CN111040795A - 一种液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及废塑料处理技术领域，提供了一种液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统及工艺。该系统包括第一螺旋给料机、液固流化床、第一分离器、沉降室、精馏塔、第二螺旋给料机、焙烧流化床和第二分离器；第一螺旋给料机的外壁上具有夹套；液固流化床的底部设置有分布器；精馏塔的液体出口与裂解油罐连通；第二螺旋给料机的出口与焙烧流化床的入口连通；第二分离器的入口与焙烧流化床的出口连通。本发明提供的一种液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统及工艺，通过实现了催化剂的重复利用，减少了运行成本和系统的复杂性，燃烧处理后的催化剂送入液固流化床作为热源和催化源，提高了反应强度。

Description

一种液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统及工艺
技术领域
本发明涉及废塑料处理技术领域，具体涉及一种液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统及工艺。
背景技术
废塑料在自然环境下不易降解，填埋处理会占用大量的土地，并且废塑料内含有的有毒物质会进入土地，造成二次污染，造成土地无法耕作。目前，对废塑料进行回收并裂解制油是对废塑料进行处理的最好方式。
我国主要采用槽式反应器和管式反应器用于废塑料裂解制油。目前对废塑料进行处理的传统装置和设备存在许多问题：使用过的催化剂与杂质一起排出，无法重复利用；反应器采用的外加热的方式造成反应器内的反应强度低；催化裂解反应产生的重质油品质无法仅通过精馏处理得以提升，因此需采用催化改质塔，提高了运行成本，并增加了系统的复杂性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统及工艺，使催化剂能够循环利用，采用内加热方式提高反应强度，并且不使用催化改质塔就能实现重质油品质的提升，减少运行成本和系统的复杂性。
根据本发明的一个方面，提供一种液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统，包括：第一螺旋给料机、液固流化床、第一分离器、沉降室、精馏塔、第二螺旋给料机、焙烧流化床和第二分离器；
所述第一螺旋给料机的外壁上具有夹套；
所述液固流化床的底部设置有分布器，所述分布器的入口与所述第一螺旋给料机的出口连通；
所述第一分离器的入口与所述液固流化床的出口连通，所述第一分离器的重质组分出口与所述沉降室的入口连通，所述第一分离器的轻质组分出口与所述精馏塔的入口连通；
所述精馏塔的液体出口与裂解油罐连通,所述精馏塔的气体出口与焙烧流化床的下部的第一气体入口连通；
所述沉降室设置有沿横向分布的过滤板和开有位于所述过滤板上方的溢流口，所述溢流口与所述液固流化床的第一回流口连通；
所述第二螺旋给料机的入口与所述沉降室的出口连通，所述第二螺旋给料机的出口与所述焙烧流化床的入口连通；
所述第二分离器的入口与所述焙烧流化床的出口连通，所述第二分离器的气体出口与所述夹套的入口连通，所述第二分离器的固体出口与所述液固流化床的所述第一回流口连通。
进一步地，所述第二螺旋给料机倾斜设置，其底部开有多个收集孔和设置有位于所述收集孔下方的收集槽，所述第二螺旋给料机的低端设置有重油收集箱，所述重油收集箱的入口与所述收集槽的出口连通，所述重油收集箱的出口与所述液固流化床的第二回流口连通，所述第二回流口位于所述第一回流口的下方。
进一步地，所述第二螺旋给料机内的螺旋叶片的半径和螺距由入口到出口方向逐渐变小。
进一步地，还包括空气预热器，所述空气预热器的气体入口与所述第二分离器的气体出口连通，所述空气预热器的气体出口与所述夹套的入口连通，所述空气预热器的换热管的入口与鼓风机连通，所述空气预热器的换热管的出口与所述焙烧流化床的底部的第二气体入口连通。
进一步地，还包括增压泵和导流室，所述增压泵的入口与所述第一螺旋给料机的出口连通，所述增压泵的出口与所述导流室的入口连通，所述导流室的出口与所述液固流化床的入口连通。
进一步地，还包括烟气处理装置，所述烟气处理装置的入口与所述夹套的出口连通。
根据本发明的第二方面，提出了一种液固流化床催化裂解废塑料的循环处理的工艺，应用于上述液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统，所述工艺包括以下步骤：
废塑料进入第一螺旋给料机，并在所述第一螺旋给料机内被加热成为塑料熔融物；
所述塑料熔融物进入液固流化床，并在所述液固流化床内发生催化裂解反应，催化裂解反应产生积碳催化剂和油气混合物；
所述积碳催化剂和所述油气混合物进入第一分离器内进行分离，分离出所述积碳催化剂和所述油气混合物中的重质油和轻质油；
所述积碳催化剂和所述重质油进入沉降室进行沉降处理；
沉降处理后的所述积碳催化剂进入第二螺旋给料机，所述重质油回流到液固流化床；
所述积碳催化剂表面粘附的所述重质油在所述第二螺旋给料机内被脱除，并回流到所述液固流化床；
表面被脱除所述重质油的所述积碳催化剂进入焙烧流化床内进行焙烧处理，得到再生的催化剂，且焙烧处理的过程中产生热烟气；
所述再生的催化剂和所述热烟气进入第二分离器内进行分离，分离出所述再生的催化剂和所述热烟气；
分离出的所述再生的催化剂返回液固流化床；
分离出的所述热烟气与空气换热后排出，吸热后的所述空气进入焙烧流化床；
所述轻质油进入精馏塔内进行油气分离，油气分离产生裂解油和裂解气；
所述裂解油进入裂解油罐储存；
所述裂解气进入焙烧流化床内燃烧。
本发明的有益效果：本发明提供的一种液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统及工艺，通过焙烧流化床对积碳催化剂表面的积碳进行燃烧，使得催化剂再次具备催化能力，实现了催化剂的重复利用；重质油在液固流化床内进行催化改质，减少了运行成本和系统的复杂性；并且将焙烧处理后的催化剂送入液固流化床内作为热源和催化源，将传统的外加热方式改为内加热，提高了反应强度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为沉降室的结构示意图；
图3为本发明的工艺流程图。
附图标记：1-第一螺旋给料机、2-液固流化床、21-分布器、22-第一回流口、23-第二回流口、3-第一分离器、31-重质组分出口、32-轻质组分出口、4-沉降室、41-过滤板、42-溢流口、5-精馏塔、6-第二螺旋给料机、61-收集孔、7-焙烧流化床、71-第一气体入口、72-第二气体入口、8-第二分离器、9-裂解油罐、10-收集槽、11-重油收集箱、12-空气预热器、121-换热管、13-鼓风机、14-增压泵、15-导流室、151-倾斜面、16-烟气处理装置。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“纵”、“横”、“水平”、“顶”、“底”、“上”、“下”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1-2所示，本发明提供一种液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统，包括第一螺旋给料机1、液固流化床2、第一分离器3、沉降室4、精馏塔5、第二螺旋给料机6、焙烧流化床7和第二分离器8。
第一螺旋给料机1的外壁上具有夹套，夹套内可以通入热介质，以对第一螺旋给料机1内的物质进行加热。液固流化床2的底部设置有分布器21，分布器21的入口与第一螺旋给料机1的出口连通。
废塑料进入第一螺旋给料机1后在夹套的加热下成为塑料熔融物，并在第一螺旋给料机1的螺旋叶片的推动下沿轴向前进。废塑料以塑料熔融物的状态进入分布器21，分布器21将塑料熔融物均匀地分布在液固流化床2内。液固流化床2内预先铺设有催化剂，上述催化剂包括用于催化裂解反应的催化剂和用于催化改质反应的催化剂，是这两种催化剂的混合物。催化剂促进塑料熔融物在液固流化床2内发生催化裂解反应，催化裂解反应将塑料熔融物转变为油气混合物，并使催化剂的表面覆盖积碳，成为积碳催化剂，失去催化能力。
优选第一分离器3为旋风分离器，第一分离器3的入口与液固流化床2的出口连通，第一分离器3的重质组分出口31与沉降室4的入口连通，第一分离器3的轻质组分出口32与精馏塔5的入口连通。
油气混合物和积碳催化剂从第一分离器3的入口进入第一分离器3内，第一分离器3将油气混合物分离为重质油和轻质油。其中，重质油和积碳催化剂从重质组分出口31排出并进入沉降室4的底部，轻质油从轻质组分出口32排出并进入精馏塔5。
精馏塔5的液体出口与裂解油罐9连通,精馏塔5的气体出口与焙烧流化床7的下部的第一气体入口71连通。
轻质油进入精馏塔5内进行油气分离，油气分离产生裂解油和裂解气。其中，裂解油进入裂解油罐9储存，裂解气为可燃气体，通过第一气体入口71进入焙烧流化床7内促进燃烧。
沉降室4设置有沿横向分布的过滤板41和开有位于过滤板41上方的溢流口42，溢流口42与液固流化床2的第一回流口22连通。第二螺旋给料机6的入口与沉降室4的出口连通，第二螺旋给料机6的出口与焙烧流化床7的入口连通。
沉降室4对进入的重质油和积碳催化剂进行沉降处理。具体地，重质油和积碳催化剂进入沉降室4的底部，沉降室4的中部沿横向设置有过滤板41，其中积碳催化剂无法穿过过滤板41，累积在过滤板41的下方，重质油穿过过滤板41后从溢出口回流到液固流化床2内。累积的积碳催化剂通过第二螺旋给料机6进入到焙烧流化床7内进行焙烧处理。
第二分离器8同意优选为旋风分离器，第二分离器8的入口与焙烧流化床7的出口连通，第二分离器8的气体出口与夹套的入口连通，第二分离器8的固体出口与液固流化床2的第一回流口22连通。
焙烧处理的温度达到800-900℃，将积碳催化剂表面的积碳充分燃烧，使得催化剂再次具备催化功能，实现催化剂的再生，燃烧的过程中会产生热烟气。因此焙烧处理最终产生热烟气和再生的催化剂。
热烟气和再生的催化剂从第二分离器8的入口进入第二分离器8内，并在第二分离器8内进行气固分离。其中，热烟气从气体出口排出并进入第一螺旋给料机1的外壁的夹套内充当部分热介质，最后热烟气从夹套的出口排出，充分利用了热烟气的热量。焙烧处理后约800-900℃的再生的催化剂从固体出口排出，并通过第一回流口22进入液固流化床2内充当热源和催化源，促进塑料熔融物发生催化裂解反应，并且同时促进催化改质重质油。
在一个实施例中，优选第二螺旋给料机6倾斜设置，倾斜角度与水平面呈为15°-60°的夹角。第二螺旋给料机6的入口位于第二螺旋给料机6的低端，第二螺旋给料机6的出口位于第二螺旋给料机6的高端。第二螺旋给料机6的底部开有多个收集孔61，第二螺旋给料机6的底部还设置有位于收集孔61下方的收集槽10。第二螺旋给料机6的低端设置有重油收集箱11，重油收集箱11的入口与收集槽10的出口连通，重油收集箱11的出口与液固流化床2的第二回流口23连通，第二回流口23位于第一回流口22的下方。
由于沉降处理后的积碳催化剂的表面仍然会粘附有部分重质油，在第二螺旋给料机6将积碳催化剂向上传递时，积碳催化剂表面粘附的重质油会通过收集孔61和收集槽10回流到重油收集箱11内，然后再通过第二回流口23回流到液固流化床2内。这样既充分回流了重质油，又将积碳催化剂表面粘附的重质油基本脱除干净，便于后续焙烧流化床7对积碳催化剂进行焙烧处理。
在一个实施例中，对第二螺旋给料机6的螺旋叶片进行变径变距处理，具体地，第二螺旋给料机6内的螺旋叶片的半径和螺距由入口到出口方向逐渐变小。这样表面粘附有重质油的积碳催化剂在经过变径变距处理的螺旋叶片的挤压作用下，会促进表面粘附的重质油更快地被脱除，使积碳催化剂表面粘附的重质油的脱除率更高。
在一个实施例中，还包括空气预热器12。空气预热器12的气体入口与第二分离器8的气体出口连通，空气预热器12的气体出口与夹套的入口连通。空气预热器12的换热管121的入口与鼓风机13连通，空气预热器12的换热管121的出口与焙烧流化床7的底部的第二气体入口72连通。焙烧处理过程中产生的热烟气具有较高的温度，热烟气进入空气预热器12，与换热管121内的空气进行间接接触式换热，受热后的空气进入焙烧流化床7内促进燃烧，使得焙烧处理的效率更高。空气预热器12的设计进一步利用了热烟气的热量。
在一个实施例中，还包括增压泵14和导流室15。增压泵14的入口与第一螺旋给料机1的出口连通，增压泵14的出口与导流室15的入口连通。导流室15的出口与液固流化床2的入口连通。
优选导流室15具有倾斜面151，在第一螺旋给料机1内加热后的塑料熔融物经增压泵14增压后喷射进入导流室15内，并与倾斜面151碰撞。倾斜面151的设计使得塑料熔融物以比较稳定的压力均匀进入液固流化床2底部的分布器21内。
在一个实施例中，还包括烟气处理装置16。烟气处理装置16的入口与夹套的出口连通，由于热烟气通常含有较多有害物质，直接排入大气将对空气产生污染。因此，从夹套的出口排出的热烟气需要经过烟气处理装置16的净化后再排入大气，有利于对空气和环境的保护。
图3为上述液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统的工艺流程图，该工艺包括以下步骤：
S10：废塑料进入第一螺旋给料机1，第一螺旋给料机1的外壁上具有夹套，废塑料在夹套内的热介质的加热下被加热成为塑料熔融物。
S20：塑料熔融物进入液固流化床2，并在液固流化床2内发生催化裂解反应。催化裂解反应将塑料熔融物转变为油气混合物，并使预先铺设在液固流化床2内的催化剂的表面覆盖积碳，成为积碳催化剂。催化裂解反应最终产生积碳催化剂和油气混合物。
S30：积碳催化剂和油气混合物进入第一分离器3内进行分离，分离出积碳催化剂和油气混合物中的重质油和轻质油。
S40：积碳催化剂和重质油进入沉降室4进行沉降处理，沉降处理后的积碳催化剂沉积在沉降室4的底部，重质油漂浮在沉降室4的中上部。
S50：沉降处理后的积碳催化剂进入第二螺旋给料机6，重质油通过第一回流口22回流到液固流化床2。
S60：积碳催化剂在第二螺旋给料机6的螺旋叶片的推动下，其表面粘附的重质油被逐渐脱除，并通过第二回流口23回流到液固流化床2。
S70：表面被脱除重质油的积碳催化剂进入焙烧流化床7内进行焙烧处理，焙烧处理将积碳催化剂表面的积碳燃烧，得到再生的催化剂，且焙烧处理的过程中产生热烟气。
S80：再生的催化剂和热烟气进入第二分离器8内进行分离，分离出再生的催化剂和热烟气。
S90：分离出的再生的催化剂通过第一回流口22返回液固流化床2，实现催化剂的再生和循环。
S100：分离出的热烟气与空气换热后排出，吸热后的空气进入焙烧流化床7内支持燃烧。
S110：轻质油进入精馏塔5内进行油气分离，油气分离将轻质油转变为裂解油和裂解气。
S120：裂解油进入裂解油罐9储存。
S130：裂解气进入焙烧流化床7内燃烧。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统，其特征在于：包括第一螺旋给料机、液固流化床、第一分离器、沉降室、精馏塔、第二螺旋给料机、焙烧流化床和第二分离器；
所述第一螺旋给料机的外壁上具有夹套；
所述液固流化床的底部设置有分布器，所述分布器的入口与所述第一螺旋给料机的出口连通；
所述第一分离器的入口与所述液固流化床的出口连通，所述第一分离器的重质组分出口与所述沉降室的入口连通，所述第一分离器的轻质组分出口与所述精馏塔的入口连通；
所述精馏塔的液体出口与裂解油罐连通,所述精馏塔的气体出口与焙烧流化床的下部的第一气体入口连通；
所述沉降室设置有沿横向分布的过滤板和开有位于所述过滤板上方的溢流口，所述溢流口与所述液固流化床的第一回流口连通；
所述第二螺旋给料机的入口与所述沉降室的出口连通，所述第二螺旋给料机的出口与所述焙烧流化床的入口连通；
所述第二分离器的入口与所述焙烧流化床的出口连通，所述第二分离器的气体出口与所述夹套的入口连通，所述第二分离器的固体出口与所述液固流化床的所述第一回流口连通。
2.根据权利要求1所述的一种液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统，其特征在于：所述第二螺旋给料机倾斜设置，其底部开有多个收集孔和设置有位于所述收集孔下方的收集槽，所述第二螺旋给料机的低端设置有重油收集箱，所述重油收集箱的入口与所述收集槽的出口连通，所述重油收集箱的出口与所述液固流化床的第二回流口连通，所述第二回流口位于所述第一回流口的下方。
3.根据权利要求1所述的一种液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统，其特征在于：所述第二螺旋给料机内的螺旋叶片的半径和螺距由入口到出口方向逐渐变小。
4.根据权利要求1所述的一种液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统，其特征在于：还包括空气预热器，所述空气预热器的气体入口与所述第二分离器的气体出口连通，所述空气预热器的气体出口与所述夹套的入口连通，所述空气预热器的换热管的入口与鼓风机连通，所述空气预热器的换热管的出口与所述焙烧流化床的底部的第二气体入口连通。
5.根据权利要求1所述的一种液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统，其特征在于：还包括增压泵和导流室，所述增压泵的入口与所述第一螺旋给料机的出口连通，所述增压泵的出口与所述导流室的入口连通，所述导流室的出口与所述液固流化床的入口连通。
6.根据权利要求1所述的一种液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统，其特征在于：还包括烟气处理装置，所述烟气处理装置的入口与所述夹套的出口连通。
7.一种液固流化床催化裂解废塑料的循环处理的工艺，应用于权利要求1-6任意一项所述的液固流化床催化裂解废塑料的循环处理系统，其特征在于：包括以下步骤：
废塑料进入第一螺旋给料机，并在所述第一螺旋给料机内被加热成为塑料熔融物；
所述塑料熔融物进入液固流化床，并在所述液固流化床内发生催化裂解反应，催化裂解反应产生积碳催化剂和油气混合物；
所述积碳催化剂和所述油气混合物进入第一分离器内进行分离，分离出所述积碳催化剂和所述油气混合物中的重质油和轻质油；
所述积碳催化剂和所述重质油进入沉降室进行沉降处理；
沉降处理后的所述积碳催化剂进入第二螺旋给料机，所述重质油回流到液固流化床；
所述积碳催化剂表面粘附的所述重质油在所述第二螺旋给料机内被脱除，并回流到所述液固流化床；
表面被脱除所述重质油的所述积碳催化剂进入焙烧流化床内进行焙烧处理，得到再生的催化剂，且焙烧处理的过程中产生热烟气；
所述再生的催化剂和所述热烟气进入第二分离器内进行分离，分离出所述再生的催化剂和所述热烟气；
分离出的所述再生的催化剂返回液固流化床；
分离出的所述热烟气与空气换热后排出，吸热后的所述空气进入焙烧流化床；
所述轻质油进入精馏塔内进行油气分离，油气分离产生裂解油和裂解气；
所述裂解油进入裂解油罐储存；
所述裂解气进入焙烧流化床内燃烧。
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