專利名稱：一種熱解-催化塑料制取烴類油與鹽酸的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種熱解-催化塑料的裝置，尤其涉及一種熱解-催化含氯塑料制取烴類油與鹽酸的裝置。
背景技術(shù)：
隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，塑料制品的應(yīng)用也越來越廣，塑料的大量應(yīng)用，例如大量包裝塑料膜、塑料袋、以及一次性不可降解的塑料餐具的使用量激增，在給人們的生活帶來許多方便的同時，也造成了非常嚴(yán)重的白色污染。日常生活中產(chǎn)生的大量的塑料垃圾亟需采取有效的方式處理，既要盡量減少環(huán)境污染，又要達(dá)到減量化的目的。目前，采用廢塑料裂解制取烴類油是回收廢塑料、治理白色污染的有效途徑。裂解制油有熱裂解、催化裂解、熱解-催化三種方式。熱裂解投資少，工藝簡單，但反應(yīng)時間長、生產(chǎn)工藝粗糙、產(chǎn)品雜亂、出油率低，所得燃料油品中蠟含量高、品質(zhì)差，主要為沸點范圍較寬的烴類物質(zhì)，其中汽油餾分和柴油餾分含量不高。催化裂解的反應(yīng)速率快，工藝較為簡單，投資較少，但是反應(yīng)過程中有大量焦炭沉積于催化劑表面，使催化劑失活，因此催化劑用量大，而且裂解后的殘渣與催化劑混合在一起，不利于催化劑的分離與回收。熱解-催化法獲得的烴類油的油品最好，克服了熱裂解制得汽油和柴油品質(zhì)不高的缺點，而且此法操作靈活，運行費用低，催化劑用量少，而且可以多次使用。所以熱解-催化法被認(rèn)為是一種較為理想的處理廢塑料的方法。但是，常規(guī)的熱解-催化法在熱解含氯塑料時，是在單一的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，具有單一的溫度區(qū)間，熱解含氯量較大的聚氯乙烯(PVC)塑料時，氣體產(chǎn)物中包含有大量的HCl氣體，不但對反應(yīng)設(shè)備有嚴(yán)重的腐蝕性，而且導(dǎo)致催化劑失活，影響催化劑的使用壽命，也影響熱解氣催化裂化后的油品質(zhì)量，因此混合塑料一般要求不含含氯塑料，或者混合塑料要進(jìn)行預(yù)處理，以脫去其中的PVC塑料。與常規(guī)的熱解-催化法不同的是，專利“用廢舊聚烯烴塑料制造烴油的方法”(專利號CN96116917.6)采用了單一裂解釜內(nèi)低溫?zé)峤馀c高溫?zé)峤庀嘟Y(jié)合的方法。廢舊含氯塑料加入裂解釜后，先進(jìn)行塑料的低溫?zé)峤猓瑴囟确秶鸀?50-250°C，在此溫度區(qū)間發(fā)生脫氯反應(yīng)產(chǎn)生HCl氣體，然后開啟通往吸收塔的閥門，關(guān)閉通往催化室的閥門，HCl氣體被吸收塔吸收制成鹽酸，低溫?zé)峤馔瓿珊螅袚Q閥門，關(guān)閉通往吸收塔的閥門，開啟通往催化室的閥門，高溫裂解開始，加熱溫度至400-500°C，裂解產(chǎn)生氣態(tài)烴，氣態(tài)烴進(jìn)入催化床在催化劑的作用下進(jìn)一步催化裂解產(chǎn)生小分子裂解氣，小分子裂解氣經(jīng)冷凝、分餾得到汽柴油。該技術(shù)解決了產(chǎn)物中鹽酸腐蝕設(shè)備的問題，能夠得到一定的汽、柴油，但是仍然存在下列問題(I)裂解釜熱解過程間歇進(jìn)行，先進(jìn)行低溫?zé)峤?，低溫?zé)峤馔瓿珊蟛拍苓M(jìn)行高溫?zé)峤?，不能同步進(jìn)行，導(dǎo)致只能間歇性給料，塑料的熱解量有限，熱解的周期長，效率低下；(2)低溫?zé)峤馀c高溫?zé)峤饨惶鏁r需要頻繁的切換閥門，帶來一定的不便，也較難控制反應(yīng)時間和反應(yīng)進(jìn)行的程度，在一定程度上限制其工業(yè)應(yīng)用；[0008](3)裂解釜布置在煙道內(nèi)，吸收煙氣余熱，為熱解提供熱量，但裂解釜外壁容易積灰和結(jié)焦，一旦結(jié)焦，導(dǎo)致傳熱惡化，增大傳熱阻力，釜內(nèi)熱量不足，影響熱解的進(jìn)行，需要定期的清理。發(fā)明專利“一種基于煤氣化制取氫氣并分離CO2的方法及其裝置”(專利號CN201010172522)用于煤氣化制取氫氣，主要由再生反應(yīng)器系統(tǒng)和混合氣化反應(yīng)器系統(tǒng)兩部分組成，采用變截面管道有利于富氫氣體的提升和凈化。該專利披露的雖然是一種雙床連續(xù)反應(yīng)的裝置，但該裝置專用于煤氣化制取氫氣的工藝中，如用于塑料熱解反應(yīng)，則會因為流化床提升管的管徑較細(xì)，使管道容易被塑料熱解產(chǎn)物堵塞，使得反應(yīng)無法進(jìn)行。

實用新型內(nèi)容技術(shù)問題本實用新型提供了一種簡便高效、可連續(xù)操作的熱解-催化塑料制取烴類油與鹽酸的裝置。技術(shù)方案本實用新型的熱解-催化塑料制取烴類油與鹽酸的裝置，包括低溫流化床、高溫流化床、第一返料器、洗滌塔、第二返料器、低溫旋風(fēng)分離器、高溫旋風(fēng)分離器、第三返料器、催化床、冷凝器、分餾塔、N2氣源、O2氣源和氣體預(yù)熱器；低溫流化床為等直徑的流化床，在其上部設(shè)置有低溫流化床出料口，下部設(shè)置有低溫流化床第一返料進(jìn)口、低溫流化床進(jìn)料口、低溫流化床返料出口和低溫流化床第二返料進(jìn)口，底端設(shè)置有氮氣回流口和氮氣進(jìn)口，所述低溫流化床出料口與低溫旋風(fēng)分離器的進(jìn)口連接，低溫旋風(fēng)分離器出氣口通過管道與洗滌塔上的洗滌塔進(jìn)氣口連接，低溫旋風(fēng)分離器的固體分離口通過第一返料器與第一返料進(jìn)口連接；洗滌塔上還設(shè)置有鹽酸出口和，所述氮氣出口通過風(fēng)機(jī)與氮氣回流口連接，所述氮氣進(jìn)口與N2氣源連接；高溫流化床為等直徑的流化床，在其上部設(shè)置有高溫流化床出料口，下部設(shè)置有高溫流化床進(jìn)料口，底端設(shè)置有排灰口和混合氣進(jìn)口，所述高溫流化床進(jìn)料口通過第二返料器與低溫流化床返料出口連接，所述高溫流化床出料口與高溫旋風(fēng)分離器連接，高溫旋風(fēng)分離器出氣口通過管道與催化床上的催化床進(jìn)氣口連接，高溫旋風(fēng)分離器的固體分離口通過第三返料器與低溫流化床第二返料進(jìn)口連接；所述混合氣進(jìn)口通過氣體預(yù)熱器分別與N2氣源和O2氣源連接；催化床上的催化床出氣口通過管道與冷凝器上的冷凝器進(jìn)氣口連接，冷凝器上還設(shè)置有冷卻水出口、冷卻水進(jìn)口、重柴油出口和冷凝器出料口，所述分餾塔上設(shè)置有分餾塔進(jìn)口和分餾塔出口，所述冷凝器出料口通過管道與分餾塔進(jìn)口連接。有益效果本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和顯著進(jìn)步(I)現(xiàn)有的熱解-催化 法均在單一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，導(dǎo)致氣體產(chǎn)物中含有大量的HCl氣體，對設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重，容易使得催化劑失活，油品的質(zhì)量差；或者需要切換低溫?zé)峤馀c高溫?zé)峤猓g歇給料，帶來操作的不便，效率低下。本實用新型采用雙層結(jié)構(gòu)，不受單一裂解釜結(jié)構(gòu)的限制，可以連續(xù)給料，突破此前實用新型間歇進(jìn)料的不足，低溫?zé)峤馀c高溫?zé)峤饪梢酝瑫r進(jìn)行，沒有時間先后順序，兩床的溫度也可獨立控制，不需隨熱解階段的切換變化床溫，塑料的熱解量增加，周期明顯縮短，熱解的效率提高。(2)本實用新型所的裝置采用等直徑管道的單一直管流化床，不設(shè)置過渡段，管道不容易被塑料熱解產(chǎn)物堵塞，可以適用于廢舊含氯塑料的熱解-催化制油反應(yīng)。[0018](3)本實用新型的裝置設(shè)置有N2氣源和入口，低溫?zé)峤馐且訬2作為熱解介質(zhì)，在無氧的氣氛下進(jìn)行，可以切斷合成二惡英和呋喃(PCDD/PCDFS)的化學(xué)反應(yīng)途徑，從根本上阻止了二惡英類物質(zhì)的生成，從而避免了傳統(tǒng)垃圾焚燒不能有效去除二惡英的弊端。

圖I是本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中有1.破碎機(jī)；2.螺旋給料器；3.低溫流化床；4.高溫流化床；5.第一返料器；6.洗滌塔；7.風(fēng)機(jī)；8.N2氣源；9.第二返料器；10.低溫旋風(fēng)分離器；11.高溫旋風(fēng)分離器；12.第三返料器；13.催化床；14.冷凝器；15.分餾塔；16. O2氣源；17.氣體預(yù)熱器，31.低溫流化床出料口，32.低溫流化床第一返料進(jìn)口，33.低溫流化床進(jìn)料口，34.低溫流化床返料出口，35.低溫流化床第二返料進(jìn)口，41.高溫流化床進(jìn)料口，42.高溫流化床出料□。A.塑料入口 ；B.氮氣回流口 ；C.氮氣進(jìn)口 ；D.低溫旋風(fēng)分離器出氣口 ；E.洗滌塔進(jìn)氣口 ；F.鹽酸出口 ；G.氮氣出口 ；H.排灰口 ；I.混合氣進(jìn)口 J.高溫旋風(fēng)分離器出氣口 ；K.催化床進(jìn)氣口 ；L.催化床出氣口 ；M.冷卻水出口 ；N.冷卻水進(jìn)口 ；0.冷凝器進(jìn)氣口 ；P.重柴油出口 ；Q.冷凝器出料口 ；R.分餾塔進(jìn)口 ；S.分餾塔出口。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的說明。本實用新型的裝置是在發(fā)明專利“一種基于煤氣化制取氫氣并分離CO2的方法及其裝置”(專利號CN201010172522，以下稱該專利)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的變化，主要由再生反應(yīng)器系統(tǒng)和混合氣化反應(yīng)器系統(tǒng)兩部分組成，該專利用于煤氣化制取氫氣，采用變截面管道有利于富氫氣體的提升和凈化，但如轉(zhuǎn)用到塑料熱解反應(yīng)中，則會因為流化床提升管的管徑較細(xì)，使管道容易被塑料熱解產(chǎn)物堵塞。本實用新型所采用的裝置如圖I所示，是將該專利中兩個變截面流化床，改為等直徑管道的單一直管流化床，不再設(shè)置過渡段，以適用于廢舊含氯塑料的熱解-催化制油反應(yīng)，溢流槽和下料管更名為返料器，裝置的其他地方不變。本實用新型的裝置主要由破碎機(jī)I、螺旋給料器2、低溫流化床3、高溫流化床4、第一返料器5、洗滌塔6、第二返料器9、低溫旋風(fēng)分離器10、高溫旋風(fēng)分離器11、第三返料器
12、催化床13、冷凝器14、分餾塔15組成。螺旋給料器2與低溫流化床進(jìn)料口 33連接，低溫流化床3上部的低溫流化床出料口 31連接低溫旋風(fēng)分離器10，低溫旋風(fēng)分離器10的下端由第一返料器5連接低溫流化床3的下部，低溫旋風(fēng)分離器10上端的低溫旋風(fēng)分離器出氣口 D連接洗滌塔進(jìn)氣口 E，洗滌塔6的氮氣出口 G通過風(fēng)機(jī)7與低溫流化床3底端的氮 氣回流口 B相連接；第二返料器9的上端與低溫流化床3下端的低溫流化床返料出口 34連接,第二返料器9的下端與高溫流化床4下端的高溫流化床出料口 42連接，高溫流化床4上部的高溫流化床進(jìn)料口 41與高溫旋風(fēng)分離器11連接，高溫旋風(fēng)分離器11的下端經(jīng)第三返料器12與低溫流化床3下部的低溫流化床第二返料進(jìn)口 35連接，高溫旋風(fēng)分離器11上的高溫旋風(fēng)分離器出氣口 J與催化床13底部的催化床進(jìn)氣口 K連接，催化床13的頂部與冷凝器14上的冷凝器進(jìn)氣口 O連接，冷凝器上的冷凝器出料口 Q與分餾塔15底部的分餾塔進(jìn)口 R連接，分餾塔上還設(shè)置有分餾塔出Π S。 本實用新型裝置的工藝過程為將混合廢舊含氯塑料經(jīng)破碎機(jī)I破碎后，由螺旋給料器2加入到預(yù)裝有石英砂的低溫流化床3內(nèi)，熱解啟動時，從低溫流化床3的氮氣進(jìn)口C通入N2,加熱床溫至200 350°C。低溫流化床3為一鼓泡流化床，N2作為流化氣體，混合廢舊含氯塑料在床內(nèi)發(fā)生初級熱解，主要為脫氯反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后產(chǎn)生固體殘渣和大量的HCl氣體，根據(jù)TGA (熱重)實驗結(jié)果，塑料中99. 5%以上的氯將被脫除，在低溫流化床3頂部的氣體產(chǎn)物主要為HC1、N2和水蒸氣。一部分固體殘渣與氣體產(chǎn)物混合形成氣固產(chǎn)物,氣固產(chǎn)物經(jīng)低溫流化床出料口 31輸送至低溫旋風(fēng)分離器10分離，分離出的固體殘渣由第一返料器5送回到低溫流化床3，分離的含有HCl的混合氣從低溫旋風(fēng)分離器出氣口排出，進(jìn)入洗滌塔6，在洗滌塔6內(nèi)，HCl和水蒸氣被吸收制備成鹽酸，從洗滌塔的鹽酸出口 F流出，未被吸收的N2從洗滌塔6的氮氣出口 G分離出來，再經(jīng)風(fēng)機(jī)7增壓后，從低溫流化床3的氮氣回流口 B重新送回低溫流化床內(nèi)，實現(xiàn)N2的循環(huán)。低溫流化床3熱解后得到的固體殘渣主要為碳?xì)浠衔铮渲幸徊糠止腆w殘渣經(jīng)第二返料器9進(jìn)入高溫流化床4內(nèi)。氮氣與體積濃度為4% 10%的氧氣在氣體預(yù)熱器17內(nèi)混合并預(yù)熱至300°C，由高溫流化床4底部的混合氣進(jìn)口 I進(jìn)入高溫流化床4內(nèi)。高溫流化床4為一循環(huán)流化床，其溫度升高至400 500°C，部分碳?xì)錃堅c混合氣中的O2反應(yīng)生產(chǎn)CO2并且放出大量的熱，為高溫?zé)峤馓峁┧璧臒崃?，反?yīng)結(jié)束后O2消耗殆盡，造成缺氧的氣氛，未反應(yīng)的碳?xì)浠衔镌诟邷厝毖醯臍夥障驴焖贌峤鉃榇蠓肿託鈶B(tài)烴類。高溫流化床4中產(chǎn)生的灰分從高溫流化床4底部設(shè)置的放灰口 H排出，反應(yīng)產(chǎn)生的氣固兩相產(chǎn)物經(jīng)高溫旋風(fēng)分離器11分離后，分離的固體顆粒經(jīng)第三返料器12返回到低溫流化床3內(nèi)，分離的大分子氣態(tài)烴類從高溫旋風(fēng)分離器11上部的高溫旋風(fēng)分離器出氣口 J排出，進(jìn)入催化床13。大分子氣態(tài)烴類從催化床13底部的催化床進(jìn)氣K進(jìn)入床內(nèi)，加熱床溫至300 3800C，催化床13放置的催化為粘土礦物、HZSM-5、烯土 Y型分子篩和金屬助劑，大分子氣態(tài)烴類在催化劑的作用下催化裂解為小分子烴，小分子烴從催化床13頂部的催化床出氣口 L出來，再經(jīng)冷凝器進(jìn)氣口 O進(jìn)入冷凝器14，冷凝器14設(shè)有冷卻水進(jìn)口 N和冷卻水出口 M，氣體在冷凝器14內(nèi)放熱，先冷凝出熔點較高的重柴油，從冷凝器上的重柴油出口 P流出，其余冷凝物經(jīng)冷凝器出料口 Q出來后，由分餾塔進(jìn)口 R進(jìn)入分餾塔15內(nèi)，小分子烴經(jīng)過分餾后，根據(jù)熔點先后得到汽油、輕柴油以及一些不凝性氣體，從分餾塔出口 S分離出來。在低溫流化床3與高溫流化床4之間循環(huán)的惰性載體物質(zhì)為石英砂，高溫流化床4內(nèi)的碳?xì)錃堅cO2反應(yīng)放出的熱量，使得石英砂的溫度升高，一部分溫度較高的石英砂經(jīng)高溫旋風(fēng)分離器11分離，由第三返料器12返回到低溫流化床3內(nèi)，溫度較高的石英砂釋放熱量給其他床料，為低溫?zé)峤馓峁崃?，實現(xiàn)自熱平衡，達(dá)到石英砂的傳遞能量的目的。
權(quán)利要求1. 一種熱解-催化塑料制取烴類油與鹽酸的裝置，其特征在于，包括低溫流化床(3)、高溫流化床(4)、第一返料器(5)、洗滌塔￠)、第二返料器(9)、低溫旋風(fēng)分離器(10)、高溫旋風(fēng)分離器(11)、第三返料器(12)、催化床(13)、冷凝器(14)、分餾塔(15)、N2氣源(8)、02氣源(16)和氣體預(yù)熱器(17)； 所述低溫流化床(3)為等直徑的流化床，在其上部設(shè)置有低溫流化床出料口(31)，下部設(shè)置有低溫流化床第一返料進(jìn)口(32)、低溫流化床進(jìn)料口(33)、低溫流化床返料出口(34)和低溫流化床第二返料進(jìn)口(35)，底端設(shè)置有氮氣回流口(B)和氮氣進(jìn)口(C)，所述低溫流化床出料口(31)與低溫旋風(fēng)分離器(10)的進(jìn)口連接，低溫旋風(fēng)分離器出氣口(D)通過管道與洗滌塔(6)上的洗滌塔進(jìn)氣口(E)連接，低溫旋風(fēng)分離器(10)的固體分離口通過第一返料器(5)與第一返料進(jìn)口(32)連接；洗滌塔(6)上還設(shè)置有鹽酸出口(F)和，所述氮氣出口(G)通過風(fēng)機(jī)(7)與氮氣回流口⑶連接，所述氮氣進(jìn)口(C)與隊氣源⑶連接; 所述高溫流化床(4)為等直徑的流化床，在其上部設(shè)置有高溫流化床出料口(42)，下部設(shè)置有高溫流化床進(jìn)料口(41)，底端設(shè)置有排灰口(H)和混合氣進(jìn)口(I)，所述高溫流化床進(jìn)料口(41)通過第二返料器(9)與低溫流化床返料出口(34)連接，所述高溫流化床出料口(42)與高溫旋風(fēng)分離器(11)連接，高溫旋風(fēng)分離器出氣口(J)通過管道與催化床(13)上的催化床進(jìn)氣口(K)連接，高溫旋風(fēng)分離器(11)的固體分離口通過第三返料器(12)與低溫流化床第二返料進(jìn)口(35)連接；所述混合氣進(jìn)口(I)通過氣體預(yù)熱器(17)分別與N2氣源(8)和O2氣源(16)連接； 所述催化床(13)上的催化床出氣口(L)通過管道與冷凝器(14)上的冷凝器進(jìn)氣口(O)連接，冷凝器(14)上還設(shè)置有冷卻水出口(M)、冷卻水進(jìn)口(N)、重柴油出口⑵和冷凝器出料口(Q)，所述分餾塔(15)上設(shè)置有分餾塔進(jìn)口(R)和分餾塔出口(S)，所述冷凝器出料口(Q)通過管道與分餾塔進(jìn)口(R)連接。
專利摘要本實用新型涉及一種熱解-催化塑料制取烴類油與鹽酸的裝置，包括低溫流化床、高溫流化床、第一返料器、洗滌塔、第二返料器、低溫旋風(fēng)分離器、高溫旋風(fēng)分離器、第三返料器、催化床、冷凝器、分餾塔、N2氣源、O2氣源和氣體預(yù)熱器，廢舊含氯塑料經(jīng)過破碎，由螺旋給料器送入低溫流化床內(nèi)，在床內(nèi)N2氣氛下塑料發(fā)生低溫?zé)峤?，HCl氣體經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后進(jìn)入洗滌塔，在洗滌塔內(nèi)被吸收制備成鹽酸。低溫?zé)峤猱a(chǎn)生的固體殘渣經(jīng)返料管進(jìn)入高溫流化床，通入N2/O2的混合氣，部分碳?xì)錃堅cO2燃燒放熱，未反應(yīng)的固體殘渣在高溫缺氧氣氛下熱解產(chǎn)生大分子氣態(tài)烴類，大分子氣態(tài)烴類經(jīng)氣固分離后進(jìn)入催化床，產(chǎn)生小分子烴，經(jīng)冷凝、分餾后，得到各種烴類油。本新型熱解效率高，可避免傳統(tǒng)垃圾焚燒不能有效去除二惡英的弊端。
文檔編號C10G1/00GK202359074SQ20112045892
公開日2012年8月1日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者向文國, 王東, 薛志鵬, 陳時熠 申請人:東南大學(xué)