偶测量采样点气流的温度.为了准确计算控制实验原料的给料量,实验装置采用螺旋给料机,给料速度由直流电机调速器控制.针对塑料热稳定性差,遇热容易成粘稠状的特点,在落料管外侧设计有水冷却套管,以保证给料系统的连续稳定运行.实验时的实验原料的给料量为013g/s.1—控制柜;2—空气转子流量计;3—氮气转子流量计;4—直流电机调速器;5—智能温控表;6—压差计;7—气路管道;8—电线;9—热电偶;10—直流电机;11—给料斗;12—螺旋给料装置;13—落料管;14—媒体流化床热解反应器;15—布风系统与残留物排放系统;16—排烟道;17—冷凝管;18—真空弯管;19—锥形接受瓶;20—第一过滤瓶;21—第二过滤瓶;22—烟气分析仪图1　热解装置流程图实验的热解产物经过热解油蒸汽冷却系统、热解气过滤干燥系统后,用3012H 型自动烟尘气测试仪进行抽取.从测试仪的仪表上可以读取抽气时间、体积、流速和压力等参数.112　实验方法将实验用媒体石英砂床料放入流化床反应器中,将反应器升温到所设定的热解温度,通入作为流化气体的氮气,测量并控制其流量,观察压差计,待流化床反应器内流化稳定后,启动螺旋给料机按照实验方案确定的给料量送入实验原料.通过在线测量,观察到热解产物稳定产出后,打开烟气分析仪,连续抽取热解产物30m in .在抽取热解产物期间的不同的时段进行气体采样,然后将气样用气相色谱仪分析.热解气成分分析采用SP -2000型气相色谱仪.色谱检测器为火焰电离检测器(F I D ).色谱柱是Porapak Q 色谱柱,柱长Φ3mm ×015mm ×2000mm ,最高使用温度250℃,用H 2作载气.进样量为1m l .热解产物中HCl 成分检测分析采用M I A -3型微机化多功能离子分析器,使用微机控制电位,自动滴定测量.2　实验结果与分析211　高密度聚乙烯(HD PE)由图2可以看出,随着热解温度的升高,热解气体的产率增加,冷凝液体产物的产率下降.在540℃时,HDPE 的热解气体产率为6%,冷凝液体产率为94%;在737℃时,HDPE 的热解气体产率为43175%,冷凝液体产物的产率为56125%.图2　热解温度对HDPE 热解产物的影响由图3可以看出,在热解气体的组成成分中,乙烯的含量要高于甲烷和乙烷.图3　热解温度对HDPE 热解气成分的影响212　低密度聚乙烯(LD PE)由图4可以看出,与HDPE 相似,随着热解温度的升高,LDPE 热解气体的产率增加,冷凝液体・9271・第10期董芃,等:在流化床中热解废旧塑料的实验研究产物的产率下降.在535℃时,LDPE的热解气体产率为817%,冷凝液体产率为9113%;在735℃时,LDPE的热解气体产率为4017%,冷凝液体产物的产率为5913%.图4　热解温度对LDPE热解产物的影响由图5可以看出,LDPE热解气中也是乙烯的含量高于甲烷和乙烷.图5　热解温度对LDPE热解气成分的影响213　聚苯乙烯(PS)由图6可以看出,随着热解温度的升高,热解气体的产率增加,冷凝液体产物的产率下降.在488℃时,PS的热解气体产率为418%,冷凝液体产率高达9512%;在745℃时,PS的热解气体产率为53148%,冷凝液体产物的产率为46152%.图6　热解温度对PS热解产物的影响图7描述了热解温度对PS热解气中甲烷和乙烯产率的影响规律.与HDPE和LDPE相比,PS 热解气中乙烷的含量很少,气相色谱图显示PS在热解温度高于650℃时出现乙烷,但含量份额很少,估计是高分子再次裂解的产物.图7　热解温度对PS热解气成分的影响214　聚丙烯(PP)由图8可以看出,PP随着热解温度的升高,热解气体的产率增加,冷凝液体产物的产率下降.在524℃时,PP的热解气体产率为619%,冷凝液体产率为9311%;在738℃时,PP的热解气体产率为8414%,冷凝液体产物的产率为1516%.由图9可以看出,在PP的热解气体中甲烷、乙烯的含量随着温度的升高呈上升趋势,但乙烷却趋于平缓.与HDPE、LDPE、PS不同的是,在PP 的热解气体中甲烷的含量高于乙烯、乙烷.图8　热解温度对PP 热解产物的影响图9　热解温度对PP热解气成分的影响215　聚氯乙稀(PVC)P VC热解产生大量的黑色烟雾,伴随浓烈的刺激性气味,冷凝为黑色的液体.由于冷凝液体里含有碳黑,不容易被回收.并且,采用流化床反应器热解P VC时,热解过程所产生的残渣容易使作为流化媒体的石英砂结块,严重时会导致设备无法正常运行.又由于P VC分解时产生的HCl对设・371・哈　尔　滨　工　业　大　学　学　报第38卷　备有腐蚀性,因此,工业上通常不会单独裂解废旧P VC 制品,而是将其与PE 、PP 、PS 、PET 等以一定的比例混合,先脱除HCl,再进行裂解.由图10看出,由于P VC 热解会产生固体残渣,因此在同样的热解温度下,P VC 的气体和液体产率比HDPE 、LDPE 、PS PP 都低.由图11可以看出P VC 热解气的甲烷的含量高于乙烯,乙烷.由图12可以看出,随温度上升,P VC 的热解气体中HCl 的含量呈缓慢上升的状态.图10　热解温度对P VC热解产物的影响图11　热解温度对P VC热解气成分的影响图12　P VC 热解气中HCl U 产率与温度的关系曲线3　结　论1)在流化床热解条件下,热解气体产率随着热解温度的升高而增加,冷凝液体产率随着温度的升高而降低.2)热解温度对热解气的产率和组分有着明显的影响.随着温度的升高,热解气产率上升,析出速度快.因此,提高热解温度对提高热解气的产量非常有利.在实验条件下,HDPE 、LDPE 、PS 、PP 、P VC 塑料的热解气成分以甲烷、乙烷、乙烯为主,还有少量的丙烷、丙稀、氢气等.在HDPE 、LDPE 、PS 热解气中,乙烯的产量多于甲烷.在PP 、P VC 热解气中则是甲烷含量高于乙烯.随着热解温度的增加,在实验用所有种类塑料的热解气中,甲烷和乙烯的产量明显增加,但乙烷的增长比较平缓;3)随温度上升,P VC 热解气中HCl 的含量基本保持不变.参考文献:[1]ROS A M ,HOOSHANG P,CHR I STI A N R,et a l .Vacu 2u m pyr olysis of P VC II :Pr oduct analysis [J ].Poly mer Degradati on and Stability,1999,66(1):107-125.[2]KI M S .Pyr olysis kinetics of waste P VC p i pe[J ].W astemanage ment,2001,21(7):609-616.[3]K AM I N SKYW ,SCHLESSE LMANN B.Ther mal degra 2dati on of m ixed p lastic waste t o ar omatics and gas[J ].Poly mer Degradati on and Stability,1996,53(2):189-197.[4]VABA P G .Apparatus for recovery of furl oils fr omwaste foa m p lastics treat m ent [J ].Umwelt,1993,23(5):301-302.[5]罗宁,刘治中,母昭德.废弃塑料裂解油化技术[J ].重庆环境科学,1996,18(3):42-43.[6]黄发容,陈涛,沈学宁.高分子材料的循环利用[M ].北京:化学工业出版社,2000.[7]M I RANDA R,Y ANG J,ROY C,et a l .Vacuu m pyr oly 2sis of comm ingled p lastics containing P VC I .Kinetic study[J ].Poly mer Degradati on and Stability,2001,72(3):469-491.[8]MASTE LLONE M L,PERUGI N I F,et a l .Fluidized bedpyr olysis of a recycled polyethylene[J ].Poly mer Degra 2dati on and Stability,2002,76(3):479-487.[9]CONES A J A,F ONT R F,MARC I L LA A,et a l .Pyrily 2sis of polyethylene in fluidized bed react or[J ].Energy Fuels,1994,8(6):1238-1246.(编辑　杨波)・1371・第10期董芃,等:在流化床中热解废旧塑料的实验研究。

废弃塑料热降解及燃烧动力学试验研究

崔荣峰，俐，周龙世刚，冯新华
（安徽工业大学冶金与资源学院，安徽马鞍山２３ｏ）４ｏ２
摘要：通过塑料的热降解现象试验，观察出塑料的热降解温度特性；通过废塑料燃烧过程
的燃烧失重试验，计算出其燃烧动力学参数，分析塑料燃烧特性。结果表明：高炉炉缸在
收稿日期：０６—０２０７—１２
基金项目：国棼自然科学基坌和上海宝山钢铁集团公司联合资
助，基金号码５２４００７０１
１热降解试验
第一作者简介：荣峰（９２一）男，苏南通人，崔１８，江硕士研究生。
Ｏ引言随着塑料工业源自迅速发展，各种塑料制品广泛应用于工业领域和日常生活，随之而来的是塑料
废弃物的不断增长，对环境的影响日趋突出，白色 “
前景的“ 白色污染” 治理方法。塑料在高温下，将会裂解出大量的分子碎片，生成各种烃类、芳香类化合物。在不同的温度条件下，塑料的的裂解速度与分解量不尽相同Ｉ，２所体］现的实验现象不一样。塑料燃烧动力学的研究对于废塑料应用于高炉喷吹的可行性显得很关键，动力学参数对于高炉现场的操作能够起到一定的指导作用。本文采用四种无氯塑料颗粒：Ｅ聚乙烯）Ｐ（Ｐ（，Ｐ聚丙烯），Ｐ（Ｓ聚苯乙烯）ＰＴ聚酯），Ｅ（。分别将四种塑料颗粒加热，观察其着火温度，记录燃烧失重点以及失重区间。另外，考虑到选用的塑料颗粒的粒度大小可能对燃烧特性有影响，本次试验采用的四种塑料
颗粒的大小均为（５ｍ）３。ｍ

废塑料催化热解制备芳香烃的研究

废塑料催化热解制备芳香烃的研究一、本文概述随着全球经济的持续发展，塑料制品的大规模生产和广泛应用带来了严重的塑料废弃物问题。

废塑料的有效处理和资源化利用已成为环境保护和可持续发展的重大挑战。

废塑料催化热解制备芳香烃是一种具有潜力的废塑料资源化技术，旨在将废塑料转化为高附加值的化学品，如苯、甲苯、二甲苯等，这些化学品是许多重要工业领域的基础原料。

本文旨在深入研究废塑料催化热解制备芳香烃的过程，包括催化剂的选择、反应条件的优化、产物的分析和表征等方面。

通过系统的实验研究和理论分析，本文期望为废塑料催化热解制备芳香烃的工业化应用提供科学依据和技术支持。

本文还将探讨废塑料催化热解过程中可能存在的环境问题，以及如何通过技术改进和过程优化来减少环境污染，实现废塑料的绿色转化和利用。

通过本文的研究，我们期望能够为废塑料的资源化利用开辟新的途径，为解决全球塑料废弃物问题提供有效的技术解决方案。

本文的研究也将为相关领域的研究人员提供有价值的参考和借鉴，推动废塑料催化热解制备芳香烃技术的进一步发展和应用。

二、废塑料的来源与分类废塑料，作为一类重要的固体废弃物，主要来源于两个方面：一是工业生产过程中产生的边角料、不合格品和废弃的塑料制品；二是日常生活中使用后被废弃的塑料制品，如包装材料、容器、管道、电线电缆等。

随着塑料工业的快速发展和人们生活水平的提高，废塑料的产生量逐年增长，对环境造成了严重压力。

废塑料的分类方法多种多样，根据其来源、形态、用途和化学成分等可以进行不同的分类。

按照来源，废塑料可分为工业废塑料和生活废塑料两大类。

工业废塑料主要包括生产过程中产生的边角料、不合格品以及废弃的塑料制品，如废塑料包装材料、废塑料管道等；生活废塑料则主要来源于日常生活用品，如废塑料袋、废塑料瓶等。

按照形态，废塑料可分为固态废塑料和液态废塑料。

固态废塑料是指废弃的塑料制品，如废塑料瓶、废塑料包装材料等；液态废塑料则是在生产或使用过程中产生的含塑料成分的废水或废液，如塑料加工废水、塑料清洗废水等。

聚乙烯(PE)和煤粉在高炉风温条件下燃烧率的比较

Ｖｏ１．２３　Ｎｏ．３　Ｊｕｌｙ　２００６　安徽工业大学学报　Ｊ．ｏｆ　Ａｎｈｕｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　第２３卷第３期　

２ｏｏ６年７月　

文章编号：１６７１～７８７２（２００６）０３—０２４８—０４　

聚乙烯（ＰＥ）和煤粉在高炉风温条件下燃烧率的比较　

王思维。龙世刚，曹枫，孙刘恒，庞建明　（安徽工业大学冶金与资源学院，安徽马鞍山２４３００２）　

摘要：为了研究废塑料在高炉风温条件下的燃烧特性，用红外分析仪测出聚乙烯（ｐＥ）颗粒和煤粉混合物在风温条件下燃烧时尾　气中ｃＯ和ｃＯ　的含量，进而计算出不同条件下的燃烧率。结果表明，燃烧温度越高燃烧速度越快，燃烧率越高；塑料粒度越大　燃烧率越高；塑料颗粒与煤粉混合物中塑料粒度小且含煤粉多的试样燃烧率高。　关键词：高炉；废塑料；风温；燃烧率　中图分类号：Ｘ７８３．２　文献标识码：Ａ　

Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　Ｒａｔｅ　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　ａｎｄ　Ｃｏａｌ　Ｐｏｗｄｅｒ　Ｂｕｒｎｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　Ｂｌａｓｔ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｂｌａｓｔ　Ｆｕｒｎａｃｅ　

ＷＡＮＧ　Ｓｉ—ｗｅｉ，ＬＯＮＧ　Ｓｈｉ－ｇａｎｇ，ＣＡＯ　Ｆｅｎｇ，ＳＵＮ　Ｌｉｕ－ｈｅｎｇ，ＰＡＮＧ　Ｊｉａｎｇ－ｍｉｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　ａｎｄ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ，Ａｎｈｕｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａ　ａｎｓｈａｎ　２４３００２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗａｓｔｅ　ｐｌａｓｔｉｃ　ａｔ　ｂｌａｓｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ＣＯ　ａｎｄ　ＣＯ２　ｏｆ　ｇａｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｃｏｕｒｓｅ　ｏｆ　ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｐｏｗｄｅｒ　ａｔ　ｔｈｅ　ｂｌａｓｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｗａｓ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｗａｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｗｈｅｎ　ｂｌａｓｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｉｓ　ｈｉｇｈｅｒ，ｔｈｅ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｓｐｅｅｄ　ｉｓ　ｑｕｉｃｋｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｉｓ　ｈｉｇｈｅｒ；ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｐｌａｓｔｉｃｓ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｉｓ　ｌａｒｇｅｒ，ｔｈｅ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｉｓ　ｈｉｇｈｅｒ；ｔｈｅ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｗｈｉｃｈ　ｃｏｎｔａｉｎｅｄ　ｓｍａｌｌ　ｐｌａｓｔｉｃｓ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｐｏｗｄｅｒ　ｉｓ　ｈｉｇｈ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｌａｓｔ　ｆｕｒｎａｃｅ；ｗａｓｔｅ　ｐｌａｓｔｉｃｓ；ｂｌａｓｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　

煤粉热解组分析出特性的实验研究和DAEM模拟

收稿日期:2007-09-05; 修订日期:2008-08-21基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)基金资助项目(2006CB200305)作者简介:张彦文(1979-),男,河北保定人,清华大学博士研究生文章编号:1001-2060(2008)06-0661-05煤粉热解组分析出特性的实验研究和DAEM模拟张彦文,杨景标,蔡宁生(清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室,北京100084)摘要:为研究煤粉热解各组分的析出特性,在TGA-FTIR 联用实验台上对宝日希勒褐煤和包头烟煤进行了热解实验研究,对CH4、CO2、CO和HCN进行了测量,并对采用分布活化能模型(DAE M)模拟总体挥发分和各组分的析出进行了分析。

结果表明,C H4的析出浓度曲线呈对称的单峰分布,而CO、C O2和HC N的析出浓度曲线不规则,DAE M模型可适用于整体挥发分的模拟,也可对CH4的析出进行较准确的模拟和预测,但不适用于CO、C O2和HC N的模拟。

CH4、C O2、CO 和HCN析出温度主要由各自官能团分解键能决定。

宝日希勒褐煤总体挥发分含量高于包头褐煤,然而挥发分中C H4和HCN的含量低于包头烟煤。

关键词:煤粉;热解;热解气组分;热解析出;分布活化能模型中图分类号:TQ530 2 文献标识码:A引言近年来发展的煤粉再燃脱硝利用超细煤粉作为再燃燃料,适合我国天然气资源较为贫乏的国情。

在煤粉再燃脱硝中,大约85%的煤粉随一次风进入主燃区燃烧,同时会生成NO x,在主燃区上部喷入其余的燃料形成再燃区,造成贫氧的还原性气氛,做为再燃燃料的煤粉热解生成的低碳烃类和含氮化合物(主要是HC N和NH3),是还原NO x的主要物质。

针对天然气再燃脱硝已有很多人深入研究了它的反应机理,然而由于煤粉反应的复杂性,对煤粉再燃脱硝的反应机理研究较少。

为深入的分析和研究煤粉再燃脱硝的反应过程和机理,必须对煤粉热解生成低碳烃类和含氮物质的特性进行研究。

废塑料热解技术与设备-概述说明以及解释

废塑料热解技术与设备-概述说明以及解释1.引言1.1 概述废塑料热解技术是一种重要的废物处理技术，通过高温处理废塑料可将其分解成低分子化合物，然后再用于生产能源或化工原料。

随着塑料污染愈演愈烈，废塑料热解技术成为了一种重要的解决方案。

本文将重点介绍废塑料热解技术的原理、应用以及相关设备的设计与运行。

通过深入研究和探讨，希望能为促进废塑料资源化利用和环境保护做出贡献。

1.2 文章结构本文将首先介绍废塑料热解技术的基本原理和工作原理，包括热解过程中的反应机制和关键参数。

接着将详细介绍废塑料热解设备的类型、结构和工作原理，比较不同设备的优缺点。

最后将探讨废塑料热解技术在环境保护、资源回收利用等方面的应用，展示其重要性和潜在价值。

通过对技术、设备和应用的全面介绍，旨在为读者提供全面了解和深入认识废塑料热解技术与设备的机会。

文章1.3 目的部分的内容：本文旨在介绍废塑料热解技术与设备的相关知识，探讨其在废塑料资源化利用中的重要性和应用前景。

通过对废塑料热解技术的深入探讨，希望能够加深读者对该技术的理解，促进废塑料资源化利用的推广与应用，推动废塑料处理行业向更加环保、高效的方向发展。

同时，本文旨在为相关领域的研究者和从业者提供参考和借鉴，促进该领域的技术创新和进步。

2.正文2.1 废塑料热解技术废塑料热解技术是一种将废塑料转化为有用化学品或燃料的方法。

通过在高温下将废塑料分解成气体、液体和固体产物，可以实现资源的高效利用和循环利用。

废塑料热解技术主要包括热解过程、热解产物的提取和纯化等步骤。

在废塑料热解过程中，废塑料经过预处理后通入反应器，在缺氧或氮气气氛下加热至高温，通过裂解和反应，废塑料分解生成气体、液体和固体产物。

气体主要是可燃气体，如氢气、甲烷等，可用作化学品合成或燃料；液体产品主要是石油类产品，可用于燃料或化工原料；固体产物主要是焦炭，可用作燃料或原料。

废塑料热解技术相比传统的废塑料处理方法具有许多优势，如高效、环保、资源可回收等。

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变化。
Ｊ２０Ｎ型电子天平，感量为１ｇＫＹ１Ａ０４其０～，Ｓ４６控温仪控制电阻炉的自动升温；验气体采用高试
纯氮气，经减压阀后，再经过稳流阀保持气体流量的稳定，后由流量计控制气体流量达到炉管中，然
２０（时开始裂解，２ｏ１￣２３０Ｃ时进入急速裂解区，时此
ＰＴ在２５时开始缓慢裂解，温度达到Ｅ８℃ 当３５Ｉ时，６ｃ＝开始急速裂解，时裂解量为４左右；此％温度继续升高到４０后，始进入缓慢裂解阶４℃ 开段，急速裂解区间（６在３５～４０）裂解量为４℃ ，
技
术
２１０２年第１期
度为５０时基本完成。可以看出，整个裂解３℃ 在区间内，解绝大部分发生在很短的急速裂解区裂
（９４５（）３５～６￣内。２
各自所对应的温度分别为３５与３０（；是从４９￣但２曲线看，ｓ的裂解也主要分为三个阶段，Ｐ在
由图２可知，４种废塑料在整个热解区间内大致可以分为三个阶段：慢裂解一急速裂解一缓
ＰＥ在２５～３５间缓慢裂解，热解量为４９℃ 其
２５．％左右；３５～４５间，速裂解，解量在９６℃ 急热
（．ｓａｃｎｔｕｅａｓａｒｎ＆Ｓｅｌｏ，ｔ．Ｓａｇａ２１０，ｉａ；１ＲｅｅｒｈＩｓｔｔ，ＢｏｈｎＩｏｉｔｅＣ．Ｌｄ，ｈｎｈｉ０９０Ｃｈｎ２ＩｏｍａｉｇＰａｔＢｏｈｎＩｏ．ｒｎｋｎｌｎ，ａｓａｎ＆Ｓｅｌ．Ｌｄ，ｈｎｈｉ０９１ＣｉａｒｔｅＣｏ，ｔ．Ｓａｇａ２０４，ｈｎ）
缓慢裂解至结束。在急速裂解区内达到最大裂解速度的温度为ＤＴＧ曲线的峰值所对应的温度值。
占整个裂解量的９％左右，最大裂解速度所对０其
应的温度为４５Ｃ；４￣随后，次进入缓慢区直至温再
宝
钢
活化能是煤粉的６～１０倍。
关键词：塑料；煤粉；热解；解废裂中图分类号：Ｑ２文献标志码：文章编号：０８— ７６２１）１— ０８— ４Ｔ３５Ｂ１００１（０２００５０
ｄｉ１．９９ｊｉｎ１００１．０２０．１ｏ：０３６／．ｓ．０８— ７６２１．１０３ｓ
Ｋｅｒｓ：ｓｅｐａｔｓ；ｃａｏｅ；ｐｒｌｓｓｒｃｉｇｙｗｏｄｗａｔｌｓｉｃｏｌｐｗｄｒｙｏｙｉ；ｃａｋｎ
０前言
将废塑料作为一种固态燃料喷入高炉内，会发生非常复杂的多相反应过程，包括气一气反应、气一固反应、一液反应。因此研究废塑料在不气同气氛中的失重特性，掌握废塑料的燃烧特性对
０．０１
Ｏ．２１Ｏ．７１
图１热失重试验装置图
Ｆｇ１Ｔｓｅｕｐｎｏｅｍａｉｈｏｓｉ．ｅｔｑｉｍｅｔｒｔｒｌｆｈｗｅｇｔｌｓ
煤粉
８．Ｏ２５
４３．２
１４．６
０３．８
ｐａｔｓｉｖｒ０％．ｗｉｈｍｐｒｔｒｆｏｌｏｅｂｕ０ ℃ ．Ａｓｆｒｓｆａｃａｋｎｌｓｃｓｏｅ０ｉ４ｈｌｔｅｔｅｅｅａｕｅｏａｐｗｄｒｓａｏｔ０ｃｉ９ａｎｌｒｃｉｇａｉ
Ａｂｓｒｃ：Ｆｏｒｙｅｏｗａｔｐａｔｃａｄｏｌｏｅａｅｌｃｄｎｎｎｏｉｔｏｔａｔｕｔｐｓｆｓｅｌｓｉｓｎｃａｐｗｄｒｒｐａｅｉａｏ — ｘｄａｉｎａｍｏｐｅｅｒｓｅｔｖｌｏｈｕｐｏｅｏｔｄｉｇｔｅｒｐｒｌｓｓｃｒｃｅｉｔｃ．Ｔｈｅｕｔｈｗｔｓｈｒｅｐｃｉｅｙｆｒｔｅｐｒｓｆｓｕｙｎｈｉｙｏｙｉｈａａｔｒｓｉｓｅｒｓｌｓｓｏｔｔｕｄｅｈｏｄｔｏｆａｎｔｏｅｔｓｈｒｈａｎｒｔｅｃｎｉｉｎｏｉｇｎａｍｏｐｅｅ，ｔｅｗａｔｌｓｉｓｐｒｌｓｓｐｏｅｓｃｎｂｉｌｒｈｓｅｐａｔｃｙｏｙｉｒｃｓａｅｍａｎｙｄｖｄｄｉｔｈｅｔｇｓ：ｓｏｃａｋｎ－ｆｓｒｃｉｇｓｏｃａｋｎ．Ｔｈｏｌｐｗｄｒｐｒｌｓｓｉｉｅｎｏｔｒｅｓａｅｌｗｒｃｉｇａｔｃａｋｎ－ｌｗｒｃｉｇｅｃａｏｅｙｏｙｉｐｏｅｓｉｅａｉｅｙｇｎｌ．Ｔｏｒａｈｔｅｍａｉｍｒｃｉｇｓｅｄ，ｔｖｒｇｅｅａｕｒｆｗａｔｒｃｓｓｒｌｔｌｅｔｅｖｅｃｈｘｍｕｃａｋｎｐｅｈｅａｅａｅｔｍｐｒｔｅｏｓｅ
氮气中废塑料的裂解过程主要分为三个阶段：缓慢裂解一急速裂解一缓慢裂解至结束，煤粉的裂解过程比较平缓；最大裂解速度对应的温度，塑料平均超过４０Ｉ煤粉为９０ｌ终了裂废０ｃＣ，０ｃＣ；
解量，同品种废塑料为８％一１０，不５０％而煤粉仅２％，２两者差异极大；塑料的完全裂解表观废
１、２。
现从事炼铁科研工作
电话
Ｅ－ｉｙｑ＠ｂｏｔｅ．Ｏｍａｌｕｙａｓｅ１ＣＢ
郁庆瑶等
表ｌ试验原料的化学成分
ＴａｌＣｅｃｌｏｏｉｏｆｔｅｂｅ１ｈｍｉａｍｐｓｔｎｏｃｉｈ
ｒｗａｅｉｌｏｅｔａｍｔｒａｓｆｒｔｓｓ
１．４１３
表２煤粉粒度分析
ＴａｌＡｎａｙｉｆｃａｏｅ ’Ｓｐａｔｃｅｓｚ％ｂｅ２ｌｓｓｏｏｌｐｗｄｒｒｉｌｉｅ
将各种废塑料和煤粉置于氮气保护的试管中升温，间发生热分解，试物料质量变化速率和此测分解终了的温度、分解量，以及质量变化率、量质变化速率与温度关系，相同条件下作热分解的在
废塑料与煤粉热解特性的研究
５９
％
原料
ＰＥ
伸Ｃ
８．０５６
Ｈ
１２１４．
Ｏ
Ｓ
埘灰分
０．９１
ＰＰ
ＰＳＰＥＴ
８．５５７
９．６２１６７１４．
１１４．５Biblioteka ７．３６３．９８３．３１２
（Ｓ、酯（Ｅ，度为３～ｍ。煤粉选用Ｐ）聚ＰＴ）粒５ｍ
郁庆瑶
教授级高工
１５９２年生
１８９２年毕业于东北大学２６７６６４６８
宝钢高炉喷吹系统的成品煤，其无烟煤和烟煤各占５％。各试验物料成分和煤粉粒度分析见表０
试样置于悬挂于天平下的刚玉坩埚中。
０５
，
０
５—
７
０５
＼
０５
＼
０５Ｑ
０
５Ｑ
图２４种废塑料和煤粉的Ｔ、Ｇ曲线ＧＤＴ
Ｆｇ２ＴｎＧｃｒｅｆｈｕｐｓｏａｔｐａｔｓＰＰ，ＰａｄＰＴａｄｃａｐｗｅｉＧａｄＤＴｕｖｓｅｆｒｙｅｆｓｌｓｃ（Ｅ，ＳＰｎＥ）ｎｏｏｄｒ．ｏｔｏｔｗｅｉｌ
非常重要。
本试验就是将废塑料置于非氧化性气氛中研
究其热解特性，别对不同种类的废塑料与高炉分
喷吹用煤粉的裂解特性作对比研究。
１试验材料条件
试验原料选用目前占国内塑料产量较大的废
弃塑料，聚乙烯（Ｅ）聚丙烯（Ｐ、如Ｐ、Ｐ）聚苯乙烯
５８
宝
钢
技
术
２１０２年第１期
废塑料与煤粉热解特性的研究
郁庆瑶林成城张龙来顾德仁刘煜，，，，
（宝山钢铁股份有限公司１研究院，．上海
２１０；．０９０２炼铁厂，海上
２０４）０９１