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毕业设计题目：回转式反应器内单一塑料的热解特性研究姓名：学号：学院:班级：指导老师：目录•研究意义和研究目的•主要研究内容•单一塑料热解试验•各工况下回转窑内升温特性•各工况下热解产物产率特性•热解油组分分析•热解气成分分析•热解残炭物的工业分析•主要结论•致谢研究意义和研究目的研究意义：热解是指在无氧或缺氧条件下利用热能使有机成分发生化合键断裂、异构化和小分子聚合等反应。与传统的处理法（如填埋、焚烧）相比，热解处理具有以下特点：资源回收率高将废塑料还原成油气制品，如聚合单体、柴油、汽油和燃料气、蜡等产品污染物排放量少有利于减轻对大气的的二次污染节省烟气净化设施费用技术要求高、操作条件严格工艺设备复杂成本高研究目的：回转窑各操作条件如转速、温度、升温速率等都对热解过程和结果有较大影响，且不同结果之间的影响是有关联的，不可孤立看待。因此有必要深入研究回转窑内废塑料典型组分的热解特性，并探讨某些操作条件对其影响，为废塑料热解工艺的设计提供参考数据。主要研究内容聚乙烯PE、聚丙烯PP、回转窑在自行搭建的小型外热式回转窑热解实验台上，以废塑料典型组分为样品，进行了不同工况下的热解实验：塑料在回转窑（转速r=4r/min）和固定床反应器（转速r=0r/min）中的热解实验，选取的升温速率有3.8℃/min、11.2℃/min、19.7℃/min、31.9℃/min和38.1℃/min；在回转窑中，选定1r/min、2r/min、4r/min和8r/min这四种转速（升温速率恒定为19.7℃/min）。绘制了上述工况下反应器的升温特性曲线。研究了不同工况下热解产物的产率，采用热天平模拟蒸馏实验，对热解油的蒸发特性进行了分析，得到热解油中质、轻质及重质组分的分布；采用色谱分析仪分析了热解气成分；利用马弗炉对热解残炭进行工业分析；对比不同升温速率及转速条件下，各相产物的产率及特性，对实验结果进行讨论分析。单一塑料热解实验一、实验装置物料准备实验装置外热式回转窑、加热前对整个系统（回转窑筒体和冷凝系统）进行氮气吹扫约10min、试验工况实验分三组、实验工况如下表第一组第二组第三组工况12345678910111213转速r/min041248升温速率℃/min3.811.819.731.938.111.219.731.938.119.7物料PE，PP温度550℃二、实验方法各工况下回转窑内升温特性•回转窑与固定床反应器内热解升温特性相比：r=0r/min时PE热解r=4r/min时PE热解回转运动使得窑壁从高温烟气吸收的热量又间接传递给了料床，是一种类似于“贮存-释放”机理的蓄热式传热过程。右图给出了不同转速下，PE热解时回转窑的升温特性曲线。图中可见，转速越快，窑壁的热量传递频率越大。有益于使物料的吸热更充分。r=1r/minr=8r/minr=4r/minr=2r/min各工况下热解产物产率特性r=0r/min时PE热解r=0r/min时PP热解从此可见，固定床反应器中，升温速率的增大有利于提高塑料热解气的产率，不利于提高热解油的产率，对热解残炭的产率影响不大。r=4r/min时PE热解r=4r/min时PP热解回转窑内，在一定的转速下升温速率的增加有利于提高塑料热解气的产率，不利于提高热解油的产率，对热解残炭的影响并不大。因此，从提高热解油产率的角度来看，回转窑的转速不宜过高，也不能太低，最适宜的转速应为4r/min。PE热解PP热解在较低的转速范围内(1r/min-2r/min)，PE和PP的热解油产率聚降，反之热解气产率聚升，降、增幅达10%以上；转速继续增到4r/min时，热解油和热解气产率回到原来的水平，此后继续增大转速使两种塑料的热解油产率下降，热解气产率增加。热解油组分分析传统实验室蒸馏法，轻质组分—180℃以前的挥发份中质组分—180-350℃之间的挥发份重质组分—剩余的残留物统计出各工况下收集到的热解油各组分含量，以及讨论不同实验工况对其影响•虽然热重法与传统的实验室蒸馏法相比偏差较大，但用于对热解油蒸发性的定性评价，仍具有实际意义。随着升温速率的增大，轻质组分含量呈减少趋势；中质组分含量增加至一定程度后趋于稳定；重质组分含量随升温速率的增大而增加，质量分数由3.8℃/min时的接近0%增加至31.9℃/min时的20%左右。因此、较低的升温速率有利于两种塑料热解油的轻质化。r=0r/min时PE热解油r=0r/min时PP热解油图为转速r=0r/min时，升温速率对PE和PP热解油各组分分布的影响。图为转速r=4r/min时，升温速率对PE和PP热解油各组分分布的影响。r=4r/min时PE热解油r=4r/min时PP热解油回转窑内随着升温速率的增大，热解油轻质组分和中质组分含量呈减少趋势；重质组分含量随升温速率的增大而增加，虽然较低的升温速率也有利于两种塑料热解油的轻质化，但在相同升温速率下回转窑内热解油的轻、中质组分含量低与固定床反应器内热解油的轻、中质组分含量。而重质组分相对高。PP热解油PE热解油由图可知，在一定转速范围内增加转速有利于热解油的轻质化。超过此临界转速后，随转速的增加重质组分含量便会增加。对PE来说，此临界转速为2r/min,而对PP来说此临界转速为4r/min.热解气成分分析升温速率对PE热解气成分的影响低碳气体高碳气体转速对PE热解气成分的影响随着转速的增大PE热解气中的低碳气体的含量先降后升，而高碳气体含量呈先升后降的趋势，中间的临界转速为4r/min,此时的高碳气体含量最高，低碳气体含量最低。低碳气体高碳气体升温速率对PP热解气成分的影响低碳气体高碳气体结合图表可知，各成分中C3H6的含量最高，占气体总体积分数的50%，这是由于PP是-C3H6-的高聚物，而实际热解反应过程中除了无规断链还伴随着解聚反应，因此生成较多单体。转速对PP热解气成分的影响综合以上，PP热解气中C3H6的含量占一半左右，气体组分含量比较稳定，受升温速率及转速的影响较小。低碳气体低碳气体不同转速下得到的PP热解气中H2、CO和CO2含量与不同升温速率下的含量相差不大。而转速对热解气中不同烃类成分的影响不同，有升有降，但总体来讲，波动范围并不大。表为各工况下热解残炭的工业分析，由表中数据可知，PE和PP残炭中均以灰分含量为最多，而且PE的灰分含量大于PP的灰分含量,挥发分含量PP大于PE，固定碳含量为PP大于PE。升温速率及转速对PP残炭的成分影响较大一些，但对PE的残炭成分影响较小，其成分比较稳定。样品转速r/min升温速率℃/min灰分wt%挥发分wt%固定碳wt%PE03.811.219.731.938.192.2693.6991.6894.2393.203.413.093.242.512.454.333.225.083.264.35PP3.811.219.731.938.139.0244.646.2247.6140.1833.0336.4939.7834.8128.4927.9518.9114.0017.5831.33PE411.219.731.938.190.2190.8591.0990.505.803.874.924.823.995.283.994.68PP11.219.731.938.147.3146.0149.2845.2135.3433.2130.9538.0317.3520.7819.7716.76PE124819.792.6289.8690.8590.713.355.013.873.454.035.135.285.84PP124849.1246.0446.0145.4033.3029.4633.2125.9817.5824.5020.7828.62热解残炭物的工业分析主要结论(1)在本实验的升温速率及转速范围内，可以看出提高升温速率不利于产油率的提高，有利于产气率的提高，两者此消彼长。（2）转速对各相产率的影响并不恒定：在较低转速下，提高转速使PP、PE热解油产率大幅下降；转速继续增大时，热解油产率提高，当转速超过一定值（本实验为4r/min）后，继续提高转速导致热解油产率下降。因此从提高产油率角度来讲，转速不宜过高，亦不能太低，本实验以4r/min为适宜。(3)在固定床和回转窑内，较低的升温速率最有利于PE和PP油品的轻质化。但在同一升温速率下，回转窑中所得PE和PP热解油的轻质组分和中质组分含量整体上均低于固定床内所得热解油组分含量，而重质组分含量则整体上高于固定床；在本实验的回转窑运行转速范围（1r/min-8r/min）内，当转速较小时，提高转速有利于热解油的轻质化，但当转速超过某个值时，转速越快反而越不利于热解油的轻质化，对于PE来说这个临界转速为2r/min，而对于PP来说为4r/min。(4)升温速率对PE热解气低碳成分和高碳成分的比例有明显的影响，在临界升温速率（19.7℃/min）下，低碳气体成分的含量最低，高碳气体成分的含量最高，转速对PE热解气中低碳成分和高碳成分的比例也有明显的影响，在临界转速（4r/min）下，低碳气体成分的含量最低，高碳气体成分的含量最高；PP热解气中C3H6的含量占一半左右，气体组分含量比较稳定，受升温速率及转速的影响较小。致谢感谢我的导师马晓波老师！感谢在坐的每一位评审老师！Theendthanks！