CN115612508A - 一种退役风机叶片的处理回收方法 - Google Patents

一种退役风机叶片的处理回收方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种退役风机叶片的处理回收方法。本发明提供的退役风机叶片的处理回收方法，高压蒸汽可加速叶片反应速度，省略传统热解掺入催化剂步骤，节约了催化剂的选择和优化步骤，成本低；热解在无氧环境下进行，饱和蒸汽具有除氧功能，减少了为达到真空环境采取的常规的抽真空、加热氮气的、充氮工序，大大降低对装置的要求。先无氧蒸汽热解，再有氧热解，使退役风机叶片中的含炭物质反应充分，减少热解残渣含量。

Description

一种退役风机叶片的处理回收方法
技术领域
本发明属于固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种退役风机叶片的处理回收方法。
背景技术
风机叶片是风力发电机的核心部件之一，具有低重量、高强度、抗腐蚀、耐疲劳等优异特性，其质量可占整个风机的比重高达90％。目前，风机叶片主要由玻璃纤维或碳纤维、混合物增强的热固性树脂基复合材料制成，另含有一定量的铝、铜等金属和少量的环氧结构胶、聚环氧丙浣基漆等成分。
随着风力发电机单机装机容量的增加，树脂基玻璃纤维复合材料的使用量和报废量也随之快速攀升，以及风机产品更新换代等因素，将有大量风机叶片退役或由于损坏、老化而被维护替换。通过资源化利用的方式实现退役风机叶片的无害化处理已形成共识，越来越多的风机叶片需要清洁化回收利用。
目前，退役风机叶片的回收利用尚处于起步阶段，相关研究工作也才刚刚开始。此前对退役风机叶片处理和回收利用的研究成果主要有物理回收，焚烧、热解、溶解等方法。热解法是当前主要研究和发展的一种新型退役风机叶片处理再利用技术，具有二次污染小、资源回收率高等特点，具有广阔的应用前景。但是，现有技术中的高温热解都是在催化剂存在下进行的，需要开发、选择合适的催化剂，成本较高；另外，现有的高温热解大都是通过高温烟气或氮气提供高温、无氧的热解环境，会消耗大量的能源，同时需要抽真空装置，对处理设备的要求也较高。
因此，需要开发一种无需催化剂存在、对设备要求不高的退役风机叶片的处理回收方法。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的上述缺陷，从而提供一种退役风机叶片的处理回收方法。
为此，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种退役风机叶片的处理回收方法，包括如下步骤：
S1，切割退役风机叶片；
S2，将切割后的的退役风机叶片送入蒸汽热解装置，通入蒸汽和水，使蒸汽热解装置内的蒸汽处于饱和状态，装置内为无氧状态后，停止通入水；
S3，在饱和蒸汽下进行一次热解，在空气气氛中进行二次热解，得到气相产物和固相产物；
S4，将固相产物经电流分选得到金属，经过风力分选得到纤维材料和热解残渣；
S5，将气相产物经过冷却，得到热解油，水和不凝气。
可选的，所述一次热解的时间为60－120min，热解压力为1－6.4Mpa，热解温度为400－520℃。
可选的，所述二次热解的时间为60－120min，热解压力为1－6.4Mpa，热解温度为400－520℃。
可选的，步骤S2中通过控制蒸汽和水的流量使蒸汽热解装置内的蒸汽处于饱和状态。
可选的，所述蒸汽的压力在0.2MPa以上，温度在125℃以上；
可选的，所述蒸汽的压力为0.2MPa－0.8MPa，温度为125－175℃以上。
根据道尔顿分压定律，在饱和水和饱和蒸汽下，空间内的空气含量为零。所述蒸汽参数一般为使热解装置中蒸汽达到饱和蒸汽时的最低参数。大于0.2MPa，125℃的蒸汽也可以达到饱和状态以排走空气，但需要更多的能量使蒸汽达到更高的参数，也需要更多的除盐水来冷却蒸汽，会增加能耗，所以，在实际操作中一般使用能够使热解装置中蒸汽达到饱和蒸汽时的最低参数。
除盐水指将工艺水中盐分除去的高品质水。其作用是避免工艺水中盐分在蒸汽发生器中结垢，延长设备寿命。
可选的，步骤S2中，蒸汽热解装置内的饱和蒸汽参数为压力0.02MPa－0.17MPa，温度104－130℃。
可选的，步骤S2中所用水为除盐水。
可选的，步骤S5中的冷却采用间接换热；
可选的，步骤S5中的冷却为多级冷却。
可选的，步骤S5中热解油的收集温度为180－370℃。
可选的，步骤S2和S3中的蒸汽来源于电厂。
可选的，对于步骤S1中退役风机叶片的切割尺寸没有特殊要求，一般可以为尺寸在100mm×100mm～500mm×500mm左右的小块。
具体地，步骤S5中的冷却可通过逆流冷却间接换热器进行冷却。间接换热器混合气流动方向与冷却水流动方向相反。冷却系统中设置有混合气管道，混合气管道四周有冷却液。间接换热器为多级换热，每级之间设置有废液回收装置，通过调节蒸汽、冷却水流量配比，可控制每级混合蒸汽出口的温度。通过逐级冷却，可分离出不同沸点的热解油、水和不凝气，分别进行收集。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的退役风机叶片的处理回收方法，高压蒸汽可加速叶片反应速度，省略传统热解掺入催化剂步骤，节约了催化剂的选择和优化步骤，成本低；热解在无氧环境下进行，饱和蒸汽具有除氧功能，减少了为达到真空环境采取的常规的抽真空、加热氮气的、充氮工序，大大降低对装置的要求。先无氧蒸汽热解，再有氧热解，使退役风机叶片中的含炭物质反应充分，减少热解残渣含量。如果先有氧热解，风机叶片中大量可燃物在有氧情况下会发生好氧反应，甚至直接燃烧(即转变为叶片回收中的燃烧法)，燃烧后不会有热解油和热解气产生。而是热解油和热解气燃烧的烟气和残渣以及大量热量，烟气和残渣(如果风机叶片由玻璃纤维组成，燃烧产物不是纤维状，回收价值较低；如果风机叶片是由碳纤维组成，燃烧直接产生CO2气体，无法回收)不具备回收价值，热量还需考虑吸收利用。
本发明提供的退役风机叶片的处理回收方法，蒸汽可来源于电厂，混合气在冷却过程中为电厂提供热源，凝结水处理后可作为电厂补水，协同使用可进一步提高综合效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的退役风机叶片的处理回收方法的流程图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
一种退役风机叶片的处理回收方法，处理流程如图1所示，具体步骤和参数如下：
(1)退役风机叶片(组成包括面漆、纤维组分、混合性树脂和少量金属，其中，混合性树脂组分的质量占比约为35％，下同)通过机械切割设备将试样切割成200mmX200mm小块，送入热解炉。
(2)蒸汽除氧：将步骤1切割后退役风机叶片送入热解炉，打开排气管，送入0.2MPa、125℃蒸汽和常温除盐水，通过调节蒸汽和除盐水量，使炉内参数保持在0.02MPa，104℃，维持5min。
根据道尔顿分压定律，在饱和水和饱和蒸汽下，空间内的空气含量为零。所述蒸汽参数为使热解炉中蒸汽达到饱和蒸汽时最低参数。大于0.2MPa，200℃的蒸汽也可以达到饱和状态以排走空气，但需要更多的能量使蒸汽达到更高的参数，也需要更多的除盐水来冷却蒸汽，会增加能耗。
除盐水指将工艺水中盐分除去的高品质水。其作用是避免工艺水中盐分在蒸汽发生器中结垢，延长设备寿命。
(3)关闭排气管和除盐水管，排出炉内除氧水。向热解炉注入4MPa，520℃蒸汽，使炉内蒸汽维持在4MPa，500℃下90min，打开排气管将混合气排出使压力降低为常压，通入空气，间断注入4MPa，500℃蒸汽，维持温度在480℃下90min，排出炉内混合气体、回收热解渣。
(4)分离热解渣：将步骤(3)中热解渣经涡电流分选分离得到金属，再经风力分选分离得到纤维材料和热解残渣，经计算，树脂热解率(即热解树脂占原始树脂的比例)为99.4％。
(5)混合气冷却：将步骤(3)中混合气(包括前后两个热解的混合气)进入逆流间接冷却装置，混合气出口各级出口可定为370℃、240℃、230℃、190℃、180℃，90℃，370～180℃下可分级回收热解油，每级出口可分离出各类热解油，每级成分可对应为苯酚、双酚A、2，3，5－三甲基苯酚、2－溴苯酚、苯酚、水等。在最后一级90℃下，蒸汽凝结为水，不溶于水的气体单独回收。
实施例2
一种退役风机叶片的处理回收方法，与实施例1相比区别在于：步骤(3)向热解炉注入6MPa，420℃蒸汽，使炉内蒸汽维持在6MPa，400℃下120min，打开排气管将混合气排出使压力降低为常压，通入空气，间断注入2MPa，500℃蒸汽，维持温度在480℃下90min，排出炉内混合气体、回收热解渣。
经计算，步骤(4)树脂热解率(即热解树脂占原始树脂的比例)为88.6％。
实施例3
一种退役风机叶片的处理回收方法，与实施例1相比区别在于：步骤(3)向热解炉注入1.5MPa，570℃蒸汽，使炉内蒸汽维持在1.5MPa，550℃下60min，打开排气管将混合气排出使压力降低为常压，通入空气，间断注入6.0MPa，420℃蒸汽，维持温度在400℃下120min，排出炉内混合气体、回收热解渣。
经计算，步骤(4)树脂热解率(即热解树脂占原始树脂的比例)为97.1％。
实施例4
一种退役风机叶片的处理回收方法，与实施例1相比区别在于：步骤(3)向热解炉注入3MPa，480℃蒸汽，使炉内蒸汽维持在3MPa，460℃下100min，打开排气管将混合气排出使压力降低为常压，通入空气，间断注入5MPa，520℃蒸汽，维持温度在500℃下80min，排出炉内混合气体、回收热解渣。
经计算，步骤(4)树脂热解率(即热解树脂占原始树脂的比例)为92.7％。
对比例1
一种退役风机叶片的处理回收方法，与实施例2相比区别在于：步骤(3)向热解炉注入6MPa，420℃蒸汽，使炉内蒸汽维持在6MPa，400℃下120min，排出炉内混合气体、回收热解渣。
经计算，步骤(4)树脂热解率(即热解树脂占原始树脂的比例)为80％。
对比例2
一种退役风机叶片的处理回收方法，与实施例2相比区别在于：步骤(3)向热解炉注入6MPa，420℃蒸汽，使炉内蒸汽维持在6MPa，400℃下210min，排出炉内混合气体、回收热解渣。
经计算，步骤(4)树脂热解率(即热解树脂占原始树脂的比例)为83.7％。
对比例3
一种退役风机叶片的处理回收方法，与实施例4相比区别在于：步骤(3)向热解炉注入7MPa，320℃蒸汽，使炉内蒸汽维持在7MPa，300℃下90min，打开排气管将混合气排出使压力降低为常压，通入空气，间断注入7MPa，300℃蒸汽，维持温度在280℃下90min，排出炉内混合气体、回收热解渣。
经计算，步骤(4)树脂热解率(即热解树脂占原始树脂的比例)为51.4％。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种退役风机叶片的处理回收方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，切割退役风机叶片；
S2，将切割后的的退役风机叶片送入蒸汽热解装置，通入蒸汽和水，使蒸汽热解装置内的蒸汽处于饱和状态，装置内为无氧状态后，停止通入水；
S3，在饱和蒸汽下进行一次热解，在空气气氛中进行二次热解，得到气相产物和固相产物；
S4，将固相产物经电流分选得到金属，经过风力分选得到纤维材料和热解残渣；
S5，将气相产物经过冷却，得到热解油，水和不凝气。
2.根据权利要求1所述的退役风机叶片的处理回收方法，其特征在于，所述一次热解的时间为60－120min，热解压力为1－6.4Mpa，热解温度为400－520℃。
3.根据权利要求1所述的退役风机叶片的处理回收方法，其特征在于，所述二次热解的时间为60－120min，热解压力为1－6.4Mpa，热解温度为400－520℃。
4.根据权利要求1－3任一项所述的退役风机叶片的处理回收方法，其特征在于，步骤S2中通过控制蒸汽和水的流量使蒸汽热解装置内的蒸汽处于饱和状态。
5.根据权利要求4所述的退役风机叶片的处理回收方法，其特征在于，所述蒸汽的压力在0.2MPa以上，温度在125℃以上；
可选的，所述蒸汽的压力为0.2MPa－0.8MPa，温度为125－175℃以上。
6.根据权利要求4所述的退役风机叶片的处理回收方法，其特征在于，步骤S2中，蒸汽热解装置内的饱和蒸汽参数为压力0.02MPa－0.17MPa，温度104－130℃。
7.根据权利要求1－6任一项所述的退役风机叶片的处理回收方法，其特征在于，步骤S2中所用水为除盐水。
8.根据权利要求7所述的退役风机叶片的处理回收方法，其特征在于，步骤S5中的冷却采用间接换热；
可选的，步骤S5中的冷却为多级冷却。
9.根据权利要求8所述的退役风机叶片的处理回收方法，其特征在于，步骤S5中热解油的收集温度为180－370℃。
10.根据权利要求1－9任一项所述的退役风机叶片的处理回收方法，其特征在于，步骤S2和S3中的蒸汽来源于电厂。
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