CN102935349A

CN102935349A - 等离子高温裂解反应釜

Info

Publication number: CN102935349A
Application number: CN 201210418023
Authority: CN
Inventors: 俞建荣; 孙利超; 车云龙
Original assignee: Beijing Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: Beijing Institute of Petrochemical Technology
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2013-02-20

Abstract

一种等离子高温裂解反应釜，主要由反应釜釜体（1），电极升降结构（2），进料结构（3）和金属熔体排放阀（4）组成，其中：反应釜釜体为石墨坩埚型，并由外向内设置了多种材质的内衬结构，电极升降结构（2）采用内部托架升降丝杠传动形式，进料结构（3）采用料斗（31）和螺旋体（32）的通道（33）的结构形式。本发明结构紧凑，造价低廉，易于推广，使用维护修理简易。

Description

等离子高温裂解反应釜

技术领域

本发明涉及一种反应釜，尤其是该反应釜利用等离子体高温裂解的高温，在无氧的环境中将废物中的有机物分解成氢气和酸性气体，废物中的金属被熔化排出体外回收利用，无机物熔化后排出体外冷却成类熔岩玻璃体的等离子高温裂解反应釜。

背景技术

随着现代化社会飞速发展，环境污染越来越严重，工厂中很多的物质品种不少是有害或带有毒的，特别是高科技术下产生的高危电子垃圾，不能采用简单的焚烧或掩埋，否则会产生大量的二恶英类物质，含有毒性的垃圾飞灰以及渗漏地层多种的毒性物质Pb、Cd、Hg等物质，都会严重污染环境。或者说是传统的填埋法及焚烧法，由于二次污染、迁移效应及低效率已受到严重挑战，特别是焚烧过程中产生更高毒性的多氯代二苯并二恶英（PCDDs）与多氯代二苯并呋喃（PCDFs）的二次污染问题都受到世界各国的高度重视。尤其是高危电子垃圾，各国都制定了禁止进口的法律法规，这就要求必须本地化处理这类危险垃圾。再加上电力供应日趋丰富,因此,近20年来,英国、德国、前苏联、美国、法国和日本等世界发达国家几乎同时开展了对等离子体裂解的研究,并取得了令人鼓舞的初步结果。

应用等离子体技术来处理危险的废物是一种全新的方法，选择不同类型的工作气体可使等离子体系统工作在氧化，还原和惰性的环境下。不同的工作环境具有不同的功能，如氧化性环境通常用来破除有机危险废物，还原性环境通常用来提取金属。热等离子体高温裂解过程中，除了热等离子体发生器本身具有连续运行、容易控制、能量利用率高、可以达到极高温度外，还使得该过程具有：简单化和无催化剂，反应和换热设备小、投资少，等离子体的暂态性和各种活性粒子能得到独特的利用等优点。

等离子体高温裂解反应釜可以处理废弃电子线路板及含有色金属、重金属、贵金属催化废弃物之外，还可以应用于废弃电池，含多氯联苯废物，医疗废物，废药物，有机树脂类废物，焚烧炉飞灰，石棉废物，放射性废物，有机溶剂，爆炸性废物，生化武器等多种有毒有害废物。

等离子体高温裂解反应釜的原理是利用热等离子的高温，在无氧化的环境中将废物中的有机物分解成富氢气体以及少量的酸性气体；废物中的金属熔化，排出炉体可回收利用；无机物熔化后排出炉体后冷却成为类熔岩玻璃体，此物质具有不可过滤性，可以将有毒的重金属固化在其中，可作为建筑材料。它是一种不同于焚烧的高温热处理过程，采用非燃烧技术（无需通入空气）以及电能的使用，使得产生的气体量很少（仅由有机物分解产生，数量是焚烧法产生尾气量的1/10）,从而可以非常高效清洁地处理废气，从而达到“零”排放，同时得到干净清洁的能源——富氢气体。

等离子体的温度达3000℃～10000℃，由于Cu、Ni等金属氧化物是二噁英合成的催化剂，而且二噁英的完全裂解温度在900℃以上。显然，在等离子体弧剧烈的高温条件下二噁英已不存在。又由于等离子体弧高温裂解整个过程中，是无氧缺氧的还原氢环境下进行的Cu、Ni等金属氧化物也不存在，对于二噁英来说无催化合成机会。所以说，等离子体弧高温裂解法处理有毒有害危险废弃物，消灭21世纪“病毒”之称的二噁英的制胜法宝，同时也是与其他有氧焚烧方法根本无法解决的二次污染问题的根本区别之一。

发明内容

根据背景技术所述，本发明的目的在于提供一种由反应釜釜体、电极升降结构、进料结构和排放阀组成的利用等离子体高温裂解反应釜密封系统结构构成的反应釜，在高温环境中安全、彻底的处理危险的废弃物。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种等离子高温裂解反应釜，主要由反应釜釜体（1），电极升降结构（2），进料结构（3）和金属熔体排放阀（4）组成，其中：反应釜釜体（1）及其内衬采用耐高温石墨坩埚并由外向内设置，反应釜釡体（1）分5层，从外到内依次为钢壳（11）、硅酸铝纤维成型毡层（12）、多晶莫来石纤维层（13）、氧化铝空心球成型砖层（14）、石墨坩埚层（15）和氧化锆层（16）；反应釜釡体（1）的顶部设置电极升降结构（2），采用釜体内部电极托架升降丝杠传动运动形式；进料结构（3）设置在反应釜釜体（1）上部的一侧，采用垂直向下进料的料斗（31）和平置有螺旋体（32）的通道（33）的结构组成；金属熔体排放阀（4）的金属熔体排放及冷却部分，由外向内由氧化铝陶瓷层（41）、铜感应线圈（42）、氧化铍陶瓷管（43）和石墨水口(44)构成；

所述的硅酸铝纤维成型毡层（12）为钢壳内最外层，选择硅酸铝纤维成型毡，使用温度1050℃～1200℃，直径1150mm；

所述的多晶莫来石纤维层（13）选择多晶莫来石纤维，使用温度1500℃～1600℃，设计直径800mm；

所述的氧化铝空心球砖层（14）选择氧化铝空心球砖，使用温度1600℃～1800℃，设计直径700mm；

所述的氧化锆层（16）为钢壳内最里层，选择圆筒形氧化锆衬砖，使用温度2200℃以上，设计直径400mm。

由于采用了上述技术方案，本发明具有以下优点和效果：

1、本发明裂解反应釜釡顶设置引弧辅助电极，解决因釡底上面覆盖绝缘玻璃体导致的冷釡无法启动问题，同时克服釡底上涨问题；采用石墨电极，彻底消除水冷等离子枪的短寿命而不能连续生产的问题；采用高温等离子体弧技术使二噁英类物质彻底裂解技术，无疑将推动持久性有机物无害化处理技术的发展；

2、本发明釡体采用特殊超高温耐火材料砌筑而成；进料及电极升降采用特殊的密闭方式，保证炉膛呈负压还原性气氛彻底高温裂解有机无机有毒有害废弃物；尾气是对环境无污染的小分子气体从各自通道排出炉体；

3、本发明结构紧凑，使用维护和修理简易。

附图说明

图1为本发明结构总体示意图

图2为本发明反应釜进料结构示意图

图3为本发明反应釜内衬环向分布示意图

图4为本发明反应釜内金属熔体排放阀及冷却部分示意图。

具体实施方式

本发明包括等离子体高温裂解反应釜密封系统的结构、炉体、超高温耐火材料的选择、进料及电极升降结构，以保证反应釜在超高温的环境中安全，彻底的处理危险的废弃物。

本发明可用于等离子体电弧的高温放电，为封闭反应釜中的废弃物提供高温裂解能量。等离子体反应釜中产生的超高热会将物料的有机分子结构撕裂，产生更为简单的气体分子，无机部分将被融化，最终形成类似玻璃的物质。

由于处理危险废弃物物料形态、物理性质不同，所以也就要求有不同的进料系统、高温裂解炉膛、玻璃体、金属熔体排放热阀、尾气处理系统的处理量，等等，都需要仔细的计算与设计。

下面结合附图列举一实施例进行说明：

由图1至图4示出，一种等离子高温裂解反应釜，主要由反应釜釜体1，电极升降结构2，进料结构3和金属熔体排放阀4组成。

反应釜釜体1为石墨坩埚型，釡体及其内衬采用耐高温石墨坩埚并由外向内设置。

石墨在隔绝氧气条件下，其熔点在3000℃以上，是最耐温的矿物之一。石墨坩埚具有良好的热导性和耐高温性，在高温的使用过程中，热膨胀系数小，对急热、急冷具有一定的抗应变性能对酸，碱性溶液的抗腐蚀性较强，具有优良的化学稳定性。石墨坩埚的型号规格较多，在应用时不受生产规模、批量大小和熔炼物质品种的限制，可任意选择，适用性较强，并可保证被熔炼物质的纯度。

内衬选择锆刚玉，锆刚玉（FUSED ZIRCONIA ALUMINA）是以氧化铝、氧化锆为原料在电弧炉中经2000℃以上高温冶炼而成。

由图3可知，本发明的釡体分5层，从外到内依次为：钢壳11、硅酸铝纤维成型毡12、多晶莫来石纤维13、氧化铝空心球成型砖14、石墨坩埚层15和圆筒型氧化锆衬砖16；内壁的温度为2000℃，钢壳内壁设定为55℃。其中：

（1）反应釜硅酸铝纤维成型毡层，该层为钢壳内最外层，选择硅酸铝纤维成型毡，使用温度1050℃～1200℃，直径1150mm；

（2）多晶莫来石纤维层，该层为钢壳内有外向里第二层，该层选择多晶莫来石纤维，使用温度1500℃～1600℃，设计直径800mm；

（3）氧化铝空心球砖层，该层为钢壳内有外向里第三层，该层选择氧化铝空心球砖，使用温度1600℃～1800℃，设计直径700mm；

（4）石墨坩埚层，该层为钢壳内有外向里第四层；

（5）氧化锆层，该层为钢壳内有外向里第五层，该层为最里层，选择圆筒形氧化锆衬砖，使用温度2200℃以上，设计直径400mm。

由图1可知，电极升降依靠电极托架的运动方式，由于丝杠传动平稳、自锁性能好、升降速度可控等原因，因此电极升降结构2采用釜体内部电极托架升降丝杠传动运动形式设置于反应釜釡体1的顶部；电机减速机选择以及运行参数根据具体物料而定，速比10左右，转速约100～20r/min，丝杠螺距7mm左右，升降速度11.7～2.34mm/s左右即可。

由图2可知，进料结构3系统形式不限，只要反应釜反应过程中不影响反应釜密封即可，本发明为螺旋输送系统，进料结构3设置在反应釜釜体1上部的一侧，采用垂直向下进料的料斗31和平置有螺旋体32的通道33的结构组成。

由图4可知，金属熔体排放阀4的金属熔体排放及冷却部分，由外向内由氧化铝陶瓷层41、铜感应线圈42、氧化铍陶瓷管43和石墨水口44构成。

Claims

1. 一种等离子高温裂解反应釜，主要由反应釜釜体（1），电极升降结构（2），进料结构（3）和金属熔体排放阀（4）组成，其特征在于：反应釜釜体（1）及其内衬采用耐高温石墨坩埚并由外向内设置，反应釜釡体（1）分5层，从外到内依次为钢壳（11）、硅酸铝纤维成型毡层（12）、多晶莫来石纤维层（13）、氧化铝空心球成型砖层（14）、石墨坩埚层（15）和氧化锆层（16）；反应釜釡体（1）的顶部设置电极升降结构（2），采用釜体内部电极托架升降丝杠传动运动形式；进料结构（3）设置在反应釜釜体（1）上部的一侧，采用垂直向下进料的料斗（31）和平置有螺旋体（32）的通道（33）的结构组成；金属熔体排放阀（4）的金属熔体排放及冷却部分，由外向内由氧化铝陶瓷层（41）、铜感应线圈（42）、氧化铍陶瓷管（43）和石墨水口(44)构成。

2.根据权利要求1所述的等离子高温裂解反应釜，其特征在于：所述的硅酸铝纤维成型毡层（12）为钢壳内最外层，选择硅酸铝纤维成型毡，使用温度1050℃～1200℃，直径1150mm。

3.根据权利要求1所述的等离子高温裂解反应釜，其特征在于：所述的多晶莫来石纤维层（13）选择多晶莫来石纤维，使用温度1500℃～1600℃，设计直径800mm。

4.根据权利要求1所述的等离子高温裂解反应釜，其特征在于：所述的氧化铝空心球砖层（14）选择氧化铝空心球砖，使用温度1600℃～1800℃，设计直径700mm。

5.根据权利要求1所述的等离子高温裂解反应釜，其特征在于：所述的氧化锆层（16）为钢壳内最里层，选择圆筒形氧化锆衬砖，使用温度2200℃以上，设计直径400mm。