CN101230284B - 废弃塑料的延迟焦化处理方法及其处理装置 - Google Patents

Abstract

一种废弃塑料的延迟焦化处理方法及其处理装置，涉及塑料的回收利用技术领域；所要解决的是废弃PE-聚乙烯、PS-聚苯乙烯、PP-聚丙烯塑料回收利用的技术问题；该处理方法：1)废塑料的粉碎、除杂处理；2)加热压成流体半流体状态；3)进入高温储罐(290～320℃)储存；4)加热炉加热(加热速度为80～100℃/min)到495～505℃；5)进入焦炭塔反应，再进入分馏塔分馏出可利用的产品。该处理装置包括废塑料斗仓，依次连接在所述废塑料斗仓之后的连接塑料粉碎机、除杂质装置、加热挤压输送机、高温储罐、加热炉、焦炭塔。本发明具有能高效利用现有设备，降低废塑料油化成本，工艺简单，投入成本低，具有较高经济效益的特点。

Description

废弃塑料的延迟焦化处理方法及其处理装置

技术领域

本发明涉及废塑料的回收利用技术，特别是涉及一种能利用现有延迟焦化工艺及其设备的废弃塑料的延迟焦化处理技术。

背景技术

塑料是一种人工高分子合成的聚合物，是较为新型的工业材料。塑料与钢材、木材、水泥一起共同构成现代工业的四大基础材料。在国民经济中占有重要地位。由于它具有重量轻、耐腐蚀、强度高、易加工成型、外观美观、色泽鲜艳等性能及生产和使用中可节省能源等优点而广泛用于工农业与人们的日常生活中。

塑料给人们生活与生产带来方便和利益的同时也产生了大量的污染。有数据表明，塑料总量中约70％～80％的通用塑料在10年内将转化为废塑料，其中有50％将在2年内转化为废塑料。这些废塑料被人们随意丢弃和不恰当处理，给环境带来极大的危害，人们将之称为“白色污染”。

目前，废塑料的回收利用主要有填埋、焚烧、物理筛选分离和油化技术4种方法，前3种方法都会对生态环境产生二次污染，并危害人体健康。例如，塑料填埋在土壤中长期不能分解，使土壤板结，减少土地资源；塑料在焚烧时会发出大量恶臭气体，有的还带有致癌、致畸物质，且有的还带有对人体有毒的气体如一氧化碳、硫化氢等；物理筛选分离制得的塑料制品质量差，在强度、耐用性等方面都无法与新料制作的产品相比。因此，废塑料油化技术成了目前研究的热点。

废塑料油化技术分为热裂解法、催化热裂解法、热裂解催化改质法3种，它们的特点各不相同。废塑料油化即在高温或催化剂的作用下将废塑料转化为燃料和化学原料的技术。废塑料制品中的高分子链在热能作用下发生断裂，变成分子量低的化合物。在适当的温度、压力和催化条件下，低分子化合物的链长和结构被限制在一定的范围内，利用这一性质可以生产出汽油和柴油。这种回收方法不仅使自然资源得到了补充，而且带来了巨大的经济和环境效益。

在三种油化技术中，热裂解法的因其具有其工艺简单，设备投入相对较少，又无需催化剂，反应周期快等优点，从而使它的单位产油成本是这三种油化技术中最低的。实验表明，废塑料在温度区间：380~500℃之间发生高温热裂解，裂解温度区间小，效果好，裂解速度较快，产物成分较为单一，能够很好的作为油类粗成品和化工原料。

中国专利200410058018.3公开了一种可连续工业化生产的废塑料油化装置，它包括：反应釜，连接所述反应釜的进料装置，供所述反应釜反应的加热装置，设置在所述反应釜底部的排焦装置，依次连接在所述反应釜之后的分馏-汽提-冷凝冷却装置，油气分离-气体吸收装置，油品萃取精制装置，以及由油气分离-气体吸收装置引出的液化气回收装置。但这种处理方式的设备制造成本很高，后续转化系统不完善，且热效率比较低，从而导致油化总体成本高，经济效益不明显。

美国专利6,866,830公开了一种处理废弃塑料的方法和系统，目的是有效地处理废弃塑料，使之变为汽油，煤油和柴油。其工艺流程主要包括：一，通过加热使塑料熔化，在第一反应器中以镍或镍合金为催化剂使废弃塑料脱氢；二，使脱氢后的塑料在第二反应器中(流化床反应器)反应，使塑料继续分解。最后进行分馏得到汽油，煤油和柴油。这种处理方法的最大限制是其应用范围比较小，一般是小规模操作下效果比较好，而且要用到催化剂，工艺相对复杂，投入相对成本也比较高。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能高效地利用现有设备，降低废塑料油化的成本，工艺简单，投入成本低，具有较高的经济效益的废弃塑料的延迟焦化处理方法及其处理装置。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种废弃塑料的延迟焦化处理方法，其特征在于，方法的步骤：

1)原料(废塑料)预处理，通过粉碎机将废塑料粉碎至直径小于5mm的小粒径，再经过除杂质装置，去除塑料粉末中的杂质(主要包括石子、金属和灰尘粉末等)；

2)流体化处理，经过加热挤压输送机，将塑料粉末传输加热挤压，使其成流体半流体状态；

3)高温储存，进入温度保持在290～320℃的高温储罐，在该储罐中，使塑料保持成高温液体状态以作为下面工艺的原料；

4)加热处理，利用泵把储罐里的塑料熔液打入加热炉，以加热速度为50～100℃/min加热到500±50℃；

5)热解反应过程，热溶液进入焦炭塔进行充分的热解反应；

6)分馏及后处理，热解反应的气体产物进入分馏塔分馏出液体及气体产品，并进入后续处理流程。

进一步地，所述步骤1)中的废塑料为废弃的PE-聚乙烯、PS-聚苯乙烯、PP-聚丙烯塑料。

进一步地，所述步骤4)中的加热炉加热到500±10℃。

进一步地，所述步骤4)中的加热炉由原有延迟焦化工艺中的加热炉改造而成。

进一步地，所述步骤4)、5)中将加热处理后的塑料熔液与加热处理后的油原料混合后再进入焦炭塔反应。

进一步地，所述油原料包括石油、渣油、生物油、煤焦油。

进一步地，所述步骤5)中焦炭塔操作压力为0.01～0.1MPa(表压)。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种废弃塑料的延迟焦化处理装置，包括焦炭塔、以及连接焦炭塔的分馏塔及其后续处理设备，其特征在于，还包括废塑料处理部分，所述废塑料处理部分包括废塑料斗仓，依次连接在所述废塑料斗仓之后的连接塑料粉碎机、除杂质装置、加热输送机、高温储罐、加热炉，连接在所述加热炉之后的是焦炭塔、分馏塔及其后续处理设备。

进一步地，所述加热输送机为螺杆挤压输送机。

进一步地，所述延迟焦化处理装置还包括现有技术的渣油原料处理部分及阀门组，渣油原料处理部分的加热炉经阀门组的渣油阀门、输出泵连接焦炭塔，废塑料处理部分的加热炉经阀门组的废塑料阀门、输出泵连接焦炭塔，使加热的油原料和废塑料能分别进入焦炭塔进行反应。

进一步地，所述延迟焦化处理装置还包括现有技术的渣油原料处理部分、设有混合器的阀门组，渣油原料处理部分的加热炉经阀门组的渣油混合阀门连接混合器，废塑料处理部分的加热炉经阀门组的废塑料混合阀门连接混合器，混合器输出端经输出泵连接焦炭塔，能使分别加热的油性原料和废塑料经混合器混合后进入焦炭塔进行反应。

利用本发明提供的废弃塑料的延迟焦化处理方法及其处理装置，由于采用了现代炼油工业中常用的延迟焦化生产工艺处理废弃塑料，根据本发明，对原工艺设备基本无需改造，从而对原有延迟焦化工艺生产没有任何影响，在不处理废塑料时，仍然可以进行渣油等原料的延迟焦化生产(关闭废塑料混合阀门A、废塑料阀门B、油性原料混合阀门C，开启油性原料阀门D)；在缺少油性原料的情况下，可单独进行废弃塑料的延迟焦化炼制，充分利用了闲置设备高效处理废弃塑料(关闭废塑料混合阀门A、油性原料混合阀门C、油性原料阀门D，开启废塑料阀门B)；同时，在两种原料齐备的情况下，该设备系统还可以混炼两种原料(关闭废塑料阀门B、油性原料阀门D，开启废塑料混合阀门A、油性原料混合阀门C)。减少了设备开发投入，高效地利用了现有设备，从而实现了最优化配置，降低了废塑料油化的成本，而且工艺简单，投入成本低，使其具有了较高的经济效益。

本发明采用了现有炼油工业中常用的延迟焦化生产工艺处理废弃塑料，反应过程较为简单，合理利用了现有工业成熟设备工艺，在减少了二次污染的同时，可以较快地实现大规模处理废弃塑料并生产具有极高经济价值的汽油、柴油等燃料及化工原料。

附图说明

图1是本发明实施例废弃塑料的延迟焦化处理装置的结构示意图；

图2是本发明实施例塑料延迟焦化焦油模拟蒸馏流程分析图；

图3是本发明实施例中塑料与渣油共炼的焦油流程及塑料对原渣油焦油馏程的影响分析图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似的方法、结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种废弃塑料的延迟焦化处理装置，包括现有技术的渣油原料处理部分，依次连接在所述渣油原料处理部分之后的现有技术的加热炉11、阀门组、焦炭塔12等，其特征在于，还包括废塑料斗仓1，依次连接在所述废塑料斗仓1之后的连接塑料粉碎机2、除杂质装置3、双螺杆挤压输送机4、高温储罐5，依次连接在所述高温储罐5之后的加热炉6、阀门组，以及焦炭塔12；所述阀门组设有分别连接渣油加热炉11的渣油料输入端和连接废弃塑料加热炉6的废弃塑料输入端，以及连接焦炭塔12的输出端；在阀门组中，渣油料输入端设三通，一端连接阀门组输出端，另一端分别连接渣油混合阀门C和渣油阀门D，渣油混合阀门C另一端连接混合器7，渣油阀门D另一端经输出泵连接阀门组输出端；阀门组的废弃塑料输入端分别连接废塑料混合阀门A和废塑料阀门B，废塑料混合阀门A另一端连接混合器7，废塑料阀门B另一端经输出泵连接阀门组输出端，混合器输出端经输出泵连接阀门组输出端。

如图1所示，本发明实施例所述的处理方法主要步骤是：

1)原料(废弃的PE-聚乙烯、PS-聚苯乙烯、PP-聚丙烯塑料)预处理，通过粉碎机2将废塑料粉碎至小粒径(直径小于5mm)，再经过除杂质装置3，去除塑料粉末中的杂质(主要包括石子、金属和灰尘粉末等)；

2)流体化处理，经过螺杆挤压输送机4，将塑料粉末传输加热挤压，使其成流体半流体状态；

3)高温储存，进入高温储罐(290～320℃左右)5，在该储罐中，使塑料保持成高温液体状态以作为下面工艺的原料；

4)加热处理，利用泵把储罐5里的塑料熔液打入加热炉(该炉也可由原有延迟焦化工艺中的加热炉改造)6加热到500±10℃；加热炉的加热速度为50～100℃/min；

5)进入焦炭塔12反应，焦炭塔操作压力为0.01～0.1MPa(表压)；再进入分馏塔13分馏出可利用的产品。

本发明所述方法优点是采用了现代炼油工业中常用的延迟焦化生产工艺处理废弃塑料，根据本发明，对原工艺设备基本无需改造，从而对原有延迟焦化工艺生产没有任何影响，在不处理废塑料时，仍然可以进行渣油等原料的延迟焦化生产：利用泵把渣油原料10打入加热炉11，在阀门组中，关闭废塑料混合阀门A、废塑料阀门B、渣油混合阀门C，开启渣油阀门D，使经加热炉11加热的渣油熔液经渣油阀门D、输出泵进入焦炭塔12反应；在缺少渣油原料的情况下，可单独进行废弃塑料的延迟焦化炼制，充分利用了闲置设备高效处理废弃塑料：在阀门组中，关闭废塑料混合阀门A、渣油混合阀门C、渣油阀门D，开启废塑料阀门B，使加热炉6中的塑料熔液经废塑料阀门B、输出泵进入焦炭塔12反应；另外，在两种原料齐备的情况下，该设备系统还可以混炼两种原料：在阀门组中，关闭废塑料阀门B、渣油阀门D，开启废塑料混合阀门A、渣油混合阀门C，使经加热炉11加热的渣油熔液经渣油混合阀门C进入混合器7，同时，使加热炉6中的塑料熔液经废塑料混合阀门A进入混合器7，混合器7中的混合熔液经输出泵进入焦炭塔12反应。因此本发明减少了设备开发投入，高效地利用了现有设备，从而实现了最优化配置，降低了废塑料油化的成本，使其具有了较高的经济效益。

在本发明实施例中，延迟焦化处理装置可以处理现有技术的渣油原料，也可以处理石油、生物油、煤焦油等油性原料。

实施例1

原料为废塑料(PE)，粉碎至小于0.5mm，除杂质后预热至300℃。然后在加热炉的内迅速升温至500℃。经反应、分馏后所得产物产率如表1所示。

表1废塑料延迟焦化产物收率(wt％)

原料	液体产物收率	固体产物收率	气体产物收率
				废塑料	90.8％	0.67％	8.95％

参考生物质焦油的层析分析方法，依次采用正己烷、苯、无水乙醇，将液体产物中的脂肪烃、芳烃和极性物组分分别淋洗出，驱赶溶剂、称量。求得试样中各组分的含量，用差值法求得沥青质含量。结果如表2。可以看出塑料的焦油中大部分是脂肪烃和芳烃，极性物和沥青质含量较少，无含氧有机物，其燃烧性能也比一般生物质焦油优良。

表2塑料焦油的族分分析(wt％)

同时对液体产物进行模拟蒸馏分析，实验分析仪器为GC-6890N气相色谱模拟蒸馏仪，分析标准ASTM2887。实验条件：进样量0.5μL；色谱柱为非极性不锈钢色谱柱，长5m，内径0.53mm；汽化温度为追踪温度；检测器温度：FID，430℃；柱炉温度：35℃～430℃(升温速率8℃/min)；载气为高纯氮，流速3～10ml/min；定量方法为归一化面积校正法。模拟蒸馏结果见表3和图2。

表3塑料焦油馏分含量/％

从上图表可知，塑料的焦油中柴油及蜡油馏分含量很高，利用价值大，在延迟焦化生产过程中可在分馏塔内分离出来后进一步深加工利用。

实施例2

原料为10％的经预处理过的废塑料(PE)混合90％的渣油(上海石化100万吨/年延迟焦化装置的减压渣油，成分为60％沙轻油+40％阿曼油)，混合物在预热到200℃后，在加热炉内迅速升温到500℃。经过2～3小时的反应时间后，所得产物产率如表4所示。

表4废塑料混合渣油延迟焦化产物收率(wt％)

原料	液体产物收率	固体产物收率	气体产物收率
				废塑料	66.45	21.04	12.51

采用与实施例1一样的实验分析方法进行液体产物的馏程分析。结果见下表5和图3。

表5塑料和渣油共炼的焦油馏分含量/％

Claims (12)

1.一种废弃塑料的延迟焦化处理方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：

1)废塑料预处理，将废塑料粉碎至直径小于5mm的小粒径，并去除塑料粉末中的杂质；

2)流体化处理，将塑料粉末加热并传输，使其成流体半流体状态；

3)高温储存，进入温度保持在290～320℃的高温储罐，在该储罐中，使塑料保持成高温液体状态；

4)加热处理，把储罐里的塑料熔液打入加热炉，加热速度为50～100℃/min加热到500±50℃；

5)热解反应，热熔液进入焦炭塔进行充分的热解反应；

6)分馏处理，热解反应的气体产物进入分馏塔分馏出液体及气体产物。

2.根据权利要求1所述的废弃塑料的延迟焦化处理方法，其特征在于，所述步骤1)中的废塑料为废弃的PE-聚乙烯、PS-聚苯乙烯、PP-聚丙烯塑料。

3.根据权利要求1所述的废弃塑料的延迟焦化处理方法，其特征在于，所述步骤4)中的加热炉由原有延迟焦化工艺中的加热炉改造而成。

4.根据权利要求1所述的废弃塑料的延迟焦化处理方法，其特征在于，所述步骤4)中的加热炉加热到500±10℃。

5.根据权利要求1所述的废弃塑料的延迟焦化处理方法，其特征在于，所述步骤4)、5)中将加热处理后的塑料熔液与加热处理后的油原料混合后再进入焦炭塔反应。

6.根据权利要求5所述的废弃塑料的延迟焦化处理方法，其特征在于，所述油原料包括石油、渣油、生物油、煤焦油。

7.根据权利要求6所述的废弃塑料的延迟焦化处理方法，其特征在于，所述的加热处理后的塑料熔液与加热处理后的油原料的混合比为：3％～20％。

8.根据权利要求1所述的废弃塑料的延迟焦化处理方法，其特征在于，所述步骤5)中焦炭塔操作压力为0.01～0.1MPa表压。

9.一种废弃塑料的延迟焦化处理装置，包括延迟焦化工艺中的焦炭塔、以及连接焦炭塔的分馏塔，其特征在于，还包括废塑料处理部分，所述废塑料处理部分包括废塑料斗仓，依次连接在所述废塑料斗仓之后的塑料粉碎机、除杂质装置，加热挤压输送机、高温储罐、加热炉；连接在所述加热炉之后的是延迟焦化工艺中的焦炭塔、分馏塔。

10.根据权利要求9所述的废弃塑料的延迟焦化处理装置，其特征在于，所述加热挤压输送机为螺杆挤压输送机。

11.根据权利要求9所述的废弃塑料的延迟焦化处理装置，其特征在于，所述延迟焦化处理装置还包括现有技术的渣油原料处理部分及阀门组，渣油原料处理部分的加热炉经阀门组的渣油阀门、输出泵连接焦炭塔，废塑料原料处理部分的加热炉经阀门组的废塑料阀门、输出泵连接焦炭塔，使加热的油原料和废塑料能分别进入焦炭塔进行反应。

12.根据权利要求9所述的废弃塑料的延迟焦化处理装置，其特征在于，所述延迟焦化处理装置还包括现有技术的渣油原料处理部分、设有混合器的阀门组，渣油原料处理部分的加热炉经阀门组的渣油混合阀门连接混合器，废塑料原料处理部分的加热炉经阀门组的废塑料混合阀门连接混合器，混合器输出端经输出泵连接焦炭塔，能使分别加热的油原料和废塑料经混合器混合后进入焦炭塔进行反应。

Images