CN101220173A - 一种废旧电子塑料脱卤再生的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废旧电子塑料脱卤再生的装置和方法。该装置包括废旧电子塑料脱卤与再生系统和两级尾气净化处理系统，废旧电子塑料脱卤与再生系统包括依次连接的给料器、预处理器、脱卤反应器、再生器、再生塑料冷却器和造粒机；两级尾气净化处理系统的吸收液收集槽通过吸收液循环泵与尾气吸收塔相连，尾气吸收塔还与吸收液收集槽连接；脱卤反应器通过导气管路与尾气吸收塔下端进气口相连。该方法包括废旧电子塑料预处理、真空脱卤、脱卤尾气处理、熔体改性与塑性修复、熔体冷却固化定型、造粒等步骤。本发明适合以电视机外壳为代表的废旧电子塑料再生的废旧电子塑料以及其它高含卤废旧塑料再生处理，具有环境友好的特点。

Description

一种废旧电子塑料脱卤再生的装置和方法
技术领域
本发明涉及废电子电器塑料处理，特别是涉及一种废旧电子塑料再生的装置和方法。本发明也适合其它高含卤废旧塑料的再生。
背景技术
近年来，随着电子产业的迅猛发展，越来越多的废旧电器进入垃圾回收市场。电子塑料由于要满足较高的安全标准，大都添加了卤系阻燃剂，如果处理不当，在回收有用资源的同时会带来相当严重的环境问题。目前，我国废旧电子电器回收市场非常混乱和不规范，技术水平整体低下，对环境的危害相当严重。相信《废旧家电及电子产品回收处理管理条例》出台后，废旧电子电器回收市场会逐步走上规范化的路子。而目前废旧电子电器回收企业广泛采用的直接焚烧、化学溶液浸洗直接除去塑料以回收贵重金属的原始利用技术路线以及经过分类直接熔融造粒的初级塑料利用技术路线亟待升级换代，以适应国家实行清洁生产和建立循环经济的政策要求。实现保护环境和资源循环利用的“双赢”战略。
鉴于废旧电子塑料与普通废旧成分的明显差异，现有的普通塑料再生技术已不适用于废旧电子塑料的处理。由于几乎所有电子塑料含有1-10％的阻燃剂，其中最常见的是溴代阻燃剂(Brominated Flame Retardants，BFRs)，如多溴二苯醚(Polybrominated Diphenyl Ether，PBDE)和多溴联苯(Polybrominated Biphenyls，PBB)等。Ebert等研究发现：BFRs在热处理过程中常产生剧毒的多溴代联苯二恶英/呋喃(Polybrominated Dibenzodioxins/furans，PBDD/Fs)，故此，欧盟制定了RoHS指令规定严格控制PBDE和PBB在制品中的含量。显然对废旧电子塑料采用现有的塑料再生技术将导致：(1)加热熔融时PBDD/Fs的生成并溢出，严重毒害生产作业环境和威胁操作人员安全；(2)未转化的BFRs残留于再生塑料中，严重影响再生塑料高质利用。
专利公开号为CN1445285的中国发明专利申请公开了利用木粉及塑料或废旧塑料为主要原料，配以少量助剂，用专用接技剂对木粉及塑料表面进行接枝改性处理，有效增强木粉和塑料间的界面强度，采用连续挤出工艺，利用各种断面形状的模具，挤出生产各种高性能复合材料。类似的塑料直接改性物理再生的专利很多，这类方法工艺简单，生产成本低，经济效益明显。但是该技术只适用于普通废旧塑料，不适用于含有有害物质的废旧电子塑料；此外，该技术的再生产品通常是降级使用，严重制约了再生塑料的应用领域和应用价值。
专利公开号为CN1810865的中国发明专利申请公开了一种含卤废旧塑料两级真空热化学处理资源化方法及其装置，旨在提供一种用于含卤废旧塑料资源化领域，通过无害处理回收含卤废旧塑料的方法及其装置。经过该工艺流程可制得热解油，热解油分离提纯后用作燃料油或化工原料。该方法资源化彻底，用废旧塑料直接生成燃料油或化工原料，扩大了废旧塑料的应用范围，但是处理过程能耗大，其产物的分离纯化成本高，经济效益差，现阶段还没有投入商业运行的明显比较优势。
发明内容
本发明针对现有常用利用技术的不足，开发一套适合以电视机外壳为代表的废旧电子塑料再生的废旧电子塑料以及其它高含卤废旧塑料再生的装置和方法，从而低成本地对城市固体废弃物中占有量大、处理难度大和毒害性高的电子废弃物实现减量化、无害化和再循环利用。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种废旧电子塑料脱卤再生的装置，包括废旧电子塑料脱卤与再生系统和两级尾气净化处理系统；所述废旧电子塑料脱卤与再生系统包括依次连接的给料器、预处理器、脱卤反应器、再生器、再生塑料冷却器和造粒机；两级尾气净化处理系统包括尾气吸收塔、尾气吸附塔、真空泵、吸收液调剂罐、吸收液收集槽和吸收液循环泵，吸收液调剂罐分别与吸收液和工艺循环水相接，吸收液调剂罐还与吸收液收集槽相接，吸收液收集槽通过吸收液循环泵与尾气吸收塔相连，尾气吸收塔还与吸收液收集槽连接；脱卤反应器通过导气管路与尾气吸收塔下端进气口相连，再生器通过另一导气管路与尾气吸收塔连接，尾气吸收塔与尾气吸附塔连接，尾气吸附塔与真空泵连接。
所述再生器减速电机与再生器连接。所述预处理减速电机与预处理器连接。所述脱卤反应器减速电机与脱卤反应器连接。所述脱卤反应器为带螺旋搅拌装置的密闭电加热槽式反应釜。所述塑料再生器为用于塑料连续混炼的螺杆挤出机。
一种废旧电子塑料脱卤再生的方法，包括如下步骤和工艺条件：
(1)原料预处理：经分选破碎的废旧电子塑料人工加入给料器；通过给料器粉碎后送入预处理器，在80-120℃下干燥，脱除原料中的水分后送入脱卤反应器；
(2)真空脱卤：废旧电子塑料在脱卤反应器内被加热熔融，在温度为150-300℃、压力为40-60kPa、反应40-60分钟，溴系阻燃机剂转化为小分子溴代物以气体形式脱离废旧电子塑料熔体，实现脱卤；
(3)脱卤尾气处理：来自于脱卤反应器的脱卤气体和再生器中的残余气体，其主要成分是HBr类酸性物质，经过两级净化处理，最后尾气达标排空；
(4)熔体改性与塑性修复：脱卤后的塑料熔体送入再生器，再生器维持塑料熔融状态并调加改性材料和助剂，修复和提高再生塑料的性状；
(5)熔体冷却固化定型：再生后的熔融塑料通过挤压成细条状，在开放式水浴冷却器中降温、固化，最后送入造粒机；
(6)造粒包装：将细条再生塑料破碎成均匀的塑料颗粒，然后送产品包装。
本发明提出的废旧电子电器塑料脱卤再生工艺配套装置主要包括给料器、预处理器、脱卤反应器、填料式尾气吸收塔、尾气吸附塔、再生器、再生塑料冷却器、造粒机、真空泵、吸收液调节槽、吸收液循环槽、工艺水循环系统和电加热系统。对于这些部件作如下说明：
给料器是普通塑料粉碎机；预处理器是通用的工业换热器，再生塑料冷却器是敞开式水浴，再生器是用于塑料连续混炼的螺杆挤出机。
脱卤反应器为带螺旋搅拌装置的密闭电加热槽式反应釜，废旧电子塑料在脱卤反应器内被加热熔融，在温度为150-300℃、压力为40-60kPa的条件下，反应40-60分钟，溴代阻燃剂(BFRs)转化为小分子溴代物以气体形式脱离废旧电子塑料熔体，从而实现脱卤。脱卤反应器中采用螺杆旋转搅拌结构，该结构同时具备高黏塑料熔体的搅拌混合与输送功能。
为保证尾气达到排放标准(GB16297-1996)的要求，本系统采用两级尾气净化处理过程。第一级采用湿式尾气吸收过程，以质量浓度为5-10％的Ca(OH)2溶液为吸收剂，在填料式尾气吸收塔中吸收尾气中的酸性组分。一级净化后的尾气进入尾气吸附塔进行(固体Ca(OH)2粉末为吸附剂)二次净化以除去尾气中的有害成分。最后达标尾气排空。
与现有废旧塑料处理技术相比，本发明具有如下特点：
(1)本发明提出的废旧电子塑料脱卤再生方法通过脱卤工艺首先把废旧电子电器塑料中含量较大的卤素脱除，为废旧电子电器塑料的高质高用提供了根本保证；另一方面，通过真空分离和高速搅拌的强化措施降低了熔体的黏度、提高了熔体内部阻燃剂扩散到表面的动力，既使卤素分离更完全，也避免了产生多溴代联苯二恶英/呋喃等剧毒物质，确保本工艺的环境友好性。
(2)本发明提出的废旧电子电器塑料脱卤再生方法通过塑性修复和改性技术既保证废旧电子电器塑料的基本性能，又可满足多种用途的性能要求，有效的扩大了再生塑料的应用领域和提高了再生塑料的应用价值。
(3)本发明提出的废旧电子电器塑料脱卤再生方法把脱卤工艺和熔融改性再生工艺有机的结合起来，既解决了含卤废旧电子电器塑料处理的技术难题，保证了废旧塑料的循环利用和高质高用，又充分利用熔融改性物理再生特有的经济性，保证了新技术的技术和经济可行性。
附图说明
图1为本发明所述的废旧电子电器塑料脱卤再生工艺流程图和装置结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术特点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明，需要说明的是，实施例并不是对本发明保护范围的限制。
如图1所示，废旧电子塑料脱卤再生的装置包括废旧电子塑料脱卤与再生系统和两级尾气净化处理系统两部分：其中废旧电子塑料脱卤与再生系统包括依次连接的给料器1、预处理器2、脱卤反应器3、再生器4、生塑料冷却器5和造粒机6，预处理减速电机13与预处理器2连接，脱卤反应器减速电机14与脱卤反应器3连接；再生器减速电机15与再生器4连接。两级尾气净化处理系统包括尾气吸收塔7、尾气吸附塔8、真空泵9、吸收液调剂罐10、吸收液收集槽11和吸收液循环泵12，吸收液和工艺水分别通入吸收液调剂罐10，吸收液调剂罐10还与吸收液收集槽11相接，吸收液收集槽11通过吸收液循环泵12与尾气吸收塔7的进液口相连。尾气吸收塔7的出液口还与吸收液收集槽11连接。脱卤反应器3通过导气管路与尾气吸收塔7下端进气口相连，再生器4的上端的排气口通过另一导气管路与尾气吸收塔7下端进气口相连，尾气吸收塔7上端出气口与尾气吸附塔8下端连接，尾气吸附塔8上端与真空泵9连接。
应用本发明废旧电子塑料脱卤再生的装置时，经分选破碎的废旧电子塑料人工加入给料器1，通过给料器粉碎后送入预处理器2，在80-120℃下干燥，脱除原料中的水分后送入脱卤反应器3。脱卤反应器3为带螺旋搅拌装置的密闭电加热槽式反应釜，废旧电子塑料在脱卤反应器内被加热熔融，在温度为150-300℃、压力为40-60kPa的条件下，反应30-60分钟，溴代阻燃剂(BFRs)转化为小分子溴代物以气体形式脱离废旧电子塑料熔体，从而实现脱卤。脱卤反应器3中采用螺杆旋转搅拌结构，该结构同时具备高黏塑料熔体的搅拌混合与输送功能。脱卤后的塑料熔体送入再生器4，再生器4是用于塑料连续混炼的螺杆挤出机，再生器4维持塑料熔融状态并可根据实际需要调加各种改性材料和助剂，提高再生塑料性状以更好地适应市场需求。再生后的熔融塑料通过挤压成细条状，在敞开式水浴冷却器5中降温、固化，最后送入造粒机6将细条再生塑料破碎成均匀的塑料颗粒，然后送产品包装。尾气主要来自于脱卤反应器3的脱卤气体和再生器4的残余气体，其主要成分为HBr类酸性物质。为保证尾气达到排放标准的要求，本装置采用两级尾气净化处理过程。尾气先进入尾气吸收塔7进行第一级采用湿式尾气吸收过程，以质量浓度为5-10％的Ca(OH)2溶液为吸收剂，在填料式尾气吸收塔7中吸收尾气中的酸性组分。吸收剂和水来自吸收液调剂罐10，经吸收液收集槽11和吸收液循环泵12送入尾气吸收塔7，尾气吸收塔7中的吸收剂可再次进入吸收液收集槽11实现循环利用；一级净化后的尾气进入尾气吸附塔8进行二次净化以除去尾气中的有害成分，最后达标尾气经真空泵9排空。全系统的真空统一由真空泵9产生。
实施例1：电视机外壳的真空脱卤-再生处理：
将废旧电视机外壳塑料PS塑料样品破碎后进行元素分析，测得样品中溴的质量百分含量为5.12％，另外通过气相色谱和质谱联用仪(GC-MS)分析确定阻燃剂主要是七溴联苯醚(7Br-PBDE)，八溴联苯醚(8Br-PBDE)等。将上述废旧电视机外壳塑料PS塑料样品100kg经分选破碎的废旧电子塑料人工加入给料器；在80℃下干燥，脱除原料中的水分后送入脱卤反应器；在温度为300℃、压为60kPa下，反应30分钟后，溴系阻燃机剂(BFRs)转化为小分子溴代物以气体形式脱离废旧电子塑料熔体，从而实现脱卤，卤素的脱除率达到95％。本系统的尾气主要来自于脱卤反应器的脱卤气体和再生器中的残余气体，其主要成分为HBr类酸性物质。经过第一级用质量分数为7％的Ca(OH)2溶液吸收和第二级Ca(OH)2固体的吸附，尾气中的HBr的质量浓度减到0.5％。脱卤后的塑料熔体送入再生器，再生器中维持塑料熔融状态并添加3.6份(添加剂的份数是相对100份质量的塑料母料的质量数，下面实施例同)的红磷系阻燃剂就可使阻燃级达到6级，加入1.5份的二乙醇月桂酰胺可是防静电级达到1级，添加0.15份抗氧化剂1076(β-(4-羟基-3，5叔丁基)丙酸正十八碳醇酯，下面实施例同)可使防老化达到2级水平。
实施例2
将废旧电视机外壳塑料PS塑料样品破碎后进行元素分析，测得样品中溴的质量百分含量为5.12％，另外通过气相色谱和质谱联用仪(GC-MS)分析确定阻燃剂主要是七溴联苯醚(7Br-PBDE)，八溴联苯醚(8Br-PBDE)等。将上述废旧电视机外壳塑料PS塑料样品100kg经分选破碎的废旧电子塑料人工加入给料器；在100℃下干燥，脱除原料中的水分后送入脱卤反应器；在温度为330℃、压为50kPa下，反应40分钟后，溴系阻燃机剂(BFRs)转化为小分子溴代物以气体形式脱离废旧电子塑料熔体，从而实现脱卤，卤素的脱除率达到96％。本系统的尾气主要来自于脱卤反应器的脱卤气体和再生器中的残余气体，其主要成分为HBr类酸性物质。经过第一级用质量分数为8％的Ca(OH)2溶液吸收和第二级Ca(OH)2固体的吸附，尾气中的HBr的质量浓度减到0.4％。脱卤后的塑料熔体送入再生器，再生器维持塑料熔融状态并添加18份的无机阻燃剂Mg(OH)2也可使阻燃级达到6级，添加0.1份光稳定剂774(4-苯甲酰氧基2，2′，6，6′-四甲基呱啶)也可使防老化达到2级水平。
实施例3
将废旧电视机外壳塑料PS塑料样品破碎后进行元素分析，测得样品中溴的质量百分含量为5.12％，另外通过气相色谱和质谱联用仪(GC-MS)分析确定阻燃剂主要是七溴联苯醚(7Br-PBDE)，八溴联苯醚(8Br-PBDE)等。将上述废旧电视机外壳塑料PS塑料样品100kg经分选破碎的废旧电子塑料人工加入给料器；在150℃下干燥，脱除原料中的水分后送入脱卤反应器；在温度为350℃、压为40kPa下，反应50分钟后，溴系阻燃机剂(BFRs)转化为小分子溴代物以气体形式脱离废旧电子塑料熔体，从而实现脱卤，卤素的脱除率达到98％。本系统的尾气主要来自于脱卤反应器的脱卤气体和再生器中的残余气体，其主要成分为HBr类酸性物质。经过第一级用质量百分数为8％的Ca(OH)2溶液吸收和第二级Ca(OH)2固体的吸附，尾气中的HBr的质量浓度减到0.2％。脱卤后的塑料熔体送入再生器，再生器维持塑料熔融状态并可根据实际需要调加各种改性材料和助剂，添加5.5份的氧化锌阻燃剂就可使阻燃级达到6级，加入1.5份的二乙醇椰子酰胺可是防静电级达到2级，添加0.2份光稳定剂UV-P(2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑)可使防老化达到1级水平。

Claims (7)

1.一种废旧电子塑料脱卤再生的装置，包括废旧电子塑料脱卤与再生系统和两级尾气净化处理系统；其特征在于所述废旧电子塑料脱卤与再生系统包括依次连接的给料器、预处理器、脱卤反应器、再生器、再生塑料冷却器和造粒机；两级尾气净化处理系统包括尾气吸收塔、尾气吸附塔、真空泵、吸收液调剂罐、吸收液收集槽和吸收液循环泵，吸收液调剂罐分别与吸收液和工业循环水相接，吸收液调剂罐还与吸收液收集槽相接，吸收液收集槽通过吸收液循环泵与尾气吸收塔相连，尾气吸收塔还与吸收液收集槽连接；脱卤反应器通过导气管路与尾气吸收塔下端进气口相连，再生器通过另一导气管路与尾气吸收塔连接，尾气吸收塔与尾气吸附塔连接，尾气吸附塔与真空泵连接。
2.根据权利要求1所述的废旧电子塑料脱卤再生的装置，其特征在于所述再生器减速电机与再生器连接。
3.根据权利要求1所述的废旧电子塑料脱卤再生的装置，其特征在于所述预处理减速电机与预处理器连接。
4.根据权利要求1所述的废旧电子塑料脱卤再生的装置，其特征在于所述脱卤反应器减速电机与脱卤反应器连接。
5.根据权利要求1所述的废旧电子塑料脱卤再生的装置，其特征在于所述脱卤反应器为带螺旋搅拌装置的密闭电加热槽式反应釜。
6.根据权利要求1所述的废旧电子塑料脱卤再生的装置，其特征在于所述塑料再生器为用于塑料连续混炼的螺杆挤出机。
7.一种废旧电子塑料脱卤再生的方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：
(1)原料预处理：经分选破碎的废旧电子塑料人工加入给料器；通过给料器粉碎后送入预处理器，在80-120℃下干燥，脱除原料中的水分后送入脱卤反应器；
(2)真空脱卤：废旧电子塑料在脱卤反应器内被加热熔融，在温度为150-300℃、压力为40-60kPa、反应40-60分钟，溴系阻燃机剂转化为小分子溴代物以气体形式脱离废旧电子塑料熔体，实现脱卤；
(3)脱卤尾气处理：来自于脱卤反应器的脱卤气体和再生器中的残余气体，其主要成分是HBr类酸性物质，经过两级净化处理，最后尾气达标排空；
(4)熔体改性与塑性修复：脱卤后的塑料熔体送入再生器，再生器维持塑料熔融状态并调加改性材料和助剂，修复和提高再生塑料的性状；
(5)熔体冷却固化定型：再生后的熔融塑料通过挤压成细条状，在开放式水浴冷却器中降温、固化，最后送入造粒机；
(6)造粒包装：将细条再生塑料破碎成均匀的塑料颗粒，然后送产品包装。
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