CN1080312A

CN1080312A - 用废塑料生产燃料的方法及其装置

Info

Publication number: CN1080312A
Application number: CN92106974A
Authority: CN
Inventors: 彭培安; 彭德智
Original assignee: PENG PEI AN
Current assignee: PENG PEI AN
Priority date: 1992-06-20
Filing date: 1992-06-20
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2007-06-20
Also published as: CN1031199C

Abstract

本发明是关于用废塑料生产燃料的方法及其装置。本发明方法包括将冼净的废塑料加热熔化，高温下裂解汽化，汽化物进一步被催化裂解、然后分馏催化裂解产生的汽化物，可分馏出重柴油、轻柴油、富汽，对富汽再进行吸收解吸稳定，可得到液化气和稳定的汽油。所用的生产装置主要包括塑料熔化器、分馏塔、吸收解吸稳定塔等。使用本发明能用废塑料生产出汽油、柴油、液化气等，变废为宝。

Description

本发明属于用废料生产燃料的技术领域，是关于用废塑料生产燃料的方法及其装置。

对废旧塑料的回收利用一般都是再生使用，再生塑料大部分用于做一些低档产品，利用价值低。中国专利申请CN1042374A、发明名称“废旧塑料提取可燃物的方法”，公开了一种从聚乙烯、聚丙烯类废旧塑料提取可燃物的方法，它包含清洗，挤塑加料、加热解聚、加热裂解、分馏冷却、成品收取几个工艺过程，并且在生产过程中将聚烯烃加入催化剂AlCl₃通过挤塑机送入解聚釜内加热汽化、汽化产物送入裂解釜，并通过加入催化剂Al₂O₃作加热二次蒸发，分馏提取汽柴油或石腊。这种方法只能间接作业，且作为催化剂的Al₂O₃、AlCl₃是一次性投放不能反复循环利用，如大量生产时，需要量大，而且是一种浪费，工艺也不适应工业化连续生产。另外根据烃类催化裂化的反应特点，烯烃在较高温度下不使用选择性高的催化剂进行裂解会导致二次反应发生，使生焦产气增多，燃油质量差，产品率减少，因此，该方法实际上只是热裂解反应的产物，所制油是不具有异构化、芳构化及侧链多的低质量产物。

本发明的目的是要提供一种能够克服上述缺陷、生产的产物质量好、燃油收取率高的用废塑料制取燃料的生产方法以及能够进行连续化生产的装置。

本发明的目的是用以下技术方案来实现的。

用废塑料生产燃料的方法，包括以下生产步骤：

1、将洗净的废旧塑料加热熔融液化;

2、把液化的塑料原料喷入高温热裂解反应器内，使液体成雾状在高温下裂解汽化;

3、催化裂解：将热裂解的汽化产物流经催化裂解反应器的固定床的气体分布筛，与固定床内的催化剂接触进行催化裂解反应;

4、分馏催化裂解产生的汽化物：将裂解后的产物进行分馏，分别分离抽提出重柴油、轻柴油、富汽（含有C₈以下C原子烃类汽化物质）等燃料;

5、吸收解吸稳定：将分馏后的富汽经冷却后进行汽液分离，分离出汽体和粗汽油，将该汽体用汽油作吸收剂，吸收含C₃以上烃组分成为液化汽和汽油的混合物，该混合物和粗汽油经加热解吸分离为液化汽和稳定的汽油。

在上述的生产方法中，分馏催化裂解产生的汽化物可以是将裂解后的汽化物通入分馏塔中，在塔板（如浮阀式塔板）上与回流油（从塔顶而下的）进行交换，使回流油中轻组分烃类被汽体携带，汽体中的重组分烃类被回流油携带后可分离抽提出重柴油、轻柴油、富气等。吸收解吸可以是将从分馏塔顶排出的富汽经冷却器冷却进入汽液分离器分离为粗汽油和汽体，其汽体由压缩机压入吸收解吸塔下部，其粗汽油由油泵抽入吸收解吸塔上部，同时将吸收剂汽油从吸收解吸塔上部加入，这样在吸收解吸塔内，压缩的汽体从下往上、粗汽油、吸收剂汽油从上而下吸收压缩汽体中含C₃、C₄、C₅的烃组分（称富吸收油）从塔底进入稳定塔，再流入重沸器加热将吸收的汽体烃释放出来（称为解吸），塔底排出稳定汽油（称为稳定），剩余的汽体从稳定塔顶经冷却进入回流罐、分离出液化气及干气，吸收解吸塔顶排出的含部分做吸收剂的汽油的气体可进入再吸收塔，再用吸收剂柴油吸收汽油成分后从塔顶排出干燥的可燃气。

本发明的生产方法中，将洗净的废旧塑料加热熔融液化是将废塑料加入到密封构造的熔化器里，熔化器的夹套层及内部的加热管通过温度为400-450℃过热蒸汽或高温烟气（400-450℃），使加热介质走管程（管内），原料（塑料）走壳程（管外），对废塑料加热到300℃左右熔化为稠状液体，利于泵送。使液化的塑料在高温下裂解汽化是用过热蒸汽或高温烟气通过夹套层及内部的加热管将热裂解反应器内壁及加热管外壁加热至380-450℃，由热油泵将熔融液化塑料用喷油咀从热裂解反应器上部往下喷射呈雾状飞射在热裂解反应器的内壁及加热管外壁上受高温热分解并迅速汽化。催化裂解反应的温度为280-310℃，所用催化剂至少为下列物质的一种：分子筛SRNY型（硅铝比约9∶1）、丝光沸石（硅铝比约12∶1）、Y型人工沸石、ZSN系列的中间孔经沸石催化剂，其中以ZSM-5较理想，两种催化剂同时使用如ZSN-5：分子筛SRNY型为7∶3（称为NSY-1型催化剂）。这些催化剂的特征是抑制指数为1-12，选择性高。其中又以NSY-1最为理想，是一种所谓合成式的结晶沸石，配入了两种以上型号的混合催化剂，通常以酸或氢的形式使用，成型后用化学元素周期表中的ⅠA族金属盐浸泡处理后烘干，空气中在温度：500-700℃烧1-50小时后使用。催化剂使用一段时间失活后，可通过活化（500-700℃下煅烧）后反复使用。，由稳定塔塔底排出的稳定汽油一部分用油泵送入吸收解吸塔做吸收剂，其余做为生产的正式成品。从稳定塔塔顶和回流罐排出干燥的燃汽直接做为锅炉的燃料用以制造生产中所需的蒸汽。

本发明的方法机理是针对聚烯烃塑料的特殊性能，采用热裂解反应和催化裂解相结合的方法，并通过油汽分离、吸收解吸、稳定系统几个主要工序生产汽油、柴油、液化汽。由于使用了选择性高、活性好的催化剂、改善了产品的质量，提高了回收率。因此本发明方法主要是分四个阶段连续进行的。第一阶段是将废塑料加入熔化装置熔化后进行热裂解反应，该反应为吸热反应，反应温度380-450℃，可采用管式热裂解器使过热蒸汽或高温烟气走管程，原料走壳程的方法，以适应高分子碳氢化合物的热裂解性能，达到提高燃油产品产量，减少气体及焦炭量，这种热裂解方式具有以下特点。1、对于塑料原料的不同性能和所需不同的目的产品量，可通过改变加热介质量如过热蒸汽量及原料喷射量来调节，使裂解达到最佳效果。2、裂解后生成的焦炭及残渣、沉积在裂解器底部被螺旋输送器连续排出，可在较长时间连续运转，适合工业化生产。3、结构不复杂、投资少，易操作、检修方便。第二阶段是催化裂解反应，与第一阶段相比较属放热反应，是由热裂解汽化产物进入催化裂解反应器的固定床反应器进行，由于使用了催化剂，提高了反应的活化能，缓和了反应过程，从而降低了反应时的温度，减少了结焦，提高了产品的质量及数量。这是因为催化裂解反应，它与热裂解反应相比，催化反应除碳链断裂外，还有异构化反应的氢转移反应（使轻质油变得饱和），同时，烯烃芳构化反应及烯烃环化反应较在热裂解条件下更易进行。另一个特点是由于催化剂的作用，烃类裂解反应优先发生在第三与第四个碳原子之间，甚至分子的更内部，所以C₁和C₂烃生成量少，C₃、C₄烃及烷烃含量高，由于使用了选择性高的催化剂，并可得到质量较高的烯烃叠合物汽油。基于以上这些特点，本阶段是由热裂解阶段的汽化产物在280-310℃的条件下与中间孔径的沸石接触而发生的转化反应（反应所需的热量由热裂解汽化中得到满足，不需单独加热）使用这样的催化剂对聚烯烃具有很好的选择活性，有明显的氢转移现象、异构化、芳构化及叠合反应现象，且生焦、产气少、油品质量好，产量高。其原因可能是对聚烯烃具有促进烯烃环化，环烷烃芳构化脱氢并使烯烃饱和以及叠合等作用。第三阶段是分馏抽提：来自催化阶段的产物在分馏塔内的塔板上进行汽液交换后，能分离抽提出重柴油、轻柴油、粗汽油、富气。第四阶段为吸收解吸稳定，从分馏塔顶排出的富气，经压缩机压入吸收解吸塔下部，粗汽油由油泵抽入吸收解吸塔上部，同时从上部加入吸收剂汽油吸收压缩的富汽中含C₃、C₄、C₅烃的组分从塔底进入稳定塔，得到稳定汽油。汽体从塔顶入回流罐、分离为液化气及干气，吸收解吸塔顶的含有一部分作为吸收剂的汽油的气体进入再吸收塔，由吸收剂柴油吸收汽油后从塔顶排出干气，收集后作为本发明加热用的燃料。通过以上四个阶段的工艺过程，得到了高质量的柴油、汽油，以及含C₃、C₄烃的液化气。可获取汽、柴油80-85%，液化汽5-10%（按投入塑料量的重量比）。液体产品油含有大量的饱和烃及烯烃或烯烃叠合物，少量是由石腊芳构化产生的芳香化合物。且透明、稳定、符合汽油、柴油正常颜色，经检验达到或超过GB487-87、GB252-89的汽、柴油标准。

本发明用废塑料生产燃料的装置包括塑料熔化器，热裂解汽化器，为塑料熔化器送料的送料机，有蒸汽锅炉的输汽管或加热烟气管与塑料熔化器里的夹套层连接，热裂解汽化器里的夹套层与蒸汽锅炉的输汽管或加热烟气管连接，热裂解汽化器通过配套管与催化反应器连接，催化反应器再通过配套管与分馏塔连接，分馏塔通过连接管与稳定塔连接。下面结合实施例附图对本发明的装置及用废塑料生产方法作进一步的详细描述。

图1本发明生产工艺装置图;

图2热裂解汽化器简化示意图。

图中：1-塑料熔化器，2-热裂解汽化器，3-催化裂解反应器，4-分馏塔，5-油水气分离器，6-富气压缩机，7-吸收解吸塔，8-再吸收塔，9-稳定塔，10-重沸器，11-锅炉，12-过热蒸汽发生器，13-过热蒸汽发生器，14-加热管，15-加热横管道，16-残渣沉淀器，17-螺旋式输送器，18-回转阀，19-螺旋送料机，20-废热锅炉，21-喷咀，22-催化剂，23-塔板，24-分布筛，25-储油罐，26-油泵，30-回流罐，31-冷凝器，32-截止阀，33-温度表，34、35、36、37、38、39、40、41-配套管，42-熔化器储料室，43-热油泵，44、45、46、47-配套管，49-料斗，50、51、52、53、54、55、59、60-配套管，56-流量计，57、58-夹套层，61-压力表，62、63-连接管，64-回气管，65-加热管。

本发明用废塑料生产燃料的装置，其蒸汽锅炉（11）的输气管与过热蒸汽发生器（12、13）连接，过热蒸汽发生器（12、13）再通过输汽配套管（50、51）分别与塑料熔化器（1）和热裂解汽化器（2）的蒸汽夹套层（57、58）连接。在塑料熔化器（1）的底部有残渣沉淀器（16）和排渣阀（48），热裂解汽化器（2）底部有排渣的螺旋式输送器（17）和回转阀（18）。分馏塔（4）既可通过连接管（62、63）直接与稳定塔（9）连接，分馏塔还可直接通过连接管与吸收解吸塔（7）连接，吸收解吸塔（7）再通过配套管（40）与稳定塔（9）连接，分馏塔（4）、吸收解吸塔（7）分别通过连接管（55）、（41）与再吸收塔（8）连接。分馏塔（4）可先通过连接配套管（45）与油水汽分离器（5）连接，再由油水汽分离器（5）一个连接口经油泵（26）、连接配套管（34）与吸收解吸塔（7）连接、油水汽分离器（5）的另一个接口经连接配套管（46）、气体压缩机（6）、配套管（37）与吸收解吸塔（7）连接。分馏塔（4）、吸收解吸塔（7）分别通过连接配套管（55）、（41）与再吸收塔（8）连接。有重沸器（10）与稳定塔连接，还有回流罐（30）与稳定塔（9）连接。

采用本发明用废塑料生产燃料的过程如下所述：

1、废旧塑料的预处理：首先将收集的废旧塑料挑选分类，除去非塑料成份如有泥砂及污物的需洗净并干燥，若为薄片或膜压件，可用破碎机破碎为5-10mm大小的颗粒待用。

2、熔融液化：将预处理过的废塑料定量连续喂入塑料挤压机料斗（49）里，然后由螺旋送料机（19）送入塑料熔化器（1）里，由内部安装的加热管（65）和周边的夹套层（57）里的过热蒸汽或高温烟气传热对塑料进行均匀加热熔化，过热蒸汽是由锅炉（11）产生的蒸汽经配套管（60）输给二次过热蒸汽发生器（13），由锅炉（11）排出的高温烟道气进入过热蒸汽发生器（13）对蒸汽进行二次加热，使过热蒸汽升高到450℃，经配套管（51）提供给熔化器（1）的加热管（65）及夹套层（57），使熔化温度保持在300℃左右，过热蒸汽传热给废塑料后，蒸汽经配套管（52）进入废热锅炉（20）与软水混合，使水得到加热然后再经配套管（59）返回蒸汽锅炉（11）。由于过热蒸汽循环后又进入蒸汽锅炉（11），从而节省了能量。另外，对于聚烯烃来说，不宜使用过高温度，温度过高会导致发生缩合反应生成焦炭，或因局部过热也会导致生焦现象。而本发明用过热蒸汽，热量均匀，且易控制，解决了这些不利因素，有利提高回收率，塑料熔化器（1）为密封构造，废塑料受热熔融液化并流入下部的储料室（42），其底部经阀门（32）接有残渣沉淀器（16），打开阀门（32）、储料室（42）底部的残渣流入残渣沉淀器（16），然后关闭阀门（32），再打开排渣阀（48）、排出残渣，阀门（32）和排渣阀（48）的相间交互开闭，能保证熔化器（1）的连续工作。螺旋送料机（19）里有加热的电热圈，能使进入送料机（19）里的塑料受热变为橡胶样的稠性软物质，使塑料熔融缩短了时间。

3、热裂解汽化：储料室（42）里的熔融液态物由热油泵（43）经配套管（53）泵入热裂解汽化器（2）的上部，由喷嘴（21）从上呈扇形将液体物喷射成雾状射在热裂解汽化器（2）的内壁及内部的加热管（14）的管壁上瞬间汽化。夹套层（58）和加热管（14）里的过热蒸汽也是锅炉（11）产生的蒸汽由配套管（60）输送到一次过热蒸汽发生器（12），经锅炉（11）排出的高温烟道气进入过热蒸汽发生器（12）对蒸汽进行再加热，使过热蒸汽升到700℃（压力6公斤/cm²），经配套管（50）提供给热裂解反应器（2）内的耐热加热管（14）及夹套层（58），使热裂解温度保持在420-450℃左右，雾化的塑料微滴受热升到该温度后产生热分解反应并迅速汽化，汽化效率高。热裂解汽化器（2）也为密封构造，过热蒸汽传热给塑料后经配套管（52）进入废热锅炉（20），然后蒸汽再经配套管（59）循环回到蒸汽蒸炉（11），也具有节能效果。热裂解汽化器（2）底部设有螺旋输送器（17）和回转阀（18），将塑料所含的杂质及焦炭用螺旋式输送器（17）挤出，经回转阀（18）排至外部，排渣主要靠回转阀（18）保持密封状态，以保证连续化生产。热裂解汽化器（2）除内部装有环形立式排列的加热管（14）外，下部还设置有两排加热横管道（15）并交错排列，以角度20-30度倾斜横置，使裂解产物不会滞留在管道上面，在滑过管道的过程中有效地分解汽化，且残渣也容易落入底部并被排出。这种结构大大增加了热交换面积提高了热分解效率。

4、催化裂解：由热解过程中产生的汽体从热裂解汽化器（2）顶部经配套管（44）提供给催化反应器（3）的分布室，由分布筛（24）均匀的分布后与催化剂（22）接触，这些催化剂是NSY-1或ZSM-5或Y型人工沸石或丝光沸石等分子筛式催化剂接触通过汽体产物的自身热量使反应温度保持在310℃左右进行催化裂解反应，反应后的产物由下部分布筛（24）经配套管（47）进入分馏塔（4）。

5、分馏抽提：催化反应的汽化产物由分馏塔（4）下部上升，在分馏塔（4）的塔板（23）上与来自上部的回流油（来自再吸收塔吸收了汽油的轻柴油）逆向在各层塔板上接触交换，回流油中轻组分被汽体带走，汽体中重组分被回流油带走，从而达到分馏的目的。由分馏塔底部打开阀门（31）排出重柴油，中部排出轻柴油至储油罐（25），大部分轻柴油经冷凝器（31）后卸出，另一部分轻柴油经配套管（36）由油泵（39）输入再吸收塔（8）的上部。剩余的富气由分馏塔（4）顶部经配套管（45）进入油水汽分离器（5），分离后的粗汽油由油泵（26）经配套管（34）输入吸收解吸塔（7）的上部。水从分离器（5）底部排出，汽体由油水汽分离器（5）顶部经配套管（46）再由富气压缩机（6）经配套管（37）压入吸收解吸塔（7）下部。

6、吸收解吸稳定：进入吸收解吸塔（7）上部的粗汽油与来自稳定塔（9）底部做吸收剂的稳定汽油由吸收解吸塔（7）的上部由上向下在塔板（27）上与压缩机（6）压入的汽体接触，汽体中的含C₃、C₄烃组分被汽油吸收后称富吸收油从塔底排出，由油泵（28）经配套管（40）泵入稳定塔（9）的中部，通过重沸器（10）加温，使C₃、C₄烃组分解吸后从塔顶排出，经配套管（53）和冷凝器（31）进入回流罐（30），回流罐（30）顶部排出干气，作为本装置锅炉（11）的燃料，底部排出液化汽灌入储存罐，稳定塔（9）的底部得到稳定汽油，一部分经配套管（35）输入吸收解吸塔（7）顶部作吸收剂，其余大部分通过冷凝器（31）后作为生产出的产品汽油。由吸收解吸塔（7）顶部排出的气体，经配套管（41）进入再吸收塔（8），被来自分馏塔（4）的储油罐（25）输入的轻柴油吸收汽油后，由泵（33）经配套管（55）提高后进入分馏塔（4）上部作回流，再吸收塔顶部经配套管（39）排出干气作为本装置锅炉（11）的燃料。

本发明能利用废聚烯烃等塑料（如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚苯乙烯以及这些物质的聚合物和共聚物）为原料生产汽油、柴油、液化汽等燃料，变废为宝、减少废塑料对环境的污染，生产工艺方法简单，产品回收率高、设备上结构合理，投资少，能连续化生产。所生产的汽油、柴油纯度高、马力大、辛烷值及十六烷值高、达到或超过GB484-87、GB252-89的汽、柴油标准，可在压缩比大的汽油机及高速柴油机内使用。

Claims

1、一种用废塑料生产燃料的方法，包括以下生产步骤：

(1)、将洗净的废旧塑料加热熔融液化，

(2)、把液化的塑料原料喷入高温热裂解反应器内，使液体成雾状在高温下裂解汽化，

(3)、催化裂解：将热裂解的汽化产物流经催化裂解反应器的固定床的气体分布筛，与固定床内的催化剂接触进行催化裂解反应；

(4)、分馏催化裂解产生的汽化物：将裂解后的产物进行分馏，分别分离抽提出重柴油、轻柴油、富汽，

(5)、吸收解吸稳定：将分馏后的富汽经冷却后进行汽液分离，分离出汽体和粗汽油，将该汽体用汽油作吸收剂，吸收含C₃以上烃组分成为液化汽和汽油的混合物，该混合物和粗汽油经加热解吸分离为液化汽和稳定的汽油。

2、根据权利要求1所述的用废塑料生产燃料的方法，其特征在于将洗净的废旧塑料加热熔融液化是将废塑料加入到密封构造的熔化器里，熔化器的夹套层及内部的加热管通过温度为400-450℃过热蒸汽或高温烟气（400-450℃），使加热介质走管程（管内），原料（塑料）走壳程（管外），对废塑料加热到300℃左右熔化为稠状液体，利于泵送。

3、根据权利要求1或2所述的用废塑料生产燃料油的方法，其特征在于使液化的塑料在高温下裂解汽化是用过热蒸汽或高温烟气通过热裂解反应器夹套层及内部的加热管将热裂解反应器内壁及加热管外壁加热至380-450℃，由热油泵将熔融液化塑料用喷咀从热裂解反应器上部往下喷射呈雾状飞射在热裂解反应器的内壁及加热管外壁上，受高温热分解并迅速汽化。

4、根据权利要求3所述的用废塑料生产燃料的方法，其特征在于催化裂解反应的温度为280-310℃，所用催化剂至少为下列物质的一种：分子筛SRNY型、丝光沸石、ZSN-5中间孔经沸石催化剂，NSY-1型催化剂。

5、根据权利要求4所述的用废塑料生产燃料的方法，其特征在于将稳定汽油一部分用于吸收解吸过程中做吸收剂，其余做为生产的正式成品。

6、一种用废塑料生产燃料的装置，包括塑料熔化器（1）、热裂解汽化器（2）、送料机（17），其特征在于有蒸汽锅炉（11）的输汽管或加热烟气管与塑料熔化器（1）里的夹套层（57）连接，热裂解汽化器（2）里的夹套层（58）与蒸汽锅炉（11）的输汽管或加热烟气管连接、热裂解汽化器（2）通过配套管（44）与催化裂解反应器（3）连接，催化反应器（3）再通过配套管（47）与分馏塔（4）连接，分馏塔（4）通过连接管（62、63）与稳定塔（9）连接。

7、根据权利要求6所述的用废塑料生产燃料的装置，其特征在于蒸汽锅炉（11）的输气管与过热蒸汽发生器（12、13）连接，过热蒸汽发生器（12、13）再通过输汽配套管（50、51）分别与塑料熔化器（1）和热裂解汽化器（2）的蒸汽夹套层（57、58）连接，在塑料熔化器（1）的底部有残渣沉淀器（16）和排渣阀（48），热裂解汽化器（2）底部有排渣的螺旋式输送器（17）和回转阀（18）。

8、根据权利要求6或7所述的用废塑料生产燃料的装置，其特征在于分馏塔（4）通过连接管与吸收解吸塔（7）连接，吸收解吸塔（7）再通过配套管（40）与稳定塔（9）连接，分馏塔（4）、吸收解吸塔（7）分别通过配套管（55）、（41）与再吸收塔（8）连接。

9、根据权利要求8所述的用废塑料生产燃料的装置，其特征在于分馏塔（4）先通过连接配套管（45）与油水汽分离器（5）连接，再由油水器（5）一个连接口经油泵（26）、连接配套管（34）与吸收解吸塔（7）连接、油水汽分离器（5）的另一个连接口经连接配套管（46）、气体压缩机（6）、配套管（37）与吸收解吸塔（7）连接。

10、根据权利要求8所述的用废塑料生产燃料的装置，其特征在于有重沸器（10）与稳定塔连接，还有回流罐（30）与稳定塔（9）连接。