煤与废塑料共碳化的实验研究

张艳杰

（中铁检验认证中心，北京100000）

1 引言

废旧塑料配煤炼焦工艺是传统的炼焦工艺与废塑料热解工艺的有机结合。它以传统的煤焦化处理为基础，结合废旧塑料热解工艺，对废旧塑料经过去除杂质造粒等技术处理后，与煤混合装入设备进行炼焦生产。该工艺的基本原理就是将煤和难降解的废旧塑料在高温下共热解，使它们发生协同效应，在获得优质焦炭的同时，将塑料转化为焦油，焦炭和煤气等焦炉产品，产物按照炼焦工艺焦炉产物的常规处理方法进行，实现塑料与煤焦化产物的一体化处理[1-3]。

煤与废旧塑料的共焦化处理技术不仅会提高焦油的收率，提高焦炭的质量，而且还能有效减少废旧塑料所带来的污染，响应能源战略和可持续发展战略的要求，达到节约有限煤炭资源的目的。其研究具有多重意义和广阔的应用前景，必定能为我国的能源问题和世界环保问题做出贡献[4-6]。本文以生活垃圾中的废塑料和来自双鸭山建龙化工有限公司生产用的四种煤为原料，研究煤与废塑料共焦化技术,分析废塑料的加入量以及种类对所得焦炭的产率以及焦炭强度的影响，找出所得焦炭强度最好的废塑料添加量的最佳方案。

2 实验原料及仪器

2.1 实验原料

本实验中实验原料取自双鸭山建龙化工有限公司生产用煤：肥煤、气煤、 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），矿泉水瓶（PET 聚对苯二甲酸乙二醇脂），橡胶软管（PVC聚氯乙烯），微波炉餐盒（PP聚丙烯），快餐盒（PS聚苯乙烯）。

2.2 实验仪器

马弗炉(SRJX-4-13天津市泰斯特仪器有限公司)、高速万能粉碎机（天津市泰斯特仪器有限公司）、碳氢测定仪（BCH-1江苏江分电分析仪器有限公司）、元素分析仪（EA2000耶拿公司）、电子式压力试验机（DY-1000长春科新公司）

3 结果讨论

3.1 塑料对炼焦产品的影响分析

图1 加入不同比例聚氯乙烯的焦炭产率Fig. 1 Coke yield by adding different proportions of PVC

由图1可知，随着聚氯乙烯添加量的增加焦炭产率呈现出先上升后下降的趋势，在聚氯乙烯添加量为3%时，焦炭产率为最大。

图2 加入不同比例聚苯二甲酸乙二醇酯的焦炭产率Fig. 2 Coke yield with different proportions of polyphenyl two formic acid glycol ester

由图2可知，当加入1%聚苯二甲酸乙二醇酯时焦炭的产率最大，并且高出了配合煤的焦炭产率，而从2%时开始，随着聚苯二甲酸乙二醇酯比例的增加，焦炭产率逐渐出现了劣化趋势。

图3 加入不同比例低密度聚乙烯的焦炭产率Fig. 3 Coke yield with different proportion of LDPE

由图3可知，加入不同比例低密度聚乙烯时，所得的焦炭产率呈现出先上升后下降的趋势，但都没有高于配合煤时所得的焦炭产率。

图4 加入不同比例聚丙烯的焦炭产率Fig.4 Coke yield by adding different proportions of polypropylene

由图4可知，加入1%聚丙烯时所得的焦炭产率最高,高于配合煤的焦炭产率但也仅仅是高出了不到0.6%而已,其余数据和图3中加入不同比例低密度聚乙烯的焦炭产率一样，随着添加比例的增大，焦炭产率成劣化的趋势。

图5 加入不同比例聚苯乙烯的焦炭产率Fig.5 coke yield with different proportions of polystyrene

由图5可知，加入2%的聚苯乙烯时所得的焦炭产率最大，高于配合煤的产率，其他比例情况下，焦炭产率均成劣化趋势。

3.2 焦炭的抗压强度结果分析

图6 不同配比的废塑料对焦炭强度的影响Fig. 6 Effect of different proportion of waste plastics on coke strength

由图6数据可知，加入1%不同种类废塑料时，并没有得到高于配合煤所得焦炭的强度，反而出现了劣化的趋势。加入2%的不同比例废塑料时，除了聚苯乙烯外，加入其它塑料种类所得的焦炭强度，都高于配合煤所得的焦炭强度。加入3%的不同比例废塑料时，除了低密度聚乙烯外，其它的废塑料种类的加入，都使焦炭强度呈现出了劣化趋势。加入5%的不同比例废塑料时，除了聚对苯二甲酸乙二醇脂以外，其它废塑料种类的加入所得的焦炭强度都高于配合煤所得的焦炭强度。

同种塑料在不同添加比例下炼焦得到的焦炭的强度也不同：聚氯乙烯放入比例为2%时所得焦炭强度最好，低密度聚乙烯放入比例为3%时焦炭强度最高好，放入聚对苯二甲酸乙二醇酯2%时得到的焦炭强度最好，聚丙烯放入2%时，所得的焦炭强度最好，聚苯乙烯放入3%时，所得的焦炭强度最好，综上图得出放入3%低密度聚乙烯时，所得焦炭强度为3.7KN，高于配合煤所得焦炭强度1.7KN，低密度聚乙烯加入量为3%时所得的焦炭强度最好。

4 结论

本论通过对废塑料与煤炼焦后所得的焦炭进行研究可知：添加聚氯乙烯、低密度聚乙烯、聚苯乙烯时焦炭产率水费塑料比例的增加，先上升后下降。添加聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丙烯时，焦炭产率随着废塑料添加比例的增加而减少。整体上来说，废塑料的添加使焦炭产率成劣化趋势。加入废塑料后可以提高焦炭的强度，但根据所放入的废塑料种类不同，所得到的焦炭强度也不一样，放入3%低密度聚乙烯时，所得的焦炭强度最好。

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