煤與廢塑料共碳化的實驗研究

張艷杰

（中鐵檢驗認證中心，北京100000）

1 引言

廢舊塑料配煤煉焦工藝是傳統(tǒng)的煉焦工藝與廢塑料熱解工藝的有機結(jié)合。它以傳統(tǒng)的煤焦化處理為基礎(chǔ)，結(jié)合廢舊塑料熱解工藝，對廢舊塑料經(jīng)過去除雜質(zhì)造粒等技術(shù)處理后，與煤混合裝入設(shè)備進行煉焦生產(chǎn)。該工藝的基本原理就是將煤和難降解的廢舊塑料在高溫下共熱解，使它們發(fā)生協(xié)同效應(yīng)，在獲得優(yōu)質(zhì)焦炭的同時，將塑料轉(zhuǎn)化為焦油，焦炭和煤氣等焦?fàn)t產(chǎn)品，產(chǎn)物按照煉焦工藝焦?fàn)t產(chǎn)物的常規(guī)處理方法進行，實現(xiàn)塑料與煤焦化產(chǎn)物的一體化處理[1-3]。

煤與廢舊塑料的共焦化處理技術(shù)不僅會提高焦油的收率，提高焦炭的質(zhì)量，而且還能有效減少廢舊塑料所帶來的污染，響應(yīng)能源戰(zhàn)略和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，達到節(jié)約有限煤炭資源的目的。其研究具有多重意義和廣闊的應(yīng)用前景，必定能為我國的能源問題和世界環(huán)保問題做出貢獻[4-6]。本文以生活垃圾中的廢塑料和來自雙鴨山建龍化工有限公司生產(chǎn)用的四種煤為原料，研究煤與廢塑料共焦化技術(shù),分析廢塑料的加入量以及種類對所得焦炭的產(chǎn)率以及焦炭強度的影響，找出所得焦炭強度最好的廢塑料添加量的最佳方案。

2 實驗原料及儀器

2.1 實驗原料

本實驗中實驗原料取自雙鴨山建龍化工有限公司生產(chǎn)用煤：肥煤、氣煤、 主焦煤、 1/3焦煤。塑料取自日常生活用品：塑料袋（LDPE低密度聚乙烯），礦泉水瓶（PET 聚對苯二甲酸乙二醇脂），橡膠軟管（PVC聚氯乙烯），微波爐餐盒（PP聚丙烯），快餐盒（PS聚苯乙烯）。

2.2 實驗儀器

馬弗爐(SRJX-4-13天津市泰斯特儀器有限公司)、高速萬能粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司）、碳氫測定儀（BCH-1江蘇江分電分析儀器有限公司）、元素分析儀（EA2000耶拿公司）、電子式壓力試驗機（DY-1000長春科新公司）

3 結(jié)果討論

3.1 塑料對煉焦產(chǎn)品的影響分析

圖1 加入不同比例聚氯乙烯的焦炭產(chǎn)率Fig. 1 Coke yield by adding different proportions of PVC

由圖1可知，隨著聚氯乙烯添加量的增加焦炭產(chǎn)率呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，在聚氯乙烯添加量為3%時，焦炭產(chǎn)率為最大。

圖2 加入不同比例聚苯二甲酸乙二醇酯的焦炭產(chǎn)率Fig. 2 Coke yield with different proportions of polyphenyl two formic acid glycol ester

由圖2可知，當(dāng)加入1%聚苯二甲酸乙二醇酯時焦炭的產(chǎn)率最大，并且高出了配合煤的焦炭產(chǎn)率，而從2%時開始，隨著聚苯二甲酸乙二醇酯比例的增加，焦炭產(chǎn)率逐漸出現(xiàn)了劣化趨勢。

圖3 加入不同比例低密度聚乙烯的焦炭產(chǎn)率Fig. 3 Coke yield with different proportion of LDPE

由圖3可知，加入不同比例低密度聚乙烯時，所得的焦炭產(chǎn)率呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，但都沒有高于配合煤時所得的焦炭產(chǎn)率。

圖4 加入不同比例聚丙烯的焦炭產(chǎn)率Fig.4 Coke yield by adding different proportions of polypropylene

由圖4可知，加入1%聚丙烯時所得的焦炭產(chǎn)率最高,高于配合煤的焦炭產(chǎn)率但也僅僅是高出了不到0.6%而已,其余數(shù)據(jù)和圖3中加入不同比例低密度聚乙烯的焦炭產(chǎn)率一樣，隨著添加比例的增大，焦炭產(chǎn)率成劣化的趨勢。

圖5 加入不同比例聚苯乙烯的焦炭產(chǎn)率Fig.5 coke yield with different proportions of polystyrene

由圖5可知，加入2%的聚苯乙烯時所得的焦炭產(chǎn)率最大，高于配合煤的產(chǎn)率，其他比例情況下，焦炭產(chǎn)率均成劣化趨勢。

3.2 焦炭的抗壓強度結(jié)果分析

圖6 不同配比的廢塑料對焦炭強度的影響Fig. 6 Effect of different proportion of waste plastics on coke strength

由圖6數(shù)據(jù)可知，加入1%不同種類廢塑料時，并沒有得到高于配合煤所得焦炭的強度，反而出現(xiàn)了劣化的趨勢。加入2%的不同比例廢塑料時，除了聚苯乙烯外，加入其它塑料種類所得的焦炭強度，都高于配合煤所得的焦炭強度。加入3%的不同比例廢塑料時，除了低密度聚乙烯外，其它的廢塑料種類的加入，都使焦炭強度呈現(xiàn)出了劣化趨勢。加入5%的不同比例廢塑料時，除了聚對苯二甲酸乙二醇脂以外，其它廢塑料種類的加入所得的焦炭強度都高于配合煤所得的焦炭強度。

同種塑料在不同添加比例下煉焦得到的焦炭的強度也不同：聚氯乙烯放入比例為2%時所得焦炭強度最好，低密度聚乙烯放入比例為3%時焦炭強度最高好，放入聚對苯二甲酸乙二醇酯2%時得到的焦炭強度最好，聚丙烯放入2%時，所得的焦炭強度最好，聚苯乙烯放入3%時，所得的焦炭強度最好，綜上圖得出放入3%低密度聚乙烯時，所得焦炭強度為3.7KN，高于配合煤所得焦炭強度1.7KN，低密度聚乙烯加入量為3%時所得的焦炭強度最好。

4 結(jié)論

本論通過對廢塑料與煤煉焦后所得的焦炭進行研究可知：添加聚氯乙烯、低密度聚乙烯、聚苯乙烯時焦炭產(chǎn)率水費塑料比例的增加，先上升后下降。添加聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚丙烯時，焦炭產(chǎn)率隨著廢塑料添加比例的增加而減少。整體上來說，廢塑料的添加使焦炭產(chǎn)率成劣化趨勢。加入廢塑料后可以提高焦炭的強度，但根據(jù)所放入的廢塑料種類不同，所得到的焦炭強度也不一樣，放入3%低密度聚乙烯時，所得的焦炭強度最好。

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