專利名稱：廢橡膠、廢油、廢塑料的汽化工藝及汽化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分子廢棄物的汽化工藝及汽化裝置，特別涉及一種將廢塑料、 廢油、廢輪胎等高分子廢棄物經(jīng)熱分解和汽化后，生產(chǎn)高含水率的燃料氣體，并將廢棄物油 化還原的高分子廢棄物汽化工藝及裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)已有能將廢塑料等高分子廢棄物熱分解，并回收熱分解氣體中油份的油 化還原裝置(如日本特開平成5-279673號公報，日本特開平成10-183139號公報等)。這 些油份還原裝置，通常都是將聚乙烯、聚氯乙烯等固體高分子廢棄物在溶解槽中溶解，然后 將溶解后的高分子廢棄物在熱分解槽中熱分解，并且其中的熱分解槽的加熱燃燒裝置一般 選用外部加熱的方式。在熱分解槽中生成的熱分解氣體被冷卻、液化，重油作為再生油被分 離回收。已知的這些油化還原裝置中，熱分解槽中生成的熱分解氣體，需進(jìn)一步設(shè)置催化 改質(zhì)槽將其進(jìn)行改質(zhì)。在改質(zhì)裝置中，熱分解氣體通過與改質(zhì)槽中的催化劑接觸，可實現(xiàn)氣 體中油份的改質(zhì)，改質(zhì)后的氣體被導(dǎo)入至凝縮器(蒸氣冷凝器)中，被進(jìn)一步冷卻、液化。通 過冷卻后凝縮形成的凝縮液，被導(dǎo)入油水分離器等裝置中，凝縮液中的油份(即再生油)被 回收并進(jìn)一步儲藏至儲藏罐中。其中，改質(zhì)槽中的催化劑只要用于使熱分解氣體中的油份 輕質(zhì)化。這種油化還原裝置，當(dāng)熱分解對苯二甲酸乙二醇酯等物質(zhì)時，為了避免對苯二甲 酸的結(jié)晶化，需要特別設(shè)置對苯二甲酸的酸分解裝置(如日本特開2003-96467號公報，日 本特開2003-96469號公報等)。在該酸分解裝置中，向熱分解氣體中添加水蒸氣并加熱至 5000C的高溫區(qū)域，將熱分解氣體和水蒸氣的混合氣體與硅鋁土或CaO/ZnO等催化劑進(jìn)行反應(yīng)。另外，本發(fā)明者還提出過其他專利申請的提案，這些提案中的廢棄物汽化設(shè)備包 含可以處理可燃性廢棄物等低質(zhì)量固體燃料的燃燒爐(或熱分解爐)的汽化設(shè)備，以及利 用700°C以上的水蒸氣將汽化后的氣體改質(zhì)的改質(zhì)裝置(詳見日本特開2001-158885號公 報，日本特開2002-210444號公報等)。在這些汽化設(shè)備中，通常利用汽化爐(或熱分解爐) 及改質(zhì)爐的二段式汽化過程，并生成較為優(yōu)質(zhì)的燃料氣體。這種以二段式汽化方法為原理 的實用化汽化設(shè)備，目前正在進(jìn)一步繼續(xù)研究中。該汽化設(shè)備的改質(zhì)器或改造爐，能將混合 高溫水蒸氣的熱分解氣體進(jìn)行改質(zhì)，另外當(dāng)熱分解氣體含有較多焦油組分時，改質(zhì)器或改 造爐內(nèi)的改質(zhì)區(qū)域內(nèi)無需添加催化劑即可進(jìn)行分解。這些發(fā)明者專利申請?zhí)岚钢械钠O(shè)備，通常在隔絕空氣或氧氣狀態(tài)下，利用高 溫水蒸氣汽化固體燃料，并進(jìn)一步生成不含氮、高含水率的合成氣體。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種廢橡膠、廢油、廢塑料的汽化工藝及汽化裝置，能將廢塑料等高分子廢棄物汽化，生成比較優(yōu)質(zhì)的合成氣體，該氣體可作為發(fā)電機等的 內(nèi)燃裝置或外燃裝置使用；并進(jìn)一步將汽化中含油組分的氣體回收作為燃燒裝置的燃料油 使用的再生油還原裝置。本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的一種廢橡膠、廢油、廢塑料的汽化工藝及汽化裝置，包括能將高分子廢棄物加熱和 熔融的熱分解裝置、高分子廢棄物經(jīng)熱分解形成的熱分解氣體在催化劑的作用下被水蒸氣 改質(zhì)的改質(zhì)裝置、控制和調(diào)節(jié)溫度的熱交換裝置、經(jīng)所述改制裝置后的改質(zhì)氣體在經(jīng)過冷 卻和液化后回收改質(zhì)氣體油份的油份回收裝置、油回收槽和連接管路，其特征在于所述熱 分解裝置、改質(zhì)裝置、熱交換裝置、冷卻精制裝置和油回收槽依次通過所述連接管路連接。所述改質(zhì)裝置的改質(zhì)區(qū)域內(nèi)填充Ru/AIA等催化劑。所述改質(zhì)區(qū)域設(shè)置控制高溫水蒸氣溫度的水蒸氣溫度控制裝置，通過溫度可控的 水蒸氣與前述熱分解氣體的混合可進(jìn)一步控制改質(zhì)區(qū)域內(nèi)的溫度。所述改質(zhì)控制方式的在改質(zhì)區(qū)域內(nèi)設(shè)置控制高溫水蒸氣流量的水蒸氣量控制裝置。所述熱分解裝置的熱分解槽容納在加熱爐內(nèi)部；熱分解槽的燃燒裝置通過熱分解 裝置的外部加熱裝置加熱的，并利用油份回收裝置的再生油作為燃料油供給。一種廢橡膠、廢油、廢塑料的汽化工藝，包括以下步驟(1)熱分解、汽化工序?qū)⒏叻肿訌U棄物加熱熔融并生成熱分解氣體；(2)改質(zhì)工序廢棄物經(jīng)熱分解后產(chǎn)生的熱分解氣體在催化劑的作用下水蒸氣改 質(zhì)；(3)油份回收工序接受改質(zhì)反應(yīng)后的改質(zhì)氣體被冷卻、液化，改質(zhì)氣體中的油份 被回收。另外，改質(zhì)工序中包括了控制水蒸氣改質(zhì)反應(yīng)的反應(yīng)區(qū)域溫度和(或)水蒸氣量 的控制方法。所述催化劑使用RuAl2O3等為催化劑。所述熱分解氣體流路或反應(yīng)區(qū)域中，將加熱至600°C以上的高溫水蒸氣與前述的 熱分解氣體混合，通過控制該高溫水蒸氣溫度來控制反應(yīng)區(qū)域的溫度。 所述水蒸氣加熱裝置通過控制高溫水蒸氣流量來控制反應(yīng)區(qū)域的水蒸氣比。所述改質(zhì)裝置通過控制反應(yīng)區(qū)域的溫度在600 800°C范圍內(nèi)，可控制改質(zhì)氣體 中油份的回收量。所述改質(zhì)裝置通過控制反應(yīng)區(qū)域的水蒸氣比在1. 0 5. 0范圍內(nèi)，可控制合成氣 體的組成。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明涉及一種能將廢塑料等高分子廢棄物汽化，生成的 比較優(yōu)質(zhì)的合成氣體，該氣體可作為發(fā)電機等的內(nèi)燃裝置或外燃裝置使用；并進(jìn)一步將汽 化中含油組分的氣體回收作為燃燒裝置的燃料油使用的再生油還原裝置。


圖1是本發(fā)明中廢塑料等高分子廢棄物的汽化設(shè)備的最適實施狀態(tài)示意2是圖1顯示的汽化設(shè)備的裝置構(gòu)成圖
圖3是固定水蒸氣比，使用RuAl2O3催化劑填充反應(yīng)容器的熱分解苯時，水蒸氣改 質(zhì)實驗的實驗結(jié)果折線4是根據(jù)圖3的水蒸氣改質(zhì)實驗，獲得的生成氣體的成分分析5是固定改質(zhì)溫度，使用RuAl2O3催化劑填充反應(yīng)容器的熱分解苯水蒸氣改質(zhì) 實驗的實驗結(jié)果折線6是根據(jù)圖4的水蒸氣改質(zhì)實驗，獲得的生成氣體的成分分析7是改質(zhì)區(qū)域的溫度控制狀態(tài)例的工藝流程8是改質(zhì)區(qū)域的溫度控制狀態(tài)相關(guān)變形舉例的工藝流程9是改質(zhì)區(qū)域的溫度控制狀態(tài)其他變形舉例的工藝流程圖
具體實施例方式圖1和圖2分別表示廢塑料等高分子廢棄物汽化設(shè)備的示意流程圖和裝置的主要 構(gòu)成圖。汽化設(shè)備主要由汽化設(shè)備、油化還原裝置等復(fù)合構(gòu)成，通過氣體流路Ll L2 L3 的流路之間的相互連接熱分解裝置1、改質(zhì)裝置2、熱交換裝置3及冷卻精制裝置4。廢塑 料等高分子廢棄物需破碎成適當(dāng)尺寸或經(jīng)粒度調(diào)制后作為原料供給至熱分解裝置1的熱 分解槽10中。廢塑料等高分子廢棄物在熱分解槽10內(nèi)被熔融、汽化，并生成熱分解氣體。 熱分解槽10內(nèi)的熱分解氣體經(jīng)過改質(zhì)裝置2、冷卻精制裝置4的改質(zhì)工序和冷卻精制工序 后，生成氣體(合成氣體)可經(jīng)氣體流路L4作為發(fā)電機的內(nèi)燃裝置或外燃裝置的氣體燃料 供給使用。冷卻精制裝置4的凝縮油份，回收至回收油槽7中，可作為熱分解裝置1的燃燒 裝置12的燃料液體(燃料油)供給使用。本汽化設(shè)備生成的合成氣體氫氣含量較高，并通 過加熱廢塑料的油化還原方式回收油份中的燃燒熱。本發(fā)明裝置系統(tǒng)主要由熱分解氣體的 改質(zhì)工序控制氣體的組成及油份回收量。參照圖1和圖2，以下將對汽化設(shè)備各裝置要點及主要裝置構(gòu)成詳細(xì)說明。熱分解裝置1主要包括將廢塑料等熔融汽化的熱分解槽10、熱分解槽10內(nèi)加熱廢 塑料的燃燒裝置12。燃燒裝置12由燃料油流路L5、燃燒用空氣流路L6及排氣流路L7連 接構(gòu)成。燃料油壓送裝置6設(shè)置在燃料油流路L5中間。如圖2所示，熱分解裝置1主要由 金屬制容器的熱分解槽10和內(nèi)部的加熱爐11雙重構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。燃燒裝置12中的燃燒氣 體在燃燒領(lǐng)域13即加熱爐11的爐壁和熱分解槽10之間形成循環(huán)。燃燒裝置12中的熱分 解槽10從外部加熱的方式，將熱分解槽10的燃燒熱量傳遞至燃燒裝置12。如圖2所示，熱分解裝置1設(shè)置廢塑料連續(xù)供給至熱分解槽10內(nèi)部并連續(xù)押出方 式的固體燃料供給裝置14。加熱爐11和熱分解槽10的上部，通過頂部閉塞板15閉塞，在 熱分解槽10內(nèi)部形成了空氣供給或氧氣供給完全隔絕的熱分解區(qū)域17。本實施狀態(tài)，采用 將廢塑料向熱分解槽10內(nèi)連續(xù)投入的連續(xù)供給式熱分解裝置，但優(yōu)選能將全部廢塑料在 初期向熱分解槽10內(nèi)一次投入式(批量式)的熱分解裝置。在熱分解裝置1中，將廢塑料供給至熱分解槽10中，并在其中設(shè)置攪拌裝置 16 (虛線表示)。攪拌裝置16的驅(qū)動部分16a靠頂部閉塞板15固定，另外攪拌裝置16的旋 轉(zhuǎn)攪拌驅(qū)動軸16b在熱分解槽10中垂直向下設(shè)置。在旋轉(zhuǎn)攪拌驅(qū)動軸16b的下端附設(shè)了 攪拌用金屬板16c。在攪拌裝置16的攪拌廢塑料的同時，也能促進(jìn)廢塑料的進(jìn)一步熔融、汽化。熱分解槽10的槽內(nèi)區(qū)域(熱分解區(qū)域17)通過燃燒裝置12加熱升溫至300 500°C。 廢塑料向熱分解槽10中投入之后，熔融溫度超過了高溫蒸汽溫度被熔融和汽化，從而在熱 分解區(qū)域17內(nèi)生成熱分解氣體。熱分解槽10的殘渣，通過殘渣排出裝置18(虛線表示) 從熱分解槽10的最下端部排出，并通過殘渣回收槽(如圖所示)回收。氣體流路Ll與熱分解區(qū)域17的上部連通。溫度Tl達(dá)到200 400°C的熱分解氣 體，經(jīng)氣體流路Ll流出槽外，流入氣體流路Ll的中介改質(zhì)裝置2內(nèi)部。氣體流路Ll與高 溫水蒸氣供給流路L12相連接。溫度T12(700 1000°C )的高溫水蒸氣經(jīng)高溫水蒸氣供給 流路L12在氣體流路Ll中添加至熱分解氣體。高溫水蒸氣在氣體流路Ll中與熱分解氣體 混合，形成溫度TlO的混合氣體并流入改質(zhì)裝置2中。改質(zhì)裝置2是反應(yīng)容器，在其中的金屬制容器21的改質(zhì)區(qū)域內(nèi)部需填充適當(dāng)?shù)拇?化劑20 (如RU/A1203)?；旌蠠岱纸鈿怏w及高溫水蒸氣的混合氣體被導(dǎo)入至容器內(nèi)反應(yīng)區(qū) 域(即改質(zhì)區(qū)域)。改質(zhì)區(qū)域的溫度T20由混合氣體溫度TlO決定。比如，當(dāng)改質(zhì)區(qū)域的溫度T20可 根據(jù)混合氣體溫度TlO控制在600 800°C范圍內(nèi)。改質(zhì)區(qū)域的水蒸氣比由氣體流路Ll的 熱分解氣體添加至高溫水蒸氣的流量決定。比如，水蒸氣比可控制在1. 5 5. 0的范圍內(nèi)。熱分解氣體在改質(zhì)裝置2的反應(yīng)區(qū)域(即改質(zhì)區(qū)域)，利用水蒸氣改質(zhì)反應(yīng)在催 化劑2的作用下被改質(zhì)并生成含水率較高的改質(zhì)氣體。改質(zhì)區(qū)域的改質(zhì)氣體改質(zhì)裝置2的 流出口導(dǎo)出，經(jīng)氣體流路L2導(dǎo)入熱交換裝置3中。氣體流路L2中的改質(zhì)氣體的溫度T2的 范圍在500 700°C。另外，當(dāng)熱分解氣體中的焦油組分較多時，雖然可實現(xiàn)改質(zhì)區(qū)域的分 解，但是由于改質(zhì)區(qū)域的溫度T20較低(600 800°C )，從而造成經(jīng)氣體流路L2送出的改 質(zhì)氣體依然含有一定量的未分解的焦油組分。給水管SW與熱交換裝置3的受熱管30相連接。通過向熱交換裝置3供給水，在 受熱管30內(nèi)循環(huán)，改質(zhì)氣體的顯熱受熱在水蒸氣中汽化。100 150°C溫度的Tl水蒸氣， 通過水蒸氣給送路Lll供給至水蒸氣加熱裝置5中。水蒸氣加熱裝置5將水蒸氣加熱，設(shè) 定溫度T12的高溫水蒸氣經(jīng)高溫水蒸氣供給路L12輸送出。溫度T12如前所述，一般設(shè)定 溫度范圍在700 1000°C。水蒸氣分岔路L13，從水蒸氣給送路Lll開始分岔，連接至高溫水蒸氣供給路L12。 高溫水蒸氣(溫度T12)與水蒸氣分岔路L13中的水蒸氣(溫度Tll)混合，溫度調(diào)節(jié)至溫 度T14。高溫水蒸氣供給路L12的下流端，如前所述，與氣體流路Ll相連接，溫度調(diào)節(jié)高溫 水蒸氣(溫度T14)，并從流路L12導(dǎo)入至流路Li，在流路Ll中實現(xiàn)與熱分解氣體的混合。高溫水蒸氣供給路L12和水蒸氣分岔路L13都各自設(shè)置有流量控制閥51、52。流 量控制閥51、52的驅(qū)動部位是通過控制信號線(點線表示)與控制裝置8連接。測量改質(zhì) 區(qū)域溫度的溫度檢出裝置53，配設(shè)在改質(zhì)裝置2中，溫度檢出裝置53也是通過控制信號線 (點線表示)與控制裝置8連接。因此，在本裝置的實施狀態(tài)中，改質(zhì)區(qū)域的溫度定義為流 入催化劑填充部分的高溫水蒸氣與熱分解氣體的混合流體溫度。控制裝置8主要包括控制部件、驅(qū)動部件、I/O部件、表示部件等多種內(nèi)嵌電子控 制單元的電子機器。該控制裝置8用于對改質(zhì)區(qū)域的溫度T20目標(biāo)值的設(shè)定及管理，驅(qū)動 流量控制閥51、52的驅(qū)動部位，并控制流量控制閥51、52的開關(guān)。也就是說，從氣體流路Ll 導(dǎo)入的高溫水蒸氣的溫度T14及流量，都可通過流量控制閥51、52的流量控制實現(xiàn)可變控制，因此，改質(zhì)裝置2內(nèi)的改質(zhì)區(qū)域溫度(改質(zhì)溫度T20)及水蒸氣量，也都可通過流量控制 閥51、52的流量比及開關(guān)控制實現(xiàn)可變控制。水蒸氣加熱裝置5采用蓄熱方式加熱產(chǎn)生高溫水蒸氣，即利用燃燒熱量加熱蓄熱 體，加熱后的蓄熱體通過與水蒸氣的傳熱接觸的方式加熱水蒸氣。水蒸氣加熱裝置5的熱 源可使用來自于系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的熱能量源(燃料油或生氣氣體)。例如，回收油槽7中的燃 料油通過燃料油壓送裝置61及燃料油供給路L8(點劃線表示)連接并供給至水蒸氣加熱 裝置5中，水蒸氣加熱裝置5使用一部分燃燒油作為熱源使用。另外，冷卻、精制過程中產(chǎn) 生的合成氣體(生成氣體)中的一部分水蒸氣從氣體流路L4開始分岔經(jīng)氣體流量L8’ (點 劃線表示)導(dǎo)入供給至水蒸氣加熱裝置5中，水蒸氣加熱裝置5使用合成氣體中的一部分 水蒸氣作為燃燒部位的熱源(燃料)使用。以其他加熱形式的加熱裝置，如通過利用系統(tǒng) 外部的高溫燃燒氣體、熱氣體或燃燒排出氣體與水蒸氣的顯然交換等間接方式加熱水蒸氣 的加熱裝置，優(yōu)選采用如薄板翼片型、外殼型或漏斗型等熱交換器作為水蒸氣加熱裝置使 用。另外，高溫水蒸氣的溫度控制方法或者改質(zhì)區(qū)域的溫度控制方法，并不僅限于前面所 述的構(gòu)成方式，可以使用其他方式的高溫水蒸氣溫度控制方法或者改質(zhì)區(qū)域的溫度控制方 法。比如通過控制前述的水蒸氣加熱裝置5的水蒸氣加熱作用或者水蒸氣的加熱能力，也 能較好的控制高溫水蒸氣溫度。熱交換裝置3，經(jīng)氣體流路L3與冷卻精制裝置4連接。改質(zhì)氣體，在熱交換裝置3 的改質(zhì)氣體流動區(qū)域31內(nèi)流通，通過給水和顯熱交換實現(xiàn)冷卻。冷卻后的改質(zhì)氣體，經(jīng)氣 體流路L3導(dǎo)入至冷卻精制裝置4。冷卻精制裝置4主要有冷卻回收部41和氣體凈化部42 組成。冷卻回收部41可實現(xiàn)改質(zhì)氣體的進(jìn)一步冷卻，并回收、分離改質(zhì)氣體中的油份。氣 體凈化部42主要用于凈化已被油份分離后的改質(zhì)氣體。冷卻回收部41中的凝縮油份，經(jīng) 回收油流路L9回收至油回收槽7中。經(jīng)油份分離后的改質(zhì)氣體在氣體凈化部被凈化后，生 成氣體(合成氣體)經(jīng)氣體流路L4送出。氣體流路L4中的生成氣體可供給作為內(nèi)燃裝置 或外燃裝置的驅(qū)動部位的燃料氣體使用，如柴油發(fā)電機或燃?xì)獍l(fā)電機等構(gòu)成的內(nèi)燃裝置， 或者斯特林引擎發(fā)電機(氣體活塞動力引擎發(fā)電機)等構(gòu)成的外燃裝置。油回收槽7經(jīng)與燃料油流路L5連接，將油回收槽7中儲藏的油份作為燃料油經(jīng)流 體壓送裝置6壓送至燃燒裝置12中。油精制裝置9(虛線表示)能通過除去回收油中所含 的氫氣及不純物質(zhì)實現(xiàn)理想的油份分離機油凈化作用。該裝置一般設(shè)置在回收油流路L9 中間，或者配設(shè)在油份回收部41或油回收槽7后，從而實現(xiàn)精制后的燃料油供給至燃燒裝 置12中。同時，燃燒用空氣通過給氣扇19供給至燃燒裝置12中，作為燃燒裝置12的燃料 動力使用。燃燒裝置12的運轉(zhuǎn)及發(fā)熱量通過燃燒控制手段(比如控制裝置8)進(jìn)行可變 控制，從而控制熱分解區(qū)域17的溫度設(shè)定值。圖3是在填充有RuAl2O3催化劑的反應(yīng)容器中，苯環(huán)熱分解并被水蒸氣改質(zhì)的水 蒸氣改質(zhì)實驗的實驗結(jié)果示意圖。圖3表明反應(yīng)容器內(nèi)部溫度與苯環(huán)的碳轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。 圖4是水蒸氣改質(zhì)實驗中得到氣體各組分的示意圖。圖4表明氣體各生成成分的生成量與 反應(yīng)容器內(nèi)部溫度之間的關(guān)系。這里的實驗用容器是前述改質(zhì)裝置2的模擬容器。本發(fā)明中，以苯環(huán)和水蒸氣為主要成分的氣體被導(dǎo)入反應(yīng)容器中，在反應(yīng)容器的 出口處采用氣體成分分析方法測點苯環(huán)中碳轉(zhuǎn)化率。在本次實驗中，固定水蒸氣比為5. 0， 改變反應(yīng)容器內(nèi)部溫度(反應(yīng)溫度)，觀察溫度變化與氣體成分的關(guān)系。這里的碳轉(zhuǎn)化率就是指在反應(yīng)容器內(nèi)部供給試料進(jìn)行燃燒，熱分解氣體和改質(zhì)氣體轉(zhuǎn)化成為焦油和煤的分割 比例。以下需要說明的是，氣體及煤以外的生成物及定義為焦油，水蒸氣比的定義如下水蒸氣比=[水蒸氣的摩爾數(shù)(mol/hr)/試料(苯)中的碳摩爾數(shù)(mol/hr)]在本發(fā)明中，首先，作為參照例，將含水蒸氣和苯的混合氣體導(dǎo)入至隔絕氧氣或空 氣的無催化劑的反應(yīng)容器內(nèi)，并加熱混合氣體。在這里，為實現(xiàn)苯的熱分解及水蒸氣的改質(zhì) 反應(yīng)，至少需要約1000°c的反應(yīng)溫度；為實現(xiàn)焦油組分的70%汽化，至少需要約1400°C的 反應(yīng)溫度.另外，在汽化開始時，需同時觀察反應(yīng)容器內(nèi)部煤的產(chǎn)生情況。接下來，將含水蒸氣和苯的混合氣體導(dǎo)入至含RuAl2O3催化劑的反應(yīng)容器內(nèi)部， 隨著苯環(huán)被熱分解，熱分解氣體也被水蒸氣改質(zhì)。當(dāng)使用含RuAl2O3催化劑的反應(yīng)容器時， 如圖3所示，僅需500 600°C的反應(yīng)溫度即可開始實行苯環(huán)的汽化。改質(zhì)氣體中的焦油組 分，隨著反應(yīng)溫度的上升不斷減少，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到700 800°C時，苯幾乎完全被汽化，焦 油組分幾乎完全消失。這里反應(yīng)容器內(nèi)生成氣體的組成如圖4所示。圖4顯示生成氣體中含有較多的氫 氣，催化劑的使用可顯著增加氫氣的產(chǎn)生量。而且，從較低的反應(yīng)溫度既可生成大量的氫 氣，說明使用合適的催化劑就能有效降低反應(yīng)區(qū)域的溫度。圖4比較了在同一實驗條件下， 當(dāng)使用無催化劑的反應(yīng)容器時，氫氣生成量的差異。結(jié)果表明，當(dāng)使用無催化劑的反應(yīng)容器 生成大量的氫氣時，需要超過1000°C以上的反應(yīng)溫度。如圖4所示，當(dāng)溫度范圍超過700°C時，隨著溫度上升不僅可以觀察到氫氣生成量 持續(xù)增加，同時觀察到一氧化碳(CO)增加和二氧化碳(CO2)減少的趨勢。以此可考察其對 轉(zhuǎn)換反應(yīng)的影響。圖5是使用含RuAl2O3催化劑的反應(yīng)容器對其他物質(zhì)的水蒸氣改質(zhì)反應(yīng)的實驗結(jié) 果示意圖。圖5表明水蒸氣比和碳轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系。圖6是經(jīng)水蒸氣改質(zhì)實驗后的各氣 體組分的示意圖。圖6表明各氣體組分和水蒸氣比之間的關(guān)系。本發(fā)明中使用含RuAl2O3催化劑的反應(yīng)容器，將以水蒸氣和苯為主要成分的混合 氣體持續(xù)導(dǎo)入至反應(yīng)容器中，反應(yīng)容器內(nèi)部溫度固定在800°C，隨著水蒸氣比的變化，對反 應(yīng)容器的出口部的氣體成分進(jìn)行分析。如圖5所示，當(dāng)使用含RuAl2O3催化劑的反應(yīng)容器、反應(yīng)溫度=800°C、水蒸氣比 = 2.5(空氣比=0)的條件下，苯約有80%被汽化，且?guī)缀鯖]有生成煤(油)。由此可以判 斷，當(dāng)使用含Ru/A1203催化劑的反應(yīng)容器時，不僅改質(zhì)溫度較低約為700 800°C，而且水 蒸氣比也較低，僅至2. 5即可。如圖6所示，反應(yīng)容器內(nèi)的生成氣體含有較多氫氣，并通過使用催化劑可顯著提 高氫氣生成量。例如在水蒸氣比=2. 5、反應(yīng)容器內(nèi)溫度=800°C的條件下，約可確認(rèn)生成 1. 6mol的氫氣。但對比使用無催化劑的反應(yīng)容器時，為生成同樣摩爾量的氫氣，需要達(dá)到 水蒸氣比=5.0、反應(yīng)容器內(nèi)溫度=1400°C的反應(yīng)條件。圖6結(jié)果表明，使用RuAl2O3催化 劑，不僅可以減半使用水蒸氣量，而且可以使反應(yīng)容器內(nèi)部溫度降低600°C左右。根據(jù)上述結(jié)果，當(dāng)使用RuAl2O3催化劑進(jìn)行水蒸氣改質(zhì)時，不僅可以在較低的反 應(yīng)溫度和水蒸氣量時即可實現(xiàn)水蒸氣改質(zhì)反應(yīng)，而且能顯著增加改質(zhì)氣體中的氫氣含量， 并進(jìn)一步抑制煤的產(chǎn)生。因此，當(dāng)使用如RuAl2O3等合適的催化劑時，可將塑料等熱分解氣 體在改質(zhì)后有效生成的含豐富氫氣的改質(zhì)氣體。而且，通過改變改質(zhì)區(qū)域的溫度，能將焦油
8組分作為油份回收，同時控制水蒸氣量的比例可獲得含豐富氫氣的氣體并供給之后工序使用。另外，如圖3、圖4所示，在600 800°C的溫度范圍內(nèi)，碳轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化有 較大的波動；當(dāng)溫度超過700°C，氫氣生成量幾乎趨于穩(wěn)定。另一方面，如圖6所示，在800°C 時，氣體組成(特別是氫氣生成量)的變化與水蒸氣比的變化有關(guān)。因此，通過控制反應(yīng)容 器內(nèi)的溫度(及改質(zhì)區(qū)域的溫度)，就可以控制焦油組分及氣體成分的比率；通過控制水蒸 氣比，就可以控制氣體的組成。本發(fā)明更適合油化處理的廢棄物包括有聚乙烯(PE)、聚丙稀(PP)及聚苯乙烯 (PS)，圖1和圖2顯示了使用汽化設(shè)備的汽化實驗示意圖。填充RU/A1203催化劑的改質(zhì)區(qū)域溫度設(shè)定值約為600°C，在選用聚乙烯(PE)和聚 丙稀(PP)等作為廢塑料實驗使用時，對改質(zhì)裝置2的水蒸氣改質(zhì)過程中的氫氣生成量的增 加情況進(jìn)行測定。結(jié)果表明，當(dāng)使用油化還原裝置對聚乙烯(PE)和聚丙稀(PP)進(jìn)行汽化 處理，通過使用RuAl2O3催化劑，改質(zhì)區(qū)域的溫度(改質(zhì)溫度T20)可設(shè)定在600°C。另外，當(dāng)使用聚苯乙烯(PS)作為廢塑料處理時，在同樣的實驗條件下，為實現(xiàn)在 改質(zhì)裝置2的水蒸氣改質(zhì)過程中的氫氣生成量的增加，需要設(shè)定更高的改質(zhì)區(qū)域溫度。因此，合適的改質(zhì)區(qū)域的溫度T20的目標(biāo)值設(shè)定，不僅與催化劑的有無及種類有 關(guān)，而且也因廢塑料的種類而有所差異。所以最好根據(jù)廢塑料的種類(當(dāng)有特種廢塑料混 合的混合廢棄物時，需要注意種類及混合比)，設(shè)定合適溫度設(shè)定值。為此，控制裝置8最好 根據(jù)相應(yīng)的廢塑料(高分子廢棄物)的種類或成分，調(diào)節(jié)改質(zhì)區(qū)域溫度T20的目標(biāo)設(shè)定值， 或者設(shè)置有溫度T20的目標(biāo)設(shè)定值的最適化裝置。同時熱分解槽10的最適溫度也與廢塑料(高分子廢棄物)的種類或成分有關(guān)。因 此，汽化設(shè)備最好設(shè)置控制熱分解區(qū)域17的溫度的熱分解溫度控制裝置。比如燃燒裝置 12的控制裝置8就由熱分解溫度控制裝置構(gòu)成。根據(jù)上述說明，本汽化設(shè)備的具體實施狀態(tài)，主要有熱分解裝置1及改質(zhì)裝置2構(gòu) 成的二階段汽化方式，在改質(zhì)裝置2中填充合適的催化劑(RuAl2O3催化劑)，向熱分解氣體 中添加高溫水蒸氣，分別設(shè)置控制高溫水蒸氣的溫度及流量控制裝置8、51、52、53。通過高 溫水蒸氣的溫度控制裝置控制改質(zhì)區(qū)域的溫度T20，該改質(zhì)區(qū)域的溫度T20進(jìn)一步控制改 質(zhì)氣體中含有的可燃性氣體組分及回收油份的比率。另外，改質(zhì)區(qū)域生成氣體的組分(特 別是氫氣含量)主要由供給至改質(zhì)區(qū)域的水蒸氣量空中。改質(zhì)氣體中的油份經(jīng)冷卻回收部 41回收。因此該汽化設(shè)備的后段裝置(發(fā)電機等)不需要消耗多量的熱能，改質(zhì)區(qū)域的溫 度T20較低，回收的油份含量較高。另一方面，如果后段的裝置需要消耗較多量的熱能，不 僅改質(zhì)區(qū)域的溫度較高，而且回收的油份含量較低。因此，該汽化設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率能整體提 高。而且，在該汽化設(shè)備中，通過控制高溫水蒸氣的溫度及流量，改質(zhì)氣體可以供給至后段 裝置(發(fā)電機等)，從而實現(xiàn)最適化控制。另外，過去的汽化裝置，為盡可能的減少熱分解氣體中的焦油組分，往往通過盡量 提高改質(zhì)裝置2中的改質(zhì)溫度；本發(fā)明的汽化設(shè)備，通過與油化還原裝置的復(fù)合設(shè)置，不僅 可有效回收熱分解氣體中的焦油組分，而且獲得的燃料油可作為燃燒裝置12的燃料供給 使用，因此可有效利用廢塑料熱分解后的熱源。這樣，通過降低高溫水蒸氣的溫度和削減水 蒸氣量實現(xiàn)降低改質(zhì)工序的工作負(fù)荷，從而整體提高全體汽化設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率。
圖7、圖8和圖9分別顯示了改質(zhì)區(qū)域的溫度控制實施狀態(tài)的示意圖。根據(jù)圖1及圖2所示的實施狀態(tài)，如圖7(A)所示，汽化設(shè)備中的溫度控制主要包 括添加溫度T14的高溫水蒸氣，經(jīng)氣體流路Ll與在改質(zhì)裝置2中改質(zhì)區(qū)域中形成溫度TlO 的混合氣體(熱分解氣體和水蒸氣)，其中改質(zhì)氣體的溫度T20通過高溫水蒸氣的溫度T14 控制。但是，如圖7(B)所示，通過溫度T14的高溫水蒸氣直接導(dǎo)入至改質(zhì)區(qū)域內(nèi)部，可以更 好的控制改質(zhì)區(qū)域的溫度T20。作為變形例，汽化設(shè)備如圖8所示，溫度Tll的水蒸氣經(jīng)氣體流路Ll逐步添加，通 過在改質(zhì)裝置20內(nèi)配設(shè)加熱裝置M，不僅可加熱改質(zhì)區(qū)域，而且可較好控制改質(zhì)區(qū)域的溫 度T20。如圖8所示的實施形態(tài)顯示，油回收槽7經(jīng)燃料油流路L52與加熱裝置M連接， 即油回收槽7中的回收油，經(jīng)燃料油流路L52中設(shè)置的燃料油壓送裝置62壓送至加熱裝置 54，并作為加熱裝置M的燃料使用。其他變形例如圖9所示。圖9中的汽化設(shè)備，加熱裝置55配設(shè)在溫度Tll的水蒸 氣給送路Lll中間。溫度Tll的水蒸氣通過加熱裝置55加熱至溫度T14，高溫水蒸氣供給 路L12添加至氣體流路Ll中。實施形態(tài)如圖8所示的相同，油回收槽7經(jīng)燃料油流路L52 與加熱裝置M連接，即油回收槽7中的回收油，經(jīng)燃料油壓送裝置62壓送至加熱裝置55， 并作為加熱裝置陽的燃料使用。另外，圖8和圖9所示的具體實施狀態(tài)，經(jīng)氣體流路L4中 的一部分生成氣體(合成氣體)也可以替代回收油，作為加熱裝置54、55的燃料氣體使用。以上，對本發(fā)明的最適實施狀態(tài)條件進(jìn)行詳細(xì)描述，但不是僅限于以上描述，可根 據(jù)權(quán)利要求書的說記載的范圍進(jìn)行種種變形或變更。例如，上述實施狀態(tài)中，利用熱分解裝置1的外部加熱裝置(燃燒裝置1 及高溫 水蒸氣供給路L12的高溫水蒸氣的作為熱源并生成合成氣體的二段式汽化方式的汽化設(shè) 備，即可以維持熱分解區(qū)域和改質(zhì)區(qū)域隔絕空氣和氧氣的環(huán)境中，也可以供給至熱分解區(qū) 域和(或)改質(zhì)區(qū)域適量的空氣和氧氣。另外，作為上述的水蒸氣加熱裝置，可選用具備同流換熱器、金屬線圈或金屬散熱 片等形式的高性能熱交換器、蜂窩型蓄熱體等的高溫空氣發(fā)生裝置或高溫水蒸氣發(fā)生裝置 (日本特開號平成10-189號/日本特開號平成104464 號、日本特開號平成8-230682號 /日本特開號平成10-73236號等?；蛘咭部刹捎贸Ｒ姷钠桨迨?、卵石式或球式為蓄熱收容 形式的等任意形式的蓄熱型熱交換器及加熱裝置。另外，在圖1和圖2顯示的熱交換裝置3中，使用蒸汽鍋爐向熱交換裝置3的提供 水蒸氣。因此，最好對熱交換裝置3使用水蒸氣加熱的方式。
權(quán)利要求
1.一種廢橡膠、廢油、廢塑料的汽化工藝及汽化裝置，包括能將高分子廢棄物加熱和熔 融的熱分解裝置、高分子廢棄物經(jīng)熱分解形成的熱分解氣體在催化劑的作用下被水蒸氣改 質(zhì)的改質(zhì)裝置、控制和調(diào)節(jié)溫度的熱交換裝置、經(jīng)所述改制裝置后的改質(zhì)氣體在經(jīng)過冷卻 和液化后回收改質(zhì)氣體油份的油份回收裝置、油回收槽和連接管路，其特征在于所述熱分 解裝置、改質(zhì)裝置、熱交換裝置、冷卻精制裝置和油回收槽依次通過所述連接管路連接。
2.如權(quán)利要求1所述的廢橡膠、廢油、廢塑料的汽化工藝及汽化裝置，其特征在于所述 改質(zhì)裝置的改質(zhì)區(qū)域內(nèi)填充RuAl2O3等催化劑。
3.如權(quán)利要求1所述的廢橡膠、廢油、廢塑料的汽化工藝及汽化裝置，其特征在于所述 改質(zhì)區(qū)域設(shè)置控制高溫水蒸氣溫度的水蒸氣溫度控制裝置，通過溫度可控的水蒸氣與前述 熱分解氣體的混合可進(jìn)一步控制改質(zhì)區(qū)域內(nèi)的溫度。
4.如權(quán)利要求1所述的廢橡膠、廢油、廢塑料的汽化工藝及汽化裝置，其特征在于所述 改質(zhì)控制方式的在改質(zhì)區(qū)域內(nèi)設(shè)置控制高溫水蒸氣流量的水蒸氣量控制裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的廢橡膠、廢油、廢塑料的汽化工藝及汽化裝置，其特征在于所述 熱分解裝置的熱分解槽容納在加熱爐內(nèi)部；熱分解槽的燃燒裝置通過熱分解裝置的外部加 熱裝置加熱的，并利用油份回收裝置的再生油作為燃料油供給。
6.如權(quán)利要求1所述的廢橡膠、廢油、廢塑料的汽化工藝及汽化裝置，其特征在于一種 廢橡膠、廢油、廢塑料的汽化工藝，包括以下步驟(1)熱分解、汽化工序?qū)⒏叻肿訌U棄物加熱熔融并生成熱分解氣體；(2)改質(zhì)工序廢棄物經(jīng)熱分解后產(chǎn)生的熱分解氣體在催化劑的作用下水蒸氣改質(zhì)；(3)油份回收工序接受改質(zhì)反應(yīng)后的改質(zhì)氣體被冷卻、液化，改質(zhì)氣體中的油份被回收。另外，改質(zhì)工序中包括了控制水蒸氣改質(zhì)反應(yīng)的反應(yīng)區(qū)域溫度和(或)水蒸氣量的控 制方法。所述催化劑使用RuAl2O3等為催化劑。
7.如權(quán)利要求1所述的廢橡膠、廢油、廢塑料的汽化工藝及汽化裝置，其特征在于所述 熱分解氣體流路或反應(yīng)區(qū)域中，將加熱至600°C以上的高溫水蒸氣與前述的熱分解氣體混 合，通過控制該高溫水蒸氣溫度來控制反應(yīng)區(qū)域的溫度。
8.如權(quán)利要求1所述的廢橡膠、廢油、廢塑料的汽化工藝及汽化裝置，其特征在于所述 水蒸氣加熱裝置通過控制高溫水蒸氣流量來控制反應(yīng)區(qū)域的水蒸氣比。
9.如權(quán)利要求1所述的廢橡膠、廢油、廢塑料的汽化工藝及汽化裝置，其特征在于所述 改質(zhì)裝置通過控制反應(yīng)區(qū)域的溫度在600 800°C范圍內(nèi)，可控制改質(zhì)氣體中油份的回收 量。
10.如權(quán)利要求1所述的廢橡膠、廢油、廢塑料的汽化工藝及汽化裝置，其特征在于所 述改質(zhì)裝置通過控制反應(yīng)區(qū)域的水蒸氣比在1. 0 5. 0范圍內(nèi)，可控制合成氣體的組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種廢橡膠、廢油、廢塑料的汽化工藝及汽化裝置，包括能將高分子廢棄物加熱和熔融的熱分解裝置、高分子廢棄物經(jīng)熱分解形成的熱分解氣體在催化劑的作用下被水蒸氣改質(zhì)的改質(zhì)裝置、控制和調(diào)節(jié)溫度的熱交換裝置、經(jīng)所述改制裝置后的改質(zhì)氣體在經(jīng)過冷卻和液化后回收改質(zhì)氣體油份的油份回收裝置、油回收槽和連接管路，其特征在于所述熱分解裝置、改質(zhì)裝置、熱交換裝置、冷卻精制裝置和油回收槽依次通過所述連接管路連接，該設(shè)備不僅能將廢塑料等高分子廢棄物汽化后生成較為優(yōu)質(zhì)的合成氣體，而且能回收汽化氣體的含油組分并作為燃燒裝置的燃燒油使用。
文檔編號C01B3/32GK102126706SQ20101010512
公開日2011年7月20日 申請日期2010年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月3日
發(fā)明者宇根浩, 木村護(hù) 申請人:上海國環(huán)能源開發(fā)有限公司, 日本伸光株式會社