CN112063409B - 基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油工艺及装置。该装置包括第一螺旋给料机、脱氯化氢反应器、第一旋风分离器、第二旋风分离器、第三旋风分离器、催化裂解流化床、催化剂积碳气化‑燃烧再生流化床、精馏塔、燃料油罐、裂解器罐、固氯流化床以及错流式移动床。本发明将催化裂解反应与固氯反应分离开，便于精准控制固氯反应和提高固氯效率；将含氯塑料脱氯化氢过程单独分离出来，采用塔板增加脱氯化氢反应时间；将立管作为移动床反应装置进行固氯，强化固氯效率，减少设备复杂程度；采用催化剂积碳气化‑燃烧反应，实现积碳催化剂的再生，同时避免直接焚烧带来催化剂内部孔隙晶体结构的改变，延长了催化剂的使用寿命。

Description

基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油工艺及装置
技术领域
本发明涉及含氯塑料处理技术领域，尤其涉及一种基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油工艺及装置。
背景技术
人类在生产生活中产生了大量的含氯废塑料，由于其含有较高的氯元素，因此给回收利用带来了极大的困难。将含氯塑料在高温无氧条件下进行催化裂解制取燃料油是其最佳的处理方式。
目前，我国主要在槽式反应器和管式反应器内，采用分步热解方式热解含氯塑料制取燃料油，即首先在300℃温度下低温热解含氯塑料，产生大量的氯化氢气体和少量的碳氢化合物气体，随后采用碱液对该裂解气进行淋洗，以脱除氯化氢气体，最后再在500℃温度下进一步热解脱氯后的塑料，进而获得无氯的燃料油。然而，上述湿式脱氯工艺较为复杂，运行成本较高，效率低，无法更好的满足含氯塑料热解制油的要求。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本专利申请所要解决的技术问题是：如何提供一种结构简单，效率高，成本低，便于实现的基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油工艺及装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油工艺，包括以下步骤：
第一螺旋给料机将含氯塑料连续送入脱氯化氢反应器内，第二旋风分离器将高温催化剂颗粒送入脱氯化氢反应器内，并进行脱氯化氢反应，得到氯化氢气体和塑料熔融物，氯化氢气体进入错流式移动床；
第二螺旋给料机将固氯剂颗粒送入固氯流化床，流化介质为循环惰性气体，循环惰性气体带动固氯剂颗粒进入第三旋风分离器进行气固分离，固氯剂颗粒与氯化氢气体在立管内进行固氯反应，产生水蒸气；
脱氯化氢反应器内的中温催化剂颗粒和塑料熔融物，与第二旋风分离器分离出的另一部分高温催化剂颗粒混合，一同进入催化裂解流化床内进行催化裂解反应，得到油气混合物和积碳催化剂颗粒，油气混合物和积碳催化剂颗粒进入第一旋风分离器进行气固分离；
积碳催化剂颗粒进入催化剂积碳气化-燃烧再生流化床内，油气混合物进入精馏塔进行油气分离产生燃料油和裂解气；
燃料油进入燃料油罐储存；
裂解气进入裂解气罐，一部分裂解气进入催化裂解流化床内作为流化介质，另一部分连同固氯反应产生的水蒸气和积碳催化剂颗粒进入催化剂积碳气化-燃烧再生流化床内进行气化反应，初步除去积碳催化剂颗粒表面的焦炭，并产生氢气和一氧化碳；
气化反应后的积碳催化剂颗粒与鼓入催化剂积碳气化-燃烧再生流化床内的空气进行燃烧反应，将积碳催化剂颗粒表面的焦炭完全脱除，使得积碳催化剂颗粒再生，催化剂积碳气化-燃烧再生流化床的热烟气进入第二旋风分离器并为第一螺旋给料机进行外加热。
一种基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油装置，应用于上述工艺，包括：
第一螺旋给料机，第一螺旋给料机的外壁上具有夹套，第一螺旋给料机用于将含氯塑料送入脱氯化氢反应器内；
第二旋风分离器的第二气体出口与夹套连通并为第一螺旋给料机提供外加热，第二旋风分离器的第二固体出口将部分高温催化剂颗粒送入脱氯化氢反应器；
脱氯化氢反应器的上方与错流式移动床连通，所述错流式移动床的入口与立管连通，所述错流式移动床的出口通过蠕动泵与催化剂积碳气化-燃烧再生流化床的气化室连通；
脱氯化氢反应器与催化裂解流化床连通，所述催化裂解流化床与第一旋风分离器的第一进口连通，第一旋风分离器的第一固体出口与催化剂积碳气化-燃烧再生流化床的气化室连通，所述第一旋风分离器的第一气体出口与精馏塔连通，精馏塔的液体出口与燃料油罐连通，所述精馏塔的气体出口与裂解气罐连通，所述裂解气罐通过引风机与催化裂解流化床和催化剂积碳气化-燃烧再生流化床的气化室连通；
所述催化剂积碳气化-燃烧再生流化床的燃烧室与鼓风机连通，所述催化剂积碳气化-燃烧再生流化床与第二旋风分离器的第二进口连通；
第二螺旋给料机与固氯流化床连通，固氯流化床的流化介质为循环惰性气体，所述固氯流化床与第三旋风分离器的第三进口连通，所述第三旋风分离器的第三气体出口通过再循环风机与固氯流化床连通，所述固氯流化床和第三旋风分离器的第三固体出口通过立管连通。
其中，所述脱氯化氢反应器内部沿高度方向布置有多层塔板，塔板均向下倾斜设置，所述相邻塔板的倾斜方向相反，塔板上设置有开孔，塔板上的开孔沿竖直方向错位设置；所述塔板向下倾斜45-60°；所述塔板的开孔率为30%-50%，开孔直径为1-3mm；所述塔板在脱氯化氢反应器内呈菱形布置。
其中，所述催化剂积碳气化-燃烧再生流化床具有气化室和燃烧室，所述燃烧室位于所述气化室上方，所述燃烧室和气化室之间通过隔墙分隔，所述隔墙上开设有通孔；所述隔墙的高度为500-1500mm。
其中，所述第二旋风分离器与催化裂解流化床之间设置有排渣阀。
综上，本基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油工艺及装置具有以下有益效果：
1.本发明将催化裂解反应与固氯反应分离开，便于精准控制固氯反应和提高固氯效率；
2.将含氯塑料脱氯化氢过程单独分离出来，采用塔板增加脱氯化氢反应时间；
3.将立管作为移动床反应装置进行固氯，强化固氯效率，减少设备复杂程度；
4.采用催化剂积碳气化-燃烧反应，实现积碳催化剂的再生，同时避免直接焚烧带来催化剂内部孔隙晶体结构的改变，延长了催化剂的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明公开的基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油工艺及装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本实施例中，术语“上”“下”“左”“右”“前”“后”“上端”“下端”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，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、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一种基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油工艺，包括以下步骤：
第一螺旋给料机1将含氯塑料连续送入脱氯化氢反应器2内，第二旋风分离器6将部分高温催化剂颗粒送入脱氯化氢反应器2内，并进行脱氯化氢反应，得到氯化氢气体和塑料熔融物，氯化氢气体进入错流式移动床15；
第二螺旋给料机18将固氯剂颗粒送入固氯流化床13，流化介质为循环惰性气体，循环惰性气体带动固氯剂颗粒进入第三旋风分离器14进行气固分离，固氯剂颗粒与氯化氢气体在立管内进行固氯反应，产生水蒸气；
脱氯化氢反应器2内的中温催化剂颗粒和塑料熔融物，与第二旋风分离器分离出的另一部分高温催化剂颗粒混合，一同进入催化裂解流化床3内进行催化裂解反应，得到油气混合物和积碳催化剂颗粒，油气混合物和积碳催化剂颗粒进入第一旋风分离器4进行气固分离；
积碳催化剂颗粒进入催化剂积碳气化-燃烧再生流化床5内，油气混合物进入精馏塔9进行油气分离产生燃料油和裂解气；
燃料油进入燃料油罐10储存；
裂解气进入裂解气罐11，一部分裂解气进入催化裂解流化床3内作为流化介质，另一部分连同固氯反应产生的水蒸气和积碳催化剂颗粒进入催化剂积碳气化-燃烧再生流化床5内进行气化反应，初步除去积碳催化剂颗粒表面的焦炭，并产生氢气和一氧化碳；
气化反应后的积碳催化剂颗粒与鼓入催化剂积碳气化-燃烧再生流化床5内的空气进行燃烧反应，将积碳催化剂颗粒表面的焦炭完全脱除，使得积碳催化剂颗粒再生，催化剂积碳气化-燃烧再生流化床5的热烟气进入第二旋风分离器6并为第一螺旋给料机1进行外加热。
参照图1，一种基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油装置，应用于上述工艺，包括：
第一螺旋给料机1，第一螺旋给料机的外壁上具有夹套，第一螺旋给料机用于将含氯塑料送入脱氯化氢反应器2内；
第二旋风分离器6的第二气体出口63与夹套连通并为第一螺旋给料机1提供外加热，第二旋风分离器6的第二固体出口62将部分高温催化剂颗粒送入脱氯化氢反应器2；
脱氯化氢反应器2的上方与错流式移动床15连通，所述错流式移动床15的入口与立管连通，所述错流式移动床15的出口通过蠕动泵16与催化剂积碳气化-燃烧再生流化床的气化室51连通；
脱氯化氢反应器2与催化裂解流化床3连通，所述催化裂解流化床3与第一旋风分离器4的第一进口41连通，第一旋风分离器4的第一固体出口42与催化剂积碳气化-燃烧再生流化床的气化室51连通，所述第一旋风分离器4的第一气体出口43与精馏塔9连通，精馏塔9的液体出口与燃料油罐10连通，所述精馏塔9的气体出口与裂解气罐11连通，所述裂解气罐11通过引风机12与催化裂解流化床3和催化剂积碳气化-燃烧再生流化床的气化室51连通；
所述催化剂积碳气化-燃烧再生流化床的燃烧室52与鼓风机8连通，所述催化剂积碳气化-燃烧再生流化床5与第二旋风分离器6的第二进口61连通；
第二螺旋给料机18与固氯流化床13连通，固氯流化床13的流化介质为循环惰性气体，所述固氯流化床13与第三旋风分离器14的第三进口141连通，所述第三旋风分离器14的第三气体出口143通过再循环风机17与固氯流化床13连通，所述固氯流化床13和第三旋风分离器14的第三固体出口142通过立管连通。
其中，所述脱氯化氢反应器2内部沿高度方向布置有多层塔板21，塔板21均向下倾斜设置，所述相邻塔板21的倾斜方向相反，塔板21上设置有开孔，塔板21上的开孔沿竖直方向错位设置；所述塔板21向下倾斜45-60°；所述塔板21的开孔率为30%-50%，开孔直径为1-3mm；所述塔板21在脱氯化氢反应器内呈菱形布置。
其中，所述催化剂积碳气化-燃烧再生流化床5具有气化室51和燃烧室52，所述燃烧室52位于所述气化室51上方，所述燃烧室52和气化室51之间通过隔墙53分隔，所述隔墙53上开设有通孔；所述隔墙53的高度为500-1500mm。
其中，所述第二旋风分离器6 与催化裂解流化床3之间设置有排渣阀7。
这样，含氯塑料在螺旋给料机1的推动作用下向前运动，其中螺旋给料机1采用外加热方式，加热源来自于第二旋风分离器6的第二气体出口63的热烟气。含氯塑料受热后呈熔融状态，与第二旋风分离器6的第二固体出口62的一部分高温催化剂颗粒一同经返料腿进入脱氯化氢反应器2内，并发生脱氯化氢反应，为了进一步提高脱氯化氢效率，脱氯化氢反应器2内沿高度方向布置有多级塔板21，所有塔板21均向下倾斜45-60o，相邻塔板21的倾斜方向相反，塔板21的开孔率为30%-50%，开孔直径为1-3mm，上下两块塔板21的开孔位置不重合，呈现菱形布置。产生的氯化氢气体从脱氯化氢反应器2上方排出，进入错流式移动床15内，在立管内与固氯剂颗粒发生固氯反应，产生的水蒸气经蠕动泵16送入气化室51内。脱氯化氢后的塑料熔融物进入催化裂解流化床3内，在另一部分高温催化剂颗粒的加热作用下发生催化裂解反应。产生的油气混合物和积碳催化剂从第一进口41进入第一旋风分离器4内进行气固分离。积碳催化剂颗粒从第一固体出口42排出，进入催化剂积碳气化-燃烧再生流化床5内，而油气混合物则从第一气体出口43排出，进入精馏塔9内进行精馏处理，精馏产生的燃料油储存至燃料油罐10内，而裂解气则储存至裂解气罐11内。其中，将一部分裂解气经引风机12增压后，送入催化裂解流化床3内作为流化介质。另一部分则与固氯反应产生的水蒸气一同送入气化室51内。从第二固体出口42排出的积碳催化剂在气化室51内与水蒸气发生气化反应，将积碳催化剂表面沉积的大部分焦炭除去，并产生副产品氢气和一氧化碳，气化后的催化剂颗粒与可燃气体一同向上流动。由于炉膛横截面积的增大，气化后的催化剂颗粒发生沉降，进入燃烧室52内，与鼓风机8提供的空气发生燃烧反应，将积碳催化剂颗粒表面残余的焦炭完全脱除，实现催化剂的完全再生。其中燃烧室52位于气化室51的上方，两者间有一个高度为500-1500mm的隔墙53，隔墙52上开有通孔，便于燃烧室52内的催化剂颗粒流入气化室51内，实现内循环，延长气化-燃烧时间，提高催化剂再生效率。另一方面，固氯流化床13内可通过第二螺旋给料机18添加新鲜固氯剂颗粒，其流化介质为循环惰性气体（可为氮气或裂解气）。气体携带固氯剂颗粒经第三进口141进入第三旋风分离器14内，其中固氯剂颗粒经第三固体出口142排出，在立管内与含氯塑料裂解产生的氯化氢气体发生固氯反应，而流化介质则经第三气体出口143排出，经再循环风机17增压后，返送回固氯流化床13内作为流化介质。
1.本发明将催化裂解反应与固氯反应分离开，便于精准控制固氯反应和提高固氯效率。
2.将含氯塑料脱氯化氢过程单独分离出来，采用塔板增加脱氯化氢反应时间。
3.将立管作为移动床反应装置进行固氯，强化固氯效率，减少设备复杂程度。
4.采用催化剂积碳气化-燃烧反应，实现积碳催化剂的再生，同时避免直接焚烧带来催化剂内部孔隙晶体结构的改变，延长了催化剂的使用寿命。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油工艺，其特征在于，包括以下步骤：
第一螺旋给料机将含氯塑料连续送入脱氯化氢反应器内，第二旋风分离器将高温催化剂颗粒送入脱氯化氢反应器内，并进行脱氯化氢反应，得到氯化氢气体和塑料熔融物，氯化氢气体进入错流式移动床；
第二螺旋给料机将固氯剂颗粒送入固氯流化床，流化介质为循环惰性气体，循环惰性气体带动固氯剂颗粒进入第三旋风分离器进行气固分离，固氯剂颗粒与氯化氢气体在立管内进行固氯反应，产生水蒸气；
脱氯化氢反应器内的中温催化剂颗粒和塑料熔融物，与第二旋风分离器分离出的另一部分高温催化剂颗粒混合，一同进入催化裂解流化床内进行催化裂解反应，得到油气混合物和积碳催化剂颗粒，油气混合物和积碳催化剂颗粒进入第一旋风分离器进行气固分离；
积碳催化剂颗粒进入催化剂积碳气化-燃烧再生流化床内，油气混合物进入精馏塔进行油气分离产生燃料油和裂解气；
燃料油进入燃料油罐储存；
裂解气进入裂解气罐，一部分裂解气进入催化裂解流化床内作为流化介质，另一部分连同固氯反应产生的水蒸气和积碳催化剂颗粒进入催化剂积碳气化-燃烧再生流化床内进行气化反应，初步除去积碳催化剂颗粒表面的焦炭，并产生氢气和一氧化碳；
气化反应后的积碳催化剂颗粒与鼓入催化剂积碳气化-燃烧再生流化床内的空气进行燃烧反应，将积碳催化剂颗粒表面的焦炭完全脱除，使得积碳催化剂颗粒再生，催化剂积碳气化-燃烧再生流化床的热烟气进入第二旋风分离器并为第一螺旋给料机进行外加热。
2.一种基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油装置，应用于权利要求1所述的工艺，其特征在于，包括：
第一螺旋给料机，第一螺旋给料机的外壁上具有夹套，第一螺旋给料机用于将含氯塑料送入脱氯化氢反应器内；
第二旋风分离器的第二气体出口与夹套连通并为第一螺旋给料机提供外加热，第二旋风分离器的第二固体出口将部分高温催化剂颗粒送入脱氯化氢反应器；
脱氯化氢反应器的上方与错流式移动床连通，所述错流式移动床的入口与立管连通，所述错流式移动床的出口通过蠕动泵与催化剂积碳气化-燃烧再生流化床的气化室连通；
脱氯化氢反应器与催化裂解流化床连通，所述催化裂解流化床与第一旋风分离器的第一进口连通，第一旋风分离器的第一固体出口与催化剂积碳气化-燃烧再生流化床的气化室连通，所述第一旋风分离器的第一气体出口与精馏塔连通，精馏塔的液体出口与燃料油罐连通，所述精馏塔的气体出口与裂解气罐连通，所述裂解气罐通过引风机与催化裂解流化床和催化剂积碳气化-燃烧再生流化床的气化室连通；
所述催化剂积碳气化-燃烧再生流化床的燃烧室与鼓风机连通，所述催化剂积碳气化-燃烧再生流化床与第二旋风分离器的第二进口连通；
第二螺旋给料机与固氯流化床连通，固氯流化床的流化介质为循环惰性气体，所述固氯流化床与第三旋风分离器的第三进口连通，所述第三旋风分离器的第三气体出口通过再循环风机与固氯流化床连通，所述固氯流化床和第三旋风分离器的第三固体出口通过立管连通。
3.根据权利要求2所述的一种基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油装置，其特征在于，所述脱氯化氢反应器内部沿高度方向布置有多层塔板，塔板均向下倾斜设置，相邻塔板的倾斜方向相反，塔板上设置有开孔，塔板上的开孔沿竖直方向错位设置。
4.根据权利要求3所述的一种基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油装置，其特征在于，所述塔板向下倾斜45-60°。
5.根据权利要求3所述的一种基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油装置，其特征在于，所述塔板的开孔率为30%-50%，开孔直径为1-3mm。
6.根据权利要求3所述的一种基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油装置，其特征在于，所述塔板在脱氯化氢反应器内呈菱形布置。
7.根据权利要求2所述的一种基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油装置，其特征在于，所述催化剂积碳气化-燃烧再生流化床具有气化室和燃烧室，所述燃烧室位于所述气化室上方，所述燃烧室和气化室之间通过隔墙分隔，所述隔墙上开设有通孔。
8.根据权利要求7所述的一种基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油装置，其特征在于，所述隔墙的高度为500-1500mm。
9.根据权利要求2所述的一种基于多相气固流态化反应的含氯塑料热解制油装置，其特征在于，所述第二旋风分离器与催化裂解流化床之间设置有排渣阀。
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