CN1102605C - 一种处理废橡胶废塑料的方法及其气化装置 - Google Patents

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Abstract

一种处理废橡胶废塑料的方法是将废橡胶和废塑料先破碎至10-100mm，加入气化炉下部，在720-850℃温度下进行热解气化，生成含有焦油的空气煤气再经过气化炉上部850-920℃的高温区，使焦油裂解，得到不含油焦的洁净煤气。本发明具有经气体分析及气体冷凝液分析，三种物料产生的燃料气体均不含有高分子烃类物质(无焦油)，经水洗后气体洁净，可直接燃烧使用，尾气净化系统简化，操作简单的优点。

Description

一种处理废橡胶废塑料的方法及其气化装置
本发明属于一种处理废橡胶废塑料的方法，具体地说涉及一种将废橡胶废塑料气化产生煤气的方法及其气化装置。
随着人类生活水平的不断提高，各种工业、民用废橡胶、废塑料日趋增加，目前世界轮胎年产量高达5亿吨，报废率为55.4％，1994年中国生产轮胎5000万条，废弃量1250万条，报废率为25％，现在这些数字更高。1992年，世界塑料树脂产年量已突破1亿吨，并以每年30％的速度递增。据统计，占塑料总量70-80％的通用塑料在10年内有80％将转化为废物，其中近一半将在2年内转化为废物。
废橡胶、废塑料由于特有的高分子性质，自然可降解性差、分解速度极为缓慢，长期存在于自然环境中，造成严重污染。废橡胶、废塑料的回收利用已受到世界各国的普遍关注。目前回收利用主要分三大类：(1)整体利用；(2)再加工；(3)热利用，而热处理技术在国内外越来越受到人们的关注。
从有关文献上看，轮胎橡胶及废塑料热处理方法包括热解和焚烧。热解通常是在隔绝空气的条件下进行的，热解温度一般在600℃以下，主要的回收产品是油，产生较高的利润。由于在较低温度下进行热解，易产生分子量较大的重油，使后系统复杂，需要不同设备对产品气、汽进行分离，而且容易产生危害人体健康的芳香族化合物，环境造成二次污染。焚烧技术由减容大、可回收热能而得到较快发展，但二次污染问题比较棘手，如：焚烧过程中部分氧化态的重金属存在子排出的灰渣；在氧化性气氛条件下，含氯生物质废料的焚烧会产生较多的二恶英。
气化方法是解决废橡胶、废塑料污染问题最佳选择之一，其优点在于将废弃物原料转化获得化学能或热能的同时，降低二次污染。在高温还原性气氛下，氯元素以氯化氢而不是游离氯的形式存在，也无游离氧存在，因此在高温长停留时间下操作可很好控制二恶英的生成；重金属基本上以还原态的重金属形式富集于排除的灰渣中。
但常规的气化方法在处理挥发分含量高的热粘性废料时，高分子碳氢氧化合物产生较多，即通常所说的焦油。焦油的产生容易造成后系统堵塞，和后续加工处理的困难，因此解决气化过程中焦油问题是废橡胶、废塑料气化装置和工艺的关键。焦油可采用催化裂化的方法，如重油裂化催化剂和具有焦油裂解作用的廉价石灰石，但催化剂有积炭、使用寿命、再生等缺点，石灰石废弃物的处理容易产生二次污染，同时焦油裂解不完全。虽然也可以采用焦油回收消耗工艺，使产出焦油回流气化炉，作为气化所需的部分燃料消耗，但需增加油水分离系统、管路易堵塞、工艺复杂。美国能源部开发的气化技术采取双炉操作的方式，将气化炉产出的高热值煤气连同砂子进入燃烧炉完成砂子的加热，热砂在返回热解气化炉内，但过程中也存在焦油生成问题。
本发明的目的是提供一种无焦油产生，且工艺简单的处理废橡胶、废塑料的方法及其专用气化装置。
本发明的目的是这样实现的，废橡胶和废塑料先破碎至10-100mm，加入气化炉下部，在720-850℃温度下进行热解气化，生成含有焦油的空气煤气再经过气化炉上部850-920℃的高温区，使焦油裂解，得到不含油焦的洁净煤气。
本发明的处理方法包括如下步骤：
(1)将废橡胶和/或废塑料破碎至10-100mm，
(2)把炉渣加入气化炉内，炉渣的加入量是保持在气化炉内的高度为20-50mm，加热使气化炉内上下部温度为850～920℃；
(3)将粒度为10-100mm的废橡胶和/或废塑料原料加入气化炉内，通过炉底加入空气，空气的加入量与原料配比为1.2-4.0Nm3空气/Kg原料，使气化炉下部温度保持在720-850℃，生成含焦油的空气煤气；
(4)含有焦油的空气煤气通过气化炉上部850-920℃的高温区并停留2-3秒裂解，生成不含焦油的洁净煤气；
(5)将不含焦油的洁净煤气的一部分返回到第(4)步高温区，配以空气，使高温区温度保持在850-920℃，使含焦油的空气煤气中的焦油裂解；
(6)启动除灰渣装置，排除灰渣，并保持气化炉内的灰渣高度为20-50mm。
为了实现上述发明，设计了一种专用气化装置，该装置是由炉体、保温层、燃料喷嘴、进料口、排灰口、测温口、煤气出口、气体分布板组成，其特征在于炉体下部安装有一组燃料喷嘴，炉体上部的煤气出口之下安装有另一组燃料喷嘴，每组喷嘴是一个或多个喷嘴沿炉床呈径向分布，进料口位于炉顶，气体分布板之下有进风口和排灰口。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.经气体分析及气体冷凝液分析，三种物料产生的燃料气体均不含有高分子烃类物质(无焦油)，经水洗后气体洁净，可直接燃烧使用，尾气净化系统简化，操作简单。
2.反应器结构简单，操作方便，只要保证各段炉温符合本工艺技术要求，即可产生符合要求的产品燃料气。
3.反应原料无需预处理，只要其尺寸达到进料尺度即可。
4.在该小型气化炉上产生的燃料气热值在1500-2500Kcal/Nm3，具有工业或民用价值。
5.由于上述三种废料均属低灰高挥发分物质，炉内残留固体物质少，处理方便。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的流程图。
图2是本发明专用气化装置的结构示意图。
如图所示，1是炉体，2是保温层，3是位于炉体1下部气体分布板4之上的燃烧喷嘴，5是位于炉体1上部，低于煤气出口6的另一燃烧喷嘴，7是炉体1炉顶上的进料口，8是进料阀门，9是炉体1底部气体分布板4之下的灰渣排出口，10是炉体1底部气体分布板4之下的进风口，11、12是测温口，13是煤气压缩机，14是空气压缩机，15是空气或煤气流量计，16是与进料口7连接的原料料斗，17是与煤气出口6相连的旋风分离器，18是飞灰收集罐，19是列管冷却塔，20是气液分离器，21是水洗塔，22是煤气储罐，23是将一部分煤气从煤气储罐22返回到煤气压缩机的管道，24、25是进水，26、27、28是出水，29是飞灰，30是炉灰，31是炉渣，32是废橡胶或/或废塑料。
实施例1
以橡胶为气化原料，破碎至粒度小于10-100mm，装入储料斗16待用。将炉渣加入气化反应器中，其高度为20mm，开启空气压缩机14和煤气压缩机13，经过空气和煤气流量计15计量，由炉体上部喷嘴5和炉体下部喷嘴3进入炉内燃烧进行烘炉，在测温口11、12中插入热电偶，通过热电偶连接控温仪进行测温。将气化炉上下部温度升高到855℃，开启进料阀门8，使橡胶从料斗16进入炉内，按入炉空气橡胶比为1.99Nm3/Kg的计量空气(入炉空气总量计)，使空气从进风口10进入炉内，并停止喷嘴3进气，空气经过气体分布板4和炉渣31与橡胶接触，使炉下部的温度为720℃，并调整喷嘴5的流量，使炉体上部的温度为855℃，待床温和气量调节稳定后，橡胶和从分布板4入炉的空气在720℃的温度下进行燃烧及热解反应，生成含有焦油的空气煤气。该空气煤气上升到炉体上部855℃的高温区、停留2秒后，使焦油分解。煤气从出口6进入旋风分离器17，使灰尘和煤气分离；灰尘进入灰飞收集罐18，从灰飞收集罐18排出灰尘；从旋风分离器17出来的煤气经过裂管冷却塔19冷却后进入气液分离器20，随后进入水洗塔21，得到洁净煤气，洁净煤气最后进入煤气储罐22。从煤气储罐22通过返回管道23将一部分煤气返回到煤气压缩机13。再通过喷嘴5进入炉体上部，此时停止煤气或液化气的供给，调整返回煤气的量，使炉体上部的温度保持在855℃。所产煤气的指标见表1。
实施例2
将炉渣高度变为30mm，调节炉体上部的温度达919℃，将炉体下部的温度变为748℃，空气橡胶比变为2.15Nm3/Kg，含有焦油的空气煤气上升到炉体上部919℃的高温区，停留2秒，其余同实施例1。
实施例3
将炉渣高度变为40mm，调节炉体上部的温度达903℃，将炉体下部的温度变为722.7℃，空气橡胶比变为2.15Nm3/Kg，含有焦油的空气煤气上升到炉体上部903℃的高温区，停留2秒，其余同实施例1。
实施例4
将炉渣高度变为50mm，调节炉体上部的温度达900.2，将炉体下部的温度变为729℃，空气橡胶比变为2.15Nm3/Kg，含有焦油的空气煤气上升到炉体上部900.2℃的高温区，停留3秒，其余同实施例1。
实施例5
将炉渣高度变为30mm，以废塑料为原料，调节炉体上部的温度达867℃，将炉体下部的温度变为840℃，空气塑料比变为3.55Nm3/Kg，含有焦油的空气煤气上升到炉体上部867℃的高温区，停留2秒，其余同实施例1。
实施例6
调节炉体上部的温度达856℃，将炉体下部的温度变为762℃，空气塑料比变为3.55Nm3/Kg，含有焦油的空气煤气上升到炉体上部856℃的高温区，停留2秒，其余同实施例5。
表1

Claims (2)

1.一种处理废橡胶废塑料的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将废橡胶和/或废塑料破碎至10-100mm，
(2)把炉渣加入气化炉内，炉渣的加入量是保持在气化炉内的高度为20-50mm，加热使气化炉内上下部温度为850-920℃；
(3)将粒度为10-100mm的废橡胶和/或废塑料原料加入气化炉内，通过炉底加入空气，空气的加入量与原料配比为1.2-4.0Nm3空气/Kg原料，使气化炉下部温度保持在720-850℃，生成含焦油的空气煤气；
(4)含有焦油的空气煤气通过气化炉上部850-920℃的高温区并停留2-3秒裂解，生成不含焦油的洁净煤气；
(5)将不含焦油的洁净煤气的一部分返回到第(4)步高温区，配以空气，使高温区温度保持在850-920℃，使含焦油的空气煤气中的焦油裂解；
(6)启动除灰渣装置，排除灰渣，并保持气化炉内的灰渣高度为20-50mm。
2.如权利要求1所述的一种处理废橡胶废塑料的气化装置，是由炉体(1)、保温层(2)、燃料喷嘴(3)、进料口(7)、排灰口、测温口(11、12)煤气出口(6)、气体分布板(4)组成，其特征在于炉体(1)下部安装有一组燃料喷嘴(3)，炉体(1)上部的煤气出口(6)之下安装有另一组燃料喷嘴(5)，每组喷嘴是一个或多个喷嘴沿炉床呈径向分布，进料口(7)位于炉顶，气体分布板(4)之下有进风口(10)和排灰口。
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