CN115672948A - 一种低碳的风电叶片回收系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低碳的风电叶片回收系统及方法，其中低碳的风电叶片回收方法，包括：在热解气氛下，将废旧风电叶片拆除金属构件后进行热解，得到玻璃纤维；将所述热解尾气与所述热解气氛换热，得到换热后的热解尾气；将所述换热后的热解尾气与氢气在催化剂的作用下进行反应，所述换热后的热解尾气中的二氧化碳转化为甲烷。本发明所述低碳的风电叶片回收方法，可获得较纯净的玻璃纤维，同时将热解尾气与热解气氛换热，并将热解尾气中的二氧化碳在有氢气和催化剂参与的条件下转化为甲烷，既实现了余热回收，降低了叶片回收的能耗，又减少了废旧叶片回收过程的碳排放，提高了叶片资源化再利用价值。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物处理技术领域，尤其涉及一种低碳的风电叶片回收系统及方法。
背景技术
废旧风电叶片是新能源发展过程中出现的一种高附加值的工业固废。目前，废旧叶片的处理方式主要是填埋，但随着环保政策的日趋严格，该方式将被禁止。热解是一种新型的树脂基复合材料回收方法，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二氧化碳等气体和少量热解碳而回收附加值较高的增强纤维，实现资源化利用。风电叶片的主要材质为玻璃纤维增强的环氧树脂复合材料，因此，该法可用于风电叶片的回收，具有工艺简单、易规模化的特点，应用前景广阔。但热解尾气主要为二氧化碳，属于高碳排放技术，与当今控制碳排放的政策相违背，因此，开发低碳的热解技术对废旧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供一种低碳的风电叶片回收方法，将废旧风电叶片拆除金属构建后热解，获得较纯净的玻璃纤维，同时将热解尾气与热解气氛换热，并将热解尾气中的二氧化碳在有氢气和催化剂参与的条件下转化为甲烷，既实现了余热回收，降低了叶片回收的能耗，又减少了废旧叶片回收过程的碳排放，提高了叶片资源化再利用价值。
本发明的另一个目的在于提供一种低碳的风电叶片回收系统。
为达到上述目的，本发明的第一方面实施例提出一种低碳的风电叶片回收方法，包括在热解气氛下，将废旧风电叶片拆除金属构件后进行热解，得到玻璃纤维；
将所述热解尾气与所述热解气氛换热，得到换热后的热解尾气；
将所述换热后的热解尾气与氢气在催化剂的作用下进行反应，所述换热后的热解尾气中的二氧化碳转化为甲烷。
在本发明的一些实施例中，所述热解气氛为氮气和氧气组成的混合气体，其中氧气的体积含量在4-6％之间。
在本发明的一些实施例中，所述热解在热解炉中进行；所述热解气氛连续通过热解炉，且流量为10-20L/min；进入热解炉的热解气氛的温度为730-760℃。
在本发明的一些实施例中，所述热解温度为850-900℃，热解时间为2-3h。
在本发明的一些实施例中，所述换热后的热解尾气的温度为150-170℃；
所述换热后的热解尾气与氢气的反应温度为150-170℃。
在本发明的一些实施例中，所述氢气与所述换热后的热解尾气中的二氧化碳的摩尔比在4:1-9:2之间。
在本发明的一些实施例中，所述催化剂为钌改性二氧化钛粉末，其中钌的质量分数为0.8-1％。
在本发明的一些实施例中，所述钌改性二氧化钛粉末的制备方法为：将纳米二氧化钛粉体浸渍在理论量的可溶性钌盐溶液中，随后于80-120℃干燥6-10h，再于400-600℃煅烧6-10h。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出一种低碳的风电叶片回收系统，包括热解炉，所述热解炉具有废旧风电叶片入口、尾气出口和热解气氛入口；
换热器，所述换热器热侧入口连通所述尾气出口，所述换热冷侧入口连通所述热解气氛源的出口，所述换热器冷侧出口连通所述热解气氛入口；
反应器，所述反应器具有第一入口和第二入口，所述第一入口连通所述换热器热侧出口，所述第二入口连通所述氢气源。
在本发明的一些实施例中，所述反应器为填料塔；所述换热器为管式换热器或板式换热器。
本发明实施例的低碳的风电叶片回收方法，具有如下有益效果：
(1)在叶片回收工艺中将热解尾气与氢气在催化剂的作用下进行反应，可将尾气中二氧化碳转化为甲烷，回收用作燃料，既减少了废旧叶片回收过程的碳排放，又提高了叶片资源化再利用价值。
(2)在叶片回收工艺中将尾气的部分热量回收用于加热热解气氛，实现余热利用，降低了叶片的回收能耗。
(3)选用钌改性二氧化钛粉末作为催化剂，可实现二氧化碳高效转化，且转化过程利用尾气余热，不需额外加热，转化能耗低，所用设备均为传统工业设备，易工程化。
本发明实施例的低碳的风电叶片回收系统的有益效果与本发明实施例的低碳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为根据本发明一个实施例的低碳的风电叶片回收方法的流程图(也为根据本发明一个实施例的低碳的风电叶片回收系统的简单结构示意图)
附图标记：
1-热解炉；2-换热器；3-反应器。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例中的原料和设备，如无特殊说明，均可通过商业途径获得或者通过公知方法制备或加工。
下面参考附图描述本发明实施例的低碳的风电叶片回收方法和低碳的风电叶片回收系统。
图1为根据本发明一个实施例的低碳的风电叶片回收方法的流程图。
如图1所示，本发明实施例的低碳的风电叶片回收方法，包括
在热解气氛下，将废旧风电叶片拆除金属构件后进行热解，得到较为纯净的玻璃纤维；
将热解尾气与热解气氛换热，得到换热后的热解尾气；
将换热后的热解尾气与氢气在催化剂的作用下进行反应，换热后的热解尾气中的二氧化碳转化为甲烷。
本发明实施例的低碳的风电叶片回收方法，将废旧风电叶片拆除金属构建后热解，获得较纯净的玻璃纤维，同时将热解尾气与热解气氛换热，并将热解尾气中的二氧化碳在有氢气和催化剂参与的条件下转化为甲烷，既实现了余热回收，降低了叶片回收的能耗，又减少了废旧叶片回收过程的碳排放，提高了叶片资源化再利用价值。
需要说明的是，在实际运行中，热解气氛为室温下的热解气氛，其需先与热解尾气进行热交换，预热后再参与废旧叶片的热解。
作为一个可能的示例，热解在热解炉中进行；进入热解炉的热解气氛的温度为730-760℃，热解气氛连续通过热解炉。需要说明的是，热解气氛总流量与处理叶片的尺寸相关，比如处理长×宽＝10cm×10cm的样品，热解气氛总流量在10-20L/min，优选为15L/min。
在一些实施例中，热解气氛为氮气和氧气组成的混合气体，其中氧气的体积含量在4-6％之间，优选5％。之所以选择氮气和氧气组成的混合气体作为热解气氛，是为了保证叶片高效充分热解，若将氧气的体积含量控制低于4％，则叶片主要发生碳化，生成热解碳与增强纤维的混合物；高于6％，则热解过于剧烈，甚至发生燃烧，导致回收纤维的热损伤大。
在一些实施例中，热解温度为850-900℃，优选875℃；热解时间为2-3h，优选2.5h。
在一些实施例中，换热后的热解尾气的温度为150-170℃，优选160℃；换热后的热解尾气与氢气的反应温度为150-170℃，优选160℃。需要说明的是，本发明中热解尾气和氢气是接触反应，反应时间非常短，一般2-3s。
在一些实施例中，氢气与换热后的热解尾气中的二氧化碳的摩尔比在4:1-9:2之间，优选13:3。
在一些实施例中，催化剂为钌改性二氧化钛粉末，其中钌的质量分数为0.8-1％，优选0.9％。
在一些实施例中，钌改性二氧化钛粉末的制备方法为：将纳米二氧化钛粉体浸渍在理论量的可溶性钌盐溶液中，随后于80-120℃干燥6-10h，再于400-600℃煅烧6-10h。需要说明的是，这里可溶性钌盐是前驱体，可以选择氯化钌、硝酸钌、醋酸钌等。
在一些实施例中，为了提高热解效率，将废旧风电叶片拆除金属构件后切割成块状后再进行热解，比如切割成长×宽＝10cm×10cm的块状。
本发明实施例的低碳的风电叶片回收方法的实现系统不限，作为一种可能的示例，如图1所示，该低碳的风电叶片的回收系统包括热解炉1、换热器2和反应器3；热解炉1具有废旧风电叶片入口、尾气出口和热解气氛入口；换热器热侧入口连通尾气出口，换热冷侧入口连通热解气氛源的出口，换热器冷侧出口连通热解气氛入口，反应器3具有第一入口和第二入口，第一入口连通换热器热侧出口，第二入口连通氢气源。
在一些实施例中，反应器3为填料塔，可以以上述催化剂作为填料。
在一些实施例中，换热器2可以采用管式换热器，例如管壳式换热器(比如固定管板式换热器等)、套管式换热器和翅片管式换热器等。
在一些实施例中，换热器热侧入口通过第一管线连通尾气出口，换热冷侧入口通过第二管线连通热解气氛源的出口，换热器冷侧出口通过第三管线连通热解气氛入口，反应器3具有第一入口和第二入口，第一入口通过第四管线连通换热器热侧出口，第二入口通过第五管线连通氢气源。可选的，可以根据需要在各管线上安装阀门，控制物料的流通。
本发明实施例的低碳的风电叶片回收系统的工作过程为：
经换热器2余热的热解气氛和拆除金属构件的废旧风电叶片进入热解炉1，废旧风电叶片热解后产生的热解尾气与室温条件下的热解尾气换热，对热解尾气预热，降温后的热解尾气进入反应器3，热解尾气中的二氧化碳在催化剂的作用下与氢气反应生成甲烷。
下面结合具体的实施例说明本发明实施例低碳的风电叶片回收系统及方法。
一、实施例
实施例1
如图1所示，本实施例的低碳的风电叶片回收系统，包括热解炉1、换热器2和反应器3；热解炉1具有废旧风电叶片入口、尾气出口和热解气氛入口；换热器热侧入口通过第一管线连通尾气出口，换热冷侧入口通过第二管线连通热解气氛源的出口，换热器冷侧出口通过第三管线连通热解气氛入口，反应器3具有第一入口和第二入口，第一入口通过第四管线连通换热器热侧出口，第二入口通过第五管线连通氢气源。
反应器为填料塔，其填料为钌改性二氧化钛粉末，其中钌质量分数为0.9％。该钌改性二氧化钛粉末的制备方法为：将10g纳米二氧化钛粉体浸渍在含有0.188g氯化钌的氯化钌水溶液中，随后于100℃干燥8h，再于500℃煅烧8h。
换热器为套管式换热器，第一管线、第二管线、第三管线、第四管线和第五管线上均安装有电磁阀。
采用本实施例的低碳的风电叶片回收系统对低碳的风电叶片进行回收的方法如下：
以氮气和氧气组成的混合气体为热解气氛，其中氧气的体积含量为5％。将热解气氛预热至740℃，并以15L/min的气流量自热解气氛入口引入热解炉并使其连续通过热解炉。将废旧风电叶片拆除金属构件后切割成块状(长×宽＝10cm×10cm)，自废旧风电叶片入口放入具有热解气氛的热解炉中，于875℃热解2.5h，得到较为纯净的玻璃纤维。热解尾气进入换热器，与处于室温条件的热解气氛进行热交换，降温后的热解尾气(160℃)进入反应器与氢气以摩尔比13:3混合，在催化剂(上述填料钌改性二氧化钛粉末)的作用下于160℃反应2-3s，将热解尾气中的二氧化碳转化为甲烷，回收用作燃料。与热解尾气换热后的热解气氛再进入热解炉。
实施例2-5与实施例1基本相同，不同之处在于部分工艺参数不同。
实施例2-5的相关工艺参数如表1所示。
表1实施例2-5的相关工艺参数
二、效果测试
1、玻璃纤维性能测试方法
(1)纤维纯度
采用Mettler Toledo型热解重量分析仪分析热解后获得的玻璃纤维中树脂的含量，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型拉力试验机测定热解后获得的玻璃纤维的拉伸强度，其与原纤维强度的比值表示热解后获得的玻璃纤维的强度保留率，保留率越大说明热解过程对玻璃纤维的损伤越小。
2、热解尾气中二氧化碳浓度测试方法
采用二氧化碳气体传感器检测热解尾气中二氧化碳含量、热解尾气与氢气反应之后所获得混合气体中的二氧化碳的含量。
3、测试结果
对实施例1-5的回收方法所获得的玻璃纤维的纤维纯度、纤维强度保留率及热解尾气中的二氧化碳浓度、热解尾气与氢气反应之后所获得的混合气体中的二氧化碳浓度进行检测，测试结果见表2。
表2实施例1-5的回收效果
| 项目 | 纤维纯度/％ | 纤维强度保留率/％ | 二氧化碳去除率/％ |
| 实施例1 | 98.1 | 88 | 94 |
| 实施例2 | 95 | 90 | 85 |
| 实施例3 | 97.5 | 84 | 99 |
| 实施例4 | 96 | 87 | 86 |
| 实施例5 | 97 | 86 | 96 |
从表2可以看出，采用本发明的催化剂可以提高二氧化碳的转化率，降低回收过程中二氧化碳的排放量；同时，本发明将热解尾气与待进入热解炉的热解气氛换热，能耗大幅降低，且热解获得的纤维品质较高。
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 (10)
1.一种低碳的风电叶片回收方法，其特征在于，包括
在热解气氛下，将废旧风电叶片拆除金属构件后进行热解，得到玻璃纤维；
将所述热解尾气与所述热解气氛换热，得到换热后的热解尾气；
将所述换热后的热解尾气与氢气在催化剂的作用下进行反应，所述换热后的热解尾气中的二氧化碳转化为甲烷。
2.根据权利要求1所述的低碳的风电叶片回收方法，其特征在于，所述热解气氛为氮气和氧气组成的混合气体，其中氧气的体积含量在4-6％之间。
3.根据权利要求1所述的低碳的风电叶片回收方法，其特征在于，
所述热解在热解炉中进行；
所述热解气氛连续通过热解炉，且流量为10-20L/min；
进入热解炉的热解气氛的温度为730-760℃。
4.根据权利要求1所述的低碳的风电叶片回收方法，其特征在于，所述热解温度为850-900℃，热解时间为2-3h。
5.根据权利要求1所述的低碳的风电叶片回收方法，其特征在于，
所述换热后的热解尾气的温度为150-170℃；
所述换热后的热解尾气与氢气的反应温度为150-170℃。
6.根据权利要求1所述的低碳的风电叶片回收方法，其特征在于，所述氢气与所述换热后的热解尾气中的二氧化碳的摩尔比在4:1-9:2之间。
7.根据权利要求1所述的低碳的风电叶片回收方法，其特征在于，所述催化剂为钌改性二氧化钛粉末，其中钌的质量分数为0.8-1％。
8.根据权利要求7所述的低碳的风电叶片回收方法，其特征在于，所述钌改性二氧化钛粉末的制备方法为：将纳米二氧化钛粉体浸渍在可溶性钌盐溶液中，随后于80-120℃干燥6-10h，再于400-600℃煅烧6-10h。
9.一种低碳的风电叶片回收系统，其特征在于，包括
热解炉，所述热解炉具有废旧风电叶片入口、尾气出口和热解气氛入口；
换热器，所述换热器热侧入口连通所述尾气出口，所述换热冷侧入口连通所述热解气氛源的出口，所述换热器冷侧出口连通所述热解气氛入口；
反应器，所述反应器具有第一入口和第二入口，所述第一入口连通所述换热器热侧出口，所述第二入口连通所述氢气源。
10.根据权利要求9所述的低碳的风电叶片回收系统，其特征在于，所述反应器为填料塔；所述换热器为管式换热器或板式换热器。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113592524A (zh) * | 2021-06-04 | 2021-11-02 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 基于微观机组参数的碳市场基本供需确定方法及系统 |
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2022
- 2022-10-24 CN CN202211299751.9A patent/CN115672948A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113592524A (zh) * | 2021-06-04 | 2021-11-02 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 基于微观机组参数的碳市场基本供需确定方法及系统 |
| CN113592524B (zh) * | 2021-06-04 | 2024-03-22 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 基于微观机组参数的碳市场基本供需确定方法及系统 |
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