CN101712770A - 离心刮板成膜热裂解反应装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心刮板成膜热裂解反应装置及其方法，其装置包括炉体、减速机带动的刮板总成、螺旋烟道、保温罩、阻气出料装置。炉体内从上至下分成低温反应区，高温反应区和碳化区三个区间，刮板总成由固定在主轴上的一次分布盘、多组刮板、刮板架、挡料板、二次分布盘和出料板组成，刮板悬挂在刮板架的滑动轴上。由于旋转产生的离心力使悬挂的刮板紧贴炉体筒壁，将沿筒壁流下的物料刮成薄膜，薄膜与高温筒壁接触，瞬间发生裂解的方法。本发明具有适应性强，对瓦斯油、油渣、废塑料等聚合物都能完全裂解，裂解过程没有粘稠油状物和蜡状物的焦渣排出，设备内不结碳、传热快，终端产物为干燥的碳黑粉末，无二次污染。

Description

离心刮板成膜热裂解反应装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种裂解反应装置及其方法，特别涉及一种离心刮板成膜热裂解反应装置及利用该装置在离心力作用下刮板将反应物料刮成薄膜后再瞬间进行热裂解反应的方法。

背景技术

目前国内外的裂解反应器有列管式裂解反应器，流化床热裂解反应器，流化催化裂化装置(FCC装置)，还有用于废塑料热裂解的槽式旋转裂解反应器。这几种裂解反应器虽然结构不同，但物料在裂解过程中的状态都为流体或液滴，所以有以下不足：

列管式裂解反应器适应性差，特别在处理废塑料这类粘度大，传热差的废塑料时易结碳，导致裂解不完全甚至裂解反应很难进行，排出物为不易处理的粘稠的焦渣混合物。

流化床热裂解反应器在热裂解过程中产生的高粘度油状或蜡状物全部附着在加热载体上，从而使加热载体的流动性变差，影响流化床热裂解器的反应效果，为此往往需要不断加入新的加热载体。

流化催化裂化装置(FCC装置)大而复杂，对原料要求严格，并要补充催化剂和可能出现催化剂中毒，特别对废塑料这类聚合物的处理会出现类同流化床热裂解反应器的状况。

槽式旋转裂解反应器传热慢、反应周期长、裂解反应不完全、结碳严重、终端产物为难以处理的粘稠焦化物，二次污染严重，尤其对废塑料的处理更为明显。

应用上述裂解反应器而实现裂解反应的方法其缺点是反应周期长，裂解反应不完全，结碳严重，终端产物为粘稠状的焦化物，清理困难而造成二次污染，特别是对废塑料无害化处理时更为明显。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术的缺点，提供一种离心刮板成膜热裂解反应装置及利用该装置在离心力作用下刮板将反应物料刮成薄膜后再瞬间进行热裂解反应的方法。

本发明的一种离心刮板成膜热裂解反应装置技术方案是：一种离心刮板成膜热裂解反应器，包括炉体、减速机带动的刮板总成、螺旋烟道、保温罩、阻气出料装置，其特点是：炉体内从上至下设有低温反应区，高温反应区和碳化区三个区间，刮板总成由一次分布盘、多组刮板、刮板架、挡料板、二次分布盘、出料板和主轴组成，其是，主轴上从下至下依次固定连接一次分布盘，刮板架，挡料板，二次分布盘，挡料板，二次分布盘，刮板架，挡料板，二次分布盘，出料板，刮板悬挂在刮板架的滑动轴上，旋转时，刮板在滑动轴上向主筒体筒壁滑动。

刮板上开有2-75°角度的沟槽，沟槽底部设有斜面。沟槽一段沟槽深度为0.5-3mm，另一端沟槽深度为3-20mm，炉体由主筒体x、炉盖和炉底组成，其中，炉体的主筒体直径为Φ219-Φ2500mm；螺旋烟道的螺旋片的螺距为100-300mm，宽度为50-200mm，在螺旋烟4的烟道外壁下部的1/5-1/2处开有多个100×100至200×200的可调风门；阻气出料装置由星形下料器和螺旋输送机组成，其中，螺旋输送机中的螺杆顶端与左右摆动的阻气阀板偏心连接。

本发明的一种应用如上所述的离心刮板成膜热裂解反应装置的热裂解反应的方法，其特点是，方法步骤为：

1)让700-850℃的烟道气进入炉体的螺旋烟道，将炉体主筒体的筒壁被加热成三个温度区间，上部为350-400℃的低温区，中部为400-500℃的高温区，下部为650-750℃的碳化区；

2)启动刮板总成的电机，使其在炉体主筒体内转动，转速为5-110转/分；

3)将预热或熔化后的物料由炉体上部进料口加到正在旋转的一次分布盘上，在离心力的作用下物料被抛向炉体主筒体的筒壁，并向下流动，此时，刮板旋转时产生的离心力将刮板自身沿着滑动轴抛向炉体主筒体的筒壁，与筒壁紧贴着旋转，将流下的物料刮成一层薄膜，并顺着炉体筒壁向下移动，形成的薄膜与高热的炉体主筒体筒壁接触，舜间发生裂解反应，生成的油、气从炉体上部出口排出，经冷凝、压缩得到油和燃气，生成的碳黑在刮板的作用下顺着炉体主筒体的筒壁向下移动，经过筒壁的低温区、高温区和碳化区，经过完全碳化后，从炉体底部的阻气出料装置出口排出。

本发明的有益效果是：本发明的离心刮板成膜热裂解反应装置具有适应性强，对瓦斯油、油渣、废塑料等聚合物都能完全裂解，裂解过程没有粘稠的油状物和蜡状物的焦渣排出，设备内不结碳、传热快，终端产物为干燥的化工产品——碳黑粉末，无二次污染。特别对废塑料的裂解，具有油化率高、100％转化成汽油、柴油、石蜡和碳黑，其性能的优越性更为突出，克服了目前国内外废塑料处理设备的反应周期长，裂解反应不完全，结碳严重，终端产物为粘稠状的焦化物，清理困难而造成二次污染等缺点，解决了目前废塑料无害化处理的世界性难题。

附图说明

图1是本发明的结构剖视图；

图2是刮板总成图；

图3是阻气出料装置结构局剖视图；

图4是图3中K处放大图；

图5是炉体剖视图；

图6是刮板示意图；

图7是图6中A-A剖视图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的离心刮板成膜热裂解反应装置，包括炉体2、减速机1带动的刮板总成3、螺旋烟道4、保温罩5、阻气出料装置6。

如图2所示，刮板总成3由一次分布盘b、多组刮板d、刮板架c、挡料板e、二次分布盘f、出料板g和主轴a组成，其是，主轴a上从下至下依次固定连接一次分布盘b，刮板架c，挡料板e，二次分布盘f，挡料板e，二次分布盘f，刮板架c，挡料板e，二次分布盘f，出料板g，刮板d悬挂在刮板架c的滑动轴上。刮板总成旋转时，刮板在离心力的作用下甩向炉体2的筒壁，与筒壁紧贴，刮板与筒壁接触的一面开有一定角度(2-75°)的沟槽(图6)，沟槽的沟底设计为一个斜面，一端沟深0.5-3mm，另一端沟深3-20mm(图7)，这样在刮板转动时，刮板将向下流动的物料刮成一层薄膜，同时由于刮板d的沟槽有一定的角度，使成膜的物料上下波动，顺着筒壁向下作螺旋移动。这样延长物料在筒壁上停留时间，可以降低炉体的高度。

刮板总成3上设有多层(2层以上)挡料板e和二次分布盘f，其作用是阻止油状物从底部排出，当炉体内有冷凝油产生时挡料板e将下落的冷凝油滴挡着，并顺着挡料板e的斜坡滑到下面的二次分布盘f上，由于刮板总成3的旋转，在离心力的作用下，二次分布盘f上的冷凝油滴甩至已加热的炉体2筒壁上，油滴马上闪蒸，油蒸汽上升，高沸点的油经过上述过程的多层闪蒸，油蒸气最终从炉体2顶部的油、气出口H排出。

如图3，4所示，阻气出料装置6由星形下料器61和螺旋输送机62组成。高气密性的星形下了器61的下料斗之空腔Q的容积是相同的并作圆周运动，排出的物料或气体与进入的气体是相等的。当粉末物从炉体2内排出时，气体不会排出炉体2外。阻气螺旋输送机62的物料输送是由螺杆将粉状物推出，出口设有一个阻气阀板M，其作用是在排料时，阻止大气进入螺旋输送机。阻气阀板M可以前后摆动，同时，由于螺杆R顶端与阻气阀板M偏心连接，螺杆顶端的偏心轴G旋转，阻气阀板M也可以左右摆动，当粉末状物被螺杆推出时将阻气阀板M顶开，同时阻气阀板M左右摆动，这样粉状物料不断排出，由阻气阀板M的左右摆动将出料口上的粉状物随时清除，防止大气进入阻气螺旋输送机内，有效防止大气进入炉体。

减速机1为行星摆线减速机或其它类型的减速机。

如图5所示，炉体2由主筒体x、炉盖y和炉底z组成。炉体的主筒体x直径为Φ219-Φ2500mm。炉体分为低温反应区VL，高温反应区VH和碳化区VC三个区间，这样一方面可提高油化率，另一方面又可以使碳化更完全，使排出的碳化物——碳黑细而干燥不粘稠。

炉体2的低温反应区VL，高温反应区VH和碳化区VC是在螺旋烟道4的下部1/5-1/2处开一个或几个风门A，风门尺寸100×100至200×200，通过调节风门的大小，可以形成三个不同的温度区，分别为：上部350-400℃的低温反应区VL，中部400-500℃的高温反应区VH，下部650-750℃的碳化区。上部的低温反应区和中部的高温区的温度是为了有利多产油而设定的，下部的碳化区VC温度最高，这样有利碳化，使带入碳化区的少量有机物完全碳化，生成的碳化物干燥易流动，而且碳黑纯度高。螺旋烟道4由螺旋片u和烟道外壁v组成，并与炉体2的主筒体x外壁相连接。

本发明的方法具体实施：一定温度(700-850℃)的烟道气由螺旋烟道进口K处进入，将炉体2主筒体x的筒壁加热至裂解所需温度(300-750℃)，此时启动减速机1，刮板总成3以5-110转/分的转速进行旋转，经预热或熔化后的原料由炉体2进料口H进入进料分布盘b上，由于离心力作用物料被均匀分布在筒体x壁上，并在重力作用下向下流动，而刮板d在旋转产生的离心力作用下紧贴住主筒体x的筒壁上，由于刮板d上开有一定角度(2-75°)的斜沟槽和沟槽底部的斜面设计，使向下流动的物料立即在筒体x壁上形成一层薄膜，这层薄膜上下波动，并借以重力的作用逐渐顺着主筒体x的筒壁向下作螺旋式移动，在移动过程中，筒体x壁上的薄膜瞬间发生裂解，产生的油、气从炉体2上部油、气出口H排出，碳化混和物不断向下移动继续进行裂解，经过炉体2的低温裂解区，高温裂解区，直到碳化区，碳化区上碳化后的干燥碳黒粉末在刮板和炉底出料板作用下，从裂解炉体2底部的阻气出料装置6排出。

刮板总成3的挡料板的作用是将冷凝的油挡在挡料板e的斜面上，冷凝油顺着挡料板e的斜面流到下层的二次分布盘f上，二次分布盘f的旋转产生的离心力将流下的冷凝油抛到炉体2的主筒体x筒壁上，冷凝油受热后发生闪蒸，产生的蒸汽又上升，直至从炉体2的油、气排出气口排出，再经冷凝、压缩、收集。

本发明采用离心刮板成膜技术，利用刮板总成的旋转，由炉体2进料口C进入到物料分布盘b上的物料在离心力的作用下被抛到炉体2的筒壁上，向下流动，于此同时刮板总成3上的刮板d也在离心力的作用下甩向炉体2的筒壁上，与筒壁紧贴着旋转，将流下的物料刮成一层薄膜，并顺着炉体2的筒壁向下作旋转移动，由于筒壁上成膜的物料迅速与已加热的炉体2筒壁接触，瞬间发生裂解反应，产生的油、气从炉体2的油、气出口H排出，经冷凝和压缩可收集到油和液化气，产生的碳化物在刮板d作用下顺着筒壁作继续向下作旋转移动，经过炉体的低温反应区，高温反应区和碳化区后，从炉体2底部的阻气出料装置6排除，排出的碳黑为工业用粉末。

本发明的离心刮板成膜热裂解反应装置，用于石化领域和环保领域，对瓦斯油，油渣和废塑料等聚合物进行热裂解，生成油、气和干燥碳黑粉末。

Claims (6)

1.一种离心刮板成膜热裂解反应器，包括炉体(2)、减速机(1)带动的刮板总成(3)、螺旋烟道(4)、保温罩(5)、阻气出料装置(6)，其特征在于：所述炉体(2)内从上至下设有低温反应区(VL)，高温反应区(VH)和碳化区(VC)三个区间，刮板总成(3)由一次分布盘(b)、多组刮板(d)、刮板架(c)、挡料板(e)、二次分布盘(f)、出料板(g)和主轴(a)组成，其是，主轴(a)上从下至下依次固定连接一次分布盘(b)，刮板架(c)，挡料板(e)，二次分布盘(f)，挡料板(e)，二次分布盘(f)，刮板架(c)，挡料板(e)，二次分布盘(f)，出料板(g)，刮板(d)悬挂在刮板架(c)的滑动轴上，旋转时，刮板(d)在滑动轴上向主筒体(x)筒壁滑动。

2.根据权利要求1所述的离心刮板成膜热裂解反应器，其特征在于：所述刮板(d)上开有2-75°角度的沟槽，沟槽底部设有斜面，沟槽一端沟槽深度为0.5-3mm，另一端沟槽深度为3-20mm。

3.根据权利要求1所述的离心刮板成膜热裂解反应器，其特征在于：所述炉体(2)由主筒体(x)、炉盖(y)和炉底(z)组成，其中，炉体(2)的主筒体(x)直径为Φ219-Φ2500mm。

4.根据权利要求1所述的离心刮板成膜热裂解反应器，其特征在于：所述螺旋烟道(4)的螺旋片(y)的螺距为100-300mm，宽度为50-200mm，在螺旋烟道(4)的烟道外壁下部的1/5-1/2处开有100×100至200×200的可调风门(A)。

5.根据权利要求1所述的离心刮板成膜热裂解反应器，其特征在于：所述阻气出料装置(6)由星形下料器(61)和螺旋输送机(62)组成，其中，螺旋输送机(62)中的螺杆(R)顶端与左右摆动的阻气阀板(M)偏心连接。

6.一种应用权利要求1所述的离心刮板成膜热裂解反应器的热裂解反应的方法，其特征在于，方法步骤为：

1)让700-850℃的烟道气进入炉体(2)的螺旋烟道(4)，将炉体(2)主筒体(x)的筒壁被加热成三个温度区间，上部为350-400℃的低温区，中部为400-500℃的高温区，下部为650-750℃的碳化区；

2)启动刮板总成(3)的电机，使其在炉体主筒体内转动，转速为5-110转/分；

3)将预热或熔化后的物料由炉体(2)上部进料口加到正在旋转的一次分布盘(b)上，在离心力的作用下物料被抛向炉体(2)主筒体(x)的筒壁，并向下流动，此时，刮板(d)旋转时产生的离心力将刮板(d)自身沿着滑动轴抛向炉体(2)主筒体(x)的筒壁，与筒壁紧贴着旋转，将流下的物料刮成一层薄膜，并顺着炉体筒壁向下移动，形成的薄膜与高热的炉体主筒体筒壁接触，舜间发生裂解反应，生成的油、气从炉体上部出口排出，经冷凝、压缩得到油和燃气，生成的碳黑在刮板的作用下顺着炉体主筒体的筒壁向下移动，经过筒壁的低温区、高温区和碳化区，经过完全碳化后，从炉体底部的阻气出料装置出口排出。

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