CN1059454C - 利用废弃塑料生产汽、煤、柴油的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是利用废弃塑料生产汽、煤、柴油的方法和装置，本发明生产方法包括废弃塑料破碎计量进料、低温熔化再气化、气固相催化裂化和精馏分离冷凝四个连续化生产过程，生产出油品收率70%-85%并符合国标的汽油、煤油、柴油。生产装置包括破碎和机械进料、熔化气化装置、催化裂化反应器、精馏分离冷凝系统。以0＃柴油做燃料，生产副产物C1-C4气体做辅助燃料，采用自动喷油点火燃烧和控制温度的燃烧器加热，没有二次污染问题。
Description
本发明是一种利用废弃塑料生产汽、煤、柴油的方法和装置，涉及石油化工技术领域。
随着塑料制品的使用量与废弃量不断增长，废弃塑料已构成一种环境公害。为解决这个问题，废旧塑料回收再生的方法，有人采用，但处理量很小。中国专利申请CN1077479A发明名称“用废聚烯烃塑料制造烃油的方法”、CN1084546A发明名称“将废弃塑料转化成燃料油的方法及设备”、CN1092096A发明名称“利用废旧塑料提炼汽油、柴油馏份和液化气的方法与装置”、CN1080312A发明名称“用废塑料生产燃油的方法及其装置”、CN2167093Y实用新型名称“废旧塑料提取柴、汽油装置”、CN2164413Y实用新型名称“废旧塑料制汽柴油用裂化炉”，公开了废旧塑料提炼汽油、柴油的方法和设备。上述公开的方法中：(1)废旧塑料用水清洗，会产生水的二次污染问题，(2)采用热裂化方法，生成油品质量差，直链烷烃量大，环烷烃及芳烃含量低，含有双烯烃的油品稳定性能差，需要酸、碱精制和水洗后才能使用，加热温度过高，造成残渣数量大并且不能处理和利用的二次污染问题，(3)催化剂与废塑料混合一次性投入热裂化后从残渣排出，不能再生反复利用，生产量大催化剂用量亦大，构成浪费，采用催化剂与废塑料混合液相降解法，会导致残渣和产气量增多、油品质量差、产品收率较低，(4)生产过程是间歇式操作，不能连续大规模工业化生产，(5)直接燃煤加热或燃煤锅炉蒸汽加热都构成烟尘、二氧化硫对大气的污染问题，(6)采用釜式直接加热设备存在生产安全性问题。
本发明的目的在于解决上述已有技术的不足，提供一种低温熔化气化、气相催化裂化方法，特别是提供一种生产的油品质量好、收率高、没有二次污染的利用废弃塑料生产汽、煤、柴油的方法，并提供一种能够连续工业化生产、安全性能可靠的装置。
本发明的上述目的是用以下技术方案实现的。
利用废弃塑料生产汽、煤、柴油的方法，包括四个生产工艺步骤：
1.破碎进料：将清除非塑物的废弃塑料破碎用气流和传送机
械计量进料；
2.熔化气化：将破碎后的废弃塑料熔化成液体再气化成较大
分子量聚合烯烃气体；
3.催化裂化：聚合烯烃气体在固定床催化剂层气固接触进行
选择性裂化、芳构化、烯烃叠合生成油品蒸汽；
4.油品分离：油品蒸汽在精馏分离冷凝系统生成汽油、煤油、柴油和C1～C4不凝气体。
本发明的生产方法是将清除非塑物杂质的废弃塑料、破碎成1cm×8cm条状，用空气流经旋风分离送入贮料器再用无级调速计量传送废弃塑料向下进入熔化器上端入料口，加热180℃～270℃熔化成塑料液体，再由熔化器下端出料口用无级调速的计量泵送入下部与熔化器联结的气化炉内锥形布料板上，塑料液体在均匀向下分散流动时受热270℃～430℃气化成较大分子量聚合烯烃气体，从设置于气化炉上部侧壁的气体出口进入催化裂化部分。废弃塑料中的杂质、灰份沉降在气化炉底部用负压抽吸排出，气体进入列管式催化剂固定床层与300℃～400℃催化剂气、固接触，进行选择性裂化、芳构化、烯烃叠合生成油品蒸汽。催化剂是用浸渍法将活性组份ZnCl2吸咐在颗粒状Al2O3载体上制成，填装入垂直的列管内，催化裂化反应温度控制在300℃～400℃之间，催化空速5～15(g.g-1.h-1)范围，然后向列管内催化剂层通入空气流，加热600℃～650℃烧焦再生、活化，催化剂的使用周期在15～30次，然后更换新催化剂(见发明专利“废弃塑料芳构化催化剂及其制备方法”申请号95107410.5)。油品蒸汽从汽油精馏塔底部进入，在塔内填料层传质分离，小于202℃的油气经塔顶冷凝器用15℃～25℃循环冷却水冷凝生成汽油和副产物C1-C4不凝气体，汽油流入汽油中间贮罐再泵送入汽油产品贮罐，C1-C4不凝气体引入气化炉膛，大于202℃至350℃油品流入汽油精馏塔下部的塔釜内，该塔釜底部与煤油精馏塔下部塔釜的底部相通，加热塔釜生成小于260℃煤油蒸汽从煤油精馏塔顶进入塔顶冷凝器用15℃～25℃循环冷却水冷凝，生成煤油流入煤油中间贮罐再泵送入煤油产品贮罐，塔釜内260℃～350℃柴油馏份经冷凝器用15℃～25℃循环冷却水冷却泵送入柴油中间贮罐再泵送入柴油产品贮罐。本发明的生产方法中废弃塑料在熔化器、气化炉和催化裂化反应部份的加热是采用一种能自动喷油点火燃烧和自动控制温度的燃烧器的现有技术，用0#柴油做加热燃料，生产中生成的C1-C4不凝气体做辅助燃料。
利用废弃塑料生产汽、煤、柴油的装置，包括塑料破碎和机械计量进料装置，熔化气化装置、催化裂化反应器和油品分离冷凝系统四个部份(参见图1)。废弃塑料由破碎机(1)破碎成1cm×8cm条状，用轴流风机(2)经风管气流输送经旋风分离器(3)沉降入贮料罐(4)内，再用无级调速机(5)带动螺旋输送机(6)从下部联结的熔化器(7)上端入料口进入，加热180℃至270℃熔化成塑料液体由无级调速机(8)带动与熔化器下端出料口联结的计量泵(9)上端进入，经计量送入与计量泵下端出料口联结的气化炉(10)内的锥形布料板上，塑料液体均匀向下分散流动中加热至270℃～430℃生成聚合烯烃气体，从气化炉(10)上部侧壁气体出口进入催化裂化反应器(11)，熔化气体装置(见发明和实用新型专利“废弃聚烯烃塑料熔化气化装置”申请号95106387.1、95210974.3)的加热用设置于气化炉(10)下部的燃烧器(36)自动喷柴油点火燃烧，热气流沿着与炉膛联结炉管上升至熔化器(7)的夹套层，同时供给气化炉和熔化器热量，温度由燃烧器(36)自动控制。与气化炉(10)用管路联结的催化裂化反应器(11)由垂直列管组成，列管的两端固定在上、下管板上，管板两头用封头封闭，开设有气体进口和出口，列管内填装催化剂，列管之间是加热空间，用燃烧器(37)和加热炉(38)加热，列管外围用筒状耐火材料封闭和保温。油品分离冷凝系统由汽油精馏塔(12)和塔釜(20)、煤油精馏塔(26)和塔釜(25)、冷凝器(13)(21)(27)、汽油中间贮罐(14)汽油产品贮罐(19)、煤油中间贮罐(28)煤油产品贮罐(33)、柴油中间贮罐(35)柴油产品贮罐(24)组成。
本发明与现有技术相比较具有如下优点：
(1)废弃塑料只需破碎不用水清洗，没有水的二次污染问题；
(2)加热温度低、与高温热裂化法比较具有油品收率高、产气量小、残渣呈土质灰份状没有二次污染、并且生成量少(见技术数据比较表)
技术数据比较表
| 方法 | 温度范围 | 油品收率 | 可燃气收率 | 残渣量 |
| 热裂化法 | 500℃～700℃ | 60～65％ | 15～25％ | 20％～25％ |
| 气相催化裂化法 | 270℃～400℃ | 70～85％ | 10～20％ | 5～10％ |
(3)气相催化裂化和催化剂选择性裂化、芳构化和烯烃叠合作用，生成的油品质量好、辛烷值较高、汽油的安定性能好，符合GB503-85、GB386-64标准(见检测理化数据表)
油品检测理化数据表
| 汽油 | 柴油 |
| 辛烷值GB503-85(马达法)76(研究法)86.4密度20℃g/ml 0.731胶质mg/100ml 7铜片腐蚀 合格水溶液酸碱 无总硫ppm 0.03机械杂质m％ 无沸程(恩式)HK℃ 705％℃ 9310％℃ 10230％℃ 12250％℃ 14070％℃ 15595％℃ 197KK℃ 213全馏出％ 98 | 十六烃值GB386-64 ＞60闪点(闭) ＞90密度20℃g/ml 0.862酸值mgKOH/100ml 1.23残碳m％ 0.1胶质mg/100ml 7铜片腐蚀 合格水溶性酸碱 无凝固点℃ ＜-20沸程(恩式)HK℃ 1705％℃ 21310％℃ 22130％℃ 24350％℃ 27870％℃ 28295％℃ 316KK℃ 319全馏出％ 98 |
(4)生产方法连续化，适合大规模工业化生产；
(5)采用燃烧器加热，温度自动化控制程度高，燃烧柴油和生产副产物C1～C4可燃气体加热没有二次污染问题；
(6)生产装置安全性可靠。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1是本发明生产方法流程简图
图1中：塑料破碎机(1)、轴流风机(2)、旋风分离器(3)、贮料罐(4)、无级调速机(5)、螺旋输送机(6)、熔化器(7)、无级调速机(8)、计量泵(9)、气化炉(10)、催化裂化反应器(11)、汽油精馏塔(12)、汽油冷凝器(13)、汽油中间贮罐(14)、泵(15)、转子流量计(16)、泵(17)、涡轮流量计(18)、汽油产品贮罐(19)、汽油精馏塔釜(20)、柴油冷却器(21)、泵(22)、涡轮流量计(23)、柴油产品贮罐(24)、煤油精馏塔釜(25)、煤油精馏塔(26)、煤油冷凝器(27)、煤油中间贮罐(28)、泵(29)、转子流量计(30)、泵(31)、涡轮流量计(32)、煤油产品贮罐(33)、泵(34)、柴油中间贮罐(35)、燃烧器(36)、燃烧器(37)、加热炉(38)。
图1生产方法说明：废弃塑料用塑料破碎机(1)破碎成1cm×8cm条状，由轴流风机(2)经风管气流输送至旋风分离器(3)空气流放空条状废弃塑料沉降入贮料罐(4)内，由无级调速机(5)带动螺旋输送机(6)将物料按生产量计量向下压送进入熔化器(7)上端入料口，加热至180℃～270℃熔化成塑料液体向下流入与熔化器(7)联结的计量泵(9)用无级调速机(8)调节计量泵(9)的转速将塑料液体计量送入与熔化器(7)和计量泵(9)联结的气化炉(10)内锥形布料板上，塑料液体在均匀向下分散流动中受热270℃～430℃气化成较大分子量聚合烯烃气体，从设置于气化炉(10)上部侧壁的气体出口进入催化裂化反应器(11)的列管内，与固定床催化剂层气固相接触，在300℃～400℃进行选择性裂化、芳构化、烯烃叠合生成油品蒸汽。催化剂是用浸渍法将活用组份ZnCl2吸附在颗粒状Al2O3载体上制成，催化剂的空速控制在5～15(g.g-1.h-1)范围内，按催化剂填装量计算废弃塑料进料量，当达到空速允许进料量后停止进料，然后向列管内催化剂床层通入热空气，将列管间加热温度升至600℃～650℃进行催化剂烧焦再生、活化，催化剂再生周期15～30次以后更换新催化剂。废弃塑料中的杂质、灰份沉降在气化炉(10)底部，用负压抽吸排出。油品蒸汽从汽油精馏塔(12)底部进入，在塔内鲍尔环填料层传质分离，小于202℃油汽经塔顶汽油冷凝器(13)用15℃～25℃循环冷却水冷凝生成汽油和副产物C1～C4不凝气体，汽油流入汽油中间贮罐(14)用泵(15)抽取汽油按回流比经转子流量计(16)打回流进入汽油精馏塔顶，控制塔顶温度小于202℃，当汽油中间贮罐(14)达到满负荷液位时，用泵(17)经涡轮流量计(18)计量送入汽油产品贮罐(19)，C1～C4不凝气体引入气化炉膛。大于202℃至350℃油品流入与汽油精馏塔(12)联结下部塔釜(20)内，塔釜(20)与煤油精馏塔(26)下部联结的塔釜(25)底部相通，加热塔釜(25)生成小于260℃煤油蒸汽通过塔内鲍尔环填料层传质分离从塔顶进入煤油冷凝器(27)用15℃～25℃循环冷却水冷凝生成煤油流入煤油中间贮罐(28)用泵(29)抽取煤油按回流比径转子流量计(30)打回流进入煤油精馏塔顶，控制塔顶温度小于260℃，当煤油中间贮罐(28)达到满负荷液位时用泵(31)经涡轮流量计(32)计量送入煤油产品贮罐(33)，塔釜(25)内260℃～350℃柴油经柴油冷却器(21)用泵(22)送入柴油中间贮罐(35)，再用泵(34)、(22)以液位计量或涡轮流量计(23)计量送入柴油产品贮罐(34)内。生产方法中熔化器(7)和气化炉(10)的加热，由设置于气化炉(10)下部的燃烧器(36)自动喷油点火燃烧，热气流沿着与气化炉下部炉膛联结炉管上升至熔化器夹套层，向熔化器和气化炉同时供热，通过调节热气流出口电动阀门，由燃烧器(36)自动控制温度。催化裂化反应器(11)管间加热用燃烧器(37)和加热炉(38)，由燃烧器(37)自动控制温度，余热用管路联结至塔釜(20)和(25)加热釜内油品。
下面的实施例是对本发明的进一步说明，而非限制本发明范围。
实施例：
废弃塑料包括聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯塑料制品的废弃物，经人工分检清除金属物、木质、废纸等非塑料杂质，可单一制品或混合制品送入塑料破碎机(1)破碎或1cm×8cm条状破碎物料量420公斤/小时，从出料口进入用轴流风机(2)联结风管的料槽内，由空气流输送至旋风分离器(3)空气流放空条状废弃塑料沉降入贮料罐(4)内。开启燃烧器(36)自动喷油点火燃烧，热气流沿着与气化炉(10)下部炉膛联结的炉管上升至熔化器(7)夹套层；调节热气流出口电动阀开启度，由燃烧器(36)自动控制气化炉(10)和熔化器需要恒定的温度。开启燃烧器(37)自动喷油点火燃烧，热气流从加热炉(38)进入催化裂化反应器(11)列管的管间，使填装入到管内催化剂层达到360℃，由燃烧器(37)自动控制温度，排出的热气流沿管路至塔釜(20)、(25)加热。开启无级调速机(5)带动螺旋输送机(6)按生产数量调节转数将条状废弃塑料向下传输压送进入熔化器(7)上端入料口，在220℃熔化成塑料液体向下流入与熔化器(7)联结的计量泵(9)，开启无级调速机(8)调节计量泵(9)的转速将塑料液体计量送入与熔化器(7)和计量泵(9)联结的气化炉(10)内锥形布料板上，塑料液体在均匀向下分散流动中受热400℃气化成较大分子量聚合烯烃气体，从设置于气化炉(10)上部侧壁的气体出口进入催化裂化反应器(11)的列管内与固定床催化剂层气、固相接触，在360℃进行选择性裂化、芳构化、烯烃叠合生成油品蒸汽。废弃塑料中的杂质、灰份沉降在气化炉(10)底部，用负压抽吸排出。催化剂是用浸渍法将活性组份ZnCl2吸附在颗粒状Al2O3载体上制成。催化剂的空速控制在10(g·g-1·h-1)范围内，催化剂填装量300公斤，按催化剂填装量计算废弃塑料进料量，当达到空速允许进料量后停止进料，将聚合烯烃气体切入另一台催化裂化反应器(11)使生产连续进行，同时向停用的催化裂化反应器(11)列管内的催化剂床层通入热空气，并将列管间加热温度升至600℃～650℃进行催化剂烧焦再生、活化，催化剂再生周期20次后更换新催化剂。催化裂化生成的油品蒸汽，从汽油精馏塔(12)底部进入，在塔内鲍尔环填料层传质分离，小于202℃油气经塔顶汽油冷凝器(13)用15℃～25℃循环冷却水冷凝生成汽油和C1～C4不凝气体，汽油流入汽油中间贮罐(14)用泵(15)抽取中间贮罐(14)内汽油按回流比经转子流量计(16)打回流进入汽油精馏塔顶，控制塔顶温度小于202℃，当汽油中间贮罐(14)达到满负荷液位时用泵(17)经涡轮流量计(18)计量送入汽油产品贮罐(19)。C1～C4不凝气体引入气化炉膛燃烧，大于202℃至350℃油品流入与汽油精馏塔(12)联结的下部塔釜(20)内，塔釜(20)与煤油精馏塔(26)下部联结的塔釜(25)底部相通，加热塔釜(25)生成小于260℃煤油蒸汽通过塔内鲍尔环填料层传质分离从塔顶进入煤油冷凝器(27)用15℃～25℃循环冷却水冷凝生成煤油流入煤油中间贮罐(28)用泵(29)抽取中间贮罐(28)内煤油按回流比经转子流量计(30)打回流进入煤油精馏塔塔顶，控制塔顶温度小于260℃，当煤油中间贮罐(28)达到满负荷液位时用泵(31)经涡轮流量计(32)计量送入煤油产品贮罐(33)，塔釜(25)内260℃～350℃柴油经柴油冷却器(21)用泵(22)送入柴油中间贮罐(35)再用泵(34)、(22)以液位计量或涡轮流量计(23)计量送入柴油产品贮罐(34)内。
本实施例是年处理废弃塑料量3000吨规模的定型设计装置。废弃塑料进料量420公斤/小时，油品总收率占进料量的70％，其中：汽油产量176公斤/小时，煤油产量29.4公斤/小时，柴油产量88.2公斤/小时。C1～C4可燃气收率占进料量的20％，气体产量84公斤/小时。残渣灰份占进料量5％，排除灰份量21公斤/小时。
本发明是将构成环境公害的废弃物质重新进入物质循环，即解决了对环境的污染问题，又开辟了一种生产燃料能源的新途径。
Claims (6)
1.一种利用废弃塑料生产汽、煤、柴油的方法，其特征在于包括四个生产工艺步骤：
(1)破碎进料：将清除非塑物的废弃塑料破碎，用汽流和机械传送计量进料；
(2)熔化气化：将废弃塑料低温熔化成液体再气化成较大分子量的聚烯烃气体；
(3)催化裂化：聚合烯烃气体与固定床催化剂层气固接触，进行选择性裂化、芳构化、烯烃叠合生成油品蒸汽；
(4)油品分离：油品蒸汽在精馏分离冷凝系统生成汽油、煤油、柴油和副产物C1-C4不凝气体；
所说的破碎进料是将清除非塑物杂质的废弃塑料用破碎机破碎成1cm×8cm的条状，用空气流经旋风分离送入贮料器，再以无级调速计量传送废弃塑料向下进入熔化气化装置；
所说的熔化气体是条状废弃塑料进入熔化器上端入料口，加热180℃～270℃将熔化成塑料液体后由熔化器下端出料口用无级调速的计量泵送入下部与熔化器联结的气化炉内锥形布料板上，塑料液体在均匀向下分散流动时受热在270℃～430℃气化成较大分子量聚合烯烃气体，从设置于气化炉上部侧壁的气体出口进入催化裂化部份；
所说的催化裂化是聚合烯烃气体进入列管式催化剂固定床层与加热至300℃～400℃的催化剂气固接触进行选择性裂化、芳构化、烯烃叠合作用生成油品蒸汽；
所说的油品分离是催化裂化生成的300℃～400℃油品蒸汽从汽油精馏塔底部进入塔内填料层进行传质分离，小于202℃油气经塔顶冷凝器冷凝用15℃～25℃循环冷却水冷凝生成汽油和C1-C4不凝气体，汽油流入汽油中间贮罐再泵送入汽油产品贮罐，C1-C4不凝气体引入气化炉膛，大于202℃至350℃油品流入汽油精馏塔下部塔釜内，该塔釜底部与煤油精馏塔的塔釜底部相通，加热塔釜生成小于260℃煤油蒸汽从煤油精馏塔顶经冷凝器用15℃～25℃循环冷却水冷凝，生成煤油流入煤油中间贮罐再泵送入煤油产品贮罐，塔釜内260℃～350℃柴油经冷凝器用15℃～25℃循环冷却水冷却泵送入柴油中间贮罐再泵送入柴油产品贮罐。
2.根据权利要求1所述的利用废弃塑料生产汽、煤、柴油的方法，其特征在于：催化剂是用浸渍法将活性成份ZnCl2吸咐在颗粒状Al2O3载体上制成，填装入垂直的列管内，催化裂化温度为300℃～400℃，催化空速5～15(g.g-1.h-1)，加热600℃～650℃通入空气再生、活化，再生周期15～30次后需要更换新催化剂。
3.限据权利要求1所述的利用废弃塑料生产汽、煤、柴油的方法，其特征在于：生产中的加热方法和燃料是采用一种能自动喷油点火燃烧和自动控制温度的燃烧器，以0#柴油做燃料加热，生产中生成的副产物C1-C4不凝气体做辅助加热燃料。
4.一种利用废弃塑料生产汽、煤、柴油的装置，包括塑料破碎和机械计量进料装置，熔化气化装置、催化裂化反应器、油品分离冷凝系统四部份，其特征在于：废弃塑料由破碎机(1)破碎成1cm×8cm条状用轴流风机(2)经风管气流输送经旋风分离器(3)沉降入贮料罐(4)内，再用无级调速机(5)带动螺旋输送机(6)计量进入下部相联结的熔化气化装置。
5.根据权利要求4所述的利用废弃塑料生产汽、煤、柴油的装置，其特征在于：条状废弃塑料在机械传动压力下从熔化气化装置的熔化器(7)上端入料口进入，加热至180℃～270℃熔化成塑料液体，该液体经由无级调速机(8)带动与熔化器下端出料口联结的计量泵(9)上端进入经计量送入下部与计量泵下端出料口联结的气化炉(10)内的锥形布料板上，塑料液体均匀向下分散流动中被加热至270℃～430℃生成较大分子量聚合烯烃气体，从气化炉(10)上部侧壁气体出口进入催化裂化反应器(11)。
6.根据权利要求4所述的利用废弃塑料生产汽、煤、柴油的装置，其特征在于：与气化炉(10)用管路联结的催化裂化反应器(11)由垂直列管组成，列管的两端联结固定在上、下管板上，管板两头用上、下封头封闭，开设有气体进口和出口，催化剂填装入列管内，管间是加热空间，用燃烧器(37)和加热炉(38)加热，列管外围用筒状耐火材料封闭和保温。
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