CN113388416A - 一种废塑料制有机化工原料的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种废塑料制有机化工原料的方法及装置。该方法主要包括一个反应器和一个再生器，所述的反应器是多段逆流变径反应器，由催化反应段、热解段、过渡段和汽提段同轴依次连通组成，其中催化反应段和热解段变径，由下向上逐渐扩大。废塑料经热解段反应后的中间产物进入催化反应段与所述再生器来的高温、高活性催化剂逆流接触进行深度裂解反应，得到小分子量的有机化工原料为主的目的气体产物，经旋风分离器后进入分馏系统进一步分离；反应后的催化剂经过渡段和汽提段后经气体输送进入再生器进行烧焦再生，产生的热量供应整个系统的耗能。本发明具有以下优点：有机化工原料收率较高，经济效益较高；工艺集约度高，设备投资低，能耗低。
Description
技术领域
本发明属于固废处理技术领域，涉及一种废塑料制有机化工原料的方法及装置。
背景技术
塑料和塑料制品作为一种新兴的材料，因其化学性稳定，耐冲击性好，绝缘性好，导热性低，加工成本低等优点，而得到了广泛的使用，随之而来的是大量塑料垃圾的产生，不仅严重污染了环境，而且造成了资源的浪费。
如何处置废塑料是困扰全世界的难题，塑料的重复回收利用率普遍较低，形成了巨大的资源浪费。目前除了掩埋、焚烧等这些严重污染环境的方法外，废塑料化学回收技术是废塑料资源化利用的重要技术。
CN 102786980 A公开了一种废塑料炼油生产方法及其生产线，所述方法包含废塑料预处理、裂解反应、催化反应、冷凝和过滤脱水五个步骤，经过五步的处理使废塑料油化，油气产出率高，出渣率低，经济效益好，且生产线运行相对安全，自动化程度高，工作效率相对较高。
CN 108456328 A公开了一种废塑料的处理方法，该方法是将废塑料、反应溶剂和改性的催化剂加入到催化裂解反应器中混合均匀，通入氢气，在氢气气氛下使废塑料在搅拌的条件下进行催化裂解反应。该方法降低了废塑料催化裂解的温度，节约能耗，且提高了废塑料的裂解程度，提高了转利率。
CN 101260309 A公开了一种两级串联先热裂化后催化裂化反应装置。首先将20cm以下的废塑料和催化剂(蒙脱土等)混合进入一级带刮刀的管式反应器中，废塑料在刮刀的带动下沿反应器壁向上移动热解，热解温度控制在390℃以下，产物干气在反应器外燃烧提供热解能量。生成的粗油气经过加热送入二级改质流化反应器(提升管反应器)，继续在390℃下进行裂解，裂解后产物经过分馏得到不同成份的油品，废塑料转化率在82.5％左右。
在上述的发明工艺中，通过不同的工艺方法和/或装置设计来实现回收利用废塑料的目的，在废塑料的价值获取、环保和连续生产上都有自己独特的特点，但大多出油率不理想，油品质量即产品的附加值相对较低，且部分工艺繁琐，设备投资巨大，能耗高。
发明内容
针对现有技术中的可提高之处，本发明提供了一种用于废塑料制有机化工原料的方法及装置。该方法有机化工原料收率较高，经济附加值高，因而经济效益较高；工艺集约度高，设备投资低，能耗低。
为了实现上述目的，本发明提供一种废塑料制有机化工原料的方法及装置，该装置包括一个反应器和一个再生器，所述的反应器是多段逆流变径反应器，由催化反应段、热解段、过渡段和汽提段同轴依次连通组成，其中催化反应段和热解段变径，由下向上逐渐扩大。废塑料经热解段反应后的中间产物进入催化反应段与所述再生器来的高温、高活性催化剂逆流接触进行深度裂解反应，得到小分子量的有机化工原料为主的目的气体产物，经旋风分离器后进入分馏系统进一步分离；反应后的催化剂经过渡段和汽提段后经气体输送进入再生器进行烧焦再生，产生的热量供应整个系统的耗能。
在本发明中，所述的热解段的管壁与铅垂线的夹角为大于等于0°且小于等于30°；所述催化反应段的管壁与铅垂线的夹角为大于等于0°且小于等于75°；所述过渡段的管壁与铅垂线的夹角为大于20°且小于70°。
在本发明中，所述的热解段反应温度为不大于350℃，催化反应段的反应温度为大于 300℃且小于700℃。
在本发明中，所述的热解段采用固定床反应器，催化反应段采用密相流化床反应器。
在本发明中，所述的催化反应段可以由单个斜管段构成，也可以由多个斜管段或者斜管段与直管段组合构成。
在本发明中，所述的催化反应段中气体线速为小于等于1.5m/s。
在本发明中，所述的催化剂以重量百分比计含有5％～60％的沸石、5％～90％的耐热无机氧化物、5％～50％的粘结剂和0～10％的金属，其中，所述沸石选自X型沸石、Y型沸石和 ZSM-5沸石及其改性沸石中的至少一种；所述粘结剂选自铝溶胶和硅溶胶中的至少一种；所述金属选自铁、锌、镓、钼、钴、铬、锰、钌、铑、银、锡、铱、铂、金、铅和铋中的至少一种。
在本发明中，所述的废塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚四氯乙烯、尼龙、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料中的至少一种。
在本发明中，所述的再生器设有加剂线和卸渣线，来保持系统催化剂藏量。
在本发明提供的方法中，废塑料在热解段进行热裂化反应，得到油气中间产物，进入到催化反应段，与再生器来的高温、高活性催化剂逆流两相接触进行进一步的裂解反应，可得到碳数低的有机化工原料。对于高分子而言，碳数越长越易断链，碳数越短越难裂化。因此本发明中反应原料与催化剂逆流两相接触反应，原料废塑料与来自催化反应段下部的活性最低温度最低的催化剂接触并发生以热裂化为主的反应，废塑料通过裂化反应产生的较小分子的中间产物，在催化反应段与催化剂逆流接触，随着裂化反应的不断进行，碳链最短的中间产物在催化反应段上部与来自再生器的活性最高温度最高的再生催化剂反应，可得到碳数低的有机化工原料。
在本发明中，裂化反应是长链大分子裂解为短链小分子的反应，反应过程中，分子的总摩尔量增加即体积增加，为了适应这一过程，控制不同中间产物的停留时间，以保证油气在与催化剂的接触过程中是一个基本均匀线速度的过程，同时为了更好使催化剂在逆流运动过程中分布更均匀，以达到原料与催化剂逆流的反应条件，本发明设计了变径反应器。变径反应器由单段斜管或多段斜管与直管段组合构成，同时催化剂与油气逆流接触时，油气发生裂化反应体积变大，油气朝着扩径方向在反应器中继续流动，催化剂则与之相反朝着缩径方向流动。
本发明采取以上技术方法，具有以下优点：废塑料回收处理可得到经济附加值高的有机化工原料，经济效益较高；工艺集约度高，设备投资低，能耗低。
本发明对废塑料的化学回收技术进行了突破性改造，集成热裂化与催化裂化一体化，并采用逆流接触反应的形式使其符合可裂化原料的热力学特性，即大分子裂化需低温低活性催化剂、小分子裂化需高温高活性催化剂，这样能显著降低反应能耗。
本发明提供的废塑料制有机化工原料的方法及装置，减缓了废塑料带来的环境压力，而且回收获取价值高，提高了资源的利用率，实现了废旧塑料的资源回收及再利用，这对于资源的回收利用和环境保护具有重要意义。
附图说明
附图是本发明废塑料制有机化工原料的方法及装置的结构示意图。
如图所示：1、反应器；2、再生器；3、催化反应段；4、热解段；5、过渡段；6、汽提段；7、废塑料；8、旋风分离器；9、分馏系统；10、待生斜管；11、催化剂提升管；12、再生斜管；13、主风；14、提升风；15、加剂线；16、卸渣线；17、烟气
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，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。
本发明提供一种废塑料制有机化工原料的方法及装置，下面结合附图进一步说明。
本发明包括一个反应器(1)和一个再生器(2)，所述的反应器(1)是多段逆流变径反应器，由催化反应段(3)、热解段(4)、过渡段(5)和汽提段(6)同轴依次连通组成，其中催化反应段(3)和热解段(4)变径，由下向上逐渐扩大。
废塑料(7)经热解段(4)反应后的中间产物进入催化反应段(3)与所述再生器(2)来的高温、高活性催化剂逆流接触进行深度裂解反应，得到小分子量的有机化工原料为主的目的气体产物，经旋风分离器(8)后进入分馏系统(9)进一步分离。
反应后的催化剂经过渡段(5)和汽提段(6)后经待生斜管(10)进入催化剂提升管(11)在提升风(14)的作用下输送进入再生器(2)，与主风(13)混合接触进行烧焦再生，恢复活性的催化剂通过再生斜管(12)进入反应器(1)重新参与反应；烧焦后的烟气(17) 从再生器(2)上部排出。
再生器(2)设有加剂线(15)和排渣线(16)，定期地加卸剂来保持系统催化剂藏量和反应残渣的排出。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要说明的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容，也不影响本专利的实施及保护。
Claims (9)
1.一种废塑料制有机化工原料的方法及装置，其特征在于：为了高效回收利用废塑料，本发明设计了一个反应器和一个再生器，所述的反应器是多段逆流变径反应器，由催化反应段、热解段、过渡段和汽提段同轴依次连通组成，其中催化反应段和热解段变径，由下向上逐渐扩大；废塑料经热解段反应后的中间产物进入催化反应段与所述再生器来的高温、高活性催化剂逆流接触进行深度裂解反应，得到小分子量的有机化工原料为主的目的气体产物，经旋风分离器后进入分馏系统进一步分离；反应后的催化剂经过渡段和汽提段后经气体输送进入再生器进行烧焦再生。
2.根据权利要求1所述的废塑料制有机化工原料的方法及装置，其特征在于：所述的热解段的管壁与铅垂线的夹角为大于等于0°且小于等于30°；所述催化反应段的管壁与铅垂线的夹角为大于等于0°且小于等于75°；所述过渡段的管壁与铅垂线的夹角为大于20°且小于70°。
3.根据权利要求1所述的废塑料制有机化工原料的方法及装置，其特征在于：所述的热解段反应温度为不大于350℃，催化反应段的反应温度为大于300℃且小于700℃。
4.根据权利要求1所述的废塑料制有机化工原料的方法及装置，其特征在于：所述的热解段采用固定床反应器，催化反应段采用密相流化床反应器。
5.根据权利要求1所述的废塑料制有机化工原料的方法及装置，其特征在于：所述的催化反应段可以由单个斜管段构成，也可以由多个斜管段或者斜管段与直管段组合构成。
6.根据权利要求1所述的废塑料制有机化工原料的方法及装置，其特征在于：所述的催化反应段中气体线速为小于等于1.5m/s。
7.根据权利要求1所述的废塑料制有机化工原料的方法及装置，其特征在于：所述的催化剂以重量百分比计含有5％～60％的沸石、5％～90％的耐热无机氧化物、5％～50％的粘结剂和0～10％的金属，其中，所述沸石选自X型沸石、Y型沸石和ZSM-5沸石及其改性沸石中的至少一种；所述粘结剂选自铝溶胶和硅溶胶中的至少一种；所述金属选自铁、锌、镓、钼、钴、铬、锰、钌、铑、银、锡、铱、铂、金、铅和铋中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的废塑料制有机化工原料的方法及装置，其特征在于：所述的废塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚四氯乙烯、尼龙、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的废塑料制有机化工原料的方法及装置，其特征在于：所述的再生器设有加剂线和卸渣线，来保持系统催化剂藏量。
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