CN115647000A

CN115647000A - 一种基于低温热解的风电叶片回收方法及其应用

Info

Publication number: CN115647000A
Application number: CN202211328617.7A
Authority: CN
Inventors: 鲁凤斌; 程广文; 杨嵩; 李晓东; 程施霖; 郭中旭; 蔡铭; 蒋禹; 罗会东
Original assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd; Huaneng Fuxin Wind Power Generation Co Ltd
Current assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd; Huaneng Fuxin Wind Power Generation Co Ltd
Priority date: 2022-10-26
Filing date: 2022-10-26
Publication date: 2023-01-31

Abstract

本发明公开了一种基于低温热解的风电叶片回收方法及其应用，其中回收方法包括将风电叶片在由溶剂和致孔剂组成的溶液中浸泡；将浸泡后的风电叶片沥干后进行热解。本发明所述的基于低温热解的风电叶片回收方法，在热解前将风电叶片在特定的溶液中溶胀，同时让致孔剂物质进入溶胀后的风电叶片中，前者可降低基体树脂与增强纤维之间的相互作用，从而降低热解温度，后者(致孔剂)可有效避免叶片热解过程中致密炭层的形成，提高氧气渗透率，促进叶片低温热解；整个回收方法有具有能耗低，对回收纤维热损伤小的优点。

Description

一种基于低温热解的风电叶片回收方法及其应用

技术领域

本发明属于固废处理技术领域，尤其涉及一种基于低温热解的风电叶片回收方法及其应用。

背景技术

近年来，随着风电装机量的快速增加，以及首批投运风电机组逐渐退役，废旧风电叶片日益增多，已成为一种亟待处理的高附加值的工业固废。风电叶片主要为纤维增强的树脂基复合材料，热解是一种常见的复合材料回收方法，通常是在特定气氛及高温作用下(≥850℃)将复合材料基体树脂转化为气态小分子化合物而回收附加值较高的增强纤维，实现资源化利用。但该法在处理废旧叶片时存在能耗高、回收纤维热损伤大等缺点，因此，开发低温型热解技术对风电叶片回收具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种基于低温热解的风电叶片回收方法，在热解前，将风电叶片在由溶剂和致孔剂组成的特定的溶液中溶胀，同时让致孔剂物质进入溶胀后的风电叶片中，前者可降低基体树脂与增强纤维之间的相互作用，从而降低热解温度，后者(致孔剂)可有效避免叶片热解过程中致密炭层的形成，提高氧气渗透率，促进叶片低温热解；整个回收方法有具有能耗低，对回收纤维热损伤小的优点。

本发明的另一个目的在于提出基于低温热解的风电叶片回收方法的应用。

为达到上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种基于低温热解的风电叶片回收方法，包括：

将风电叶片在由溶剂和致孔剂组成的溶液中浸泡；

将浸泡后的风电叶片沥干后进行热解。

本发明实施例的基于低温热解的风电叶片回收方法，在热解前，将风电叶片在由溶剂和致孔剂组成的特定的溶液中溶胀，同时让致孔剂物质进入溶胀后的风电叶片中，前者可降低基体树脂与增强纤维之间的相互作用，从而降低热解温度，后者(致孔剂)可有效避免叶片热解过程中致密炭层的形成，提高氧气渗透率，促进叶片低温热解；整个回收方法有具有能耗低，对回收纤维热损伤小的优点。

在本发明的一些实施例中，所述致孔剂在所述溶液中的含量为5～10wt％。发明人发现，致孔剂在溶液中的含量为5～10wt％时，风电叶片可在较(传统热解)低的温度下快速热解、氧化，回收到品质较好的增强纤维，即致孔剂对叶片热解具有明显促进作用；而当致孔剂在溶液中的含量小于5wt％时，致孔剂对叶片热解的促进作用甚微；当致孔剂在溶液中的含量大于10wt％时，致孔剂对叶片热解的促进作用随其浓度的增加而几乎不变，且过多的致孔剂会增加叶片回收成本。

在本发明的一些实施例中，所述溶剂为四氢呋喃、三氯甲烷、丙酮中的任一种。

在本发明的一些实施例中，所述浸泡温度为常温，浸泡时间为8～10h。

在本发明的一些实施例中，所述致孔剂为聚乙二醇、十八烷基乙烯基咪唑溴盐离子液体、羧甲基纤维素中的任一种。

发明人惊奇的发现，降低叶片结构中树脂与纤维之间的相互作用，同时防止致密炭层在纤维表面或纤维之间形成，是降低叶片热解温度的关键。而只有在挥发性强的极性溶剂和两亲性致孔剂中，即本发明公开的上述溶剂和致孔剂中，风电叶片才能得到有效的预处理，并显著降低热解温度，实现风电叶片回收能耗的降低和对回收纤维热损伤的降低。当采用常规的溶剂除丙酮以外的酮、醇、醚、砜、酰等时，风电叶片常温溶胀效果较差，甚至在有限时间内难以溶胀；当采用常规的致孔剂碳酸氢铵、聚苯乙烯、氯化锂等时，致孔剂很难渗透到树脂基体中，无法起到有效的疏松热解炭层的作用。

在本发明的一些实施例中，在所述溶液中浸泡的所述风电叶片为拆除金属构件后切割成块状的废旧风电叶片。

在本发明的一些实施例中，热解温度为390～410℃，热解时间为1～2h。发明人发现，当热解温度在390～410℃之间时，回收纤维品质最好；而当热解温度低于390℃时，短时间内树脂热解、氧化不完全，回收纤维纯度较低，如增加热解时间，回收纤维热损伤则增大；当热解温度高于410℃时，回收纤维热损伤严重。

在本发明的一些实施例中，热解气氛为氮气和空气的混合气体，总流量为10～20L/min，混合气体中氧气的体积含量为9～12％。发明人发现，当混合气体中氧气的体积含量在9～12％之间时，回收得到的纤维兼具较高的纯度和强度；当混合气体中氧气的体积含量小于9％时，有限时间内，回收纤维表面树脂残炭率较高，纤维纯度较低；当混合气体中氧气的体积含量大于12％时，热解过程中，易发生热解炭的燃烧并显著放热，导致回收纤维热损伤严重。

在本发明的一些实施例中，所述溶液加入反应釜中，所述浸泡后的风电叶片沥干采用自然沥干或烘干，热解反应在热解炉中进行。

为达到上述目的，本发明第二方面的实施例提出了如本发明实施例所述的基于低温热解的风电叶片回收方法在固体废物回收领域和纤维制备领域的应用，用除风电叶片以外的其他玻璃钢废弃物代替风电叶片。

本发明实施例的基于低温热解的风电叶片回收方法的应用与本发明实施例的基于低温热解的风电叶片回收方法的有益效果基本相同，在此不再赘述。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为实施例1回收得到的玻璃纤维(也即增强纤维)显微镜照片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例和对比例所涉及的原材料和设备，如无特殊说明，均为可通过商业途径获得的材料；本发明实施例和对比例所涉及的方法，如无特殊说明均为常规方法。

一、实施例和对比例

实施例1

将废旧风电叶片拆除金属构件后切割成块状(长×宽＝10cm×10cm)，放入带有聚乙二醇的四氢呋喃(500ml)溶液(溶液中聚乙二醇采用PEG-20000，其含量为5.2wt％)的反应釜中，在室温下浸泡10h后取出，自然沥干风电叶片表面溶液。接着将沥干后的风电叶片放入热解炉中，在连续的氮气-空气混合气氛(气体总流量为15L/min，混合气氛中氧气的体积含量为11％)、400℃条件下热解1.5h，即可得到纯净的增强纤维(图1)，实现叶片回收。

实施例2-8的基于低温热解的风电叶片回收方法与实施例1基本相同，不同之处在于：回收方法中所涉及的部分具体工艺参数不同。

实施例2-8的具体工艺参数如表1所示。

对比例1

本对比例的风电叶片回收方法与实施例1基本相同，不同之处在于：风电叶片不进行任何预处理，直接热解。

对比例2

本对比例的风电叶片回收方法与实施例2基本相同，不同之处在于：仅将风电叶片于溶剂四氢呋喃中浸泡处理(浸泡溶液不含致孔剂PEG)，浸泡后直接热解。

二、效果测试

1、回收纤维性能测试方法

(1)纤维纯度

采用Mettler Toledo型热解重量分析仪分析回收纤维中树脂的含量，其含量越低表明叶片中树脂热解越充分，纤维纯度越高。

(2)纤维强度保留率

利用LLY-06E型拉力试验机测定回收纤维的拉伸强度，其与原纤维强度的比值表示回收纤维的强度保留率，保留率越大说明热解过程对回收纤维的损伤越小。

2、测试结果

对实施例1-8和对比例1-2的回收方法所获得纤维的纤维纯度及其纤维强度保留率进行测试，测试结果见表1。

表1实施例和对比例的相关工艺参数及回收效果

从表1可以看出，用带有致孔剂的有机溶液预处理叶片可明显提高叶片的热解效果，即在相同热解温度和热解时间下，预处理后热解回收得到的纤维纯度更高，说明预处理可使叶片中的基体树脂充分热解。相反在对比例1～2中，由于未加致孔剂甚至未进行预处理，树脂热解不充分，附着在回收纤维表面，导致回收纤维强度纯度较低，此时纤维强度保留率表征的实则是“纤维及其残留树脂”混合物的强度。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种基于低温热解的风电叶片回收方法，其特征在于，包括：

将风电叶片在由溶剂和致孔剂组成的溶液中浸泡；

将浸泡后的风电叶片沥干后进行热解。

2.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述致孔剂在所述溶液中的含量为5-10wt％。

3.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述溶剂为四氢呋喃、三氯甲烷、丙酮中的任一种。

4.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述致孔剂为聚乙二醇、十八烷基乙烯基咪唑溴盐离子液体、羧甲基纤维素中的任一种。

5.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述风电叶片在所述溶液中的浸泡时间为8～10h，浸泡温度为常温。

6.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，在所述溶液中浸泡的所述风电叶片为拆除金属构件后切割成块状的废旧风电叶片。

7.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，热解温度为390～410℃，热解时间为1～2h。

8.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，热解气氛为氮气和空气的混合气体，且混合气体以10～20L/min的速度连续流动，混合气体中氧气的体积含量为9～12％。

9.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述溶液加入反应釜中，所述浸泡后的风电叶片沥干采用自然沥干或烘干，热解反应在热解炉中进行。

10.如权利要求1至9任意一项所述的基于低温热解的风电叶片回收方法在固体废物回收领域的应用，其特征在于，用除风电叶片以外的其他玻璃钢废弃物代替风电叶片。