CN112608761A - 一种以铁矿石球团为热载体的废塑料热解制油工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于废塑料回收利用技术领域，提供了一种以铁矿石球团为热载体的废塑料热解制油工艺，废塑料热解制备油品和燃气的系统，包括三个转窑，和配套的分离输送系统。针对现有废塑料处理工艺难以放大和热效率低的不足，本发明提供一种固体热载体内热式的废塑料处理工艺，使用铁矿石球团为热载体加热废塑料，改变现有废塑料热解设备处理量难以放大问题；废塑料热解热源主要来源于铁矿石球团，热载体的铁矿石球团与废塑料直接接触，传热效率高；传统转窑内壁的结焦只能定时清理并废弃，本发明的铁矿石球团表面的结焦在第二转窑中被烧除，可提供热量使铁矿石球团温度提升。

Description

一种以铁矿石球团为热载体的废塑料热解制油工艺

技术领域

本发明属于废塑料回收利用技术领域，涉及一种以铁矿石球团为固体热载体的连续废塑料热解工艺。

背景技术

随着高分子材料与技术的迅速发展，人类在获得前所未有的的便利生活的同时也面临着前所未有的挑战。塑料废弃物的增加对海洋和生态造成了日益严重的威胁。废旧塑料的分类回收利用是世界范围内公认的最好的处理方法，但是一方面，塑料质量会随着回用次数的增加而逐渐劣化；另一方面，随着人们对材料性能的要求不断提高，多种塑料复合或与其他材料复合的比例不断提升，不能完全分类的废旧塑料量也在增加。废旧塑料的焚烧处理可以回收能量，但由于在焚烧过程中会产生二噁英等有害物质，一直饱受争议。热解的方式可以极大程度上做到废弃物减量化，同时还可回收可燃气体和油品，因此热解的方法是废塑料无害化和资源化处理的重要途径之一。

目前，在废塑料热解领域，传统的技术主要有外热式转窑热解方式和固定床热解方式。这两种热解方式一个共同的特征是，热解所需热源有反应器外壁或者转窑外壁提供。这些热解工艺及传热方式带来的问题是：第一，反应所需的热量由外壁传入，随着处理量的增加，反应器需要放大，反应器体积与热交换面积不是按照同样比例增加的，因此在放大过程中比表面积是迅速减小的。传统的塑料热解工艺完全依赖反应器外表面提供热交换面积，放大到一定尺寸后热交换面积受限将直接影响到整个工艺的处理能力。第二，由于使用外表面传热，为了增加传热推动力，外壁温度通常需要高于反应温度50℃或以上。较高的壁温使废塑料更易在壁面发生结焦反应，壁面结焦后对传热效率影响较大，使得设备的处理量大幅减低。由于上述原因，废塑料热解领域中传统设备处理量都小于50吨/天。本发明旨在提供一种以铁矿石球团为固体热载体的内外热结合的工业化技术方案来解决传统工艺设备处理能力不足的问题。

发明内容

针对现技术的不足，本发明提供一种以廉价的铁矿石球团为热载体的废塑料热解制油工艺。以解决现有装置与工艺难以放大的、热效率低的问题。

本发明的技术方案：

一种以铁矿石球团为热载体的废塑料热解制油工艺，废塑料热解制备油品和燃气的系统，包括三个转窑，和配套的分离输送系统；所述的第一转窑1为废塑料热解器，所述的第二转窑2为球团烧炭器，所述的第三转窑3为燃气式球团升温转窑；

废塑料与铁矿石球团混合后在第一转窑1中发生热解反应，热解后气相进入油气分离器5，降温分离热解气与热解油；固相进入固体分离器4中，将铁矿石球团与其他部分分开，其他部分包括热解焦和不能热解的残渣；分离后的铁矿石球团由斗提6提升至第二转窑2，在此补入空气，烧去附着在铁矿石球团上的碳，同时提升铁矿石球团温度；烧炭后的铁矿石球团进入第三转窑3，第三转窑3中第一转窑1产生的热解气在此与空气燃烧，继续为铁矿石球团升温，使其达到热载体所需温度；到达热载体所需温度的铁矿石球团进入热载体贮槽，经盘阀7控制定量加入第一转窑1中，在此为废塑料提供热解所需热量。

所述的第一转窑1为废塑料热解器，壳体上设有废塑料进料口、铁矿石球团(热载体)进料口、气体混合物出料口和固体出料口；外壁设有电加热装置；通过控制盘阀7控制热载体球团进入第一转窑1的量，进而控制反应温度。废塑料在第一转窑1内热解过程在其内部结焦，甚至出现回转窑结圈，铁矿石球团在第一转窑1中的转动和下落可以有效清除结焦，避免结圈，以保证内窑壁清洁，避免内部结焦造成的传热阻力增加。

所述第二转窑2设有铁矿石球团入口和空气入口，铁矿石球团上附着的热解焦被烧除，提供热量使铁矿石球团温度提升至600℃-800℃。

所述第三转窑3为铁矿石球团二次升温窑，设有燃气入口、空气入口、球团入口和球团出口；所述的燃气入口与油气分离器5中初分塔塔顶相连，空气入口与风机8相连，球团入口与第二转窑2的球团出口相连，利用位差，由盘阀7控制进入第三转窑3；所述的球团出口与第一转窑1球团入口相连，利用位差由盘阀7控制进入第一转窑1球团量；球团在第三转窑3中升温至800-1000℃

所述第一转窑1、第二转窑2和第三转窑3设备富余量不小于10％，空气风机8风量富余量大于20％，压力富余量大于30％。

所述的第一转窑1、第二转窑2和第三转窑3均设有旋风除尘设备。

所述转窑的长径比为5.0-8.0，倾斜度为2％-7％，物料在第一转窑1和第二转窑2内停留时间在30min-60min，在第三转窑3内停留时间为10min-30min。转窑填充率在5％-10％(含球团)。

第三转窑3烧嘴供热能力余量为20％，烧嘴配有安全措施，一次风风量和压力可调。空气过剩系数α取值范围1.03-1.15。

所述固体分离器4内设有振动筛网，利用铁矿石球团与热解焦和残渣尺寸差异进行分离，筛上为铁矿石球团，直接进入斗提6；筛下热解焦和残渣进入残渣收集系统。

所述油气分离器5包括急冷、初分塔、分馏塔及其附属设备，热解气由初分塔塔顶采出，不同馏分油由分馏塔不同位置采出。

所述的斗提6为高温斗提，运转温度500℃，下部与固体分离器4相连，上部与第二转窑2相连。

所述的铁矿石球团为直接还原用烧结球团，质量符合GB/T 50491-2018中所述要求。

所述系统中所有工艺设备均配有调节、检测、控制和保护实施及自控仪表，满足连续化生产需要。

本发明的有益效果：针对现有废塑料处理工艺难以放大何热效率低的不足，本发明提供一种固体热载体内热式的废塑料处理工艺，使用铁矿石球团为热载体加热废塑料，此系统优势一：改变现有废塑料热解设备处理量难以放大问题，通过使用铁矿石球团为热载体内热式为主的传热方式，改变现有工艺完全依赖转窑外壁的传热方式，其作为废塑料热解的主要热量来源，通过加大铁矿石球团的循环量和改变铁矿石球团的加热温度，可以在较大范围内调整设备处理量，从根本上解决了设备处理量受限于壁面面积的问题。此系统优势二：废塑料热解热源主要来源于铁矿石球团，热载体的铁矿石球团与废塑料直接接触，传热效率高；同时转窑壁面与废塑料热解反应温度温差可以缩小至20-30℃，铁矿石球团的进入温度为800-1000℃，这一改变会使结焦位置由转窑内壁变为主要发生在铁矿石球团表面，内壁结焦的减少同样有利于提高壁面的传热效率；现有技术转窑内壁的结焦只能定时清理，作为废弃物处置，本发明提供的系统中铁矿石球团表面的结焦在第二转窑中被烧除，可提供热量使铁矿石球团温度提升。

附图说明

图1是废塑料热解制备油品和燃气的系统示意图。

图中：1第一转窑；2第二转窑；3第三转窑；4固体分离器；5油气分离器；6斗提；7盘阀；8风机。

具体实施方式

以下结合附图给出实施例，对本发明的具体实施方法进行描述说明，以下描述的具体实施方式和实施例是为举例，而不是本发明的限制。

实施例1

如图所示，本发明是以铁矿石球团为固体热载体的废塑料连续热解工艺。包括计量进料系统、废塑料热解反应器(转窑1)、热载体残渣分离器、油气系里系统、斗式提升机、热载体加热器1(转窑2)、热载体加热器2(转窑3)和空气风机。

废塑料原料由计量进料系统压块、推送进入热解反应器(转窑1)中，加热至850℃的铁矿石球团(8mm-16mm)由盘阀控制计量进入转窑1中，废塑料在转窑中受到转窑外壁和球团两方面的加热，迅速升温至热解反应所需500℃，在此过程中热解得到的油气进入油气分离系统；热解残渣与降温至500℃的铁矿石球团一起进入分离器分离。

上述过程中产物如表1所示。

图1所示的分离器由振动筛和密封箱体组成，有振动筛将球团与结焦分开，筛上为球团，筛下为焦粉和残渣。筛上球团直接进入高温斗提提升至转窑2；筛下焦粉和残渣进入残渣收集系统。

气体产物进入油气分离系统，所述油气分离为一套典型油气分离系统，包括急冷、初分塔、分馏塔及其附属设备。热解气由初分塔塔顶采出，不同馏分油由分馏塔不同位置采出。产品组成如表1所示。自产热解气用于转窑3，不足部分有园区管外天然气补足。本实施例中自产热解气可提供转窑3所需热量80％。

提升至转窑2中的球团，与空气在转窑2中发生烧炭反应，烧除附着在球团表面和空隙中的碳，烧炭产生的热量使球团温度升至690℃。

结束烧炭的球团利用位差，由盘阀控制进入转窑3；在此转窑中设有燃气烧嘴，自产燃气和外补天然气与空气燃烧，加热球团至850℃；控制空气过剩系数α＝1.05-1.08。结束加热的球团，利用位差由盘阀控制进入转窑1。

表1 废塑料热解产物组成

Claims (8)

1.一种以铁矿石球团为热载体的废塑料热解制油工艺，废塑料热解制备油品和燃气的系统，包括三个转窑，和配套的分离输送系统；所述的第一转窑(1)为废塑料热解器，所述的第二转窑(2)为球团烧炭器，所述的第三转窑(3)为燃气式球团升温转窑；其特征在于，

废塑料与铁矿石球团混合后在第一转窑(1)中发生热解反应，热解后气相进入油气分离器(5)，降温分离热解气与热解油；固相进入固体分离器(4)中，将铁矿石球团与其他部分分开，其他部分包括热解焦和不能热解的残渣；分离后的铁矿石球团由斗提(6)提升至第二转窑(2)，在此补入空气，烧去附着在铁矿石球团上的碳，同时提升铁矿石球团温度；烧炭后的铁矿石球团进入第三转窑(3)，第三转窑(3)中第一转窑(1)产生的热解气在此与空气燃烧，继续为铁矿石球团升温，使其达到热载体所需温度；到达热载体所需温度的铁矿石球团进入热载体贮槽，经盘阀(7)控制定量加入第一转窑(1)中，在此为废塑料提供热解所需热量。

2.根据权利要求1所述的以铁矿石球团为热载体的废塑料热解制油工艺，其特征在于，

所述的第一转窑(1)为废塑料热解器，壳体上设有废塑料进料口、铁矿石球团进料口、气体混合物出料口和固体出料口；外壁设有电加热装置；通过控制盘阀(7)控制热载体球团进入第一转窑(1)的量，进而控制反应温度；

所述第二转窑(2)设有铁矿石球团入口和空气入口，铁矿石球团上附着的热解焦被烧除，提供热量使铁矿石球团温度提升至600℃-800℃；

所述第三转窑(3)为铁矿石球团二次升温窑，设有燃气入口、空气入口、球团入口和球团出口；燃气入口与油气分离器(5)中初分塔塔顶相连，空气入口与风机(8)相连，球团入口与第二转窑(2)的球团出口相连，利用位差，由盘阀(7)控制进入第三转窑(3)；球团出口与第一转窑(1)球团入口相连，利用位差由盘阀(7)控制进入第一转窑(1)球团量；铁矿石球团在第三转窑(3)中升温至800-1000℃；

所述转窑的长径比为5.0-8.0，倾斜度为2％-7％，物料在第一转窑(1)和第二转窑(2)内停留时间在30min-60min，在第三转窑(3)内停留时间为10min-30min；转窑填充率在5％-10％。

3.根据权利要求1或2所述的以铁矿石球团为热载体的废塑料热解制油工艺，其特征在于，所述固体分离器(4)内设有振动筛网，利用铁矿石球团与热解焦和残渣尺寸差异进行分离，筛上为铁矿石球团，直接进入斗提(6)；筛下热解焦和残渣进入残渣收集系统。

4.根据权利要求1或2所述的以铁矿石球团为热载体的废塑料热解制油工艺，其特征在于，所述油气分离器(5)包括急冷、初分塔、分馏塔及其附属设备，热解气由初分塔塔顶采出，不同馏分油由分馏塔不同位置采出。

5.根据权利要求3所述的以铁矿石球团为热载体的废塑料热解制油工艺，其特征在于，所述油气分离器(5)包括急冷、初分塔、分馏塔及其附属设备，热解气由初分塔塔顶采出，不同馏分油由分馏塔不同位置采出。

6.根据权利要求1、2或5所述的以铁矿石球团为热载体的废塑料热解制油工艺，其特征在于，所述的斗提(6)为高温斗提，运转温度500℃，下部与固体分离器(4)相连，上部与第二转窑(2)相连。

7.根据权利要求3所述的以铁矿石球团为热载体的废塑料热解制油工艺，其特征在于，所述的斗提(6)为高温斗提，运转温度500℃，下部与固体分离器(4)相连，上部与第二转窑(2)相连。

8.根据权利要求4所述的以铁矿石球团为热载体的废塑料热解制油工艺，其特征在于，所述的斗提(6)为高温斗提，运转温度500℃，下部与固体分离器(4)相连，上部与第二转窑(2)相连。

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