作为焦炉原料的废塑料回收利用工艺的开发

日本钢铁联盟根据其志愿节能行动计划，提议到2010年在1990年的基础上节能10%。而且，它还提出通过利用废塑料作为冶金原料再节能1.5%。炼焦工艺被认为是最有希望的区域可以将废旧塑料热分解，因为该工艺包含在高温还原气氛中煤的碳化作用。为了评价不同废旧塑料用作焦焖原料碳化后的转换比例，进行了实验室试验和实际焦炉试验。结果，焦炭、煤气、焦油和轻油的生成比例分别为20%、40%和40%。研究发现在原煤中加入1%的废塑料不会对焦碳强度生产影响。作为焦炉原料的废塑料回收利用工艺于2000年在新日铁的名古屋厂和君津厂投入运行。

1、前言
　　在21世纪到来之时，人类面临着全球环境保护问题，促使工业部门积极主动地开展回收利用，以使我们的自然资源得到有效地利用。作为日本钢铁工业对全球环境问题考虑所采取的措施，日本钢铁联盟在其志愿节能行动计划中提议到2010年在1990年的基础上节能10%。而且，它还提出通过利用废塑料作为冶金原料再节能1.5%。回收利用废塑料的数量每年目标定为100万t。
　　炼焦工艺由于包含在高温还原气氛中煤的碳化作用，作为废塑料的回收利用方法被认为是合适的。通过试验，证实了化学再生利用工艺的生命力：利用焦炉中的碳化作用，将放心塑料和煤混合后产生的焦碳、焦油、轻油和煤气加以回收利用，并且不会影响焦炭质量。
　　本文描述了利用焦炉将废旧塑料转化为化学原料加以回收的工艺技术。

2、利用焦炉将废旧塑料转化为化学原料的研究
　　在焦炉内，装入焦炉炭化室的煤在1000℃左右的还原气氛里发生碳化，转化成焦炭、焦油、轻油和焦炉煤气（COG）等。在焦炉顶部上升管的出口处，用氨水冲洗炭化室内碳化生成的高温煤气，煤气很快冷却至80℃左右甚至更低。然后，煤气在初冷器内冷却至35℃左右，通过氨水焦油分离器将冷凝液分离为氨和焦油。
　　焦炉里的碳化条件适于回收利用废塑料是因为装入的塑料在高温还原气氛下很容易被分解。

3、试验，试验结果和讨论

3．1碳化产品产量评价
　　我们应用工业化焦炉进行了一项处理普通用途废塑料容器和包装物的试验（分析结果于表1和表2），这次试验结果表明，普通用途废塑料碳化后产生约20%的焦炭，40%的焦油和轻油，40%的煤气。

表1  废塑料最终分析和灰分

表2  废塑料成分组成（%）

3．2添加废塑料对焦碳质量的影响
　　在对普通用途废塑料进行体积压缩后，按照1%的比例加入煤中，这种情况下生产的焦炭强度我们能过在工业焦炉上所做的一个试验对其作了评价。依据转鼓指数（DI ）和CSR对焦炭强度进行了评价，转鼓指数显示的是室温下的焦炭强度，而CSR则是指高温反应后的焦炭强度。结果表明，如果按照1%的比例向煤中添加普通用途废塑料，焦炭强度指数与不添加废塑料时并无不同。
　　日本钢铁工业每年炼焦煤的消耗量大约为5000万t。如果向煤中加入1%的废塑料，废塑料消耗量将达50万t。按照日本钢铁联盟的志愿节能行动计划，通过利用废塑料另外节能50%，该方案可达到目标处理量的一半。
　　另一方面，当煤中大量加入塑料时（例如，超过2%），根据塑料的成分不同，焦炭强度可能会恶化。在不影响焦炭强度条件下对添加废塑料的上限需要做进一步的研究。

3．3利用焦炉废旧塑料回收工艺
　　下面我们介绍通过焦记将废塑料转化为化学原料方法的废塑料回收利用工艺流程。废塑料容器和包装物经预处理破碎、去处杂质和压缩成型后，与混煤混合，装入焦炉，在最高温度为1200℃无氧条件下进行分解，大约产生20%的焦炭，40%的焦油和轻油和40%的焦炉煤气（富氢煤气）。收集后用作化学原料。焦炭在高炉中用来还原铁矿石，焦油和轻油胳膊作制造塑料等的原料，焦炉煤气可作为清洁能源在发电厂使用等。
　　通过焦炉将废塑料转化为化学原料的废塑料回收利用方法作为一项化学回收利用技术已得到广泛认可，符合日本的《容器和包装物回收利用法》。新日铁于2000年应用该方法开始其废塑料回收利用行动。2000年首批两台设备采用此法在名古屋厂和君津厂投入运行。每台设备年处理能力为40000t。2002年又有两台采用该工艺的设备在室兰厂和八幡厂投入使用，年处理能力均为20000t。所有这些设备包括预处理设施和焦炉目前运行状态良好。

4、结论
　　（1）作为焦炉原料的废塑料回收利用工艺能够将普通用途废塑料转化为焦炭、焦油、轻油和煤气，作为化学原料重新利用。
　　（2）该方法作为化学回收利用技术已经得到认可，并且符合《容器和包装物回收利用法》。从2000年开始，应用该方法的设备已经在名古屋厂和君津厂投入商业化生产。包括废塑料预处理设施在内的设备和焦炉运行状态良好。
　　（3）下一步研究将集中在该设施作为确定的城市内部结构长期稳态作业会遇到的问题，并找出相应的解决方法。