專利名稱：熱裂解氣體的冷卻方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種冷卻熱裂解氣體的方法，該熱裂解氣體是從塑料、橡膠或其它含烴的廢料高溫裂解過程中獲得的，在至少兩級冷卻中，熱解氣體連續(xù)地流過冷卻裝置，在第一級冷卻裝置中熱裂解氣體的冷卻是與由熱裂解氣體冷凝而獲得的熱裂解油進行直接熱交換而進行的。
在一種這類已知的方法中，400-1000℃的熱裂解氣體是由廢料在流化床高溫裂解反應器中熱降解獲得的，它在第一級冷卻裝置中以直接熱交換被冷卻(德國Auslegeschrift2，928，676)。所使用的冷卻介質(zhì)是收集在一個桶中的高沸點熱裂解油，該熱裂解油是在第一級冷卻中熱裂解氣體冷凝下來的產(chǎn)物。將高沸點熱裂解油從桶中取出并借助于泵將其噴射到向下流動的熱裂解氣體，噴射方向垂直于流動方向。為了把高沸點熱裂解油降到進行有效的冷卻所需的低溫，在將其噴射之前可將它在一個附加的冷卻器中冷卻。因為從第一級冷卻裝置中冷卻下來的高沸點熱裂解油雖然已經(jīng)過濾，仍然含有熱裂解氣所夾帶來的固體物及雜質(zhì)，因此，為了避免堵塞噴嘴，高沸點熱裂解油必須另加過濾。由于附加了高沸點熱解油的冷卻及過濾裝置，使得已知工藝花費大，而且增加了發(fā)生故障的可能性。此外，在冷卻過程中會產(chǎn)生高沸點熱裂解油的焦化，因此，焦化產(chǎn)物特別是焦油會污染熱裂解氣體的冷凝物或沉積在第一級冷卻裝置的壁上，這會嚴重地防礙生產(chǎn)的。
因而本發(fā)明的目的是提供一個確定的方法，它克服了原方法的缺點，降低了費用，并具有較高的生產(chǎn)可靠性，特別是完全可以滿足擴大生產(chǎn)的需要。
根據(jù)本發(fā)明，它的目的是在第一級冷卻裝置中所用的冷卻介質(zhì)是低沸點熱裂解油時實現(xiàn)的，低沸點熱裂解油是在下一級冷卻裝置中通過間接熱交換獲得的。這樣，在第一級冷卻裝置中所使用的冷卻介質(zhì)不再是在第一級冷卻中得到的高沸點熱裂解油，而是在第一級冷卻的下游一級冷卻獲得的低沸點熱裂解油。本文以下稱下一級冷卻為第二級冷卻，盡管不是流體都必須要通過這一級冷卻，例如也可以為第三級冷卻。由于在第一級冷卻中，那些在熱裂解反應器中由熱裂解氣夾帶的污物顆粒和雜質(zhì)通過冷卻和冷凝過程進入了所得的高沸點熱裂解油中，而這些雜質(zhì)就不會進入第二級冷卻裝置。因此，在第二級冷卻裝置中獲得的低沸點熱裂解油基本上不含有固體顆粒、雜質(zhì)以及焦化物，所以可以直接把這種低沸點熱裂解油送到第一級冷卻裝置中去，且不需要為沉淀夾帶的固體顆粒、雜質(zhì)及焦化物而附加昂貴的過濾器及其它措施。此外，另一個主要優(yōu)點是不再需要對低沸點熱裂解油進一步的冷卻，這是因為從第一級冷卻裝置中輸送來的剩余熱裂解氣體總在第二級冷卻裝置中被冷卻而形成低沸點熱裂解油。因此，本發(fā)明所示的工藝是熱裂解氣體冷卻的令人意外的簡便方法，具有成本低和操作穩(wěn)定性高的特點。
為了促使冷卻和局部冷凝作用以獲得高沸點熱裂解油及促使殘余熱裂解氣體與冷凝物的分離，最好是在大致沿軸向把低沸點熱裂解油加到到近似垂直延伸的熱交換通道的上端，讓其與熱裂解氣一起通過熱交換通道，共同向下流向分離器。在分離器中，由冷凝產(chǎn)生的高沸點熱裂解油與剩余的熱裂解氣在140-180℃溫度范圍內(nèi)彼此分離。為了形成熱交換通道，最好使用鋼管，管子的材料應能經(jīng)受得住高溫。在這種情況下，最好使用耐熱鋼，它含有28%到36%的鎳，16%到25%的鉻，1%到5%的鈦和0.1%到1%的鋁。特別是鎳的比例為30%到34%，鉻的比例為18%到22%更合適。這些數(shù)據(jù)都是以重量百分數(shù)計。這種類型的鋼通常是可以從市場買到，例如，在DIN標準下貨名為X10CrNiAlTi3220，在美國的UNS標準中貨名為N08800。熱交換通道最好是圓形橫截面并且長度是它有效寬度的5到10倍。如果需要的話，為了確實避免熱裂解油的沸騰，冷卻可以在高壓下進行。
低沸點熱裂解油均勻分配在熱交換通道的橫截面上進行熱交換特別有利。最簡單的是至少使用一個噴嘴來完成低沸點熱裂解油的精細噴霧。由于熱交換通道的內(nèi)壁總是被從噴嘴噴射出來的低沸點熱裂解油所浸潤，在壁上形成了一層熱裂解油的油層，它覆蓋著整個內(nèi)壁并向下流動。因此，壁得到冷卻，而防止了焦化物，尤其是焦油或雜質(zhì)在管壁上沉積。
在本發(fā)明的另一個可行的改進設計中，用一個分離器把高沸點熱裂解油與殘留的熱裂解氣彼此分開。高沸點熱裂解油從分離器經(jīng)過過濾裝置回收，做為中間產(chǎn)物進一步加工。更有利地是熱交換管的下端接到分離器上。
為了能夠把在第二級冷卻裝置中冷凝和冷卻產(chǎn)生的熱有效地從體系中移走，最好讓熱裂解氣體與液體介質(zhì)(最好是冷卻水)在第二級冷卻裝置的表面熱交換器中進行熱交換。在第二級冷卻裝置中被加熱了的冷卻水最好由冷卻塔中的環(huán)境熱來冷卻，然后再返回到表面熱交換器以重新吸收熱。
本發(fā)明的其它優(yōu)點和特征可以從下面對第一級和第二級冷卻裝置的描述中看到，這些裝置用于實施根據(jù)本發(fā)明的工藝是合適的，以附圖
對它們加以說明。
按照附圖，第一級冷卻裝置(10)有一個在垂直方向延伸的熱交換通道(12)，它是由一個圓形橫截面的管子制成的。管壁(14)是由耐高溫的材料組成的，也就是說，該材料必須經(jīng)得住400-1000℃的高溫，具體的溫度取決于熱裂解氣的溫度。這種類型的材料本文前面已提到了，凡是與這種高溫接觸的管路，都同樣使用這種耐高溫的材料。熱交換通道(10)的上端與近似成直角的通道彎管(16)用插入方式聯(lián)接，近似水平的延長通道(18)由管道(19)接到熱裂解反應器(21)的熱裂解氣出口點。在熱裂解反應器中，送入的廢料在還原氣氛中被分解形成熱裂解氣，殘留的熱裂解廢渣在底部取出。熱裂解反應器最好使用流化床操作，砂子可以用來做流化材料。
熱交換通道下端有一個擴大的圓柱形輔助通道段(20)，它的橫截面大約比熱交換通道(12)的橫截面大30%到70%。這個擴大的輔助通道(20)一直對中地延伸到直立的圓柱形分離器(24)的內(nèi)部(22)。該輔助通道段從上面到內(nèi)部(22)的長度大約是等于分離器(24)有效高度的1/4到1/3，并在分離器的內(nèi)部(22)的上面(42)結止。管子(26)通向過濾器(30)，再到貯存罐(28)，該管聯(lián)接到分離器(24)的下底部位上。分離器(24)的直徑是輔助通道段(20)直徑的1.5到4倍。
第二級冷卻裝置(32)有一個垂直的管束熱交換器(34)，縱向垂直延伸的熱交換管(36)一直伸到聯(lián)管箱(38)，聯(lián)管箱(38)由氣體管線(40)接到分離器(24)的內(nèi)部(22)。此處氣體管線(40)聯(lián)接到收集殘留熱裂解氣的分離器內(nèi)部(22)的上部區(qū)域(42)，分離器下部區(qū)域(44)用來接收高沸點熱裂解油。
熱交換管(36)安裝在垂直的圓柱形容器(37)內(nèi)，在其底部裝有進冷卻介質(zhì)的進口管(62)，在頂部裝有冷卻介質(zhì)的出口管(64)，冷卻介質(zhì)最好使用冷卻水。在容器(37)內(nèi)部，裝有許多根熱交換管(36)。
在垂直的管束熱交換器(34)的底部，熱交換管(36)全通到垂直的延伸管段(46)。這個延伸管段從第二個分離器(50)的上面并對中地伸向其內(nèi)部(48)。第二個分離器同樣也是設計成圓柱形立式的。延伸管(46)伸向分離器內(nèi)部(48)這段長度大約等于第二個分離器有效高度的1/3到1/4。第二個分離器的上部區(qū)域(52)是讓停留氣體的，因而其下部區(qū)域(54)是用來接收低沸點熱裂解油的。這個延伸管段(46)的終端在氣留區(qū)(52)的上部。這與輔助通道段(20)的終端是在第一個分離器內(nèi)部(22)的上部區(qū)域(42)是一樣的。輸送氣體到貯存罐(圖上未畫出)的管子(56)聯(lián)接到第二個分離器(50)的上部區(qū)域(52)。一個用以接收過量低沸點熱裂解油的第二個貯存罐(60)由管子(58)聯(lián)接到分離器(50)的底部(54)。在管路(58)中安裝有切斷和控制閥。兩個分離器的下部液層(44)和(54)的高度分別是它們的內(nèi)部區(qū)域(22)和(52)高度的0.3和0.5倍。
管束熱交換器(34)的工作方式是間接熱交換，在它的下端，管線(62)是冷卻介質(zhì)的進口，冷卻介質(zhì)最好使用冷卻水，而在熱交換器的上端，管線(64)是冷卻介質(zhì)的出口，從這里排出冷卻介質(zhì)。
接有泵(68)的油管線路(66)聯(lián)接到用以收集低沸點熱裂解油的第二個分離器(50)的下部(54)，油管線路(66)通向第一級冷卻裝置(10)并直至彎管(16)處止，彎管(16)是熱交換通道(12)與水平延伸通道段(18)的聯(lián)接管，油管線(66)一直引到彎管(16)的側面(70)，并在彎管(16)對中伸向熱交換通道(12)一小段距離，然后在彎管區(qū)域結止。油管線(66)的結止處至少安裝一個噴嘴(72)，用以噴霧低沸點熱裂解油，它是以均勻的非常細小的液滴甚至是霧狀向熱交換通道(12)整個橫截面噴射的。噴嘴(72)的噴霧方向是垂直向下對準分離器(24)。
在操作期間，按箭頭(74)所示的方向往熱裂解反應器(21)中加入的廢料，在已加熱到溫度為400-1000℃的流化床中脫氣。殘留的熱裂解廢渣按箭頭(76)所示的方向從熱裂解反應器下方取出。脫氣期間形成的熱裂解氣體留在熱裂解反應器中，溫度是400-1000℃，600-800℃則更適宜。然后氣體順序通過管路(19)，通道段(18)和彎管(16)，再進入第一級冷卻裝置(10)的熱交換通道(12)。與此同時，低沸點熱裂解油從第二個分離器(50)借助于泵(68)經(jīng)油管路(66)加到熱交換通道(12)上端部，并借助于一個或多個噴嘴噴成薄霧狀，以使熱裂解氣體和低沸點熱裂解油進行完全混合?；旌衔镌跓峤粨Q通道(12)中向下流，由于送進的低沸點熱裂解油的揮發(fā)使熱裂解氣體得到了冷卻。通過這種冷卻熱裂解氣體中的高沸點組分得到冷凝，所獲得的這種高沸點熱裂解油與殘余的熱裂解氣一起向下流向分離器(24)，在分離器(24)中，高沸點熱裂解油收集在其下部(44)，而殘余的熱裂解氣則在分離器的上部(42)。由于熱裂解氣體只冷卻到大約110-180℃，最好是140-180℃，因此，為了冷卻目的而送入的熱裂解油變成了氣體狀態(tài)，是存在于分離器上部(42)的殘余熱裂解氣中的組分之一。
殘余熱裂解氣通過管路(40)送到第二級冷卻裝置(32)，通過聯(lián)管箱(38)進入垂直的管束熱交換器(34)的冷卻管(36)中，在冷卻管中，氣體向下流動時被冷卻到溫度為30-70℃，最好為20-60℃，于是殘余熱裂解氣中的低沸點組分做為低沸點熱裂解油沉淀下來。低沸點熱裂解油收集在第二級分離器(50)的下部(54)，不凝的殘余氣體收集在分離器的上部(52)并通過管線(56)到貯氣罐(圖上未畫出)待進一步利用，特別是做為燃燒氣。在某些情況下，在管線(56)上還可再加一級間接冷卻裝置或者加一個氣體洗滌器是有利的。這在圖上沒有畫出。
由于在垂直管束熱交換器(34)中的冷卻是逆流的，冷卻水是通過管線(62)在底部進入的，所以水是向上流動到排水管線(64)排水，而帶走熱量，此處冷卻水是圍繞冷凝管(36)流動的。
收集在分離器(24)中的高沸點熱裂解油是通過管路(26)取出，并通過過濾器(30)而進入貯存罐(28)。這樣高沸點熱裂解油可進一步加工成最終產(chǎn)品，主要是潤滑油。用同樣的辦法，不需要用于冷卻的低沸點熱裂解油從第二個分離器(50)通過管線(58)而排出，并收集在第二個貯存罐(60)中。這種低沸點熱裂解油仍然是可以被進一步加工的有用原料，例如可制成潤滑油。
在熱交換通道(12)中，熱裂解氣體的直接冷卻還能除去安在管線(19)內(nèi)的凈化裝置(78)未能除去的那些雜質(zhì)和固體顆粒，從而實現(xiàn)熱裂解氣體的凈化。凈化裝置(78)最好由旋風分離器組成。在第一級冷卻裝置(10)中沉淀下來的固體和雜質(zhì)存在于第一個分離器下部(44)的高沸點熱裂解油中。因此，高沸點熱裂解油在被加到貯存罐(28)以前必須進行過濾。
相比之下，收集在第一個分離器(24)上部區(qū)域(42)的殘余熱裂解氣不含雜質(zhì)，所以，在第二級冷卻裝置(32)中，從殘余熱裂解氣體的部分冷凝中可獲得大致上純凈的低沸點熱裂解油。因此，該低沸點熱裂解油可以不需要凈化而直接做為冷卻介質(zhì)送到第一級冷卻裝置(10)中。這樣，很明顯降低了成本。再有就是低沸點熱裂解油總是處于低溫，當其做為冷卻介質(zhì)使用時，不需要再附加冷卻器冷卻，從而成本會進一步降低。
本發(fā)明所指高沸點熱裂解油是指在常壓下沸點為140-250℃，更合適是150-180℃的油。低沸點熱裂解油的沸點是比較低的，其沸點是60-140℃，更好的是60-120℃，尤其以20-60℃更合適。
概括起來，本發(fā)明可以這樣敘述在一個用于廢塑料或類似物在熱裂解反應器中產(chǎn)生的熱裂解氣體的多級冷卻工藝中，熱裂解氣體是在緊位于熱裂解反應器下游的第一級冷卻裝置中經(jīng)直接熱交換冷卻的。這里用的冷卻介質(zhì)是低沸點熱裂解油，該熱裂解油是從第一級冷卻裝置的下游冷卻裝置中熱解氣冷凝而獲得的。在第一級冷卻中所使用的這種低沸點熱裂解油不需要經(jīng)專門的冷卻和凈化。而且這個過程防止了在用高沸點熱裂解油冷卻熱裂解氣體期間會產(chǎn)生的焦化物的形成。
熱裂解反應器(21)的構造有許多描述，例如在DE-A-3，523，653，或美國申請系列號為NO，033，392的專利申請都有描述。
權利要求
1.用于冷卻由塑料、橡膠或其它含烴廢料熱裂解產(chǎn)生的熱裂解氣體的方法，至少有兩級冷卻裝置(10，32)，熱裂解氣體連續(xù)地流過冷卻裝置，在第一級冷卻裝置(10)中熱裂解氣體的冷卻是與由熱裂解氣體的冷凝獲得的熱裂解油進行直接熱交換而達到的，其特征在于，第一級冷卻中所使用的冷卻介質(zhì)是低沸點熱裂解油，該熱裂解油是在第二級冷卻裝置(32)中通過間接熱交換獲得的。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，以大致軸向的方向把低沸點熱裂解油送到大致垂直延伸的熱交換通道(12)的上端，低沸點熱裂解油與熱裂解氣一起共同向下流向分離器(24)，在分離器(24)中由冷凝產(chǎn)生的高沸點熱裂解油和殘余的熱裂解氣體在溫度范圍大約為140-180℃彼此分開。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，送入的低沸點熱裂解油分布在熱交換通道(12)的整個橫截面上。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的方法，其特征在于，高沸點熱裂解油和殘余的熱裂解氣用分離器(24)彼此分開;高沸點熱裂解油從分離器(24)，經(jīng)過濾器(30)取出，做為中間產(chǎn)物進一步加工使用。
5.根據(jù)權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，熱裂解氣體在第二級冷卻裝置(32)中，用表面熱交換器(垂直管束熱交換器(34))使用冷卻介質(zhì)，最好用冷卻水進行冷卻。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于，用作冷卻介質(zhì)的低沸點熱裂解油的溫度是20-60℃。
全文摘要
在用于廢塑料或類似的材料在熱裂解反應器中產(chǎn)生的熱裂解氣體的多級冷卻工藝中，熱裂解氣體在緊位于熱裂解反應器下游的第一級冷卻裝置中(10)通過直接熱交換進行冷卻的，這里所使用的冷卻介質(zhì)是低沸點熱裂解油。該熱裂解油是在第一級冷卻裝置下游的冷卻裝置(32)中，由熱裂解氣體冷凝得到的。其結果對熱裂解油不需要專門的冷卻和凈化措施。
文檔編號C10K1/04GK1030252SQ8810398
公開日1989年1月11日 申請日期1988年6月29日 優(yōu)先權日1987年6月30日
發(fā)明者烏爾里?！ず郎? 格哈德·羅索爾 申請人:布朗波維里公司