一种从退役风机叶片中热解回收优质玻璃纤维的方法

技术领域

本发明属于资源回收技术领域，具体涉及一种从退役风机叶片中热解回收优质玻璃纤维的方法。

背景技术

全球能源危机和环境污染，促使人们大力开发利用可再生能源。风能作为清洁可再生能源之一，已经成为世界各国新能源发展的重要方向。然而，风电机组的寿命有限，早期风力发电机已经陆续退役。同时，随着技术的不断改进升级，一些老旧风机也被更先进的风电机组替代。此外，由于暴露于室外环境中，风力发电机在运行过程中，也无法完全避免事故的发生，每年都有部分风力发电机非正常退役。风电机退役后，机组的大多数部件基本可回收，但由热固性复合材料制成的性质稳定、结构复杂的叶片的回收处置依然面临着严峻挑战。

目前，针对热固性复合材料的回收技术主要包括机械处理、热解处理和化学溶液处理。其中，热解技术最具发展潜力，可快速实现大量废弃物的减量化和无害化处理。然而，风力发电机的风轮叶片经热解处理后产生的固体产物中除玻璃纤维外还含有大量残余热解炭，为了除去这些热解炭通常需要进行进一步的处理。中国专利CN114656985A和CN114653729A均公开通过风力分选分离退役风机叶片热解产生的热解炭、纤维和其他杂质。但热解炭往往包覆在再生纤维表面，很难通过此类机械筛分的方法将其与纤维完全分离。中国专利CN113278438A公开了将退役风机叶片的热解产物置于微波烧结炉中在含氧气氛下烧结除碳。虽然高温含氧环境下的氧化处理可以完全去除包覆在玻璃纤维表面的热解炭，但高温氧化也会导致玻璃纤维表面产生结构缺陷，玻璃纤维的机械性能，尤其是力学强度将严重下降，无法再用于制造结构性部件。原始玻璃纤维制造工艺成熟、性能优异，而再生玻璃纤维回收过程复杂、回收成本高、品质低劣，因此难以占据有利市场。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种从退役风机叶片中热解回收优质玻璃纤维的方法。

本发明的目的还在于提供一种上述方法获得的再生玻璃纤维。

第一方面，本发明提供了一种从退役风机叶片中热解回收优质玻璃纤维的方法，包括以下步骤：

(1)将退役风机叶片机械切割，适当缩小原料尺寸，得到叶片块材；

(2)将步骤(1)得到的叶片块材置于叶片回收反应器内进行热解和气化两个反应阶段：

热解阶段，叶片块材在氮气气氛和恒定高温下进行反应，热解的同时加入活化剂；

气化阶段，保持反应器温度不变，加入除炭剂以调整反应气氛；

(3)待反应结束，取出固体产物，得到含炭量低于0.5％且拉伸强度保留率在95％以上的优质再生玻璃纤维。

下面对各步骤进行详细说明。

切割后叶片块材的尺寸可以为30～100cm×20～50cm×10～20cm。

优选地，叶片回收反应器内的恒定高温为500～700℃，热解反应时间为30～40min。

优选地，热解阶段加入的活化剂为以磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢钙、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾中的一种为溶质制成的水溶液。

优选地，活化剂中溶质的浓度为4～6mol/L。

优选地，活化剂的用量与叶片块材的质量之比为1～2L/kg。

优选地，气化阶段加入的除炭剂为水蒸气、CO

优选地，除炭剂的用量与叶片块材的质量之比为2～3L/kg。

优选地，气化反应时间为5～15min。

优选地，步骤(2)反应过程中产生的高热值气体经净化、燃烧后，可以为叶片回收反应器供热。

本发明采用特殊的一类活化剂，在叶片热解过程中H

进一步地，本发明采用特殊的一类除炭剂，在气化阶段H

将反应后的固体产物从叶片回收反应器中取出，冷却后即可得到优质再生玻璃纤维。

再生玻璃纤维的含炭量＜0.5％，再生玻璃纤维拉伸强度保留率在95％以上。

第二方面，本发明提供了一种上述方法获得的再生玻璃纤维；

所述再生玻璃纤维的含炭量＜0.5％，再生玻璃纤维拉伸强度保留率在95％以上。

与已有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供了一种从退役风机叶片中热解回收优质玻璃纤维的方法，将热解技术与气化技术耦合联用，先通过无氧环境下的高温热解使风机叶片中的大部分高分子树脂材料充分裂解，并通过活化剂对玻璃纤维表面热解炭进行活化改性，使得热解炭的气化活性显著提升，利于气化阶段热解炭的脱除；进而在热解后的气化阶段，利用除炭剂的气化作用彻底除去惰性气氛下难以完全裂解脱除的剩余热解炭，最终回收清洁且性能保留良好的优质玻璃纤维。活化剂与除炭剂的加入可以有效实现退役风机叶片热解后纤维表面热解炭的高效活化与原位脱除，避免了因高温氧化除碳而导致玻璃纤维表面产生裂纹、凹坑等缺陷，纤维强度得到很好的保留。并且，热解产生的热解气燃烧后的高温烟气可以给叶片回收反应器供热，实现能量的自给自足。

2、本发明提出的方法简单易行、能耗低、成本低，而且回收的优质再生玻璃纤维可与新鲜的原始玻璃纤维相媲美，经大规模推广应用后有望在多个领域代替原始玻璃纤维，真正实现退役风机叶片的高效资源化回收利用。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的叶片回收反应器的结构示意图；

图2为图1中叶片回收反应器的剖面结构示意图。

数字标识：1-叶片回收反应器内腔室；2-叶片回收反应器外腔室；3-氮气、活化剂以及除炭剂进口通道；4-高热值产气出口通道；5-高温烟气进口通道；6-低温烟气出口通道。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面通过实施例对本发明作进一步说明。如无特别说明，实施例中的材料为根据现有方法制备而得，或直接从市场上购得。

以再生玻璃纤维的含炭量及拉伸强度保留率作为回收效果评价指标，计算公式为：

式(1)中：R为再生玻璃纤维的含炭量，％；m

式(2)中：X为再生纤维强度保留率，％；σ为再生玻璃纤维的拉伸强度，MPa；σ

实施例的热解和气化反应可以在叶片回收反应器中进行，叶片回收反应器的结构如图1、图2所示，但不限于此；具体过程为：首先，将退役风机叶片进行机械切割，得到退役风机叶片块材；然后，置于叶片回收反应器内腔室1，进行热解和气化两个反应阶段；如图1、图2所示：热解阶段，通过氮气、活化剂以及除炭剂进口通道3向叶片回收反应器内腔室1通入氮气和活化剂，并在高温下使叶片块材进行热解反应，热解后保持叶片回收反应器内腔室1温度不变，通过氮气、活化剂以及除炭剂进口通道3向叶片回收反应器内腔室1中继续通入一定量的除炭剂；反应过程中产生的高热值气体通过高热值产气出口通道4排出，经净化后通入气体燃烧器进行燃烧，所得高温烟气通过高温烟气进口通道5，再通入叶片回收反应器外腔室2，为叶片回收过程提供热量，换热后烟气通过低温烟气出口通道6排出；反应结束，取出叶片回收反应器内腔室1的剩余固体产物，得到表面清洁且力学性能良好的再生玻璃纤维。

实施例1

首先将退役风机叶片机械切割，适当缩小原料尺寸，得到叶片块材；然后将叶片块材置于叶片回收反应器内，在氮气气氛和500℃下进行热解阶段的反应，热解过程中通入4mol/L磷酸二氢钠溶液作为活化剂，其用量与叶片块材之比为2L/kg，热解反应时间为40min；热解后保持反应器内温度不变，调整反应气氛，通入水蒸气作为除炭剂，其用量与叶片块材之比为3L/kg，气化反应时间为5min；反应过程中产生的高热值气体经净化、燃烧后产生高温烟气，再通入叶片回收反应器，为回收过程提供热量；反应结束，取出反应器内剩余固体产物，得到表面清洁的再生玻璃纤维，含炭量为0.4％。经过纤维拉伸测试，本实施例回收所得优质玻璃纤维的拉伸强度为原始纤维的98.7％。

实施例2

首先将退役风机叶片机械切割，适当缩小原料尺寸，得到叶片块材；然后将叶片块材置于叶片回收反应器内，在氮气气氛和500℃下进行热解阶段的反应，热解过程中通入5mol/L磷酸二氢钾溶液作为活化剂，其用量与叶片块材之比为1L/kg，热解反应时间为40min；热解后保持反应器内温度不变，调整反应气氛，通入CO

实施例3

首先将退役风机叶片机械切割，适当缩小原料尺寸，得到叶片块材；然后将叶片块材置于叶片回收反应器内，在氮气气氛和500℃下进行热解阶段的反应，热解过程中通入6mol/L磷酸二氢钙溶液作为活化剂，其用量与叶片块材之比为1.5L/kg，热解反应时间为40min；热解后保持反应器内温度不变，调整反应气氛，通入水蒸气和CO

实施例4

首先将退役风机叶片机械切割，适当缩小原料尺寸，得到叶片块材；然后将叶片块材置于叶片回收反应器内，在氮气气氛和600℃下进行热解阶段的反应，热解过程中通入4mol/L磷酸二氢钠溶液作为活化剂，其用量与叶片块材之比为2L/kg，热解反应时间为35min；热解后保持反应器内温度不变，调整反应气氛，通入水蒸气作为除炭剂，其用量与叶片块材之比为2.5L/kg，气化反应时间为5min；反应过程中产生的高热值气体经净化、燃烧后产生高温烟气，再通入叶片回收反应器，为回收过程提供热量；反应结束，取出反应器内剩余固体产物，得到表面清洁的再生玻璃纤维，含炭量为0.2％。经过纤维拉伸测试，本实施例回收所得优质玻璃纤维的拉伸强度为原始纤维的97.6％。

实施例5

首先将退役风机叶片机械切割，适当缩小原料尺寸，得到叶片块材；然后将叶片块材置于叶片回收反应器内，在氮气气氛和600℃下进行热解阶段的反应，热解过程中通入5mol/L磷酸二氢钾溶液作为活化剂，其用量与叶片块材之比为1L/kg，热解反应时间为35min；热解后保持反应器内温度不变，调整反应气氛，通入CO

实施例6

首先将退役风机叶片机械切割，适当缩小原料尺寸，得到叶片块材；然后将叶片块材置于叶片回收反应器内，在氮气气氛和600℃下进行热解阶段的反应，热解过程中通入6mol/L磷酸二氢钙溶液作为活化剂，其用量与叶片块材之比为1.5L/kg，热解反应时间为35min；热解后保持反应器内温度不变，调整反应气氛，通入水蒸气和CO

实施例7

首先将退役风机叶片机械切割，适当缩小原料尺寸，得到叶片块材；然后将叶片块材置于叶片回收反应器内，在氮气气氛和700℃下进行热解阶段的反应，热解过程中通入4mol/L碳酸钠溶液作为活化剂，其用量与叶片块材之比为2L/kg，热解反应时间为30min；热解后保持反应器内温度不变，调整反应气氛，通入水蒸气作为除炭剂，其用量与叶片块材之比为2L/kg，气化反应时间为5min；反应过程中产生的高热值气体经净化、燃烧后产生高温烟气，再通入叶片回收反应器，为回收过程提供热量；反应结束，取出反应器内剩余固体产物，得到表面清洁的再生玻璃纤维，含炭量为0.2％。经过纤维拉伸测试，本实施例回收所得优质玻璃纤维的拉伸强度为原始纤维的97.3％。

实施例8

首先将退役风机叶片机械切割，适当缩小原料尺寸，得到叶片块材；然后将叶片块材置于叶片回收反应器内，在氮气气氛和700℃下进行热解阶段的反应，热解过程中通入5mol/L碳酸钾溶液作为活化剂，其用量与叶片块材之比为1L/kg，热解反应时间为30min；热解后保持反应器内温度不变，调整反应气氛，通入CO

实施例9

首先将退役风机叶片机械切割，适当缩小原料尺寸，得到叶片块材；然后将叶片块材置于叶片回收反应器内，在氮气气氛和700℃下进行热解阶段的反应，热解过程中通入6mol/L碳酸氢钾溶液作为活化剂，其用量与叶片块材之比为1.5L/kg，热解反应时间为30min；热解后保持反应器内温度不变，调整反应气氛，通入水蒸气和CO

对比例1

首先将退役风机叶片机械切割，适当缩小原料尺寸，得到叶片块材；然后将叶片块材置于叶片回收反应器内，在氮气气氛和600℃下仅进行热解阶段的反应，反应过程中不加入任何活化剂或除炭剂，反应时间为40min；反应过程中产生的高热值气体经净化、燃烧后产生高温烟气，再通入叶片回收反应器，为回收过程提供热量；反应结束，取出反应器内剩余固体产物，得到再生玻璃纤维，含炭量为6.1％。经过纤维拉伸测试，本对比例回收所得优质玻璃纤维的拉伸强度为原始纤维的57.7％。

对比例2

首先将退役风机叶片机械切割，适当缩小原料尺寸，得到叶片块材；然后将叶片块材置于叶片回收反应器内，在氮气气氛和600℃下进行热解阶段的反应，热解过程中不通入任何活化剂，热解反应时间为35min；热解后保持反应器内温度不变，调整反应气氛，通入水蒸气作为除炭剂，其用量与叶片块材之比为2.5L/kg，气化反应时间为5min；反应过程中产生的高热值气体经净化、燃烧后产生高温烟气，再通入叶片回收反应器，为回收过程提供热量；反应结束，取出反应器内剩余固体产物，得到再生玻璃纤维，含炭量为5.4％。经过纤维拉伸测试，本对比例回收所得优质玻璃纤维的拉伸强度为原始纤维的52.5％。

对比例3

首先将退役风机叶片机械切割，适当缩小原料尺寸，得到叶片块材；然后将叶片块材置于叶片回收反应器内，在氮气气氛和600℃下进行热解阶段的反应，热解过程中通入4mol/L磷酸二氢钠溶液作为活化剂，其用量与叶片块材之比为2L/kg，热解反应时间为35min；热解后保持反应器内温度和反应气氛均不变，不通入任何除炭剂，气化反应时间为5min；反应过程中产生的高热值气体经净化、燃烧后产生高温烟气，再通入叶片回收反应器，为回收过程提供热量；反应结束，取出反应器内剩余固体产物，得到再生玻璃纤维，含炭量为5.8％。经过纤维拉伸测试，本对比例回收所得优质玻璃纤维的拉伸强度为原始纤维的59.2％。

对比例4

首先将退役风机叶片机械切割，适当缩小原料尺寸，得到叶片块材；然后将叶片块材置于叶片回收反应器内，在氮气气氛和600℃下进行热解阶段的反应，热解过程中通入4mol/L氯化钠溶液作为活化剂，其用量与叶片块材之比为2L/kg，热解反应时间为35min；热解后保持反应器内温度不变，调整反应气氛，通入水蒸气作为除炭剂，其用量与叶片块材之比为2.5L/kg，气化反应时间为5min；反应过程中产生的高热值气体经净化、燃烧后产生高温烟气，再通入叶片回收反应器，为回收过程提供热量；反应结束，取出反应器内剩余固体产物，得到再生玻璃纤维，含炭量为5.3％。经过纤维拉伸测试，本对比例回收所得优质玻璃纤维的拉伸强度为原始纤维的56.8％。

对比例5

首先将退役风机叶片机械切割，适当缩小原料尺寸，得到叶片块材；然后将叶片块材置于叶片回收反应器内，在氮气气氛和600℃下进行热解阶段的反应，热解过程中通入4mol/L磷酸二氢钠溶液作为活化剂，其用量与叶片块材之比为2L/kg，热解反应时间为35min；热解后保持反应器内温度不变，调整反应气氛，通入空气作为除炭剂，其用量与叶片块材之比为2.5L/kg，气化反应时间为5min；反应过程中产生的高热值气体经净化、燃烧后产生高温烟气，再通入叶片回收反应器，为回收过程提供热量；反应结束，取出反应器内剩余固体产物，得到再生玻璃纤维，含炭量为0.1％。经过纤维拉伸测试，本对比例回收所得优质玻璃纤维的拉伸强度为原始纤维的38.3％。

表1列出了各实施例及对比例中的关键工艺参数及再生玻璃纤维的含炭量及拉伸强度保留率。通过本发明方法回收得到的再生玻璃纤维含炭量均低于0.5％，强度保留率均在95％以上，证明了本发明提出的从退役风机叶片中回收优质玻璃纤维的方法具有优异的回收效果。

而通过对比例1可知，退役风机叶片仅通过单纯的热解反应得到的再生玻璃纤维表面残留有大量热解炭，且纤维拉伸强度远不及原始玻璃纤维。通过对比例2可知，仅在退役风机叶片热解回收过程中添加除炭剂，会因热解炭气化活性不佳而无法实现热解炭的有效去除，且会对纤维拉伸强度造成不利影响。通过对比例3可知，仅在退役风机叶片热解回收过程中添加活化剂，热解炭被活化但未能与再生玻璃纤维分离，仍无法实现热解炭的高效去除和纤维拉伸强度的有效保留。通过对比例4可知，在叶片的热解反应阶段将活化剂改为氯化钠溶液，由于Cl

表1实施例及对比例中的关键工艺参数及再生玻璃纤维的含炭量及强度保留率

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。