CN109054079B - 一种废弃塑料两级水解装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废弃塑料两级水解装置及方法，包括：一级高压水解系统，配置为对废弃塑料进行一次水解处理；二级高压水解系统，其进料口与一级高压水解系统的出料口连通，配置为对一次水解产物进行二次水解处理；废弃塑料粉碎系统，配置为将废弃塑料粉碎并输送到一级高压水解系统中；配料泵送系统，配置为将水和母液的配料从高压泵送系统泵送到预热系统，经预热后输送到一级高压水解系统中；本发明使废弃塑料经过两级高温高压水热降解后，实现有效处理，所得固体残渣按照常规方法进行处理，气态组分经过吸收净化后排空，液态物质根据需要进行纯化处理后收集，便于回收利用。

Description

一种废弃塑料两级水解装置及方法

技术领域

本发明涉及一种废弃塑料两级水解装置及方法，尤其涉及废弃塑料在高温高压条件下进行两级水热降解的装置及处理方法，属于环境保护领域。

背景技术

塑料由于质轻、绝缘、隔热、美观、耐腐烛、易加工等优异特性，大量代替金属、木材、纸张等材料，广泛应用于国民经济及生产生活的各个领域。当塑料制品的使用目的或寿命达到后，就会被丢弃而成为废弃塑料，对城市、农村、河流、湖泊等构成不同程度的污染，这类污染被形象地称为“白色污染”。

塑料制品业是我国轻工业的支柱产业。自2010年以来，我国塑料制品产量稳步增长，产量均高于5000万吨。2014年突破7000万吨，达到7387万吨。2015年达到7560万吨。对于数量如此巨大的塑料产品废弃后的开发利用已经引起政府部门的高度重视。目前，我国废弃塑料的回收利用率较低。整体上回收率只有5%，焚烧也只有2%，送往填埋场处理的高达93%。因此，提高废弃塑料的回收率以降低填埋量已然迫在眉睫。

利用甲醇、乙醇、胺（氨）、苯、甲苯、二甲苯、四氢呋喃、二元醇等有机试剂作为溶剂，在高温高压条件下可以将废弃塑料进行有效降解，得到具有潜在利用价值的小分子化合物。但由于该类试剂成本较高，且其本身具有一定的环境危害性，如苯、甲苯、二甲苯、四氢呋喃等有机试剂就是重要的环境污染物质。此外，由于废弃塑料成分复杂，降解后的产物亦呈现多种物质共存的状况，而这些物质将可能与所用的降解试剂相互作用，给降解产物的分离纯化增加了难度。近年来，具有特殊物理化学性质的处于高温高压条件下的水作为绿色试剂逐渐引起人们的重视，但如何合理地将高温高压条件下的水应用于废弃塑料的降解处理并资源化回收尚需要更深入的研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种废弃塑料在高温高压条件下进行两级水解处理的装置及方法，使废弃塑料经过两级高温高压水热降解后，实现有效处理，所得固体残渣按照常规方法进行处理，气态组分经过吸收净化后排空，液态物质根据需要进行纯化处理后收集，便于回收利用，以解决现有技术存在的不足。

本发明的技术方案是：一种废弃塑料两级水解装置，包括：

一级高压水解系统，配置为对废弃塑料进行一次水解处理；

二级高压水解系统，其进料口与一级高压水解系统的出料口连通，配置为对一次水解产物进行二次水解处理；

废弃塑料粉碎系统，其与一级高压水解系统的进料口连通，配置为将废弃塑料粉碎并输送到一级高压水解系统中；

配料泵送系统，包括高压泵送系统和预热系统，高压泵送系统与预热系统连接，预热系统与一级高压水解系统的进料口相连，配置为将水和母液的配料从高压泵送系统泵送到预热系统，经预热后输送到一级高压水解系统中。

还包括减压分离系统，所述减压分离系统的进料端与所述二级高压水解系统的出料口连通，适于将水解后的产物减压分离为气体、液体和固体。

还包括吸收净化设备，所述吸收净化设备与所述减压分离系统连接，适于将经所述减压分离系统减压分离后的气体进行吸收净化处理。

还包括沉降处理设备，所述沉降处理设备与所述减压分离系统连接，适于将经所述减压分离系统减压分离后的液体和固体进行沉降处理。

还包括分离纯化设备，所述分离纯化设备与所述沉降处理设备连接，适于将经所述沉降处理设备处理后的液体进行分离纯化处理。

还包括循环输送系统，所述循环输送系统的进料端与所述分离纯化设备连接，而出料端与所述高压泵送系统连接，适于将经所述分离纯化设备分离后的母液循环输送给所述高压泵送系统。

所述一级高压水解系统和所述二级高压水解系统均为高压反应釜。

本发明还提供一种利用所述废弃塑料两级水解装置进行废弃塑料两级水解处理的方法，包括以下方法：

（1）反应物料进料

第一步：利用废弃塑料粉碎系统按要求对需要处理的废弃塑料进行粉碎处理，并将所得粉碎后的塑料颗粒进入到一级高压水解系统；

第二步：利用配料泵送系统将水和循环母液按照预定质量比例配置的水解试剂量，经预热后进入到一级高压水解系统中；

第三步：进入一级高压水解系统中的水解试剂量达到规定量值后，停止水解试剂的高压泵送以及预热，使其停止进入到一级高压水解系统；

（2）初始水解反应

第一步：开启一级高压水解系统的搅拌、加热和温控设施，使高压反应釜内部的温度达到设定值后保持恒定；

第二步：通过高压反应釜上的催化剂进口加入初始水解反应所需要的催化剂，加完后关闭催化剂进口，开始废弃塑料的初始水解反应；

第三步：初始水解反应时间达到要求后，停止一级高压水解系统的加热和搅拌设施，并通过出料口将初始水解物料转入二级高压水解系统；

（3）二次水解反应

第一步：开启二级高压水解系统的搅拌、加热和温控设施，使高压釜反应器内部的温度达到设定值后保持恒定；

第二步：通过二级高压水解系统的催化剂进口，加入二次水解反应所需要的催化剂，开始其二次水解过程；

第三步：二次水解反应时间达到要求后，停止二级高压水解系统的加热设施，并使其温度自然冷却降温；

（4）反应物料分离

第一步：二次水解产物温度自然冷却后，停止高压水解系统的搅拌设施，并将其转入减压分离系统，通过减压阀将体系压力减至常压后，将气体分离出来，并通过吸收净化设备对所得气体进行处理后排空；

第二步：除去气体的剩余物料被引入到沉降处理设备，通过一定时间的沉降处理后将上清液进入分离纯化设备进行纯化处理，使目标降解产物得以纯化和收集，而剩下的母液通过循环输送系统输送到高压泵送系统中循环套用；

第三步：除去液体后的残余固体主要为无机固体残渣，通过填埋等常规方法对其进行处理。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种废弃塑料在高温高压条件下进行两级水解处理的装置及方法，使废弃塑料经过两级高温高压水热降解后，实现有效处理，所得固体残渣按照常规方法进行处理，气态组分经过吸收净化后排空，液态物质根据需要进行纯化处理后收集，便于回收利用。与现有技术相比，本发明的具体优点如下：

（1）以水为处理试剂，用其代替甲醇、乙醇、胺（氨）、苯、甲苯、二甲苯、四氢呋喃、二元醇等有机试剂，在一定温度和压力条件下对废弃塑料进行降解处理，不但具有来源广泛、价廉、无毒，易于甚至无需从最后产物中除去等显著优点，还可以减少对人体的危害和对环境造成二次污染，以及简化塑料高分子的降解产物及其纯化，有利于降解产品的回收利用。

（2）将一级高压水解系统和二级高压水解系统有机结合起来，反应物料通过在高压反应釜内部进行长时间的高温高压以及催化剂、搅拌条件下的初始水解反应，使废弃塑料颗粒中的有机成分尽可能在一级高压水解系统中水解为液态物质。初始水解过程完成后，紧接着就将初始水解物料引入二级高压水解系统，使其在一定温度、压力、催化剂、其他助剂以及搅拌条件下，尽可能转化为目标降解组分。一级高压水解系统和二级高压水解系统既相互联系，又有所区别。通过这两级水解过程后，废弃塑料不但实现了完全的水热降解处理，而且转化为具有回收利用价值的目标降解组分。

（3）二次水解紧接着初始水解进行，充分利用了废弃塑料颗粒在一级高压水解系统中进行初始水解反应所具有的高温高压条件，大大节约了初始水解物料在二级高压水解系统中进行二次水解反应所需要的能量，有利于废弃塑料水热降解成本的降低。

（4）废弃塑料经过两级水解反应以及自然降温并减压分离后，少量气体和固体得以分离并离开体系，剩下的液体经过纯化处理后使目标降解组分可以方便地分离出来并收集利用，而产生的母液通过进入一级高压水解系统实现循环套用。整个处理流程合理高效，使废弃塑料进行资源化利用的同时完成其他残余组分的妥善处理，不产生二次污染，有利于其推广应用。

附图说明

图1为根据本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍：

参考图1，根据本发明一种废弃塑料两级水解装置，包括：一级高压水解系统、二级高压水解系统、废弃塑料粉碎系统和配料泵送系统。其中，一级高压水解系统是进行废弃塑料初始水解反应的场所，可使粉碎后的废弃塑料颗粒在高温高压水热流体中进行初始水解反应；二级高压水解系统与一级高压水解系统结构相同，主要用于将从一级高压水解系统输出的初始水解物料进行二次水解处理；废弃塑料粉碎系统与一级高压水解系统的进料口连通，用于将废弃塑料粉碎并输送到一级高压水解系统中；配料泵送系统用于将水和母液的配料经预热后输送到一级高压水解系统中。

优选地，一级高压水解系统为常规的高压反应釜，配置有搅拌、加热、催化剂进口、进料、出料、温度和压力监控等设施。其中，搅拌设施的作用在于使废弃塑料颗粒与水热流体、氧化剂充分接触并快速传质，以加速其氧化反应；加热设施的作用在于保证高压反应釜内的温度能够达到实际的要求，使废弃塑料的部分氧化反应在既定温度下进行；催化剂进口是用于催化剂进入到高压反应釜内部的设施；进料口是与配料泵送系统、氧化剂泵送系统和废弃塑料粉碎系统相连接的设施，使得反应物料进入到高压反应釜内部；出料口是与二级高压水解系统连接的设施，使得完成初始水解后的反应物料进入到二级高压水解系统；温压监控是通过温度传感器和压力传感器实现的，以实时监控高压釜反应器内部的温度和压力。

优选地，二级高压水解系统也为常规的高压反应釜，结构功能与一级高压水解系统一样，除其出料口是与减压分离系统连接外，其余结构如前所述，此处不再赘述。

在一个例子中，高压反应釜内部物料不应超过釜体有效容积的2/3。

优选地，废弃塑料粉碎系统为一常规的固体材料粉碎机，其可以将废弃塑料粉碎到一定粒径范围，使得粉碎后的塑料颗粒不但可以方便地输送到高温高压条件下的一级高压水解系统，而且能够与高压水热流体充分接触并进行水解反应。

优选地，配料泵送系统包括高压泵送系统和预热系统，高压泵送系统与预热系统连接，预热系统与一级高压水解系统的进料口相连，适于将水和母液配制成的水解试剂量从高压泵送系统泵送到预热系统，经预热后输送到一级高压水解系统中。优选地，高压泵送系统采用高压泵，而预热系统为电加热系统，例如管式电加热装置，其一端口与高压泵的出口连通，另一端口与一级高压水解系统的进料口连接，即与高压反应釜的进料口连接。如此，水解试剂量从高压泵送系统泵送到预热系统，经预热后输送到一级高压水解系统中。

在一个例子中，高压泵送系统的输出压力可达到35兆帕，其实际工作压力可以根据具体需要进行设定和调控，输送速率范围为10毫升/分钟到100毫升/分钟，其实际输送速率可以根据具体需要进行设定和调节。

在一个例子中，预热系统可以分别将由高压泵送系统输送来的物料预热到600℃，其实际预热温度可以根据具体需要进行设定和调控。

在一个例子中，水和母液按照一定的质量比例进入到高压泵送系统，该比例范围为1:0.1到1:10，其实际比例以及母液套用的次数根据具体需要确定。

为了将高温高压水解后的产物进行分离，在二级高压水解系统的出料口还连接有减压分离系统，以将水解后的产物减压分离为气体、液体和固体。优选地，在减压分离系统后还连接有吸收净化设备，以将经所述减压分离系统减压分离后的气体进行吸收净化处理。例如在气体分离出来后，经吸收净化设备通过吸收剂或净化剂对所得气体进行处理后排空，以降低废气对环境的污染。

优选地，在减压分离系统后还连接有沉降处理设备，以将经所述减压分离系统减压分离后的液体和固体进行沉降处理。沉降处理设备优选为沉降池，通过一定时间的沉降处理后可实现液体和固定的分离，其中上层为清液，而底部为固体残渣。在一个例子中，固体残渣按照常规方法进行处理，而上清液则根据实际需要对目标降解组分进行纯化和收集，便于其回收利用，

优选地，在沉降处理设备后还设置有分离纯化设备，以将经所述沉降处理设备处理后的液体进行分离纯化处理，即将液体分离为目标产物和母液。

优选地，在分离纯化设备后设置有循环输送系统，循环输送系统的进料端与所述分离纯化设备连接，而出料端与所述高压泵送系统连接，以将经所述分离纯化设备分离后的母液循环输送给所述高压泵送系统，实现母液的循环利用，降低废弃塑料分解的成本。循环输送系统可以为输送管道，也可以带有驱动装置，例如泵。

根据本发明一种利用所述废弃塑料两级水解装置进行废弃塑料两级水解处理的方法，包括以下方法：

（1）反应物料进料

第一步：利用废弃塑料粉碎系统按要求对需要处理的废弃塑料进行粉碎处理，并将所得粉碎后的塑料颗粒进入到一级高压水解系统；

第二步：利用配料泵送系统将水和循环母液按照预定质量比例配置的水解试剂量，按设定速率，例如20毫升/分钟的速率进入到预热系统，经预热后至设定温度，例如450℃时进入到一级高压水解系统中；

第三步：进入一级高压水解系统中的水解试剂量达到规定量值后，停止水解试剂的高压泵送以及预热，使其停止进入到一级高压水解系统；

（2）初始水解反应

第一步：开启一级高压水解系统的搅拌、加热和温控设施，使高压反应釜内部的温度达到设定值后，例如450℃保持恒定；

第二步：通过高压反应釜上的催化剂进口加入初始水解反应所需要的催化剂，加完后关闭催化剂进口，开始废弃塑料的初始水解反应；

第三步：初始水解反应时间达到要求后，例如30分钟，停止一级高压水解系统的加热和搅拌设施，并通过出料口将初始水解物料转入二级高压水解系统；

（3）二次水解反应

第一步：开启二级高压水解系统的搅拌、加热和温控设施，使高压釜反应器内部的温度达到设定值后，例如350℃保持恒定；

第二步：通过二级高压水解系统的催化剂进口，加入二次水解反应所需要的催化剂，开始其二次水解过程；

第三步：二次水解反应时间达到要求后，停止二级高压水解系统的加热设施，并使其温度自然冷却降温，例如降至50℃以下；

（4）反应物料分离

第一步：二次水解产物温度自然冷却后，停止高压水解系统的搅拌设施，并将其转入减压分离系统，通过减压阀将体系压力减至常压后，将气体分离出来，并通过吸收净化设备对所得气体进行处理后排空；

第二步：除去气体的剩余物料被引入到沉降处理设备，通过一定时间的沉降处理后将上清液进入分离纯化设备进行纯化处理，使目标降解产物得以纯化和收集，而剩下的母液通过循环输送系统输送到高压泵送系统中循环套用；

第三步：除去液体后的残余固体主要为无机固体残渣，通过填埋等常规方法对其进行处理。

本领域中，母液是指液体产物中的目标组分提取后的残留液体，是化工生产过程中的通用说法，因处理过程不同，母液也不相同。在本发明中，母液主要为含有极少量有机降解产物的水溶液，即在前期加入釜中的水经过一系列过程后剩余部分，让其循环利用的目的在于节约用水，以及使处理后的排放更为清洁。其与水的比例要视具体情况而定，应不影响废弃塑料的处理效果和效率。本发明中一级高压水解系统的催化剂主要为氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化钙等碱性物质，而二级高压水解系统的催化剂主要为碳酸钠，碳酸钙等物质。

本发明通过两级水热降解，废弃塑料得以有效处理，所得少量气体物质经过吸收净化后直接排空，固体残渣通过常规方法处理，目标降解组分根据实际需要进行纯化和收集，剩下的母液循环套用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种废弃塑料两级水解装置的水解方法，其特征在于，包括：

一级高压水解系统，配置为对废弃塑料进行一次水解处理；

二级高压水解系统，其进料口与一级高压水解系统的出料口连通，配置为对一次水解产物进行二次水解处理；

废弃塑料粉碎系统，其与一级高压水解系统的进料口连通，配置为将废弃塑料粉碎并输送到一级高压水解系统中；

配料泵送系统，包括高压泵送系统和预热系统，高压泵送系统与预热系统连接，预热系统与一级高压水解系统的进料口相连，配置为将水和母液的配料从高压泵送系统泵送到预热系统，经预热后输送到一级高压水解系统中；

所述一级高压水解系统和所述二级高压水解系统均为高压反应釜；

所述废弃塑料两级水解装置进行废弃塑料两级水解处理的方法包括以下方法：

（1）反应物料进料

第一步：利用废弃塑料粉碎系统按要求对需要处理的废弃塑料进行粉碎处理，并将所得粉碎后的塑料颗粒进入到一级高压水解系统；

第二步：利用配料泵送系统将水和循环母液按照预定质量比例配置的水解试剂量，经预热后进入到一级高压水解系统中；

第三步：进入一级高压水解系统中的水解试剂量达到规定量值后，停止水解试剂的高压泵送以及预热，使其停止进入到一级高压水解系统；

（2）初始水解反应

第一步：开启一级高压水解系统的搅拌、加热和温控设施，使高压反应釜内部的温度达到设定值后保持恒定；

第二步：通过高压反应釜上的催化剂进口加入初始水解反应所需要的催化剂，加完后关闭催化剂进口，开始废弃塑料的初始水解反应；

第三步：初始水解反应时间达到要求后，停止一级高压水解系统的加热和搅拌设施，并通过出料口将初始水解物料转入二级高压水解系统；

（3）二次水解反应

第一步：开启二级高压水解系统的搅拌、加热和温控设施，使高压釜反应器内部的温度达到设定值后保持恒定；

第二步：通过二级高压水解系统的催化剂进口，加入二次水解反应所需要的催化剂，开始其二次水解过程；

第三步：二次水解反应时间达到要求后，停止二级高压水解系统的加热设施，并使其温度自然冷却降温；

（4）反应物料分离

第一步：二次水解产物温度自然冷却后，停止高压水解系统的搅拌设施，并将其转入减压分离系统，通过减压阀将体系压力减至常压后，将气体分离出来，并通过吸收净化设备对所得气体进行处理后排空；

第二步：除去气体的剩余物料被引入到沉降处理设备，通过一定时间的沉降处理后将上清液进入分离纯化设备进行纯化处理，使目标降解产物得以纯化和收集，而剩下的母液通过循环输送系统输送到高压泵送系统中循环套用；

第三步：除去液体后的残余固体主要为无机固体残渣，通过填埋等常规方法对其进行处理。

2.根据权利要求1所述的废弃塑料两级水解装置的水解方法，其特征在于：还包括减压分离系统，所述减压分离系统的进料端与所述二级高压水解系统的出料口连通，适于将水解后的产物减压分离为气体、液体和固体。

3.根据权利要求2所述的废弃塑料两级水解装置的水解方法，其特征在于：还包括吸收净化设备，所述吸收净化设备与所述减压分离系统连接，适于将经所述减压分离系统减压分离后的气体进行吸收净化处理。

4.根据权利要求2所述的废弃塑料两级水解装置的水解方法，其特征在于：还包括沉降处理设备，所述沉降处理设备与所述减压分离系统连接，适于将经所述减压分离系统减压分离后的液体和固体进行沉降处理。

5.根据权利要求4所述的废弃塑料两级水解装置的水解方法，其特征在于：还包括分离纯化设备，所述分离纯化设备与所述沉降处理设备连接，适于将经所述沉降处理设备处理后的液体进行分离纯化处理。

6.根据权利要求5所述的废弃塑料两级水解装置的水解方法，其特征在于：还包括循环输送系统，所述循环输送系统的进料端与所述分离纯化设备连接，而出料端与所述高压泵送系统连接，适于将经所述分离纯化设备分离后的母液循环输送给所述高压泵送系统。