废旧塑料对生物质炭成型特性的影响

　　摘要：研究在生物质热压成型过程中因添加废塑料对生物质热解成炭特性的影响。采用扫描电镜、比表面积仪和热值分析仪等仪器分析废塑料和松木屑的混合比例、热解温度对热压成型、热解成炭的孔结构和热值等特性的影响。研究得出：添加废塑料对生物质颗粒在热压成型过程的松弛密度明显提高，热解温度决定生物质炭的孔隙结构，低于500℃时，生物质炭的成孔率差、微孔小;高于500℃时，生物质炭的比表面积随热解温度的升高分别由50.559、50.833、70.001m2/g增大到103.216、116.290、227.896m2/g，炭表面的孔结构越丰富。在热解温度为600℃时，适当添加废塑料有助于提升生物质炭的热值，热值由纯木屑的25.1217MJ/kg提升到30.2419MJ/kg，且不影响生物质炭的多孔孔隙结构。

　　关键词：能源;热解;孔结构;废塑料;热值;生物质炭

　　0引言

　　城市固体废物(municipalsolidwaste)热解处理提供了能源和化学原料的替代资源，合适的热解方法可解决废物处理问题[1]。聚氯乙烯(polyvinylchloride)是产量最大的塑料产品之一，每年都有大量塑料垃圾产生[2]。PVC塑料主要含有C、H、Cl元素，单纯热解PVC得到大量HCl和含氯有害气体，无法像其他塑料(如polyethylene、polystyrene等)热解得到高热值的无污染气体、液体燃料。国外已有许多研究通过塑料和生物质热解得到液体、气体燃料，但和生物质共热解的塑料都是PE、PS等材料[3-5]。

　　根据前人研究[5-6]，PVC由于产生的HCl气体能提高生物质中固定碳含量，极大地提高了生物质炭的热值[7]。而且相比纯木屑颗粒热解制备成型生物质炭，塑料加热后形成的粘流态具有高强度的粘合效果，使得成型的生物质炭的松弛密度更高，耐久性越大。目前，对松木屑和PVC混合热解制备成型生物质炭的研究很少，所以通过PVC和其他生物质联合热解制备成型生物质炭是回收城市废弃物的有效途径。本实验利用松木屑和PVC为原料，混合热解制备成型生物质炭。

　　1实验

　　1.1原料的预处理

　　本实验原料为某木材厂废弃的松木屑、某化工厂PVC粉末。将2种样品分别进行研磨、干燥，筛选出粒径分布为100目的颗粒。然后将松木屑和PVC塑料分别以1∶1、2∶1、3∶1的比例取总质量为2g混合搅拌均匀。(元素分析采用伯金艾尔莫EA-2400元素分析仪，使用CHNS模式，炉温维持在1223K;热值由Parr-6200型氧弹仪测定;工业分析由5E-MACIII红外快速煤质分析仪测定)。

　　1.2热压成型实验本实验采用的热压成型设备是合肥科晶材料技术有限公司生产的热压炉，型号OTF-1200X，由加热炉、热电偶、模具、温控仪、液压工作台及手轮构成，加热温度区间为0~1000℃。液压工作台的最大工作压力为20MPa，基于以前的研究结果[8]，本实验采用的热压成型参数为：温度150℃，压力15MPa。

　　1.3热解实验热解实验在竖直管式固定床反应器上完成，实验装置由N2瓶，电加热炉、热解反应器、热电偶、温度控制仪、质量流量控制器、洗气装置等设备组成。

　　2实验结果和分析

　　2.1不同原料混合比对热压成型的生物质的耐摔强度和松弛密度的影响热压成型的生物质具有能量密度、体积密度和松弛密度大等优点。成型生物质的密度大幅提高，可减少运输、储存成本。松弛密度和耐摔强度是衡量成型松木屑物理特性的2个重要指标。松弛密度是生物质成型后被放置在空气中24h后密度逐渐趋于稳定时的密度[8-9]。它主要是热压成型的生物质因加压成型后的压减少和内部弹性膨胀而引起的密度变化。

　　能源论文投稿刊物：《热能动力工程》是七0三研究所主办的学术与技术相结合的期刊杂志，报导热能动力工程领域的现状、发展趋势的专题综述论文;报导燃机、汽机、锅炉、传动元部件的试验、研究、设计方面的论文;报导具有实用性的技术交流论文。

　　3结论

　　采用热压炉将PVC和松木屑热压成型，然后在竖直固定管式炉反应器中热解制备成型生物质炭。通过扫描电镜、比表面积仪和热值分析仪对成型生物质炭进行测试分析。对热解温度和不同原料混合比对制备成型生物质炭的影响进行分析：1)添加PVC后，热压成型的生物质颗粒耐摔强度显著高于纯木屑热压成型的生物质颗粒。2)在热解温度低于500℃时，生物质炭表面的孔很少，高于500℃时，生物质炭表面孔结构逐渐显著，最高达到227.896m2/g。

　　3)随着松木屑占比逐渐增加，SBET逐渐变大，由103.216m2/g增大到227.896m2/g。混合热解制备的成型生物质炭SBET227.896m2/g明显小于纯木屑的313.507m2/g。4)保持最佳热解温度600℃和最佳配比木∶PVC=3∶1时，热解制备生物质炭的热值为30.2419MJ/kg。

　　[参考文献]

　　[1]BRIDGWATERAV，GRASSIG.Biomasspyrolysisliquidsupgradingandutilization[M].Dordrecht:KluwerAcademicPublishers，1991.

　　[2]肖睿，金保升，章名耀.废旧含氯塑料热解及其能源利用研究[J].热能动力工程，2003，18(2)：194-196.XIAOR，JINBS，ZHANGMY.Pyrolysisofwastechlorine-containingplasticsanditsenergyutilizationresearch[J].Thermalpowerengineering，2003，18(2)：194-196.

　　[3]JAKABE，VÁRHEGYIG，FAIXO.Thermaldecompositionofpolypropyleneinthepresenceofwoodderivedmaterials[J].Journalofanalytical&appliedpyrolysis，2000，56(2)：273-285.

　　[4]SHARYPOVVI，MARINN，BEREGOVTSOVANG，etal.Co-pyrolysisofwoodbiomassandsyntheticpolymermixtures.PartI：influenceofexperimentalconditionsontheevolutionofsolids，liquidsandgases[J].Journalofanalytical&appliedpyrolysis，2002，64(1)：15-28.

　　作者：刘煜康1，胡建杭1，张明宇2