CN111662731A

CN111662731A - 一种造纸厂废塑料的处理方法

Info

Publication number: CN111662731A
Application number: CN202010456244.6A
Authority: CN
Inventors: 王雨田
Original assignee: Shantou Guyuan New Energy Co ltd
Current assignee: Shantou Guyuan New Energy Co ltd
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2020-09-15

Abstract

本发明提供了一种造纸厂废塑料的处理方法，包括以下步骤：(1)造纸废弃塑料进行脱水，使得物料的含水量低于40重量％；(2)将脱水后的物料进行烘干，烘干后物料的含水率低于10重量％；(3)将烘干后的物料进行破碎，使得物料的粒径小于50mm；(4)将破碎后的物料送至热解反应器内进行热解和裂解，产生热解蒸汽和热解炭，所述热解反应器内的温度控制在500℃‑700℃；(5)将所述热解蒸汽进行喷淋冷却，得到热解气和油水混合物，随后将所述油水混合物送入油水分离器进行分离，所述喷淋冷却的温度在70℃‑80℃范围内。本发明的造纸厂废塑料的处理方法能真正实现废塑料的无害化、资源化处理，是有机废弃物的终极处理手段。

Description

一种造纸厂废塑料的处理方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物处理领域，具体涉及造纸厂废塑料的处理方法和系统。

背景技术

近年来，随着塑料制品的工业发展，复合型纸质包装材料受到广泛的应用，最常见的是纸/塑料复合材料。目前此类材料回收利用最主要的方式是进行造纸再利用。由此在回收利用过程中产生的废弃塑料量也在逐年增加。由于废弃塑料质轻且体积庞大，被丢弃后不易分解，造成土壤板结，妨碍作物呼吸和吸收养分，在紫外线作用下或燃烧时，排放出CO、氯乙烯单体、HCl、甲烷、NOx、SO₂、芳烃等污染水体和空气，含氯塑料焚烧二噁英等有害物质。寻找高效无害化、减量化和资源化的技术显得日益迫切。

已经有报道披露了塑料废弃物的其他处理方法，例如热解方法，但是目前开发出的塑料热解方法存在很多缺陷，例如，规模难以放大，反应釜传热效率低，排渣连续性较差，裂解加热不均匀导致热解过程中发生结焦现象同时产生的油品的品质较差。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种造纸厂废塑料的处理方法和系统。本发明的废塑料的处理方法和系统能真正实现废塑料的无害化、资源化处理，安全环保、高效节能优势突出，是高分子有机废弃物最重要的终极处理手段。

本发明提供了一种造纸厂废塑料的处理方法，包括以下步骤：

(1)脱水：造纸废弃塑料进行脱水，使得物料的含水量低于40重量％；

(2)烘干：将脱水后的物料进行烘干，烘干后物料的含水率低于10重量％；

(3)破碎：将烘干后的物料进行破碎，使得物料的粒径小于50mm；

(4)热解：将破碎后的物料送至热解反应器内进行热解和裂解，产生热解蒸汽和热解炭，所述热解反应器内的温度控制在500℃-700℃；

(5)喷淋冷却：将所述热解蒸汽进行喷淋冷却，得到热解气和油水混合物，随后将所述油水混合物送入油水分离器进行分离，所述喷淋冷却的温度在70℃-80℃范围内。

在一些实施方案中，在步骤(1)中，所述造纸厂废塑料的含水量大于70 重量％，所述脱水是通过机械挤压脱水进行的。

在一些实施方案中，在步骤(2)中，所述烘干是利用链板烘干机进行的，其中，所述链板烘干机的前段配置有拨料及打散装置。

在一些实施方案中，所述链板烘干机的热源包括所述热解反应器产生的热烟气，所述热烟气的温度大于800℃。

在一些实施方案中，所述烘干的温度在50℃-100℃范围内。

在一些实施方案中，在步骤(5)中，所述喷淋冷却利用循环水激冷式喷淋塔进行。

在一些实施方案中，所述热解反应器的燃料包括步骤(5)中获得的热解气。

在一些实施方案中，所述喷淋冷却所用的冷却水包括由所述烘干产生的热气经冷却得到的冷却水。

本发明所称的塑料包括富含聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS) 和聚氯乙烯(PVC)等的废弃塑料。

在本发明中，上述造纸厂废塑料的处理方法是通过以下系统来实施的。

一种造纸厂废塑料的处理系统，依次包括脱水装置、烘干装置、破碎装置、热解反应器和喷淋冷却装置，其中，所述脱水装置的物料出口连接至所述烘干装置的物料入口，所述烘干装置的物料出口连接至所述破碎装置的物料入口，所述破碎装置的物料出口连接至所述热解反应器的物料入口，所述热解反应器的出气口连接至所述喷淋冷却装置的气体进口。

所述热解反应器的烟气出口与所述烘干装置的热源入口相连。

所述烘干装置的热气出口连接至冷却器的气体入口，所述冷却器的冷却水出口连接至所述喷淋冷却装置的冷却水入口。

所述喷淋冷却装置的热解气入口连接至所述热解反应器的燃料入口。

其中，所述烘干装置可以是链板式烘干机。

由于废弃塑料具有丝状、质轻等特性，为确保废塑料的打散和输送，在所述烘干装置中配置有打散拨料装置。通过配置打散拨料装置，结块物料能够被顺利打散，不会发生过度的塑料物料缠绕。

所述打散拨料装置包括变频电机、拨料板、滚轮打料器、拨料中心轴、橡胶片、旋转盘。

所述变频电机安装在所述烘干装置的本体的外部顶端；拨料中心轴连接至变频电机并位于所述烘干装置的本体的内部的中心轴上，拨料中心轴能够调节转动频率，实现不同速度的拨料。

所述拨料板设置于拨料中心轴上，能够在拨料中心轴的带动下进行转动拨料。拨料板是由硬质钢材制成的。拨料板与水平方向呈30-50°的角度。上拨料板和下层拨料板之间的夹角为90°。

所述滚轮打料器安装在烘干装置本体的侧壁内。滚轮打料器包括橡胶片和旋转盘，滚轮打料器在变频电机的带动下进行转动，橡胶片与物料接触，对结块物料进行打散。

在工作状态下，拨料板在变频电机的驱动下围绕拨料中心轴转动，在转动过程中起到将物料向下拨动的效果。滚轮打料器向烘干装置本体的内侧转动，将滚轮打料器附近的物料打散并向下拨动。拨料板主要是将位于烘干装置本体中心部位的物料进行拨动打散，滚轮打料器主要是将烘干装置本体的侧壁附近的物料进行拨动打散，最终保证整体进料的顺畅性。

拨料板采用钢板焊接在拨料中心轴上。

滚轮打料器固定安装在烘干装置本体的侧壁上。

滚轮打料器包括橡胶片、旋转盘、金属齿板，其中

金属齿板焊接在旋转盘上，金属齿板的作用主要是固定安装橡胶片，金属齿板的长度为橡胶片长度的1/5-1/10。金属齿板和橡胶片上分别设置有螺丝穿孔，二者通过螺丝固定连接，便于橡胶片的更换。

金属齿板是圆弧状，弧度为π/6～π/4。

橡胶片采用耐磨性好的丁腈橡胶材料制成，具有良好的柔软性和变形性，可减少塑料物料的缠绕。

本发明的废塑料的处理方法和系统能真正实现废塑料的无害化、资源化处理，安全环保、高效节能优势突出，是高分子有机废弃物最重要的终极处理手段。

本发明通过提供烘干单元解决了废弃塑料含水量高，造成后续处理系统能耗高的问题；减少了后续热解含有机污染废水，有效解决了污水处理规模大、投资高等问题；解决了现有热解技术中加热塑料慢，二次裂解程度严重，热解油收率的问题；采用能量分级利用，解决了塑料热解过程中能量利用低的问题。

附图说明

图1本发明的造纸厂废塑料的处理系统示意图；

图2本发明的打散拨料装置示意图；

图3本发明的滚轮打料器示意图。

附图标记说明：

1-压滤机；2-链板烘干机；3-破碎装置；4-热解装置；5-喷淋塔；6-油水分离装置；7-烟气炉；8-冷却器；21-拨料打散装置；211-变频电机；212-拨料板；213-滚轮打料器；214-拨料中心轴；2131-橡胶片；2132-旋转盘；2133- 金属齿板；2134-螺丝；101、废弃塑料；102-挤压水；103-干燥水；104-热解炭；105-烟气；106-空气；107-热解气；L1-热解油；109-热解水；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将对本发明做详细说明。

塑料(特别是造纸厂的废旧塑料)热解处理是将塑料在隔绝空气的条件下加热至一定的温度，使塑料中的高分子有机物发生裂解并发生化学转化反应。废旧塑料通过热解反应将废旧塑料转变为气体、液体和固体三种相态物质。其中气体富含气态烃类、氢气、一氧化碳等可燃气，液体经过油水分离可得到油品资源。所获得的热解油经过处理也可以成为优质的汽油、柴油、液化气、化工原料或炉用燃料等，从而替代大量进口的原油，并创造显著的社会效益和经济效益。相较于传统废塑料处理技术，本发明的废塑料的处理方法能真正实现废塑料的无害化、资源化处理，安全环保、高效节能优势突出，是高分子有机废弃物最重要的终极处理手段。

在一个实施方案中，本发明的造纸厂废塑料的处理方法包括以下步骤：

(1)高含水的造纸废弃塑料送至压滤机进行挤压，完成初脱水；

(2)初脱水的造纸废弃塑料，送至链板烘干机，链板烘干机前段配置有拨料及打散装置，废弃塑料在链板烘干机内随着链板的输送，在热烟气的烘干条件下脱水；

(3)链板式烘干后的废弃塑料送至破碎装置内，破碎至一定尺寸，来满足后续进料及热解需要；

(4)破碎后的废弃塑料送至热解反应器内，在热解反应器内发生热裂解，产生的高温热解蒸汽从出气口导出，热解炭从排炭口排出；

(5)高温热解蒸汽送入喷淋塔内，采用循环水激冷方式对热解蒸汽进行喷淋冷却，油水将凝结成液体；

(6)由喷淋塔激冷产生的油水混合物送入油水分离器内，根据油、水物理性质的不同进行分离得到热解油产品；

(7)喷淋塔激冷后的不可凝气为富含H₂、CH₄、CO及烃类气体的热解气，热解气的一部分作为燃料气送入烟气炉燃烧；

(8)高温烟气送至热解反应器中烟气腔内，对废弃塑料进行间接加热，烟气流动方向与废弃塑料输送方向呈逆流；

(9)热解反应器排出的烟气送至链板烘干机内，对废弃塑料进行加热烘干；

(10)烘干后的烟气进入冷却器内，采用空冷方式将烘干蒸汽冷却，使蒸汽凝结成水，此凝结水可用做喷淋塔的循环喷淋水补水使用。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的一种基于造纸厂废塑料热解的高效利用方法，包括机械脱水、加热脱水、破碎、热解及热烟气高效利用等。整套热解整体系统设备简单，易于操作，热效率高。

在本发明的方法中，

脱水步骤：含水率高达70-80重量％的造纸废塑料送至压滤机进行挤压脱水，经过机械挤压脱水后含水量30-40重量％。

烘干步骤：初脱水的造纸废塑料，送至链板烘干机，链板烘干机前段配置有拨料及打散装置，废弃塑料在链板烘干机内随着链板的输送，在热烟气的烘干条件下脱水，烘干温度在100℃-110℃，废弃塑料水分烘干至5-10重量％。

破碎步骤：链板式烘干后的废弃塑料送至破碎装置内，将废弃塑料破碎至粒径小于50mm。

热解步骤：破碎后的废弃塑料送至热解反应器内，在热解反应器内发生热裂解，热解反应器温度控制在500℃-700℃，产生的高温热解蒸汽从出气口导出，热解炭从排炭口排出。

喷淋冷却步骤：高温热解蒸汽送入喷淋塔内，采用循环水激冷方式对热解蒸汽进行喷淋冷却，喷淋温度70℃-80℃，油水将凝结成液体送入油水分离装置进行分离。

喷淋塔激冷后的不可凝气为富含H₂、CH₄、CO及烃类气体的热解气，可以将热解气的一部分作为燃料气送入烟气炉燃烧，产生烟气温度大于800℃。

高温烟气送至热解反应器中烟气腔内，对废弃塑料进行间接加热，烟气流动方向与废弃塑料输送方向呈逆流，可以将热解反应器排出的烟气送至链板烘干机内，对废弃塑料进行加热干燥。

烘干后的烟气进入冷却器内，采用空冷方式将烘干蒸汽冷却，使蒸汽凝结成水，此凝结水可用做喷淋塔的循环喷淋水补水使用。

如图1所示，该系统主要包括：压滤机1、链板烘干机2、破碎装置3、热解反应器4、喷淋塔5、油水分离装置6、烟气炉7、冷却器8。

具体而言，从纸浆分离单元分离出的高含水废弃塑料经压滤机进行机械压滤脱水。脱除一定水分后送入链板式烘干装置，链板烘干机入料口配置有拨料打散装置21，将压滤后的塑料进行打散，在链板烘干机内由热烟气进行加热烘干。烘干至一定水分的废塑料送入破碎装置内，将废弃塑料进行破碎，以满足后续进料和热解需要。破碎后的废弃塑料送入热解反应器内，热解采用热烟气作为加热热源对废弃塑料进行间接加热，废弃塑料在热解反应器内发生裂解反应，生成高温热解蒸汽。高温热解蒸汽送至喷淋塔进行激冷，循环喷淋水来自链板烘干机产生的热蒸汽冷凝水。在喷淋塔内热解蒸汽被降温后，液态油、水进入油水分离器进行油水分离，得到热解油产品。喷淋后得到的热解气主要为H₂、CH₄、CO及烃类气体，可作为高热值气体产品，其中一部分热解气作为燃气送至热解反应器的烟气炉进行燃烧。烟气炉产生的高温烟气先后经过热解反应器和烘干装置，分别为废弃塑料热解和烘干提供热量。实现能量分级利用，实现整套系统能量高效利用。

其中，所述烘干装置可以是链板式烘干机。

如图2和图3所示，所述打散拨料装置包括变频电机211、拨料板212、滚轮打料器213、拨料中心轴214。

所述变频电机安装在所述烘干装置的本体的外部顶端；拨料中心轴214 连接至变频电机并位于所述烘干装置的本体的内部的中心轴上，拨料中心轴能够调节转动频率，实现不同速度的拨料。

所述拨料板212设置于拨料中心轴214上，能够在拨料中心轴214的带动下进行转动拨料。拨料板是由硬质钢材制成的。拨料板与水平方向呈30-50° 的角度。上拨料板和下层拨料板之间的夹角为90°。

所述滚轮打料器213安装在烘干装置本体的侧壁内。滚轮打料器包括橡胶片和旋转盘，滚轮打料器在变频电机的带动下进行转动，橡胶片与物料接触，对结块物料进行打散。

在工作状态下，拨料板212在变频电机的驱动下围绕拨料中心轴214转动，在转动过程中起到将物料向下拨动的效果。滚轮打料器213向烘干装置本体的内侧转动，将滚轮打料器213附近的物料打散并向下拨动。拨料板212 主要是将位于烘干装置本体中心部位的物料进行拨动打散，滚轮打料器213 主要是将烘干装置本体的侧壁附近的物料进行拨动打散，最终保证整体进料的顺畅性。

拨料板212采用钢板焊接在拨料中心轴214上。

滚轮打料器213固定安装在烘干装置本体的侧壁上。

如图3所示，滚轮打料器213包括橡胶片2131、旋转盘2132、金属齿板 2133，其中，金属齿板2133焊接在旋转盘2132上，金属齿板的作用主要是固定安装橡胶片，金属齿板2133的长度为橡胶片长度的1/5-1/10。金属齿板 2133和橡胶片2131上分别设置有螺丝2134穿孔，二者通过螺丝2134固定连接，便于橡胶片的更换。

金属齿板2133为圆弧状，弧度为π/6～π/4。

橡胶片2131采用耐磨性好的丁腈橡胶材料制成，具有良好的柔软性和变形性，可减少塑料物料的缠绕。

实施例1

某造纸厂富含聚乙烯(PE)的废弃塑料分析结果如表1所示：

表1

	水分％	灰分％	挥发分％	固定碳％
					原料	70.00	3.70	25.30	1.00
压滤后	35.00	8.10	54.82	2.08
					烘干后	6.00	11.59	79.28	3.13

经压滤机挤压后，废弃塑料水分为35％，压滤后的废弃塑料送至链板烘干机内，进行烟气干燥，烘干温度90℃，烘干后废弃塑料水分6％。烘干后的废弃塑料送至破碎装置内，经破碎后粒径小于50mm。破碎后的废弃塑料送至热解装置内，在热解装置内发生热裂解反应，控制热解终温为550℃，热解蒸汽进入喷淋塔内进行喷淋冷却，喷淋塔温度70℃；冷凝后的油水混合物送至油水分离装置进行分离。热解气则进入烟气炉进行燃烧，控制烟气炉排烟温度800℃，将800℃的烟气送至热解反应器内，从热解炉排出烟气温度为200℃，送至链板烘干机内对废弃塑料进行干燥。wt％表示重量％。

产物如表2所示：

表2

焦油产率(wt％)	热解炭产率(wt％)	热解气产率(wt％)	总水分率(wt％)
				56.07	26.11	11.32	6.50

热解气成分分析

H2	CO2	CH4	CO	C2H6	C2H4	C3H8	CnHm
								5.30	4.73	18.50	4.27	15.36	13.14	6.26	32.44

实施例2

某造纸厂富含聚丙烯(PP)的废弃塑料分析结果如表3所示：

表3

	水分％	灰分％	挥发分％	固定碳％
					原料	80.00	2.2	15.30	2.5
压滤后	40.00	8.10	54.82	2.08
					烘干后	10.00	11.59	79.28	3.13

经压滤机挤压后，废弃塑料水分为40％，压滤后的废弃塑料送至链板烘干机内，进行烟气干燥，烘干温度100℃，烘干后废弃塑料水分10％。烘干后的废弃塑料送至破碎装置内，经破碎后粒径小于50mm。破碎后的废弃塑料送至热解装置内，在热解装置内发生热裂解反应，控制热解终温为700℃，热解蒸汽进入喷淋塔内进行喷淋冷却，喷淋塔温度80℃；冷凝后的油水混合物送至油水分离装置进行分离。热解气则进入烟气炉进行燃烧，控制烟气炉排烟温度800℃，将烟气送至热解反应器内，从热解炉排出烟气温度为200℃，送至链板烘干机内对废弃塑料进行干燥。wt％表示重量％。

产物如表4所示：

表4

焦油产率(wt％)	热解炭产率(wt％)	热解气产率(wt％)	总水分率(wt％)
				45.07	27.23	16.32	11.21

热解气成分分析如下

H<sub>2</sub>	CO<sub>2</sub>	CH<sub>4</sub>	CO	C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>	C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>	C<sub>3</sub>H<sub>8</sub>	C<sub>n</sub>H<sub>m</sub>
								7.49	2.82	21.53	7.29	16.95	15.51	3.41	25.00

实施例3

某造纸厂富含聚氯乙烯(PVC)的废弃塑料分析结果如表5所示：

表5

	水分％	灰分％	挥发分％	固定碳％
					原料	70.00	2.6	26.3	1.1
压滤后	30.00	6.07	61.37	2.57
					烘干后	5.00	8.23	83.28	3.48

经压滤机挤压后，废弃塑料水分为30％，压滤后的废弃塑料送至链板烘干机内，进行烟气干燥，烘干温度100℃，烘干后废弃塑料水分5％。烘干后的废弃塑料送至破碎装置内，经破碎后粒径小于50mm。破碎后的废弃塑料送至热解装置内，在热解装置内发生热裂解反应，控制热解终温为500℃，热解蒸汽进入喷淋塔内进行喷淋冷却，喷淋塔温度70℃；冷凝后的油水混合物送至油水分离装置进行分离。热解气则进入烟气炉进行燃烧，控制烟气炉排烟温度800℃，将烟气送至热解反应器内，从热解炉排出烟气温度为200℃，送至链板烘干机内对废弃塑料进行干燥。wt％表示重量％。

产物如表6所示：

表6

热解气成分分析如下：

H<sub>2</sub>	CO<sub>2</sub>	CH<sub>4</sub>	CO	C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>	C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>	C<sub>3</sub>H<sub>8</sub>	C<sub>n</sub>H<sub>m</sub>
								2.49	2.82	21.53	7.29	16.95	15.51	3.41	30.00

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种造纸厂废塑料的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述造纸厂废塑料的含水量大于70重量％，所述脱水是通过机械挤压脱水进行的。

3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述烘干是利用链板烘干机进行的，其中，所述链板烘干机的前段配置有拨料及打散装置。

4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述链板烘干机的热源包括所述热解反应器产生的热烟气，所述热烟气的温度大于800℃。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的处理方法，其特征在于，所述烘干的温度在50℃-100℃范围内。

6.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述喷淋冷却利用循环水激冷式喷淋塔进行。

7.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述热解反应器的燃料包括步骤(5)中获得的热解气。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的处理方法，其特征在于，所述喷淋冷却所用的冷却水包括由所述烘干产生的热气经冷却得到的冷却水。