CN107446609A - 一种节能高效的连续式塑料垃圾热裂解炼油设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节能高效的连续式塑料垃圾热裂解炼油设备，它包括供料系统、液化系统和裂解系统；液化系统包括液化器和液化燃烧室，液化燃烧室设在液化器外周，裂解系统包括裂解室和裂解燃烧室，裂解燃烧室设在裂解室外周，裂解室内设有空心转轴和空心桨叶，供料系统包括螺旋输送机，螺旋输送机设有进料空心旋转轴和空心螺旋桨叶，裂解燃烧室与空心转轴相连通，空心转轴经烟气管道与液化燃烧室及进料空心旋转轴相通，液化燃烧室与进料空心旋转轴连通，进料空心旋转轴的排气端接烟囱。本发明设备具有塑料垃圾连续进料、传质传热效果好、热裂解速度快、高效节能等优点，可实现连续化生产，并且避免塑料在炉内结焦而影响传热效果，同时提高了成品油的质量。
Description
技术领域
本发明涉及环保设备技术领域，尤其涉及一种节能高效的连续式塑料垃圾热裂解炼油设备。
背景技术
随着时代的进步，人民生活水平大幅提高，塑料制品已成为日常生活中必不可少的消耗品。我国是世界上十大塑料制品生产和消费国之一，大多塑料制品的使用周期较短，需求量大，在使用后往往被随便丢弃，造成“白色污染”，危害环境。目前，我国对塑料垃圾的处理方式主要是填埋和焚烧。填埋方式是将所有垃圾一起埋到地下，一方面垃圾填埋场需要很大的用地，浪费国土资源，另一方面塑料垃圾不易分解，存在潜在危害；焚烧方式是将塑料垃圾直接用火烧掉，塑料垃圾燃烧后产生黑烟，如果直接排到大气中会严重污染环境，而黑烟气要达到排放标准则需要经过尾气处理系统，从而大大提高了焚烧的成本。
塑料垃圾热裂解炼油成为近年来国内外的一个研究热点。塑料垃圾热裂解炼制成液体油，一方面解决了塑料垃圾污染环境的难题，另一方面可将塑料垃圾变废为宝，实现资源化利用。目前国内现有塑料热裂解炼油技术分为间歇性热裂解炼油和连续性热裂解炼油技术。间歇性热裂解炼油技术是将可加热裂解炉装满塑料垃圾，使塑料垃圾热裂解气化，通常不能连续进料，只能处理完一锅塑料垃圾再进行下一锅的处理，效率较低，生产周期长，能耗较高；连续性热裂解炼油设备虽然可以实现塑料垃圾的连续进料、连续排渣和连续热裂解气化，但是存在物料受热不均匀，热能利用不完全、导致易于粘壁引起积炭，易堵塞通道，产油率低、油品质量差等缺陷。这些炼油设备存在的缺陷是制约塑料垃圾热裂解炼油技术工业化应用进程的重要原因。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有塑料垃圾连续进料、传质传热效果好、热裂解速度快、高效节能的连续式塑料垃圾热裂解炼油设备，以克服上述塑料垃圾热裂解炼油设备存在的缺点。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明一种节能高效的连续式塑料垃圾热裂解炼油设备，包括供料系统、液化系统和裂解系统；所述液化系统包括液化器和液化燃烧室，液化燃烧室设置在液化器的外周，由燃烧机和/或裂解燃烧室尾气供热，并通过液化燃烧室给液化器加热；所述裂解系统包括裂解室和裂解燃烧室，裂解燃烧室设置在裂解室的外周，裂解燃烧室由燃烧机供热，裂解室内设有可作旋转运动的空心转轴和空心桨叶，空心桨叶安装在空心转轴上并与空心转轴相连通；所述供料系统包括螺旋输送机，螺旋输送机设有进料空心旋转轴和空心螺旋桨叶，空心螺旋桨叶安装在进料空心旋转轴上并与其相连通；螺旋输送机的进口接进料仓，螺旋输送机的出口接液化器，液化器的液体出口经管道连接裂解室，裂解室的底部设有无轴螺旋输渣机；裂解燃烧室经烟气管道与空心转轴的下端相连通，空心转轴的上端经烟气管道与液化燃烧室的下部及进料空心旋转轴的进气端相连通，液化燃烧室的上部经烟气管道与进料空心旋转轴连通，进料空心旋转轴的排气端连接烟囱。
所述螺旋输送机安装在料壳内，螺旋输送机经链轮传动结构与驱动电机相连接，通过驱动电机带动螺旋输送机作旋转运动，料壳上设有排气孔；安装在螺旋输送机进口处的进料仓下部设有气阀；进料空心旋转轴的进气端还设有与烟囱相连接的排烟管道。
所述液化器的上部设有伸出外侧的液化器排气口，底部设有排渣口。
所述裂解室内的空心转轴经链轮传动结构与驱动电机相连接，通过驱动电机带动空心转轴作旋转运动。
所述空心转轴至少设有两根，并且为平行排布，同轴上的空心桨叶两两对称排布，同轴相邻的两对空心桨叶在竖直方向上相互垂直交叉分布，相邻转轴上的空心桨片以相互镶嵌式排布，桨叶朝下的一面设有浆叶刮片，浆叶刮片为长条形倒三角体。
所述裂解室的壳体内壁均布有数排圆弧形钢板片，钢板片向下倾斜一定角度，倾斜角为20～30°。
所述裂解室的上部设有裂解气出口。
所述供料系统、液化系统和裂解系统分别通过控制线路与自动控制柜相连接，自动控制柜设置有用于显示各系统运行温度的温度显示器以及用于控制烟气管道相应阀门的阀门开关和燃烧机燃料量调节开关。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.采用的供料系统可连续密闭进料，塑料垃圾液化与裂解气化分段处理，提高热裂解效率，可实现塑料垃圾热裂解炼油连续式高效生产，适用于大规模工业化生产。
2.通过供料系统对塑料垃圾干燥去除水分以及液化器中去除氯，减少热裂解气中的杂质，提高成品油的品质。
3.采用的裂解炉内设置有进料空心旋转轴和空心桨叶结构，可增大塑料垃圾加热面积，提高传热效率，转动的空心轴和桨叶，使液化后的塑料垃圾受热均匀，快速裂解成为油气，缩短生产周期，同时，桨叶上的刮片有效地克服了结焦的难题。
4.本发明将空心转轴和桨叶与烟气管道相结合，把裂解燃烧室产生的高温烟气依次通入裂解炉内的空心转轴和空心桨叶、液化燃烧室和螺旋输送机空心转轴和旋转桨叶内，对高温废烟气进行三级利用，创造性的实现热能高效地利用，达到节能、降低成本的目的。
附图说明
图1是本发明的塑料垃圾热裂解炼油设备的结构示意图；
图2是图1所示裂解炉的结构示意图；
图3是图2所示的裂解炉A-A面的剖视示意图；
图4是图2所示裂解炉内的空心桨叶结构示意图；
图中：1、供料系统；1-1、进料仓；1-2、气阀；1-3、螺旋输送机；1-4、排气孔；1-5、进料空心旋转轴；1-6、螺旋桨叶；1-7、进料空心旋转轴进气端；1-8、驱动电机；1-9、链轮传动结构；2、液化器；2-1、液化燃烧室；2-2、液化燃烧室燃烧机；2-3、液化燃烧室烟气进口；2-4、液化燃烧室烟气出口；2-5、液化器液体出口滤网；2-6、排渣口；2-7、液化器排气口；3、裂解炉；3-1、裂解室；3-2、裂解燃烧室；3-3、壳体；3-4、液体进口；3-5、裂解气出口；3-6、空心转轴；3-7、空心桨叶；3-8、桨叶刮片；3-9、圆弧形钢板片；3-10、无轴螺旋输渣机；3-11、驱动电机；3-12、电机减速器；3-13、链轮传动结构；3-14、裂解燃烧室燃烧机；3-15、裂解燃烧室烟气出口；3-16、裂解炉空心转轴烟气进口；3-17、裂解炉旋转轴烟气出口；4、自动控制柜；4-1、温度显示器；4-2、烟气管道旁路阀门开关；4-3、燃烧机燃料量调节开关；5、烟气管道；5-1，阀门；5-2，阀门；6、液体管道。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的阐述。为使附图简洁，图中仅示意性的表示出与本发明相关的部分，而且图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性的标示出了其中的一个。
如图1—图4所示，本发明节能高效的连续式塑料垃圾热裂解炼油设备包括供料系统1、液化系统、裂解系统(即裂解炉3)以及自动控制系统；液化系统包括液化器2和液化燃烧室2-1，液化燃烧室2-1设置在液化器2的外周，由燃烧机2-2和/或裂解燃烧室3-2尾气供热，并通过液化燃烧室2-1给液化器2提供热能；所述裂解炉3包括裂解室3-1和裂解燃烧室3-2，裂解燃烧室3-2设置在裂解室3-1的外周，裂解燃烧室3-1由燃烧机3-14供热，裂解室3-1内设有可作旋转运动的空心转轴3-6和空心桨叶3-7，空心桨叶3-7安装在空心转轴3-6上并与空心转轴3-6相连通；所述供料系统1包括安装在料壳内的螺旋输送机1-3，螺旋输送机1-3设有进料空心旋转轴1-5和空心螺旋桨叶1-6，空心螺旋桨叶1-6安装在进料空心旋转轴1-5上并与进料空心旋转轴1-5相连通；螺旋输送机1-3的进料口连接进料仓1-1，螺旋输送机1-3的出料口连接液化器2的进料口，液化器2的液体出口经液体管道6连接裂解室3-1，裂解室3-1的底部设有无轴螺旋输渣机3-10；裂解燃烧室3-2经烟气管道5与空心转轴3-6的下端相连通，空心转轴3-6的上端经烟气管道5与液化燃烧室2-1的下部及进料空心旋转轴1-5的进气端1-7相连通，液化燃烧室2-1的上部经烟气管道5与进料空心旋转轴2-1连通，进料空心旋转轴1-5的排气端连接烟囱。
所述螺旋输送机1-3经链轮传动结构1-9与驱动电机1-8相连接，通过驱动电机1-8带动螺旋输送机1-3作旋转运动，料壳上设置有排气孔1-4；安装在螺旋输送机进口处的进料仓1-1下部设有气阀1-2；进料空心旋转轴1-5的进气端1-7还设有与烟囱相连接的排烟管道，并在该排烟管道上设置有阀门5-2。
所述液化器2的上部设有伸出外侧的液化器排气口2-7，底部设有排渣口2-6、液化燃烧室烟气进口2-3和液化器液体出口滤网2-5，液化器液体出口滤网2-3安装在液体管道6的进口处，液化燃烧室烟气进口2-3安装在与裂解室3-1相接的烟气管道5出口处。
本发明所述的裂解炉3采用立式裂解炉，包括裂解室3-1和裂解燃烧室3-2，裂解室3-1包括壳体3-3，壳体3-3的上部设有液体进口3-4和裂解气出口3-5，液体进口3-4与液体管道6的出口相接；壳体3-3内设置至少两根平行排布的空心转轴3-6，每个转轴上设置若干片空心桨叶3-7，空心转轴3-6经链轮传动结构3-13与电机减速器3-12相连接，电机减速器3-12与驱动电机3-11相连接，通过驱动电机3-11带动空心转轴3-6作旋转运动。裂解燃烧室3-2设置在裂解室3-1外层，并将主裂解炉包围，燃烧室底部设有燃烧机3-14，顶部设有裂解燃烧室烟气出口3-15，烟气出口3-15经烟气管道5与空心转轴3-6相连通。
本发明采用的自动控制系统包括自动控制柜4，自动控制柜4与供料系统、液化系统和裂解系统分别通过控制线路连接，自动控制柜4设置有用于显示各系统运行温度的温度显示器4-1以及烟气管道旁路阀门开关4-2和燃烧机燃料量调节开关4-3。
本发明设备的运行过程是：
将裂解燃烧室3-2燃烧后的高温烟气排出后通入空心转轴3-6和桨叶3-7中进行第一级利用，从空心转轴3-6排出的烟气输送到液化燃烧室2-1进行第二级利用，从液化器2排出的烟气最后送至供料系统1的螺旋输送机空心转轴1-5和旋转桨叶1-6内进行第三极利用，创造性地实现燃烧后高温烟气的三级利用，使燃料的热量得到充分利用，节约能源，降低了生产成本。
本发明将液化燃烧室2-1排出的热烟气通入螺旋输送机1-3内的转轴1-5和旋转桨叶1-6内，给输送过程中的塑料垃圾进行预加热，一方面达到干燥作用，去除其中的水分，有利于提高成油品的品质；另一方面有利于塑料垃圾在液化器内快速熔融液化。
本发明在液化器2外层设置液化燃烧室2-1，液化燃烧室2-1将液化器2包围住，燃烧室2-1底部设有燃烧机2-2及与烟气管道5相接的烟气进口2-3，顶部设有液化燃烧室烟气出口2-4。通过液化器2底部的烟气进口2-3将裂解燃烧室3-2燃烧后的高温烟气通入液化燃烧室2-1中，利用高温烟气的热量对液化器2进行供热，使塑料垃圾在液化器2内熔融液化，液化后的塑料垃圾通过输液管道6送至裂解炉3-1进行下一步汽化裂解，液化器2的液体出口处设置液化器液体出口滤网2-5，可以防止铁屑等不熔物进入裂解炉3-1，不熔残渣则从底部的排渣口2-6排出。通过自动控制系统将塑料垃圾液化的温度控制在220～320℃，当液化器2内的温度超过320℃时，打开设置在烟气管道5旁路的阀门5-1，适当减少通入液化燃烧室2-1的烟气量，以保持液化器2内的温度为220～320℃；当液化器2内的温度低于220℃时，打开液化燃烧室2-1底部的燃烧机2-2，适当地控制燃烧速度，以维持液化器2内的温度为220～320℃；烟气给液化器2加热后从顶部的烟气出口2-4排出并通至螺旋输送机1-3的空心转轴1-5内；在塑料垃圾液化过程中会伴随着氯化氢和剩余水汽的释放，通过液化器排气口2-7进行收集，达到除氯的目的，有利提高成油品的品质。本发明裂解炉内的空心桨叶3-7厚度为20mm～40mm，同轴上的空心桨叶3-7两两对称排布，同轴相邻的两对空心桨片3-7在竖直方向上相互垂直交叉分布，相邻空心转轴3-6上的空心桨片3-7以相互镶嵌式排布，空心桨叶3-7与炉壁的距离为40～70mm；空心桨叶3-7朝下的一面上设有桨叶刮片3-8，桨叶刮片3-8为长条形倒三角体，其长度为不短于两桨叶3-7交集的长度，宽度和高度均为10～20mm，刮片3-8与相邻的桨叶3-7距离为5～10mm。
本发明在裂解燃烧室3-2底部设有燃烧机3-14，通过燃烧天然气或自生产的原油等燃料给裂解室3-1供热，裂解室3-1内的反应温度控制在400～500℃；将裂解燃烧室3-2燃烧后的高温烟气通过烟气管道5从空心转轴3-6下端的裂解炉空心转轴烟气进口3-16通入空心转轴3-6和空心桨叶3-7内，高温烟气的热量通过空心转轴3-6和空心桨叶3-7给液化后的塑料垃圾进行加热，大大增加了塑料垃圾的传热面积；同时驱动电机3-11通过减速器3-12及链轮传动结构3-13驱动每个空心转轴3-6和空心桨叶3-7同方向转动，使液化塑料垃圾在裂解室3-1内搅动，液体塑料垃圾受热均热；通过减速器调节，使空心转轴的转速控制在适宜的速度，一方面，不同空心转轴3-6的空心桨叶3-7上的桨叶刮片3-8与相邻轴对应的空心桨叶3-7相对运动，使空心桨叶3-7面上形成厚度为5～10mm液体薄层，该液体薄层在桨叶3-7的加热下，能快速的气化裂解，大大的缩短了裂解反应时间，提高气化裂解效率；另一方面，桨叶刮片3-8可以防止塑料垃圾在桨叶3-7反应面上结焦而降低传热效率。空心转轴3-6内的高温烟气经其顶部的裂解炉旋转轴烟气出口3-17进入烟气管道5，再通入液化燃烧室2-1内。
如图2、3所示，所述的挡板本发明在裂解室3-1的壳体3-3内壁由上至下设置有数排圆弧形钢板片3-9，宽度为60～90mm，并且向下倾斜一定角度，倾斜角为20～30°；圆弧形钢板片3-9可以防止液化塑料垃圾从炉壁上直接流到裂解室3-1的底部，使顺着炉壁流动的塑料垃圾液体流回空心桨叶3-7面上，圆弧形钢板片3-9设置一定倾斜角度，可以防止挡板积液。
本发明采用的自动控制系统，包括设置在螺旋输送机1-3、液化器2和裂解炉3内的温度传感器、压力表和氧气测量仪等辅助仪表，通过这些辅助仪表将温度、压力、氧气量等参数反馈到自动控制系统，通过调节这些参数，使设备处于最佳的运行状态；比如对温度的控制，自动控制柜4上设有包括温度显示器4-1、烟气管道旁路阀门开关4-2、燃烧机燃料量调节开关4-3。温度传感器将螺旋输送机1-5、液化器2和裂解炉3内的温度反馈到对应的温度显示器上；螺旋输送机1-5内的温度控制在100～150℃范围内，防止塑料垃圾过早的在螺旋输送机1-5内进行液化或汽化，当螺旋输送机1-5内的温度高于150℃时，通过控制柜4打开烟气管道5旁路的阀门5-2，减少进入螺旋输送机空心转轴1-6内的烟气量，以维持螺旋输送机1-5内的温度为所需范围内。当液化器2内的温度超过320℃时，通过控制柜4打开烟气管道5旁路的阀门5-1，适当减少通入液化燃烧室2-1的烟气量，以保持液化器2内的温度为220～320℃；当液化器2内的温度低于220℃时，通过控制柜4打开燃烧室2-1底部的燃烧机2-2，适当地控制燃烧速度，以保持液化器2内的温度为220～320℃。当裂解室3-1内反应温度高于或低于400～500℃时，可以通过调节燃烧机燃料量调节开关4-3来控制燃烧机3-14的燃烧速度，从而维持炉内反应温度在所需的范围之内。
本发明在生产运行时，经过分选、碎化的塑料垃圾从进料仓1-1经过气阀1-2送入螺旋输送机1-3，气阀1-2的作用是防止进料过程中空气进入，保证整个热裂解过程处于无氧环境。然后经过液化器2处理，在塑料垃圾液化过程中会伴随着氯化氢和剩余水汽的释放，通过液化器排气口2-7进行收集，达到除氯的目的，有利提高成油品的品质。液化后的塑料垃圾经通过装有滤网的液体出口2-5输送至裂解炉3进行汽化裂解，裂解炉3通过燃烧机3-14燃烧天然气或自生产的原油等燃料给裂解室3-1供热，塑料垃圾热裂解成油气，经过裂解气出口3-5送至下一工段进行催化或冷凝分馏处理，裂解气出口3-5设置有止回阀，防止裂解气回流。塑料垃圾热裂解后产生的残碳通过主裂解炉底部的无轴螺旋输渣机3-10排出。
以上所述之实施例只是本发明的较佳实施方式而己，并非用来限制本发明实施范围，如权利要求书所记载的内容，在不脱离本发明主要思想情况下进行的各种变更，均包括于本发明申请专利范围内。
Claims (8)
1.一种节能高效的连续式塑料垃圾热裂解炼油设备，其特征在于，它包括供料系统、液化器和裂解系统；所述液化系统包括液化器和液化燃烧室，液化燃烧室设置在液化器的外周，由燃烧机和/或裂解燃烧室尾气供热，并通过液化燃烧室给液化器加热；所述裂解系统包括裂解室和裂解燃烧室，裂解燃烧室设置在裂解室的外周，裂解燃烧室由燃烧机供热，裂解室内设有可作旋转运动的空心转轴和空心桨叶，空心桨叶安装在空心转轴上并与空心转轴相连通；所述供料系统包括螺旋输送机，螺旋输送机设有进料空心旋转轴和空心螺旋桨叶，空心螺旋桨叶安装在进料空心旋转轴上并与其相连通；螺旋输送机的进口接进料仓，螺旋输送机的出口接液化器，液化器的液体出口经管道连接裂解室，裂解室的底部设有无轴螺旋输渣机；裂解燃烧室经烟气管道与空心转轴的下端相连通，空心转轴的上端经烟气管道与液化燃烧室的下部及进料空心旋转轴的进气端相连通，液化燃烧室的上部经烟气管道与进料空心旋转轴连通，进料空心旋转轴的排气端连接烟囱。
2.根据权利要求1所述的节能高效的连续式塑料垃圾热裂解炼油设备，其特征在于，所述螺旋输送机安装在料壳内，螺旋输送机经链轮传动结构与驱动电机相连接，通过驱动电机带动螺旋输送机作旋转运动，料壳上设有排气孔；安装在螺旋输送机进口处的进料仓下部设有气阀；进料空心旋转轴的进气端还设有与烟囱相连接的排烟管道。
3.根据权利要求1或2所述的节能高效的连续式塑料垃圾热裂解炼油设备，其特征在于，所述液化器的上部设有伸出外侧的液化器排气口，底部设有排渣口。
4.根据权利要求1或2所述的节能高效的连续式塑料垃圾热裂解炼油设备，其特征在于，裂解室内的空心转轴经链轮传动结构与驱动电机相连接，通过驱动电机带动空心转轴作旋转运动。
5.根据权利要求4所述的节能高效的连续式塑料垃圾热裂解炼油设备，其特征在于，所述空心转轴至少设有两根，并且为平行排布，同轴上的空心桨叶两两对称排布，同轴相邻的两对空心桨叶在竖直方向上相互垂直交叉分布，相邻转轴上的空心桨片以相互镶嵌式排布，桨叶朝下的一面设有浆叶刮片，浆叶刮片为长条形倒三角体。
6.根据权利要求1或2所述的节能高效的连续式塑料垃圾热裂解炼油设备，其特征在于，所述裂解室的壳体内壁均布有数排圆弧形钢板片，钢板片向下倾斜一定角度，倾斜角为20～30°。
7.根据权利要求1或2所述的节能高效的连续式塑料垃圾热裂解炼油设备，其特征在于，所述裂解室的上部设有裂解气出口。
8.根据权利要求1至7任一所述的节能高效的连续式塑料垃圾热裂解炼油设备，其特征在于，所述供料系统、液化系统和裂解系统分别通过控制线路与自动控制柜相连接，自动控制柜设置有用于显示各系统运行温度的温度显示器以及用于控制烟气管道相应阀门的阀门开关和燃烧机燃料量调节开关。
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