CN107129593A - 玻璃钢分解回收系统及其分解回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种玻璃钢分解回收系统及其分解回收方法。其目的是为了提供一种分解充分、回收利用率高、成本低的玻璃钢分解回收系统和方法。本发明包括粉碎装置、喷淋冷却装置、催化反应器和高温热解炉系统，粉碎装置将玻璃钢废料粉碎成颗粒状，将粉碎后的玻璃钢与改质剂和催化剂充分混合，改质剂占总含量的2～60％，催化剂占总含量的0.2～4％，对物料进行热解，生成的炭黑回收再利用，生成的油气输送到催化反应器中进一步热解，对充分热解后生成的油气进行冷却，对冷却后的热解油进行回收，不凝气体送回到高温热解系统中进行干燥回收。

Description

玻璃钢分解回收系统及其分解回收方法

技术领域

本发明涉及玻璃钢处理领域，特别是涉及一种玻璃钢分解回收系统及其分解回收方法。

背景技术

炭黑增强塑料是以包括属于热固性树脂的环氧树脂(EPR)、不饱和聚酯(UPR)、酚醛树脂(PFR)、聚酰胺(Polyamide)、双马来酰亚胺(BMI)以及属于热塑性塑料的聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等合成树脂为基体，以炭黑为骨架的一种复合结构材料，俗称玻璃钢。因其具有重量轻、强度高、耐腐蚀、电绝缘、耐瞬间高温、传热慢、隔音、防水、易着色、能透光电磁波等金属材料和其他无机材料无法比拟的优势，因而作为一种工程材料不仅在国防和尖端技术领域中得到普遍应用，而且在工业及民用方面的应用也日趋广泛。

目前对废弃玻璃钢制品基本上未做任何处理，就直接掩埋或者在自然环境中燃烧。填埋会侵占耕地，破坏土壤的透气性能，降低土壤的蓄水能力，破坏土壤微生态平衡，此外玻璃钢添加剂中的重金属离子及有害物质会在土壤中通过扩散、渗透等作用进入到地下水层，造成水资源的严重污染。而焚烧极易形成具有致癌、致畸、致突变效应和生殖毒性的物质，如多溴代二苯并二恶英和多溴代二苯并呋喃。

近年来，欧美各国对玻璃钢废弃物的处理十分重视，研究得也较早。如：热解回收法、粉碎回收法、能量回收法、水解或醇解回收法、生物回收法等，其中较为经济实用的是热量回收利用的方法、物理粉碎回收法及热解回收法。

综合国内外的研究工作，现阶段玻璃钢废弃物的回收利用方法可主要分为以下三类：

1、物理回收。以热固性树脂为基体制备的玻璃钢废弃物，通常难以再次加工成型，但可以利用机械粉碎的方法将其碾磨至一定粒径的粉料，用其作为制备新材料的原料，或者用来填充热塑性或热固性塑料来制备复合材料。由于该过程只需要机械作用，仅发生物理变化，即通常所说的物理回收。物理回收虽然具有工艺简单、环保、成本低等优点，然而制品的性能较差，只适合对材料性能要求不高的复合材料。如片状模塑料(SMC)碾磨以后的潜在用途取决于颗粒的尺寸：较大尺寸的SMC颗粒，适合于作建筑材料如粗纸板、轻质水泥板、农用盖板或隔热板；回收SMC除了用于块状模塑料(BMC)和热塑性塑料外，较小尺寸的SMC颗粒(粒子尺寸小于lcm)可以作为增强材料或填料用于屋面沥青、混凝土骨料和铺路材料：更细的SMC颗粒(在200目范围或更小)可作为SMC、BMC和热塑性塑料的填料，或其它含有碳酸钙的产品。

2、化学回收法。化学回收利用法是指玻璃钢废弃物经过初步粉碎后，通过化学方法使其分解成小分子碳氢化合物的气体、液体或焦碳，填料和纤维从基体中分离，主要有热解、醇解、胺解和水解等方法。相对于热解法，溶液法(醇解、胺解、水解等)不需要太高的温度，也不会产生二恶英，所需设备也相对简单。但目前采用化学溶液法回收树脂的研究还处于探索阶段，仍有许多关键技术问题需要解决，如溶剂使用量大和废液处理问题，而对于分解得到的有机小分子物质如何高效地提纯利用等问题值得进一步研究，可以作为今后的研究方向。热解法是借鉴塑料、橡胶高温分解回收法，将玻璃钢废弃物在无氧情况下，加热分解成为保存能量成份的热解气和热解油，以及以CaCO3、玻纤为主的固体副产物，其热解产物随热解温度的不同而不同。

3、生物降解法。生物降解法就是利用环境中的微生物分解玻璃钢废弃物中的基体树脂，使其降解。目前，开发的技术路线主要有微生物发酵合成法、利用天然高分子合成法的化学合成法等。生物法降解玻璃钢废弃物虽然具有明显的环保和经济前景，然而真正能工业化降解使用的菌种还未发现，理论上讲还需要培养驯化新型的微生物，进一步进行遗传修饰，使其能够在极端条件下降解废弃树脂的方法。

现阶段在实际的工业生产中对玻璃钢的处理方法主要有以下几种：

现有技术方案一：将玻璃钢废弃物作为水泥原料，该方法是把玻璃钢废弃物先粉碎为粒径10mm大小的粉末吹入水泥窑炉内作为燃料燃烧，残渣作为水泥原料使用。这种方法的特点是能把玻璃钢废弃物全部处理完毕；玻璃钢废弃物一部分转化成能源，可以减小部分燃料用量，也就减少了二氧化碳的排放；因窑内温度高,产生的有害气体极少，没有有害气体污染空气的问题。该方法虽然没有发挥玻璃钢废弃物资源最大化的经济价值，但从环境保护角度考虑，不失为一种经济有效的办法。缺点就是有潜在的二次空气污染的风险。

现有技术方案二：将玻璃钢废弃物粉碎成粒度不同的粉末,作为填料使用。粉碎至72mm×25mm作为轻型水泥板填料使用，粉碎至3.2mm×9.5mm作为BMC、混凝土及装饰板等填料使用，粉碎至＜60μm作为SMC、BMC及普通玻璃钢制品。利用这种方法生产成本最低，处方法简单，但在制造微粉时，粉碎成本相对较高，作为微粉添加到BMC、SMC或者玻璃钢产品中，往往随着添加量的增加，降低新制品的强度。

现有技术方案三：利用溶剂法回收废旧玻璃钢中的树脂，选用乙二醇作为回收溶剂，NaOH作为催化剂，在适当温度和反应条件下，回收废旧环氧树脂玻璃钢中的环氧树脂，树脂的回收率为93.1％。用Na2CO3作为催化剂在优化条件下，废旧玻璃钢中树脂的回收率为55.5％，较NaOH催化剂条件下低。优点是一般合成树脂设备都可进行废弃玻璃钢分解，不需要增加设备投资。再就是分解物不需要精制，直接可作为合成原料，再合成不饱和聚酸树脂。但该方法使用面比较窄，对物料要求要求严格，消耗溶剂量大，废液回收问题没有得到解决。

现有技术方案四：热解法是将玻璃钢废弃物在无氧环境中，加热分解成为保存能量成份的热解气和热解油，以及以CaCO3和玻纤为主的固体副产物。由于其是借鉴塑料薄膜处理装置，反应器为普通反应釜，每次处理结束后，需要打开釜盖进料，这样一来造成有害气体的排放，而且装置要配套煤加热设备，煤的燃烧又增加污染及碳排放。现在的玻璃钢回收设备中，还有一套真空热解装置，由于是平板窑反应装置，热解过程中不能搅拌混合，受热不均匀，结焦现象严重，处理效果差，热解效率低。利用真空泵抽真空排烟道气，对设备要求较高，且管道结焦风险增加。

以上几种方法对于处理玻璃钢废弃物、减轻环保压力发挥了不同程度的作用，但又都存在各自的缺点和不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种分解充分、回收利用率高、成本低的玻璃钢分解回收系统及其分解回收方法。

本发明玻璃钢分解回收系统，其中，包括粉碎装置、喷淋冷却装置、催化反应器和高温热解炉系统，粉碎装置的物料输出口与高温热解系统的入料口连接，高温热解系统的气体排出口与催化反应器的入口连接，催化反应器的出口与喷淋冷却装置的入气口连接，喷淋冷却装置的冷却液排出口与回收罐连接，喷淋冷却装置的排气口与高温热解系统的回气口连接，高温热解系统的排气口通过输气管道与储气罐连接。

本发明玻璃钢分解回收系统，其中所述高温热解系统又包括多个高温热解炉，各高温热解炉的入料口并联连接，各高温热解炉的气体排出口并联连接，各高温热解炉的回气口与排气口之间串联连接。

本发明玻璃钢分解回收系统，其中所述催化反应器与喷淋冷却装置之间设置有射流泵，喷淋冷却装置外接急冷装置。

本发明玻璃钢分解回收系统，其中所述冷却液排出口开设在喷淋冷却装置底端，排气口开设在喷淋冷却装置顶端。

本发明玻璃钢分解回收系统，其中所述喷淋冷却装置的排气口与高温热解系统的回气口之间设置有冷却器。

本发明玻璃钢分解回收系统，其中所述粉碎装置的物料输出口与高温热解系统的入料口之间设置有螺旋输送装置。

本发明玻璃钢分解回收系统，其中所述高温热解炉由金属材料制成，高温热解炉的外壁敷设有保温层，高温热解炉内部设置有刮壁装置、电加热装置、气体循环装置和真空射流器。

本发明玻璃钢分解回收方法，其中，包括以下步骤，

步骤S1：将玻璃钢废料粉碎成颗粒状，将粉碎后的玻璃钢与改质剂和催化剂充分混合，改质剂采用生物质；催化剂采用碱性化学制剂，改质剂占总含量的2～60％，催化剂占总含量的0.2～4％；

步骤S2：将混合好的物料输送到高温热解系统中，干燥预热至110℃～230℃；

步骤S3：开启高温热解系统，将温度升高至230℃～800℃，保持2～120min，生成的炭黑回收再利用，生成的油气输送到催化反应器中；

步骤S4：在催化反应器中放置有固体酸性催化剂，油气中掺杂的玻璃钢粉末在催化反应器中进一步热解；

步骤S5：经过催化反应器的油气输送到喷淋冷却装置中冷却，在喷淋冷却装置中油气被分成热解油和不凝气体；

步骤S6：对热解油进行回收储存，将不凝气体送回到高温热解系统中进行干燥回收。

本发明玻璃钢分解回收方法，其中所述步骤S1中的改质剂包括玉米秸秆、麦秸秆、棉花秸秆、核桃壳、木屑、碎木块和/或废纸；催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、氧化钙和/或者碳酸氢钠。

本发明玻璃钢分解回收方法，其中所述步骤S4中固体酸性催化剂包括固体硫酸、磷酸、盐酸、固体盐酸及SiO2-Al2O3和/或B2O3-Al2O3。

本发明玻璃钢分解回收系统及其分解回收方法与现有技术不同之处在于：本发明设备简单，采购成本底，首先对物料粉碎预处理并进行改质，然后进行热解共炭化，热解油气冷却回收，炭黑收集再利用，分解后的不凝气体还能够返回原热解系统用于对物料的干燥并可回收。玻璃钢固体废物经过热解，获得的热解油可以直接作为燃料油使用，也可将热解油精制后作为化工原料使用，炭黑收集后可做为型碳材料或轻型建筑材料使用，从而达到零排放，实现资源效益最大化之目的。高温热解系统中各高温热解炉的入料口并联连接，各高温热解炉的气体排出口并联连接，在对物料进行热解过程中可同时运行，对物料的处理量大，工作效率高。高温热解系统中各高温热解炉的回气口与排气口之间串联连接，能够对不凝气体进行充分的干燥。

下面结合附图对本发明玻璃钢分解回收系统及其分解回收方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明玻璃钢分解回收系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明玻璃钢分解回收系统的结构示意图，包括粉碎装置1、喷淋冷却装置4、冷却器8、催化反应器9和高温热解炉系统，高温热解系统又包括多个高温热解炉2，高温热解炉2由金属材料制成，高温热解炉2的外壁敷设有保温层，高温热解炉2内部设置有刮壁装置、电加热装置、气体循环装置和真空射流器。粉碎装置1的物料输出口通过螺旋输送装置与高温热解系统的入料口连接，高温热解系统的气体排出口通过输气管道与催化反应器9的入口连接，高温热解系统中各高温热解炉2的入料口并联连接，高温热解系统中各高温热解炉2的气体排出口并联连接。催化反应器9的出口通过输气管道与喷淋冷却装置4的入气口连接，在催化反应器9与喷淋冷却装置4之间的输气管道上安装有射流泵3，喷淋冷却装置4底端开设有冷却液排出口，冷却液排出口通过输液管道与回收罐6连接。喷淋冷却装置4顶端开设有排气口，排气口通过输气管道与高温热解系统的回气口连接，在喷淋冷却装置4与高温热解系统之间的输气管道上安装有冷却器8，高温热解系统的排气口通过输气管道与储气罐7连接，高温热解系统中各高温热解炉2的回气口与排气口之间串联连接，喷淋冷却装置4外接急冷装置5，能够提高喷淋冷却装置4的冷却效果。

本发明玻璃钢分解回收方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：通过粉碎装置1将玻璃钢废料粉碎成颗粒状(颗粒大小以可进入下一装置为准)，将改质剂和催化剂加入粉碎装置1中，与粉碎后的玻璃钢颗粒充分混合，改质剂采用生物质，包括玉米秸秆、麦秸秆、棉花秸秆、核桃壳、木屑、碎木块和/或废纸；催化剂采用碱性化学制剂，包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、氧化钙和/或碳酸氢钠。改质剂占总含量的2～60％，催化剂占总含量的0.2～4％；

步骤S2：通过螺旋输送装置将混合好的物料输送到高温热解系统中，关闭高温热解系统的入料口，通入高温气体将高温热解系统中的物料干燥预热至110℃～230℃；

步骤S3：开启高温热解系统，将温度升高至230℃～800℃，保持2～120min，玻璃钢颗粒在高温热解系统中热解共炭化，生成的炭黑回收再利用，生成的油气输送到下一设备中；

步骤S4：将热解后的油气输送到催化反应器9中，催化反应器9放置有固体酸性催化剂，包括固体硫酸、磷酸、盐酸、固体盐酸及SiO2-Al2O3和/或B2O3-Al2O3，油气中掺杂的玻璃钢粉末在催化反应器9中进一步热解，去除油气中的杂质；

步骤S5：在射流泵3的作用下，经过催化反应器9的油气被泵入喷淋冷却装置4中，在喷淋冷却过程中可采用急冷装置5辅助喷淋冷却装置4进行降温，在喷淋冷却装置4中油气被分成热解油和不凝气体；

步骤S6：喷淋冷却装置4中的热解油被输送到回收罐6中进行储存，喷淋冷却装置4中的不凝气体经过冷却器8的进一步冷却后，被送回到高温热解系统中进行干燥，干燥后的不凝气体输送到储气罐7中进行回收。

本发明玻璃钢分解回收系统及其分解回收方法，设备简单，采购成本底，首先对物料粉碎预处理并进行改质，然后进行热解共炭化，热解油气冷却回收，炭黑收集再利用，分解后的不凝气体还能够返回原热解系统用于对物料的干燥并可回收。玻璃钢固体废物经过热解，获得的热解油可以直接作为燃料油使用，也可将热解油精制后作为化工原料使用，炭黑收集后可做为型碳材料或轻型建筑材料使用，从而达到零排放，实现资源效益最大化之目的。高温热解系统中各高温热解炉2的入料口并联连接，各高温热解炉2的气体排出口并联连接，在对物料进行热解过程中可同时运行，对物料的处理量大，工作效率高。高温热解系统中各高温热解炉2的回气口与排气口之间串联连接，能够对不凝气体进行充分的干燥。整个系统对玻璃钢废料分解充分、回收利用率高、成本低，与现有技术相比具有明显的优点。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种玻璃钢分解回收系统，其特征在于：包括粉碎装置(1)、喷淋冷却装置(4)、催化反应器(9)和高温热解炉系统，粉碎装置(1)的物料输出口与高温热解系统的入料口连接，高温热解系统的气体排出口与催化反应器(9)的入口连接，催化反应器(9)的出口与喷淋冷却装置(4)的入气口连接，喷淋冷却装置(4)的冷却液排出口与回收罐(6)连接，喷淋冷却装置(4)的排气口与高温热解系统的回气口连接，高温热解系统的排气口通过输气管道与储气罐(7)连接。

2.根据权利要求1所述的玻璃钢分解回收系统，其特征在于：所述高温热解系统又包括多个高温热解炉(2)，各高温热解炉(2)的入料口并联连接，各高温热解炉(2)的气体排出口并联连接，各高温热解炉(2)的回气口与排气口之间串联连接。

3.根据权利要求1所述的玻璃钢分解回收系统，其特征在于：所述催化反应器(9)与喷淋冷却装置(4)之间设置有射流泵(3)，喷淋冷却装置(4)外接急冷装置(5)。

4.根据权利要求1所述的玻璃钢分解回收系统，其特征在于：所述冷却液排出口开设在喷淋冷却装置(4)底端，排气口开设在喷淋冷却装置(4)顶端。

5.根据权利要求1所述的玻璃钢分解回收系统，其特征在于：所述喷淋冷却装置(4)的排气口与高温热解系统的回气口之间设置有冷却器(8)。

6.根据权利要求1所述的玻璃钢分解回收系统，其特征在于：所述粉碎装置(1)的物料输出口与高温热解系统的入料口之间设置有螺旋输送装置。

7.根据权利要求1所述的玻璃钢分解回收系统，其特征在于：所述高温热解炉(2)由金属材料制成，高温热解炉(2)的外壁敷设有保温层，高温热解炉(2)内部设置有刮壁装置、电加热装置、气体循环装置和真空射流器。

8.权利要求1中所采用的玻璃钢分解回收方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤S1：将玻璃钢废料粉碎成颗粒状，将粉碎后的玻璃钢与改质剂和催化剂充分混合，改质剂采用生物质；催化剂采用碱性化学制剂，改质剂占总含量的2～60％，催化剂占总含量的0.2～4％；

步骤S2：将混合好的物料输送到高温热解系统中，干燥预热至110℃～230℃；

步骤S3：开启高温热解系统，将温度升高至230℃～800℃，保持2～120min，生成的炭黑回收再利用，生成的油气输送到催化反应器(9)中；

步骤S4：在催化反应器(9)中放置有固体酸性催化剂，油气中掺杂的玻璃钢粉末在催化反应器(9)中进一步热解；

步骤S5：经过催化反应器(9)的油气输送到喷淋冷却装置(4)中冷却，在喷淋冷却装置(4)中油气被分成热解油和不凝气体；

步骤S6：对热解油进行回收储存，将不凝气体送回到高温热解系统中进行干燥回收。

9.根据权利要求8所述的玻璃钢分解回收方法，其特征在于：所述步骤S1中的改质剂包括玉米秸秆、麦秸秆、棉花秸秆、核桃壳、木屑、碎木块和/或废纸；催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、氧化钙和/或者碳酸氢钠。

10.根据权利要求8所述的玻璃钢分解回收方法，其特征在于：所述步骤S4中固体酸性催化剂包括固体硫酸、磷酸、盐酸、固体盐酸及SiO2-Al2O3和/或B2O3-Al2O3。