專利名稱：多功能廢塑料管式裂解裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于資源與環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多功能廢塑料管式裂解裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟發(fā)展速度不斷增長，城鄉(xiāng)居民所丟棄的固體廢物數(shù)量不斷增加，內(nèi)容與以往也有明顯變化。國務院曾發(fā)布公告指出我國城市垃圾每年以10%的速度增長，要求各城市將城市垃圾處理與回收利用納入城建規(guī)劃中，做到垃圾減量化、無害化處理以及作為能源開發(fā)利用。從廢物中回收資源、能源，不僅可以保護和延長原生資源壽命，彌補資源不足，同時可降低實際廢物處理量和運輸量，減輕環(huán)境污染，維護生態(tài)平衡，具有顯著的社會效益，并可取得一定的經(jīng)濟效益。固體廢物熱分解，是利用有機物的熱不穩(wěn)定性將高分子化合物分解為低分子化合物，這一過程包含大分子鍵斷裂、異構(gòu)化和小分子聚合等一系列過程。熱分解方式分為解聚反應型、隨機分解型和兩者兼有的中間型。解聚反應型受熱分解時切斷了單體分子間的結(jié)合鍵，使聚合物解離分解成單體。利用這一反應可能獲取低成本化工原料單體，具有高經(jīng)濟價值，但熱分解前要將所處理的高分子化合物分類揀出。隨機分解型受熱分解時鏈的斷裂是隨機的，因而產(chǎn)生無一定數(shù)目的低分子碳氫化合物，加入合適的催化劑在一定溫度、壓力下使其中部分鏈長的產(chǎn)物數(shù)目大大增加而獲得有一定經(jīng)濟價值的產(chǎn)品，如燃氣、汽油、柴油寸。以廢舊塑料熱裂解為例，由于塑料具有良好的使用性能，它與鋼鐵、木材和水泥等已構(gòu)成了現(xiàn)代工業(yè)的四大基礎(chǔ)原料。隨著塑料制品的廣泛應用，廢塑料帶來的嚴重的環(huán)境污染和資源再利用問題也日益受到人們的關(guān)注。我國每年產(chǎn)生的廢棄塑料量約為500萬噸左右。利用裂解法由廢塑料制取液體燃料油，是廢塑料資源再利用的最為有效的方法之一， 對保護自然環(huán)境和防止生態(tài)環(huán)境污染具有重要的意義。廢塑料裂解技術(shù)就是利用其在高溫下不穩(wěn)定、易分解的性質(zhì)，在隔絕空氣和高溫條件下，使長鏈的高分子發(fā)生斷鏈和脫氫等反應，以制取液態(tài)燃料油的過程，裂解裝置是實現(xiàn)該技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，可用于混合廢塑料裂解的裝置有立式反應釜、管式反應器和流化床反應器等。立式反應釜是將廢塑料一次性加入釜內(nèi)，待反應結(jié)束后，停爐降溫，再打開反應器進行人工清渣，完成一次裂解制油過程。廢塑料受熱后產(chǎn)生高粘度融化物，難以流動，且碳殘渣粘附于反應器的壁上，不利于其連續(xù)排除。該工藝存在著勞動強度大、能耗高、生產(chǎn)效率低， 頻繁開停爐安全性差等缺點。而流化床反應器溫度控制比較困難，運行成本較高，還存在油水分離和煙氣回收等問題。廢塑料管式裂解裝置普遍存在結(jié)焦問題，這是現(xiàn)有技術(shù)中尚未解決的難題。其后果是，隨著裂解爐管內(nèi)表面結(jié)焦的不斷增加，爐管的傳熱系數(shù)會迅速降低，爐管內(nèi)的壓力降也隨之加大，導致裂解爐運行一段時間后必須停爐燒焦，致使能源浪費嚴重，裂解產(chǎn)物收率降低，經(jīng)濟效益下降。每年因裂解爐結(jié)焦造成的損失非常嚴重。發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的是克服已有技術(shù)的不足，提出一種強化傳熱、提高傳熱效率和防止結(jié)焦的多功能廢塑料管式裂解裝置。本實用新型提出的多功能廢塑料管式裂解裝置，由第一段反應器1、第二段反應器 2、第三段反應器4和清焦器17組成，其中第一段反應器1的出料口連接第二段反應器2 的進料口，第二段反應器2的出料口連接第三段反應器4的進料口 ；第一段反應器1的進料口通過管道連接有進料斗13，該管道上依次設(shè)有翻板閥14、儲料倉15和翻板閥16，位于翻板閥14和翻板閥16的管道間設(shè)有氮氣吹吸口的儲料倉15，翻板閥14與進料斗13連接； 第一段反應器1、第二段反應器2和第三段反應器4 一端均設(shè)有清焦器17，清焦器17位于第一段反應器1、第二段反應器2和第三段反應器4進料口前端；所述清焦器17由活塞19 和空壓機18組成，活塞19 一端插入空壓機18 —端內(nèi)，活塞19另一端分別插入第一段反應器1、第二段反應器2和第三段反應器4 一端內(nèi)壁內(nèi)；第三段反應器4另一端通過排渣控制閥5連接渣罐6。本實用新型中，第一段反應器1、第二段反應器2和第三段反應器4上均有溫控器 7、物位計8和壓力表9，且均勻分布有電加熱器3。本實用新型中，第一段反應器1上設(shè)有排氣孔12，用于排放HCl氣體。 本實用新型中，第二段反應器2上設(shè)有排氣孔11，用于排放不凝氣體和裂解氣。本實用新型中，第三段反應器4上設(shè)有排氣孔10。用于排放不凝氣體和裂解氣。本實用新型包括帶有清焦器的三段反應器及其它部件，重點解決1、廢塑料裂解過程中的結(jié)焦和傳熱；2、連續(xù)密封進料和排渣；3、HCL的脫出問題。該裝置裂解產(chǎn)品回收率高、安全可靠、無污染、滿足環(huán)保要求；投資小，成本低。本實用新型的優(yōu)化設(shè)計特點在于1.強化傳熱的設(shè)計普通外加熱管式裂解爐的熱效率不高，導致大量熱量的損失，浪費了大量能源。本實用新型采用一種高黑度復合型可塑性材料作為管式裂解爐的襯里，來提高爐襯輻射率，實現(xiàn)快速和均勻加熱，從而減少結(jié)焦和節(jié)省能源。當爐溫超過300°C 時，紅外輻射傳熱可達到總傳熱量的90%以上。塑料裂解屬于吸熱過程，高黑度爐襯的特點是不僅增加了爐管的傳熱系數(shù)，而且由于爐襯的輻射傳熱使廢塑料的受熱更加快速和均勻。2.自動清焦的設(shè)計由于塑料的導熱性差，進入到熱分解狀態(tài)的時間長，反應器內(nèi)壁溫度分布不均勻等原因，導致塑料受熱不均勻，產(chǎn)生了碳化結(jié)焦現(xiàn)象，生成的殘?zhí)己徒乖掣皆谄鞅诒砻嫔鲜箓鳠釔夯?。這不僅嚴重地影響了反應進程，而且可能導致反應器局部溫度過高而破裂。為解決裂解爐管壁結(jié)焦的問題，本裝置設(shè)計了活塞式刮渣清焦器(見圖 2)，清焦器前端推頭緊貼反應器內(nèi)壁，在反應進行到一定階段時，推頭在壓縮空氣的作用下以一定的速率向前推行。整個過程在完成向下段推料的同時起到清渣的作用，使管壁與物料間保持良好的導熱性。3.可靠的密封隔氧設(shè)計裂解反應需要在缺氧或無氧環(huán)境中進行，高溫裂解爐中如果混入空氣，不僅影響裂解反應的進程，而且會產(chǎn)生燃燒與爆炸的危險，所以進料和排渣必須隔絕空氣。本設(shè)計采用氣動雙翻板閥，在雙翻板閥間有氮氣吹吸口。上閥門開啟，下閥門關(guān)閉時，進料斗中物料下落，填滿儲料倉；此時位于上部的翻板閥關(guān)閉，同時氮氣吹吸口打開，10秒后關(guān)閉，位于下部的翻板閥開啟，儲料倉中物料下落，進入第一段反應器，完成一次密封隔氧進料。通過上、下翻板閥交替開閉，控制進料速率，該裂解裝置的進料速率可穩(wěn)定控制。同時在此處設(shè)計的氮氣吹吸口不僅隔氧，而且減少氮氣用量，并不對后面裂解氣成分造成任何稀釋效果。4.安全的殘渣排放結(jié)構(gòu)廢塑料裂解反應完畢后的殘渣仍具有較高的溫度，如果直接排放到室外，炭黑會遇空氣發(fā)生燃燒，而室外空氣也會擴散到反應器中，產(chǎn)生爆炸的危險。所以反應完畢的殘渣需要隔絕空氣密封排除。加裝在第三段反應器上的活塞式清焦器可以將第三段反應器中剩余的殘渣送入渣罐中。渣罐和第三段反應器之間采用氣動翻板閥隔開，渣罐本身進行了良好的密封和冷卻，可以按需以不同頻率進行清理。本實用新型與傳統(tǒng)裂解油化裝置相比，具有以下特點1、整個裂解裝置的溫度可通過設(shè)計的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)實現(xiàn)分段自動控制，各段的主要功能非常明確，特別適合于含水率高的固體廢物的裂解，同時預處理成本較低； 2、除使用了高效傳熱爐襯材料之外，各段反應器內(nèi)的活塞式清焦器，能有效地起到清渣和送料兩大功能，解決了爐管因結(jié)焦而傳熱效率降低的難題；3、對含氯廢物的裂解反應初期生成的HCL氣體給予了集中處理，降低了二次污染；改善了裂解反應裝置的工作環(huán)境；4、解決了可靠密封隔氧進料和連續(xù)安全排渣問題，有效地防止了裂解裝置的爆炸；5、本裂解反應裝置結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便，通過管徑和長度的改變，可適用于不同的生產(chǎn)處理規(guī)模，尤其適合于實驗規(guī)模、中試、試制和裂解參數(shù)的檢驗。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是清焦器17的結(jié)構(gòu)示意圖。其中(a)為活塞初狀態(tài)，(b)為活塞終狀態(tài)。圖中標號1為第一段反應器，2為第二段反應器，3為電加熱器，4為第三段反應器，5為排渣控制閥，6為渣罐，7為溫控器(熱電偶)，8為物位計，9為壓力表，10為排氣孔， 11為排氣孔，12為排氣孔，13為進料斗，14為翻板閥，15為有氮氣吹吸口的儲料倉，16為翻板閥，17為清焦器，18為空壓機，19為活塞。
具體實施方式
下面通過實施例結(jié)合附圖進一步說明本實用新型。如圖1和圖2所示，本裝置由第一段反應器1、第二段反應器2、第三段反應器4和清焦器17組成，第一段反應器1、第二段反應器2和第三段反應器4上均有溫控器7、物位計8和壓力表9，且均勻分布有電加熱器3。第一段反應器1的出料口連接第二段反應器2 的進料口，第二段反應器2的出料口連接第三段反應器4的進料口 ；第一段反應器1的進料口通過管道連接有進料斗13，該管道上依次設(shè)有翻板閥14、儲料倉15和翻板閥16，位于翻板閥14和翻板閥16的管道間設(shè)有氮氣吹吸口的儲料倉15，翻板閥14與進料斗13連接；第一段反應器1、第二段反應器2和第三段反應器4 一端均設(shè)有清焦器17，清焦器17位于第一段反應器1、第二段反應器2和第三段反應器4進料口前端；所述清焦器17由活塞19和空壓機18組成，活塞19 一端插入空壓機18 —端內(nèi)，活塞19另一端分別插入第一段反應器 1、第二段反應器2和第三段反應器4 一端內(nèi)壁內(nèi)；第三段反應器4另一端通過排渣控制閥 5連接渣罐6。第一段反應器1上設(shè)有排氣孔12，用于排放HCl氣體。第二段反應器2上設(shè)有排氣孔11，用于排放不凝氣體和裂解氣。第三段反應器4上設(shè)有排氣孔10。用于排放不凝氣體和裂解氣。本實用新型的工作過程如下實際操作時，廢塑料經(jīng)過簡單的篩選、破碎和壓實后，進入進料斗13，然后翻板閥 14開啟，翻板閥16關(guān)閉，進料斗13中物料下落，待廢塑料填滿儲料倉15時，翻板閥14關(guān)閉，氮氣吹吸開始，10秒后結(jié)束。翻板閥16開啟，儲料倉15中廢塑料下落，進入第一段反應器1，此時完成一次密封進料。通過翻板閥14和翻板閥16交替開閉，控制進料速率，本裝置的進料速率可實現(xiàn)按需控制。廢塑料進入第一段反應器1后，廢塑料中的？乂(在M(T340°C，C-Cl鍵斷裂，產(chǎn)生 HCl氣體析出，由排氣孔12排出，進行集中處理。因為HCl排入大氣中會形成酸雨，在第一段反應器1中會使金屬部件受到腐蝕、使催化劑失去活性以及污染油氣等，對生產(chǎn)工藝產(chǎn)生較大的影響，所以這個階段被稱為脫氯階段。除氯之后，由清焦器17將未裂解的廢塑料送入第二段反應器2。第二段反應器2是主要裂解反應段，各種廢塑料在44(T580°C之間基本裂解完畢，產(chǎn)生的不凝氣體和油氣由排氣管11排出，經(jīng)過冷凝分離后，收集油品。剩余的少量廢塑料和殘渣由清焦器17送入第三段反應器4。第二段廢塑料裂解反應結(jié)束后，第三反應器2底部的殘渣會混合一定量的重油， 一起構(gòu)成的渣油?，F(xiàn)有工藝往往把這部分渣油直接當殘渣排出，造成了資源的浪費。為了將渣油中的碳黑和重油有效地分離開，達到資源利用的最大化，在主裂解段后加裝了第三段反應器4，第三段反應器4主要深度裂解的作用，溫度控制在55(T600°C，使渣油實現(xiàn)完全裂解，最后通過排渣控制閥5將殘余的少量碳黑排入渣罐6。除塑料以外，本實用新型還可以用于廢橡膠、污泥及其它可裂解廢棄物的再回收利用。
權(quán)利要求1.一種多功能廢塑料管式裂解裝置，由第一段反應器(1)、第二段反應器O)、第三段反應器⑷和清焦器(17)組成，其特征在于第一段反應器⑴的出料口連接第二段反應器(2)的進料口，第二段反應器(2)的出料口連接第三段反應器(4)的進料口 ；第一段反應器(1)的進料口通過管道連接有進料斗(13)，該管道上依次設(shè)有翻板閥(14)、儲料倉(15) 和翻板閥(16)，位于翻板閥(14)和翻板閥(16)的管道間設(shè)有氮氣吹吸口的儲料倉(15)， 翻板閥(14)與進料斗(13)連接；第一段反應器(1)、第二段反應器(2)和第三段反應器(4) 一端均設(shè)有清焦器(17)，清焦器(17)位于第一段反應器(1)、第二段反應器( 和第三段反應器⑷進料口前端；所述清焦器(17)由活塞(19)和空壓機(18)組成，活塞(19) 一端插入空壓機(18) —端內(nèi)，活塞(19)另一端分別插入第一段反應器(1)、第二段反應器(2) 和第三段反應器—端內(nèi)壁內(nèi)；第三段反應器(4)另一端通過排渣控制閥( 連接渣罐 (6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能廢塑料管式裂解裝置，其特征在于第一段反應器(1)、 第二段反應器( 和第三段反應器(4)上均有溫控器(7)、物位計(8)和壓力表(9)，且均勻分布有電加熱器(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能廢塑料管式裂解裝置，其特征在于第一段反應器(1) 上設(shè)有排氣孔(12)，用于排放HCl氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能廢塑料管式裂解裝置，其特征在于第二段反應器(2) 上設(shè)有排氣孔(11)，用于排放不凝氣體和裂解氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能廢塑料管式裂解裝置，其特征在于第三段反應器(4) 上設(shè)有排氣孔(10)，用于排放不凝氣體和裂解氣。
專利摘要本實用新型涉及一種多功能廢塑料管式裂解裝置，由第一段反應器、第二段反應器、第三段反應器和清焦器組成，第一段反應器出料口連接第二段反應器進料口，第二段反應器出料口連接第三段反應器進料口；第一段反應器進料口通過管道連接有進料斗，該管道上依次設(shè)有翻板閥、儲料倉和翻板閥；第一段反應器、第二段反應器和第三段反應器一端均設(shè)有清焦器，所述清焦器由活塞和空壓機組成，活塞一端插入空壓機一端內(nèi)，活塞另一端分別插入第一段反應器、第二段反應器和第三段反應器一端內(nèi)壁內(nèi)；第三段反應器另一端通過排渣控制閥連接渣罐。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便，通過管徑和長度的改變，尤其適合于實驗規(guī)模、中試、試制和裂解參數(shù)的檢驗。
文檔編號C10G1/00GK201971789SQ20112002933
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者周恭明, 王海, 陳德珍, 馬曉波 申請人:同濟大學