一种退役风电叶片绿色回收利用的方法

本发明属于材料循环利用领域，具体涉及一种退役风电叶片绿色回收利用的方法。

背景技术：

1、我国风能资源丰富，大力发展风力发电是构建我国现代能源体系的重要举措之一。截至2021年底，我国风力发电机组数量已超过17万台，其中2.0-2.9mw机组量最多，占比47.3％，5mw以上机组占比达4.7％，平均单机容量为2025kw，以10-15kg·kw–1的叶片用量计，全国累计装机叶片量已超340万吨。风电叶片材料主要由纤维增强复合材料(主要为玻璃纤维、碳纤维增强的环氧树脂复合材料)的主梁和夹芯板的腹板和前、后缘外壳组成，夹芯板两侧同样为纤维增强复合材料，中间夹芯材料一般为balsa轻木和pet泡沫等。

2、退役风电叶片的回收处理是风电机组退役面临的重要难题，当前废旧叶片纤维增强复合材料回收利用的主要方法包括机械法、热法、化学法等。风电叶片的破碎是其资源化的第一个难题，由于纤维增强复合材料的强度极高，且不同部位的强度不同，将叶片切割后一起破碎既会增加能耗，又会导致后续分选困难。破碎的叶片材料如何有效利用是第二个难题，简单的焚烧和作为填料存在环境污染严重和价值低等问题，目前仍缺乏有效的绿色高值化技术。

3、专利cn115591892a公开了一种风电叶片回收再用生产线，采用撕碎方式将叶片块撕碎，形成包括5-8cm的片状玻璃钢、pvc块状物、玻璃纤维束和玻璃钢纤维粉末的混合物，再通过破碎、粉碎、分选等回收不同产物。该专利提供了一种叶片多级破碎和粉碎的方案，但未具体公开叶片破碎的方法和参数，也未对叶片中的不同材料提出不同的破碎方案。专利cn115608748a公开了一种从退役风电叶片中回收巴沙木的方法，采用冲击式破碎机将叶片破碎成粉料，将粉料倒入注水的沉淀池中，搅拌均匀后静置，进行重力分离，巴沙木粉末浮在水面，玻璃钢粉末沉淀在水底，用刮渣机收集水面上漂浮的巴沙木粉末，烘干处理；进一步向巴沙木粉末中加入热固性酚醛树脂制成隔热材料。该专利提供了叶片直接破碎成粉料并分选和利用巴沙木的方法，但破碎的进料尺寸小，且破碎为粉末增加了分选的难度。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种退役风电叶片绿色回收利用的方法，可实现退役风电叶片中不同材料的绿色回收利用。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种退役风电叶片绿色回收利用的方法，包括脱除涂层、分离主梁和切割，所述脱除涂层获得的涂层材料进行醇解得到多元醇；所述分离主梁分别获得主梁和夹芯板，所述主梁经主梁破碎得到纤维增强复合材料，所述夹芯板经芯板破碎后分选分别得到纤维增强复合材料的面材和夹芯材料；所述纤维增强复合材料热解分别得到热解油/气和增强纤维，所述夹芯材料用于制备生物质燃料。

4、进一步地，所述脱除涂层为以机器人手臂操作荔枝面磨轮，沿退役叶片表面运动并机械打磨脱除表面涂层，将涂层材料收集；所述荔枝面磨轮尖齿长度为0.5-2.0mm，尖齿间隔为2.0-5.0mm。

5、进一步地，所述醇解为在涂层材料中加入二甘醇、二乙二醇、naoh和zno于密闭容器中进行醇解，反应温度为45-100℃，反应时间为30-180min，所述二甘醇和二乙二醇为醇解剂，其合计加入质量与涂层材料质量的比为0.8∶1–1.2∶1，保障涂层材料的醇解反应充分进行；所述naoh为醇解反应的催化剂之一，并直接参与酸解反应。针对以聚氨酯为主要成分的涂层材料，naoh加入质量为涂层材料质量的0.5-2wt.％，其加入量低于0.5wt.％则反应速率过慢，加入量高于2wt.％则将导致副反应加剧；所述zno同样为醇解反应的催化剂之一，与naoh配合使用可避免过量使用naoh，抑制副反应的发生，其加入质量为涂层材料质量的0.3-1.5wt.％；醇解后对产物进行压滤除杂，获得多元醇。

6、进一步地，所述分离主梁为采用水切割、激光切割和锯切割中的一种，首先沿叶片长度方向将主梁与前、后缘外壳切割分离，其次将主梁与腹板切割分离，分别获得纤维增强复合材料的主梁与夹芯板的外壳与腹板；进一步将主梁和夹芯板切割成长度为1-3m的块体。

7、进一步地，所述主梁破碎为采用双轴剪切式破碎，将主梁沿增强纤维走向方向送入双轴剪切式破碎机，使剪切力平行于增强纤维方向进行剪切破碎，剪切力为200-400mpa，破碎至尺寸为2-10cm。

8、进一步地，所述芯板破碎为首先采用剪切式破碎，剪切力为50-150mpa，破碎至尺寸为5-15cm；其次采用研磨法将粘连的纤维增强复合材料面材和夹芯材料分离，研磨力为10-30mpa。

9、进一步地，所述分选为采用水力浮选，将破碎的夹芯板碎料送入水力浮选机，利用纤维增强复合材料面材和夹芯材料的密度差异，分选获得纤维增强复合材料面材和夹芯材料；所述夹芯材料为巴沙木和pet泡沫中的一种或两种。

10、进一步地，所述热解为将主梁破碎和夹芯板破碎分选获得的纤维增强复合材料进行热解，热解气氛中o2浓度为0-40vol.％，热解温度为350-600℃，热解停留时间为20-80min，收集获得热解油/气和增强纤维。热解气氛中将o2浓度控制较低可使纤维增强复合材料中的树脂进行低氧热解，获得更多的热解产物，但会导致碳化物增加，将o2浓度控制较高则热解反应更充分，碳化物减少。热解获得的油/气可作为燃料或聚合物原料使用，增强纤维可作为混凝土、地质聚合物、脱硝催化剂等的增强材料。

11、进一步地，所述制备生物质燃料为夹芯板破碎分选获得的夹芯材料替代生物质原料木屑和秸秆，经破碎、筛分、干燥、造粒制备为生物质燃料；其中巴沙木为木质材料，本身即为生物质原料，其替代生物质原料的比例为5-90wt.％；pet泡沫为有机合成材料，但充分燃烧不会产生有机污染物，其替代比例为3-10wt.％，可提供较高的热值，并有效消纳pet泡沫。

12、本发明的有益技术效果：

13、(1)本发明提供的一种退役风电叶片绿色回收利用的方法实现了退役风电叶片中不同材料的绿色回收利用，具有重要的环境效益和经济价值；

14、(2)本发明提供的一种退役风电叶片绿色回收利用的方法根据主梁和夹芯板的强度差异采用了不同的破碎方案，既减少了能耗，也降低了夹芯材料的分选难度；

15、(3)本发明提供的一种退役风电叶片绿色回收利用的方法将叶片涂层单独回收，既提高了后续叶片碎料的纯度，又可高值化利用涂层。

技术特征：

1.一种退役风电叶片绿色回收利用的方法，其特征在于，包括脱除涂层、分离主梁和切割，所述脱除涂层获得的涂层材料进行醇解得到多元醇；所述分离主梁分别获得主梁和夹芯板，所述主梁经主梁破碎得到纤维增强复合材料，所述夹芯板经芯板破碎后分选分别得到纤维增强复合材料的面材和夹芯材料；所述纤维增强复合材料热解分别得到热解油/气和增强纤维，所述夹芯材料用于制备生物质燃料。

2.根据权利要求1所述的一种退役风电叶片绿色回收利用的方法，其特征在于，所述脱除涂层为以机器人手臂操作荔枝面磨轮，沿退役叶片表面运动并机械打磨脱除表面涂层，将涂层材料收集；所述荔枝面磨轮尖齿长度为0.5-2.0mm，尖齿间隔为2.0-5.0mm。

3.根据权利要求1所述的一种退役风电叶片绿色回收利用的方法，其特征在于，所述醇解为在涂层材料中加入二甘醇、二乙二醇、naoh和zno于密闭容器中进行醇解，反应温度为45-100℃，反应时间为30-180min，所述二甘醇和二乙二醇的加入质量与涂层材料质量的比为0.8∶1–1.2∶1，所述naoh的加入质量为涂层材料质量的0.5-2wt.％，所述zno的加入质量为涂层材料质量的0.3-1.5wt.％；醇解后对产物进行压滤除杂，获得多元醇。

4.根据权利要求1所述的一种退役风电叶片绿色回收利用的方法，其特征在于，所述分离主梁为采用水切割、激光切割和锯切割中的一种，首先沿叶片长度方向将主梁与前、后缘外壳切割分离，其次将主梁与腹板切割分离，分别获得纤维增强复合材料的主梁与夹芯板的外壳与腹板；进一步将主梁和夹芯板切割成长度为1-3m的块体。

5.根据权利要求1所述的一种退役风电叶片绿色回收利用的方法，其特征在于，所述主梁破碎为采用双轴剪切式破碎，将主梁沿增强纤维走向方向送入双轴剪切式破碎机，使剪切力平行于增强纤维方向进行剪切破碎，剪切力为200-400mpa，破碎至尺寸为2-10cm。

6.根据权利要求1所述的一种退役风电叶片绿色回收利用的方法，其特征在于，所述芯板破碎为首先采用剪切式破碎，剪切力为50-150mpa，破碎至尺寸为5-15cm；其次采用研磨法将粘连的纤维增强复合材料面材和夹芯材料分离，研磨力为10-30mpa。

7.根据权利要求1所述的一种退役风电叶片绿色回收利用的方法，其特征在于，所述分选为采用水力浮选，将破碎的夹芯板碎料送入水力浮选机，利用纤维增强复合材料面材和夹芯材料的密度差异，分选获得纤维增强复合材料面材和夹芯材料；所述夹芯材料为巴沙木和pet泡沫中的一种或两种。

8.根据权利要求1所述的一种退役风电叶片绿色回收利用的方法，其特征在于，所述热解为将主梁破碎和夹芯板破碎分选获得的纤维增强复合材料进行热解，热解气氛中o2浓度为0-40vol.％，热解温度为350-600℃，热解停留时间为20-80min，收集获得热解油/气和增强纤维。

9.根据权利要求1所述的一种退役风电叶片绿色回收利用的方法，其特征在于，所述制备生物质燃料为夹芯板破碎分选获得的夹芯材料替代生物质原料木屑和秸秆，经破碎、筛分、干燥、造粒制备为生物质燃料；其中巴沙木替代生物质原料的比例为5-90wt.％，pet泡沫的替代比例为3-10wt.％。

技术总结
本发明提供了一种退役风电叶片绿色回收利用的方法，属于材料循环利用领域。方法包括脱除涂层、分离主梁和切割，所述脱除涂层获得的涂层材料进行醇解得到多元醇；所述分离主梁分别获得主梁和夹芯板，所述主梁经主梁破碎得到纤维增强复合材料，所述夹芯板经芯板破碎后分选分别得到纤维增强复合材料的面材和夹芯材料；所述纤维增强复合材料热解分别得到热解油/气和增强纤维，所述夹芯材料用于制备生物质燃料。本发明提供的一种退役风电叶片绿色回收利用的方法，实现了退役风电叶片中不同材料的绿色回收利用，具有重要的环境效益和经济价值。

技术研发人员：张柏林,张深根,刘波
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13