一种新型的海洋塑料垃圾回收处理平台的设计

来源:用户上传      作者:赵尚飞 李越 李玲 甘晚妮 余博洋 汪洁

　　摘 要：项目提出设计一种塑料垃圾回收处理半潜式海洋平台。主要由两部分构成：一是通过压缩机和粉碎机将打捞船等工具打捞的海上塑料垃圾进行粉碎处理，二是通过反应釜内裂解提炼石蜡的化学反应生成石蜡。该设计将海上主要垃圾转变为可利用的石蜡，对于实现资源的再生具有一定的推广意义。
　　关键词：海洋平台;海洋垃圾;石蜡
　　中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）33-0110-03
　　Abstract： This project proposes to design a marine plastic waste recycling and processing platform， which is a semi-submersible marine platform. It is mainly composed of two parts： firstly， the plastic waste collected by salvage boats and other tools is crushed by a compressor and a pulverizer， and then the paraffin is generated by the chemical reaction of the pyrolysis in the reactor to refine the paraffin. In this way， the main marine garbage is converted into usable paraffin， which has a certain promotion significance for realizing the regeneration of resources.
　　Keywords： offshore platform; marine debris; paraffin wax
　　1 研究背景
　　党的十九大报告指出：“坚持陆海统筹，加快建设海洋强国。”随着国家战略的提出，我国进一步加强了对海洋生态环境的保护和海洋资源的可持续开发利用。据《中国海洋生态环境状况公报》数据，海面漂浮垃圾中大块和特大块漂浮垃圾平均个数为20个/km2，中块和小块漂浮垃圾平均个数为2 845个/km2。此外，塑料类垃圾数量最多，占87%，其次为木制品类，占7%。塑料类垃圾主要为聚苯乙烯泡沫、塑料袋和塑料瓶等。海洋塑料垃圾污染是备受关注的全球性新兴海洋环境问题，形势严峻，亟待解决[1]。
　　本项目设计了一种处理高效、人工成本低的海洋塑料垃圾处理平台，可实现海洋塑料垃圾就地处理，有效减少远距离运输成本，同时将海洋塑料垃圾生成石蜡，进行回收利用。此平台的设计利用，提高了打捞船的工作效率，使其在有限的时间内打捞出更多垃圾;减少了传统垃圾处理方式带来的危害，实现废物循环利用。
　　2 设计原理
　　2.1 设计思路
　　平台设计主要由两部分构成：一是通过压缩机和粉碎机将所打捞的塑料垃圾粉碎处理;二是将经过前期处理的垃圾运往反应釜，在反应釜内高温裂解生成石蜡。此反应系统日处理量为10 t，主要反应物为废旧塑料。由于海洋表面塑料垃圾组分复杂且难以有效分离，致使反应投入原料含有多种不同塑料，根据不同废塑料组分，通过该设备制取石蜡的成品率为20%～60%，结渣率为30%～50%，产生部分气体经空气处理器处理后可无害排放。装置技术完善，安全环保，使用寿命长，节能，效率较高。
　　具体设计方案描述如下：
　　①打捞船在一定海域内将海洋表面漂浮的塑料垃圾打捞，滤干水分后运送至平台垃圾装载槽。
　　②传送带将槽内塑料垃圾运到粉碎机进行粉碎处理。
　　③粉碎后，烘干机将其烘干，运至反应釜。
　　④利用电磁或电阻加热将反应釜温度控制在450～500 ℃，并通入氮气控制釜内压强于100 kPa左右，进行废塑料裂解反应，生成各种液态、气态烃类物质[2]。
　　⑤通过冷凝设备将温度降至200 ℃以下，得到液体石蜡和其他的裂解气体等。
　　⑥废气经平台设置的净化装置处理后排到大气，废渣收集到槽内利用造粒机处理后包装。
　　2.2 结构设计
　　回收平台结构设计包括：垃圾装载、螺旋输送机、废渣造粒机、反应釜、挤塑机、圆筒烘干机、破碎机、热切造粒、真空泵、制氮充氮机、空气处理、石蜡储存，如图1所示。
　　2.2.1 海洋平台。平台主体结构为半潜式海洋平台，技术成熟可靠，造价适中，具有极强的抗风浪能力、优良的运动性能、巨大的甲板面积和装载容量、高效的作业效率，易于改造并具备多种工作功能，无须海上安装，全球全天候的工作能力和自存能力等优点[3]，在海洋塑料垃圾处理方面具有其他形式平台无法比拟的优势。
　　2.2.2 预处理模块。预处理模块包括垃圾装载模块、粉碎机、烘干机、挤塑机。垃圾需要由起重机吊装至槽内，然后再由底部的传送带送至破碎机，设置四个槽使得垃圾的转运更加高效。烘干机采用圆筒烘干机，其生产率高，操作方便。此外，挤塑C将破碎烘干后的塑料垃圾碎片压入反应釜内，连续进料，防止空气进入。
　　2.2.3 反应模块。反应模块包括反应釜、氮气设备。反应釜利用多种塑料树脂共裂解制蜡的原理，在真空、充入氮气至100 kPa状态下，使用电磁或电阻式加热的方法，将原料加热至完全熔融并控制在450～500 ℃，恒温保持0.5 ～10 h;停止加热，温度降至200 ℃以下得到石蜡产品[3]。
　　2.2.4 后期处理模块。后期处理模块包括废渣处理、冷凝设备、石蜡热切造粒、空气处理。打开反应釜排渣口，利用物理学螺旋传动，集中将裂解炉内的残渣排出;残渣下落到滑槽后集中下滑到底部进入收集槽中，经造粒后包装[4]。冷凝设备采用列管式冷凝器，其耐腐蚀性强，石蜡气体走壳程，冷凝液走管程。在冷凝液体出口处设置液体收集器，收集产品。造粒采用模面热切粒系统，当熔融状态聚合物从口模出观时即进行切粒，而在下游对粒料进行冷却。设置空气处理设备，将反应后的废气经处理后检测合格排放至大气。
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