CN101812316A

CN101812316A - 一种内置导热管的间歇式真空热解反应器

Info

Publication number: CN101812316A
Application number: CN201010155869A
Authority: CN
Inventors: 贺文智; 李光明; 殷进; 周萍; 黄菊文
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2030-04-23
Also published as: CN101812316B

Abstract

一种内置导热管的间歇式真空热解反应器，包括上端盖、筒体、热解产物排出管、热电偶套管、进气管、下端盖、O型密封环、挡板、内置导热管，筒体上、下端分别装有上端盖和下端盖，上端盖上设有热电偶套管、进气管与热解产物排出管，热解产物排出管下端与挡板连接，热电偶套管、进气管分别位于热解产物排出管的两侧并穿过喇叭状挡板；上端盖与筒体间采用O型密封环进行密封；下端盖中心处焊有内置导热管。本发明由于采用了上述结构，不仅强化了装置传热效果，有效解决了由于加热不均匀带来的热解反应不完全和副产物较多的问题，而且密封性能好，并可有效防止热解产物在端盖与筒体连接部位凝固淤积而导致上端盖不易开启等问题，设备拆卸方便、操作便利。

Description

一种内置导热管的间歇式真空热解反应器

技术领域

本发明属于化工领域，涉及在真空氛围下内置导热管强化传热的有机高分子物质热解反应装置，适用于厂矿企业及科研单位实验室废弃高分子有机物质热裂解规律和环境影响机理的研究。

背景技术

热解是物质受热发生分解的反应过程，是科技工作者从事科学研究与产品开发的一种常用的实用技术。实验室用的热解反应设备，通常为立式常压间歇操作的管式反应器。当用其对废橡胶或废塑料等高分子有机物进行热解时，会有部分粘稠的液相产物在上部端盖与设备筒体的连接部位以及气相热解产物排出管管口部位粘附存积；当设备冷却后，这些粘附产物随之凝结成坚硬的固态物质，导致设备开启困难且易污染设备连接密封面致使密封效果下降。此外，物料热解所需热量是以导热方式由金属壁面向物料内部传递；这样对于粒状的塑料或橡胶等原料，因其本身较弱的导热特性以及颗粒缝隙所存在的气体，当对其加热时，热阻大，传热效果差，热解过程不易掌控。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种内置导热管的间歇式真空热解反应器，可以适用于塑料及橡胶等有机高分子物料热解研究，并且使传热效果显著改善。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种热解反应器，包括上端盖、筒体、热解产物排出管、热电偶套管、进气管、下端盖，筒体上、下端分别装有上端盖和下端盖，上端盖上设有热电偶套管、进气管与热解产物排出管，热电偶套管、进气管分别位于热解产物排出管的两侧，还包括O型密封环、喇叭状挡板、内置导热管，上端盖与筒体间采用O型密封环进行密封；热解产物排出管下端与喇叭状挡板连接，热电偶套管、进气管穿过喇叭状挡板；下端盖中心处焊有内置导热管。

进一步，筒体上、下端分别装有上端盖和下端盖，上端盖通过卡箍与筒体连接，上端盖与筒体间采用O型密封环进行密封，上端盖上设有热电偶套管、进气管与热解产物排出管；热电偶套管、进气管分别位于热解产物排出管的两侧并穿过挡板；挡板通过可拆卡套紧固件与热解产物排出管下端连接；热电偶套管内部置有测温热电偶；热解产物排出管设置于上端盖中部下端盖通过主螺栓与筒体下端连接，下端盖与筒体间并使用平垫片进行密封，下端盖中心处焊有内置导热管。

喇叭状挡板呈锥状，其半锥角α在30°～60°之间。

该喇叭状挡板下端与密封面间的距离大于10cm，与筒体内壁间隙小于0.5mm。

该内置导热管外径与筒体内径之比介于0.3-0.7之间，高度大于筒体高度的1/3。

所述挡板采用喇叭状挡板。

所述O型密封圈采用卡箍式不锈钢O型环密封结构。

由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、与通常的管式热解设备相比，本反应器的内置导热管不仅增大了对物料的加热表面，而且导热管从物料的内部进行加热，与筒壁的加热形成协同效应，强化了传热效果，有效解决了由于加热不均匀带来的热解反应不完全和副产物较多的问题。

2、喇叭口挡板能有效阻挡粘稠热解反应产物与上端盖密封圈和接口部位的接触，有效防止热解产物在密封连接部位的凝固和淤积而导致上端盖不易开启的问题；此外，喇叭状挡板与热解产物排出管通过卡套紧固件相连，易于对其拆卸清洗。

3、上端盖与筒体采用空心金属“O”形环密封，结构简单，密封可靠，具有自紧密封作用；采用卡箍连接结构并配合“O”型金属环自紧密封，则可通过与轴线方向相垂直的螺栓对卡箍施加较小的预紧力，便可使卡箍对设备端盖形成较大的抱紧力和轴向密封预紧力P，从而大大减轻劳动强度，设备的可操作性增强；下端盖与筒体采用平垫密封，结构简单。

附图说明

图1是本发明内置导热管的间歇式真空热解反应器一种实施例的结构剖视图。

图2是包含图1所示实施例的废旧高分子物质热解资源化反应装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

本发明提出的内置导热管的间歇式真空热解反应器，由卡箍1、上端盖3、筒体2、喇叭状挡板8、下端盖11等组成，结构如图1所示。上端盖设有热电偶7、进气管13与热解产物排出管4，下端盖中心处焊有内置导热管9。上端盖通过卡箍1与筒体连接，采用O型环5进行密封，下端盖通过主螺栓12与筒体下端连接，并使用平垫片10进行密封。

本发明中的测温热电偶置于热电偶套管7内部；设置于上端盖中部的热解产物排出管4通过可拆的卡套紧固件依次与蛇管水冷器和真空泵相连；进气管13通过三通14分别与载气输送管和气相产物取样管相连；喇叭状挡板8通过可拆卡套紧固件与热解产物排出管4连接。

如图1所示，为本发明内置导热管的间歇式真空热解反应器的结构示意图，包括预紧卡箍1、筒体2、上端盖3、热解产物排出管4、O型密封垫5、预紧螺栓6、热电偶套管7、喇叭状挡板8、内置导热管9、密封垫10、下端盖11、主螺母12、进气管13和三通14，主要由上端盖3、筒体2和下端盖11三段组成，筒体2上、下端分别装有上端盖3和下端盖11。

上端盖3通过卡箍1与筒体2连接，上端盖3与筒体2间采用O型密封环5进行密封，上端盖上设有热电偶套管7、进气管13与热解产物排出管4，热解产物排出管4设置于上端盖中部，热电偶套管7，进气管13分别位于热解产物排出管4的两侧，热电偶套管7内部置有测温热电偶，喇叭状挡板8通过可拆卡套紧固件与热解产物排出管4下端连接，喇叭状挡板8呈锥状，其半锥角α(如图1所示)控制在30°～60°之间，喇叭状挡板8下端与密封面间的距离h(如图1所示)大于10cm，与筒体2内壁间隙应小于0.5mm。高分子有机物热解时产生的热解气，在真空负压的作用下，借助喇叭状挡板的汇集引导作用，快速由热解产物排出管4排出热解设备，进而可有效避免热解产物在设备密封连接处的冷凝淤积。下端盖11通过主螺栓12与筒体2下端连接，下端盖11与筒体2间使用平垫片10进行密封，下端盖11中心处焊有内置导热管9。

如图2所示，为采用本发明内置导热管间歇式反应器的废旧高分子物质热解资源化反应装置的工作原理示意图，本发明位于加热装置17中，进气管13通过三通14与氮气瓶15和气相产物取样管相连，上述两根管道上分别设有调节阀31和调节阀32；热解产物排出管4上端通过可拆的卡套紧固件分别与蛇管水冷器18和真空泵21相连，通过阀门33与蛇管水冷器18相连接，热解产物经蛇管水冷器18冷凝后，冷凝所得热解油由热解油收集瓶19收集，不凝气流经三通20、真空泵21、三通22及阀门35排空；开启阀门36，用尾气收集气囊收集部分热解尾气进行分析检测；热电偶套管7与电加热装置17间连接有数字化温控系统16。

进一步，本发明采用的卡箍式不锈钢O型环密封结构，具有密封效果好，拆卸方便快捷等特点；喇叭状挡板能有效防止高分子材料热解产物在上端盖连接部位的淤积凝结，从而大大延长了设备的使用效率和寿命。

如图2所示，本发明的具体操作步骤如下：

开启反应器上端盖3，向其内投加一定量的物料，通过卡箍1使上端盖3与反应器筒体2紧密连接；

按顺序分别开启调节阀31、33和34，向设备内通入氮气驱赶装置中的残余空气；5分钟后依次关闭阀门31、33和34；

设定热解反应温度，启动加热炉对反应器进行加热升温，升温速率与反应器的温度由与热电偶及电加热装置17相连的数字化温控系统16进行自动调控；

当反应器温度达到指定值时，开启阀门33和35，并启动真空泵；

反应器内的热解气在真空泵21的作用下经喇叭状挡板8汇集，经热解产物排出管4送入蛇管水冷器18进行冷凝；不凝气经真空泵21，阀门35排空。

另外，若要收集热解反应器内气相产物，关闭阀门33，打开阀门32；若收集不凝气体，则开启阀门36，将不凝气体收集入热解气尾气收集气囊23。

进一步，以下为应用本发明的具体应用实施例：

实施例1：用于废旧轮胎的热解资源化反应。采用图2所示反应装置和热解工艺流程。兼顾内置导热管的传热效果和筒体内物料的装填容量，内置导热管9外径与筒体内径之比介于0.3-0.7之间，高度应大于筒体高度的1/3，管材应选用耐高温的低合金钢材料；喇叭状挡板8与热解产物排出管4的夹角α(如图1所示)应控制在30°～60°之间，喇叭状挡板8与筒体2内壁间隙应小于0.5mm。将废旧轮胎切割成8cm³大小左右的颗粒，分别称重50g、70g、100g进样料，置于反应器中，程序升温10℃/min，反应结束后分别称重固体和液体产物。经测定计算可知在350-550℃温度范围内，增加反应终了温度有利于增加液体产物的收率，并减少了残余物收率，同时较高的反应温度下的热解油较轻，轻质馏分最高可达到40.5％。

实施例2：用于废旧印刷线路板热解资源化反应。采用粉碎设备将拆解后的废弃印刷线路板粉碎成粒度至0.4-0.6mm的颗粒料，分别以50g、70g、100g物料进样，采用本发明设备和图2所示工艺流程以及实施例1中描述的内置导热管9和喇叭状挡板8的设置，可将粉碎颗粒中非金属物质中的环氧树脂等有机高分子物质转化为热解油，程序升温10℃/min，热解温度控制在450-600℃，产油率约7.4％，实现高值化；且热解固渣中的金属与非金属无机物质可实现完全分离。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种热解反应器，包括上端盖、筒体、热解产物排出管、热电偶套管、进气管、下端盖，筒体上、下端分别装有上端盖和下端盖，上端盖上设有热电偶套管、进气管与热解产物排出管，热电偶套管、进气管分别位于热解产物排出管的两侧，其特征在于：还包括O型密封环、喇叭状挡板、内置导热管，上端盖与筒体间采用O型密封环进行密封；热解产物排出管下端与喇叭状挡板连接，热电偶套管、进气管穿过喇叭状挡板；下端盖中心处焊有内置导热管。

2.根据权利要求1所述的热解反应器，其特征在于：筒体上、下端分别装有上端盖和下端盖，上端盖通过卡箍与筒体连接，上端盖与筒体间采用O型密封环进行密封，上端盖上设有热电偶套管、进气管与热解产物排出管；热电偶套管、进气管分别位于热解产物排出管的两侧并穿过挡板；挡板通过可拆卡套紧固件与热解产物排出管下端连接；热电偶套管内部置有测温热电偶；热解产物排出管设置于上端盖中部下端盖通过主螺栓与筒体下端连接，下端盖与筒体间并使用平垫片进行密封，下端盖中心处焊有内置导热管。

3.根据权利要求1所述的热解反应器，其特征在于：

喇叭状挡板呈锥状，其半锥角α在30°～60°之间。

4.根据权利要求3所述的热解反应器，其特征在于：该喇叭状挡板下端与密封面间的距离大于10cm，与筒体内壁间隙小于0.5mm。

5.根据权利要求1所述的热解反应器，其特征在于：该内置导热管外径与筒体内径之比介于0.3-0.7之间，高度大于筒体高度的1/3。

6.根据权利要求1所述的热解反应器，其特征在于：所述挡板采用喇叭状挡板。

7.根据权利要求1所述的热解反应器，其特征在于：所述O型密封圈采用卡箍式不锈钢O型环密封结构。