利用催化氣化技術(shù)對廢棄聚氨酯進行資源化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用催化氣化技術(shù)對廢棄聚氨酯進行資源化的方法，屬固體廢棄物資源利用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]聚氨酯(PU)全名為聚氨基甲酸酯，是一類主鏈上帶有-NHCOO-重復(fù)單元的聚合物的總稱。因具有優(yōu)良的彈性、耐磨性、可發(fā)泡性、耐低溫性、耐溶劑性、耐生物老化等性能，這種高分子材料廣泛應(yīng)用于機電、船舶、航空、車輛、電器等工業(yè)領(lǐng)域；在日常生活領(lǐng)域中，聚氨酯被廣泛用來制造各種泡沫和塑料海綿，以達到保溫和減震的功能。在未來幾年，我國需要報廢和回收處理的電器的數(shù)量將大幅上升，廢舊聚氨酯泡沫便是電器廢棄物中拆卸獲得的一類固體垃圾。
[0003]對廢棄聚氨酯的傳統(tǒng)處理方法是填埋法和焚燒法，既消耗資源又污染環(huán)境。目前的回收利用技術(shù)主要分為物理回收法和化學回收法。物理回收法是利用粘結(jié)、熱壓、擠出成型等方法使聚氨酯廢棄物回收利用，也包括通過粉碎的方法將聚氨酯廢料粉碎成細片或粉末作為填料。該方法簡單易行，但回收得到的泡沫只適用于低檔產(chǎn)品?；瘜W回收法是指聚氨酯廢棄物在化學試劑、催化劑或熱能的作用下，降解成小分子有機化合物，從而實現(xiàn)原料的循環(huán)利用。化學回收法技術(shù)工藝相對復(fù)雜，發(fā)展也相對較晚，但發(fā)展速度很快。
[0004]催化氣化是指固體有機物在高溫和加入催化劑的條件下，與空氣中的氧氣或含氧物質(zhì)等氣化劑反應(yīng)，不完全氧化，生成可燃性氣體的過程。本發(fā)明可以達到廢棄聚氨酯減量化，無害化，資源化處理，企業(yè)通過建立本生產(chǎn)線可以節(jié)省體積較大的廢棄聚氨酯的運輸成本，而且得到的能源可以供企業(yè)自身利用，做到廢棄物就地處理并獲得能源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種利用催化氣化技術(shù)對廢棄聚氨酯進行資源化的方法，為聚氨酯廢棄物資源化開辟了一條新途徑。
[0006]本發(fā)明為一種利用催化氣化技術(shù)對廢棄聚氨酯進行資源化的方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟:
a.將聚氨酯廢棄物經(jīng)粉碎、除雜、篩分處理，得到粒徑為2.0 ~ 10.0mm的固體顆粒，以堿金屬，堿土金屬或過渡態(tài)金屬為催化劑；所述催化劑主要為:氫氧化鈉，碳酸鈉，氫氧化鈣，氧化鈣，氯化鐵，鐵中的任一種；兩者混合均勻，其中催化劑與聚氨酯顆粒的質(zhì)量配比為1:5 ~ 1:15;將上述兩者混合物填入固定床反應(yīng)裝置，關(guān)閉閥門保證裝置的氣密性；空氣為氣化劑時，通入氣化劑保持10 ~ 30分鐘，水蒸氣為氣化劑時，通入氬氣10-30分鐘，將固定床反應(yīng)裝置中氣體排凈，然后開始加熱(如氣化劑為水蒸汽，則變換為水蒸汽氣氛后開始加熱)，反應(yīng)溫度為800 ~ 1200 °C，載氣流速為100 ~ 400L/h ;待溫度達到預(yù)設(shè)溫度，持續(xù)反應(yīng)40 ~ 100 分鐘；
b.反應(yīng)過程中從反應(yīng)器出來的氣化產(chǎn)物經(jīng)過冷凝裝置收集焦油，未凝氣體用氣體收集裝置進行采樣收集；反應(yīng)完成后，先關(guān)閉電源，保持氣化劑繼續(xù)通入一定時間后，關(guān)閉氣化劑，等待裝置自然冷卻，收集固體殘渣；
C.氣體的分析用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)和氣相色譜分析儀進行分析；氣相色譜圖根據(jù)標樣，利用峰面積法計算出氣體產(chǎn)物中H2、CO、CnHm幾種可燃性氣體所占的體積分數(shù)，重復(fù)測三次，求平均值，可燃氣體總量為這些氣體體積分數(shù)之和。
[0007]本發(fā)明中在氣化過程中使用的催化劑，除上述的各化學物質(zhì)外，還可以為Ni，Mg，MgO，MgCO3中的任一種。
[0008]本發(fā)明方法的優(yōu)點是:廢舊聚氨酯在催化氣化的反應(yīng)過程中獲得了體積分數(shù)較高的可燃性氣體，可以經(jīng)過分離獲得氣體燃料，液體焦油可以作為液體燃料使用。這樣既解決了固體垃圾的污染問題，保護了環(huán)境，又實現(xiàn)了廢物資源化。本發(fā)明方法為聚氨酯廢棄物的回收處理以及資源再利用開辟了一條新途徑。
【具體實施方式】
[0009]現(xiàn)將本發(fā)明的實施例具體敘述于后。
[0010]實施例1
本實施例中的工藝過程和步驟如下:
(I)取粒徑為3.0-5.0mm的廢棄聚氨酯固體顆粒和催化劑氫氧化鈉以質(zhì)量比14:1混合均勻，加入固定床反應(yīng)裝置，通入氣化劑——空氣，空氣流速為180L/h，反應(yīng)溫度為1000°C。待溫度達到預(yù)設(shè)溫度，持續(xù)反應(yīng)60分鐘，反應(yīng)同時收集氣體。反應(yīng)完成后，先關(guān)閉電源，過10分鐘后關(guān)閉空氣，等待裝置自然冷卻，收集焦油和固體殘渣。對產(chǎn)物分別進行分析，計算得出在此條件下氣體產(chǎn)率達到68.5%，其中可燃性氣體體積分數(shù)可達到51.8%。焦油產(chǎn)率可達25.2%。
[0011]實施例2
本實施例中的步驟與上述實施例1基本相同。工藝條件不同之處為:以碳酸鈉為催化劑，原料和催化劑的質(zhì)量比為10:1，載氣流速為240L/h，反應(yīng)溫度為900°C，最終氣體產(chǎn)率為62.1%，可燃性氣體體積分數(shù)達到49.1 %，焦油產(chǎn)率為27.6%。
[0012]實施例3
本實施例中的工藝過程和步驟與上述實施例1基本相同。不同之處為:以氧化鈣為催化劑，原料與催化劑質(zhì)量比為8:1，載氣流速為360L/h，氣化時間為40分鐘。最終氣體產(chǎn)率為58.4%,可燃性氣體體積分數(shù)達到40.6%，焦油收率為30.5%。
[0013]實施例4
本實施例中的工藝過程和步驟與上述實施例1基本相同。不同之處為:以氫氧化鈣為催化劑，廢棄聚氨酯顆粒直徑為5-10mm。最終氣體產(chǎn)率為59.7%，可燃性氣體體積分數(shù)達到43.6%，焦油收率為30.5%ο
[0014]實施例5
本實施例中的工藝過程和步驟與上述實施例1基本相同。不同之處為:以鐵為催化劑，氣化劑采用水蒸氣，氣化劑流速為120L/h，氣化時間為90分鐘。最終氣體產(chǎn)率為69.7%,可燃性氣體體積分數(shù)達到48.6%，焦油收率為22.5%。
[0015]實施例6 本實施例中的工藝過程和步驟與上述實施例1基本相同。不同之處為:以FeCl3為催化劑，催化劑與聚氨酯質(zhì)量比為1:10，水蒸氣為氣化劑。最終氣體產(chǎn)率為59.2%，可燃性氣體體積分數(shù)達到35.6%，焦油收率為25.7%。
【主權(quán)項】
1.一種利用催化氣化技術(shù)對廢棄聚氨酯進行資源化的方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟: a.將聚氨酯廢棄物經(jīng)粉碎、除雜、篩分處理，得到粒徑為2.0 - 10.0mm的固體顆粒，和催化劑混合均勻，其中催化劑與聚氨酯顆粒的質(zhì)量配比為1:5 ~ 1:15;所述的催化劑主要為:氫氧化鈉，碳酸鈉，氫氧化鈣，氧化鈣，氯化鐵，鐵中的任一種；將上述兩者混合物填入固定床反應(yīng)裝置，關(guān)閉閥門保證裝置的氣密性；空氣為氣化劑時，通入氣化劑保持10~ 30分鐘，水蒸氣為氣化劑時，通入氬氣10-30分鐘，將固定床反應(yīng)裝置中空氣排凈，然后開始加熱(如氣化劑為水蒸汽，則變換為水蒸汽氣氛后開始加熱)，設(shè)定氣化溫度為800 ~1200°C，氣化劑流速為100 ~ 400L/h ;待溫度達到預(yù)設(shè)溫度，持續(xù)氣化40 ~ 100分鐘； b.反應(yīng)過程中，從反應(yīng)器出來的氣化產(chǎn)物進入冷凝裝置，獲得液體產(chǎn)品和未凝氣體產(chǎn)品，待反應(yīng)結(jié)束，設(shè)備冷卻收收集所有固體產(chǎn)品； c.將所得氣體進行儀器分析，定量獲得可燃氣組成。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所用的廢棄聚氨酯原料為廢棄的硬質(zhì)聚氨酯泡沫。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:氣化過程使用的催化劑，還可以為:Ni，Mg, MgO, MnO2, MgCO3 中的任一種。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用催化氣化技術(shù)對廢棄聚氨酯進行資源化的方法，屬固體廢棄物資源利用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以廢棄聚氨酯為原料，在固定床反應(yīng)裝置中以堿金屬，堿土金屬或過渡態(tài)金屬及其氧化物和鹽為催化劑，在溫度800~1200℃，空氣或水蒸氣為氣化劑下促使廢棄聚氨酯發(fā)生氣化反應(yīng)，最終制得熱值較高的氣體燃料和液體燃料。本發(fā)明可以達到廢棄聚氨酯減量化，無害化，資源化處理，企業(yè)通過建立本生產(chǎn)線可以節(jié)省體積較大的廢棄聚氨酯的運輸成本，而且得到的能源可以供企業(yè)自身利用，做到廢棄物就地處理并獲得能源。本發(fā)明方法為聚氨酯廢棄物資源化開辟了一條新途徑。
【IPC分類】C10J3-16, B09B3-00
【公開號】CN104774649
【申請?zhí)枴緾N201510144920
【發(fā)明人】郭曉亞, 張偉, 李守光, 王立新
【申請人】上海大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月31日