一种无害化处理城市废弃聚氨酯发泡材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及城市垃圾处理技术，具体涉及城市废弃聚氨酯发泡材料的无害化处理技术。
【背景技术】
[0002]聚氨酯(PU)材料因其可发泡性、弹性、耐磨性、耐低温性、耐溶剂性、耐生物老化等优良性能而广泛应用于机电、船舶、航空、车辆、土木建筑、轻工、纺织等部门，其制品种类繁多。HJ工业的迅猛发展使其产量与日倶增，也由此导致了大量废弃物的产生，包括生产中的边角料和使用老化报废的各类PU材料，因此废旧PU的无害化处理成为迫切需要解决的问题。
[0003]聚氨酯发泡材料中大量使用的发泡剂，在《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》(1989年)以前，很多发泡剂是用氟氯烃(以CFC-1I为主)，众所周知，这类发泡剂属于ODS(消耗臭氧层物质)，也是GHG(温室气体)。
[0004]目前文献和专利载明的各种处理废弃聚氨酯发泡材料的方法针对于一个城市集中处理废弃聚氨酯发泡材料来说，都存在一定的局限性:
(I)简单燃烧法是目前处理PU废料采取的主要方法之一，典型的做法是将HJ废料用隧道窑、焚烧炉等装置或运到城市生活垃圾焚烧厂焚烧。但是，由于废弃聚氨酯发泡材料含有的发泡剂具有阻燃作用，比较难于完全燃烧，实践证明城市生活垃圾焚烧厂焚烧PU废料会冒出大量的黑烟，如果在焚烧过程中燃烧不完全或者尾气处理不彻底的情况下，将会产生有毒气体，造成二次污染。所以一般的城市生活垃圾焚烧厂不能对PU废料进行有效处理。
[0005](2)物理填埋法也是目前采取的主要方法之一，然而，该法很难使PU废弃物发生分解，且因聚氨酯发泡材料体积密度很小，填埋会占用大量土地，消耗资源。
[0006](3)—般物理回收法是利用粘结、热压、挤出成型等方法使PU废弃物回收利用，也包括通过粉碎的方法将PU废料粉碎成细片或粉末作为填料。该方法简单易行。但是，这些处理方法必须满足一定的前提条件:一是量大(量小没有任何经济价值)；二是杂质少。但是，对于一个城市来说，废弃聚氨酯发泡材料不可能有太多，据重庆市环保局估计，每年产生的废弃聚氨酯发泡材料只有100吨左右；由于城市集中收集的废聚氨酯发泡材料来源众多，废料中参杂有大量的泥砂、砖石、水份、油污、废金属、废塑料、废织物、废木材等，所以一般物理回收法不适用于城市废弃聚氨酯发泡材料的处理。
[0007](4)化学回收法是指废聚氨酯发泡材料在化学降解剂的作用下，降解成低相对分子质量物质。根据所用降解剂的不同，聚氨酯材料的化学回收方法可分为醇解法、水解法、碱解法、氨解法、胺解法、热解法、加氢裂解法和磷酸酯降解法等。化学法回收技术工艺相对复杂，发展也相对较晚，直到现在仍有新的降解方法不断出现。
[0008]但是化学回收法除了可能产生二次污染外，更难以解决城市废聚氨酯发泡材料品种多、杂质含量多、总量小无法实现规模化的问题，且世界上绝大多数化学回收处理方法还处于实验室研究阶段，目前尚未见有经济价值的大规模工业化应用的报道。所以化学回收法不适用于城市废弃聚氨酯发泡材料的处理。
[0009]中国专利申请号为201320798012.4的文献公开了“一种聚氨酯硬泡无害化处理的装置”，其提出用隧道窑热解处理硬质聚氨酯泡沫，这种方法主要针对废弃电冰箱拆解产生的硬质聚氨酯泡沫处理提出的，但存在以下局限:
1、该处理方法仅对硬质泡沫进行处理，对城市废聚氨酯泡沫里大量软质泡沫没法处理。
[0010]2、该处理方法没有区别硬质和软质泡沫，使用同一种粉碎机，由于软质泡沫体积密度更小、质地柔软、回弹性高，物料易形成桥架，无法自动卷入破碎机的刀轴，所以无法同时对硬质和软质泡沫进行粉碎。
[0011]3、采用该方法，由于聚氨酯硬质泡沫多为闭孔结构，众多泡沫孔内包含了大量的发泡剂，而这些发泡剂大多是氟氯烃，属于典型的阻燃剂，大量阻燃剂进入窑内，会导致窑内温度过低，可能导致聚氨酯发泡材料不完全燃烧，产生大量的黑烟和有毒气体。
[0012]4、该方法简单的尾气处理装置可能造成严重的二次污染，而复杂和功能强大的尾气处理系统又造价不菲，实施起来造价高。
[0013]5、采用该方法，由于发泡剂形成的阻燃剂的作用，必然耗费大量的燃料(燃油或燃气)。
[0014]6、采用该方法，由于一个地区的废聚氨酯发泡材料总量是很少的，且是不连续的，所以，其产生的热量的利用无多大的经济价值。
[0015]7、采用该方法，由于其产物中有大量的残碳，窑内温度较低，仅仅使泡沫发生了热解，并不能完全燃烧，增加了尾气处理难度。
[0016]8、采用该方法，由于聚氨酯泡沫在燃烧过程中会产生一定的部分熔融状态并伴有发泡、结焦、结团现象，可能堵塞隧道窑，致使装置不能工作。
[0017]9、采用该方法，氟氯烃发泡剂作为《蒙特利尔公约》列入的一类受控物质，未做相应处理。
[0018]10、该方法的尾气处理会消耗大量的水，对废水的处理有一定难度。
【发明内容】
[0019]为解决上述问题，本发明针对一个城市废弃聚氨酯发泡材料总量少、种类多、杂质含量多、政策要求必须处理的特点，提供一种无害化处理城市废弃聚氨酯发泡材料的方法。本方法旨在通过处理城市废弃聚氨酯发泡材料，实现废物资源化利用，减少对大气臭氧层的破坏，减少温室气体排放，降低大气污染的目的。
[0020]为达成上述目的，本发明采用的技术方案为分选、粗破碎、挤压、粉碎、调和成替代性燃料等过程，具体包括以下步骤:
(I)分选:将收集的废弃聚氨酯发泡材料中混有的金属、1cm以上大块的热熔性塑料、石块分选出来，并将聚氨酯发泡材料按软质(多为开孔结构，弹性回复好，质地柔软，广泛用作家具垫材、床垫、交通工具座椅坐垫等垫材，工业和民用上也把软泡用作过滤材料、隔音材料、防震材料、装饰材料、包装材料及隔热材料等)和硬质(多为闭孔结构，弹性回复较差，质地较硬，广泛用于冰箱、冰柜的箱体绝热层、冷库、冷藏车等绝热材料，建筑物、储罐及管道保温材料，少量用于非绝热场合，如仿木材、包装材料等)分开； (2)粗破碎:
a、将经过分选后的软质泡沫送入带有机械卷入、压缩装置的专用于软质泡沫粗破碎的剪切式破碎机，将物料剪切成直径约20-50mm的小块；
b、将经过分选后的硬质泡沫送入普通剪切式破粹机，将物料粗破碎成直径约20-50_的小块；
(3)挤压:
a、将经粗破碎后的软质泡沫送入专用于加热、挤压软质泡沫的加热式挤压机，挤压机为螺杆式，并先将挤压物料用电加热200-250°C，软质泡沫在加热和挤压的双重条件下，堆积密度可由25—35kg/m3降至堆积密度为250-350kg/m3的压缩泡沫；
b、将经粗破碎的硬质泡沫送入普通的螺杆式泡沫挤压机，并无需加热，将堆积密度为40—70kg/m3的硬质泡沫压缩成堆积密度为400-700kg/m3的压缩泡沫；
(4)粉碎:经过挤压后的软质泡沫和硬质泡沫混合，用粉碎机将压缩泡沫粉碎成粒径1-3mm的压缩泡沫颗粒；
(5)调和成替代性燃料:将压缩泡沫颗粒与危险废物油泥、漆渣、含油棉纱粉末中的一种或多种加入符合环保要求的罐槽搅拌、混合，再加入锯末等介质作为干燥剂，使其变成粉末形态，形成具有高热值、符合环保排放标准的替代性燃料，作为生产水泥的回转窑用燃料使用；
(6)粉尘、废气处理:以上步骤(2)、(3)、(4)必须全部在封闭系统内进行，并需要同时对抽出气体中的粉尘用布袋除尘装置处理，对逸出的发泡剂用活性炭进行吸附收集。
[0021]以上对逸出的粉尘和发泡剂的收集和处理，采用的封闭系统具体是:将所有产生粉尘和废气的剪切式破碎机、挤压机、粉碎机全部集成在一个封闭空间内，用集气装置收集逸出气体，进入布袋除尘装置过滤后，进入活性炭吸附装置。
[0022]进一步，由于硬质泡沫为闭孔结构，内含大量的发泡剂多为氟氯烃，是很好的阻燃剂，但软质泡沫为开孔结构，发泡剂含量