CN114127234A - 废弃物的热解油生产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种为了回收利用废弃物而将生物质、废合成树脂等废弃物进行热解以获取油的装置及工艺。本发明包括：一次热解装置(200)；二次热解装置(400)，其热解温度比所述一次热解装置(200)更高；上端移送装置(300)，其安装在一次热解装置(200)与所述二次热解装置(400)之间；蜡分离器(310、320、330)，其安装在上端移送装置(300)的上部，从碳原子数不同的热解气体分离高沸点蜡成分；及油分离装置(600)，其与蜡分离器(310、320、330)连接，将热解气体冷凝以分离油，其中，上端移送装置(300)以热解气体在上部流动的方式，将所述热解气体向蜡分离器(310、320、330)移送，并且，在下部设有可正反旋转的螺杆，而将固形残渣物向所述一次热解装置(200)或所述二次热解装置(400)移送，蜡分离器使得被分离的高沸点蜡成分通过下端向上端移送装置(300)落下。
Description
技术领域
本发明涉及一种为了回收利用废弃物而将生物质、废合成树脂等废弃物进行热解以获取油的装置及工艺。
背景技术
随着工业的发展，以塑料或合成橡胶为原料的商品的生产量正在急剧地增加，但，对于废塑料或废橡胶等废合成树脂的回收利用率，与总生产量相比，微乎甚微。发生此类现象的主要原因是废合成树脂的回收利用需要较高的经费。废合成树脂的回收利用需要较高的费用有各种原因，但，主要原因是废合成树脂包含各种物质。即，如果废合成树脂为高纯度时可进行回收利用，但，如果是低纯度，回收利用时消耗较高的费用。因此，从经济方面不佳，即使回收利用也是再使用后因低质量而在回收利用时存在局限性。
作为降低所需经费并回收利用废合成树脂的的技术，有将废合成树脂进行热解的方法。废合成树脂热解回收利用方法是向废合成树脂供应高温，将废合成树脂熔融及分解，提炼可从分解物获得的各种油分，从而获取油的方法。但，以往的热解方法无法迅速地进行热解，并且，在热解工艺之前需要将废合成树脂分离及破碎的工艺，因此，收益性较低。
并且，韩国授权专利第0748624号是关于利用回转炉型热解装置的废塑料的热解系统及方法。其使用并联的多个回转炉型热解装置将废合成树脂进行一次热解，并使用CSTR型热解装置将一次分解物再次进行热解，并且，使用柱馏器从二次分解物确保生成油(油)后，提炼该生成油以确保高纯度的油。该方法虽然在降低废合成树脂的回收利用所需的费用并提高处理速度的方面有效，但，依然需要较高的费用，因此，收益性较低。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种热解油生产系统，能够最小化基于热解方法的废弃物的回收利用费用，并且，能够根据热解油的生产工艺条件及其用处条件，从废弃物获得已去除引发装置堵塞的高沸点蜡的高级油。
技术方案
本发明的目的可通过废弃物的热解油生产系统实现，该热解油生产系统包括：一次热解装置200；二次热解装置400，其热解温度比所述一次热解装置200更高；上端移送装置300，其安装在所述一次热解装置200与所述二次热解装置400之间；蜡分离器310、320、330，其安装在所述上端移送装置300的上部，从碳原子数不同的热解气体分离高沸点蜡成分；及油分离装置600，其与所述蜡分离器310、320、330连接，将所述热解气体冷凝以分离油，其中，所述上端移送装置300以所述热解气体在上部流动的方式，将所述热解气体向所述蜡分离器310、320、330移送，并且，在下部设有可正反旋转的螺杆，而将固形残渣物向所述一次热解装置200或所述二次热解装置400移送，所述蜡分离器使得被分离的高沸点蜡成分通过下端向所述上端移送装置300落下。
并且，所述一次热解装置200和所述二次热解装置400通过上端移送装置300串联，多个所述一次热解装置200并联或/连接，多个所述二次热解装置400并联。
并且，所述上端移送装置300的螺杆可正反旋转，能够将所述一次热解装置200的热解气体或固形残渣物、所述二次热解装置400的热解气体或固形残渣物、所述蜡分离器的被分离的高沸点蜡向一次热解反应装置或二次热解反应装置移送。
并且，在所述一次热解装置200的前端还设有投入装置100，所述投入装置100包括：第一移送装置120，其形成有废弃物的投入口110；第二移送装置210，其与所述第一移送装置120串联；及第一阻断阀130，其安装在所述第一移送装置120与所述第二移送装置210之间。
并且，在所述上端移送装置300与所述二次热解装置400之间还设有第二阻断阀350。
并且，所述一次热解装置200是回转炉型热解反应器。
并且，所述二次热解装置400被加热后发生热解反应，在内部设有用于移送残渣物的第三移送装置410。
并且，在所述二次热解装置400的后端还设有第三阻断阀410。
并且，所述油分离装置600包括：第一油罐610，其与所述蜡分离器连接；第二油罐630，其与所述第一油罐610串联；及换热器680，其用于冷凝所述第一油罐610和所述第二油罐630。
并且，还包括：第一回流管430，其一端与所述二次热解装置400连接，另一端与所述第一油罐610连接，以使所述热解气体流动；及第二回流管440，其一端与所述二次热解装置400连接，另一端与所述第二油罐630连接，以使所述热解气体流动。
并且，在所述蜡分离器310、320、330中，所述上端移送装置300的所述热解气体从所述蜡分离器310、320、330的侧面和下部流入，被分离的高沸点蜡通过其下部向所述上端移送装置300落下，被分离的所述热解气体通过其上部向所述油分离装置600移送。
由此，本发明能够分离在热解气体中包含的高沸点蜡，并将高沸点蜡再次向热解反应装置再循环，并且，根据操纵状况以各种组合以连续式或半连续式操纵热解装置(non-continuous operation)。
废弃物的示例为废塑料、废橡胶等废合成树脂、生物质等。尤其是，在废合成树脂及生物质中包含的微量的泥土、铝涂布物等含有无机物的低级废弃物。
[投入装置100]
投入装置100可设置在一次热解装置200的前端(upstream)，例如，为形成有废弃物的投入口110的两级螺杆形移送装置。此时，成型及非成型形态的原料从投入口向两级螺杆形移送装置移送。两级螺杆形移送装置是第一移送装置120和第二移送装置210串联，并且，在中间设有第一阻断阀130。第一阻断阀130能够一次性地阻断空气，并且，为了阻断氧气/空气流入，形成为能够吹扫氮气的结构。
并且，将废弃物向一次热解装置200供应之前，可通过减容器减少废弃物的体积。
[一次热解装置200及二次热解装置400]
本发明中热解反应装置是热解反应装置的热解温度关系为T1<T2的一次热解装置200的温度T1和二次热解装置400的温度T2通过上端移送装置300串联。
一次热解装置200是供应热量而将生物质、废合成树脂等的废弃物及未反应残渣物进行热解以使其熔融及分解的装置。因此，一次热解装置200可与第二移送装置210的后端(downstream)连接。
一次热解装置200将废弃物在高温T1下进行热解，而形成高温T1的热解气体和固形残渣物。并且，优选地，为了将源自一次热解装置200的未反应状态的残渣物进行热解，二次热解装置400在比一次热解装置200的热解温度T1更高的温度(T2>T1)下进行热解反应。
并且，从一次热解装置200及/或二次热解装置400再次热解的固形残渣物中可包含经蜡分离器310、320、330从热解气体分离的高沸点蜡。可通过蜡分离器310、320、330供应固形残渣物和高沸点蜡。
因此，一次热解装置100的热解温度T1为350～550℃，优选地为400℃。二次热解装置400的热解温度T2为400～650℃，优选地为500～600℃，更优选地为550℃。当投入原料为废塑料时，将T1和T2设定为可在370～500℃范围内满足T1<T2条件。
并且，二次热解装置400是残渣物通过后端的下端移送装置500向废弃罐520排出的结构。在二次热解装置400的后端(downstream)设有第三阻断阀420，在下端移送装置500设有第四移送装置510。并且，为了将残渣物冷却及包装，还可设有冷却移送装置及捕集装置。
作为一次热解装置200，可使用回转炉型热解反应器。
回转炉型一次热解装置200是通过火炉旋转向整体提供热量，通过高温将内部废弃物熔融并分解成热解气体和被碳化的残留物。回转炉型一次热解装置200为了高效率地热解，可将废弃物投入之后进行热解，并且，充分进行热解之后排出。并且，无氧气条件的高热下进行分解，因此，能够抑制在焚烧过程中生成的二恶英。
回转炉型一次热解装置200在进行热解期间中断废弃物的流入，因此，可将回转炉型一次热解装置200并联多个而实现作业的连续性。例如，在多个一次热解装置200中交替地执行废塑料的流入和热解过程。
使用回转炉型反应器的废弃物的热解方法可连续性地执行，也可半连续性地执行。只是以连续地执行的热解在热解过程中装置发生故障时存在中断整体工艺的问题，并且，只是以半连续地执行的热解存在残渣物的发生过多，处理量也减少，作业强度较高的问题。
并且，二次热解装置400是只进行加热而在高温(T2>T1)下发生热解反应的装置。例如，可使用连续搅拌反应釜(CSTR)型热解反应器。CSTR型热解反应器比较容易调节温度。
未反应状态的残渣物被投入至内部设有第三移送装置410的二次热解装置400而在高于T1的温度T2下进行热解反应，二次热解装置400可为越向下游温度越低的加热结构。
从二次热解装置400生成的热解气体如同从一次热解装置200生成的热解气体一样通过上端移送装置300向蜡分离器310、320、330移送。并且，二次热解装置400与油分离装置600连接。
为了迅速地处理废弃物，可将多个一次热解装置200及/或多个二次热解装置400分别并联，并持续地进行热解。
并且，将回转炉型热解反应器和CSTR型热解反应器都使用时，能够迅速地将废弃物进行热解而极大化废弃物的热解效果。
例如，一个回转炉型热解反应器将废弃物进行热解后向CSTR型热解反应器或其他工序供应固形残渣物的瞬间，可发生热解中断或降低热解效率。因此，一个回转炉型热解反应器除了热解之外执行其他作业而使得废弃物的热解终止或降低热解效率的条件下，另一个回转炉型热解反应器可正常地运行而能够在最佳的条件下进行废弃物的热解。上述的结构可获得与具备多个回转炉型热解反应器以及与各个回转炉型热解反应器对应的多个CSTR型热解反应器同等水平的效果，还能够最小化安装面积和安装费用。
一次热解装置200和二次热解装置400的热源可使用自身生产的热解气体和热解油，因此，可节省废弃物的回收利用费用。热解气体为较高的高温，能够起到提高火力的作用。例如，可适用于向回转炉型热解反应器供应而提高加热温度。从而，发生的气体并非向大气中排放，而是再使用于废弃物的回收利用。并且，还能够获得将向一次热解装置200和二次热解装置400的热源供应的热解气体中存在的一部分污染物质燃烧去除的效果。
[上端移送装置300]
需要与热解反应装置单独地形成有处理装置，该处理装置用于分离从热解反应装置发生的各种沸点的油分。为了低沸点及高沸点油分的分离及提炼，从热解发生的油分中提炼低沸点油分，而将高沸点油分再次向反应器供应并使其发生反应或作为残渣物废弃。
为此，根据本发明具备形成有安装于一次热解装置200与二次热解装置400之间的螺杆的上端移送装置30。上端移送装置30形成为分成上部和下部的结构，在下部安装螺杆移送固形残渣物，在上部安装第一、第二、第三蜡分离器310、320、330移送热解气体。
此时，上端移送装置300的移动型螺杆可正方向或反方向运行，并且，根据操作状况可随时向正、反方向操作。因此，上端移送装置300不仅移送来自一次热解装置200的热解气体及/或固形残渣物，并且，能够移送来自二次热解装置400的热解气体及/或固形残渣物。例如，投入的原料的塑料中如果是容易分解的塑料时，无需再热解，因此，将移动型螺杆向正方向运行。相反地，投入的原料中如果难分解的塑料较多，将其向反方向运行，而进行再热解或由正方向和反方向交替地运行。
此时，如图1所示，上端移送装置300的后端与二次热解装置400的上部连接，使得二次热解装置400的热解气体向上端移送装置300流入，并向蜡分离器310、320、330移送，二次热解装置400的固形残渣物通过下端移送装置500废弃。
并且，如图1所示，向上端移送装置300的上部流动的热解气体被设计为通过蜡分离器310、320、330的侧面向气体流入管650流动，从蜡分离器310、320、330分离的高沸点蜡成分被设计为通过下端再次向上部移送装置300的螺杆落下。
通过安装在上端移送装置300的下部的螺杆，将从固形残渣物及/或蜡分离器310、320、330分离的高沸点蜡成分选择性地向一次热解装置200或二次热解装置400移送。
从而，本发明将在热解气体中含有的高沸点蜡进行分离，并将高沸点蜡再次向热解反应装置再循环，并且，将热解装置构建为可连续或半连续式操作。
[蜡分离器310、320、330]
本发明中蜡(wax)是在反应、移送及/或存储条件下不溶于水且以固体状态存在的碳类化合物的总称。因此，从废弃物生产热解油时，根据热解油的生产工艺条件及其用处条件，进行分离去除的高沸点蜡的沸点基准可不同。
从热解反应装置生成的热解气体由碳原子数不同的物质构成，其中作为高沸点物质的蜡因堵塞装置等原因而运用率较低，因此，需要将其分离后再次通过热解反应装置进行热解的工艺结构。
第一蜡分离器310的侧面和下部与上端移送装置300的上部连接，第一蜡分离器310的上部与第二蜡分离器320的侧面连接。第二蜡分离器320的下部与上端移送装置300的上部连接，第二蜡分离器320的上部与第三蜡分离器330的侧面连接。第三蜡分离器330的下部与第二蜡分离器320的下部侧面连接，第三蜡分离器330的上部通过气体流入管650与第一气罐610连接。第一、第二、第三蜡分离器310、320、330以类似于气旋的方式分离热解气体和蜡。即，向第一、第二、第三蜡分离器310、320、330的侧面投入的热解气体具有停顿时间，而被分离为低沸点热解气体和高沸点蜡。低沸点热解气体向第一气罐610供应，高沸点蜡再次向上端移送装置300落下。可选择性地，被分离的高沸点蜡可利用单独的浆料泵(未图示)向投入装置100投入。
可选择性地，为了充分地去除热解气体中的蜡，如图1所示，安装多个蜡分离器310、320、330。
[油分离装置600]
本发明中，经第三蜡分离器330去除高沸点蜡成分的热解气体通过气体流入管650向油分离装置600提供。油分离装置600可通过热解气体的冷凝确保低沸点生成油的油。
来源于经蜡分离器去除高沸点蜡成分的热解气体中的热解油也是碳原子数分布广泛。并且，通过第一、第二回流管430、440从二次热解装置400向油分离装置600移送的热解气体也是碳原子数分布广泛。因此，油分离装置600由串联的第一油罐610和第二油罐630及用于冷凝的换热器680构成。
第一油罐610捕集热解气体中稍微更高沸点物质，捕集中油及煤油等油。第二油罐630捕集稍微更低分子数的汽油范围程度的油。为此，换热器680使得第一油罐610在相对较高温度下冷凝，使得第二油罐630在相对较低温度下冷凝。油的冷凝过程中，在下部捕集少量的蜡。可选择性地，如上述地捕集的蜡可通过单独的泵(未图示)向投入装置100投入。
[最终热解气体]
从油分离装置600中的第二油罐630的上端通过气体排出管670排出的最终热解气体可以用作第一、第二热解装置200、400的热源。从气体排出管670排出的最终热解气体中包含少量的异物，因此，使其通过气体过滤用连续过滤器而去除异物。
[第一、第二热解装置的热源]
第一、第二热解装置200、400的热源是以油燃烧器及气体燃烧器两者的并列结构形成，因此，在运行中发生不良时，可直接更换。并且，在热解反应开始之前为了加热，热源可使用自身生产的油(柴油或汽油)，发生反应生成热解气体时，最终转换为热解气体的结构。
[残渣物的处理]
通过二次热解装置400处理的未反应废弃物大部分只剩下无机物，而被冷却、移送。然后，最终在废弃罐520临时保管。
发明效果
本发明使得通过热解方法的废弃物的回收利用经费最小化，并且，根据热解油的生产供应条件及其用处条件，能够从废弃物中获得已去除引发装置堵塞的高沸点蜡的高级油。并且，根据本发明，用于从废弃物生产热解油的热解油生产系统不仅以用于大规模处理的连续方式操作，而且，在操作障碍时以半连续式操作。并且，本发明的热解油生产系统可将投入装置和回转炉型热解装置、蜡分离器、残渣物热解、冷却装置以并列方式附加安装1个或2个以上，从而将处理量极大化。
附图说明
图1为用于说明根据本发明的一实施例的废弃物的热解油生产系统的概略图。
具体实施方式
以下，参照附图更详细地说明本发明的技术思想。但，参照的附图只是为了更详细地说明本发明的技术思想而图示的一例，本发明的技术思想并非限定于附图的形态。
下面参照图1表示的热解油生产系统，说明根据本发明的一具体例由废弃物生产热解油的方法。
根据本发明的一具体例的废弃物的热解油生产系统的工艺构成包括：投入装置、回转炉型热解反应装置、蜡分离器、油分离装置、残渣物冷却/移送/处理装置。
详细地，图1表示的热解油生产系统包括：投入装置；在400℃下运行的一次热解装置200；在500～600℃下运行的二次热解装置400；安装在一次热解装置200与二次热解装置400之间的上端移送装置300；从热解气体分离高沸点蜡成分的蜡分离器310、320、330；油分离装置600；及用于残渣物的下端移送装置500和废弃罐520。
由此，油的收益率为55％～75％，热解气体的收益率为5～20％，碳水化物为5～15％(以废塑料为基准)。
Claims (11)
1.一种废弃物的热解油生产系统，其特征在于，包括：
一次热解装置(200)；
二次热解装置(400)，其热解温度比所述一次热解装置(200)更高；
上端移送装置(300)，其安装在所述一次热解装置(200)与所述二次热解装置(400)之间；
蜡分离器(310、320、330)，其安装在所述上端移送装置(300)的上部，从碳原子数不同的热解气体分离高沸点蜡成分；及
油分离装置(600)，其与所述蜡分离器(310、320、330)连接，将所述热解气体冷凝以分离油，
其中，所述上端移送装置(300)以所述热解气体在上部流动的方式，将所述热解气体向所述蜡分离器(310、320、330)移送，并且，在下部设有可正反旋转的螺杆，而将固形残渣物向所述一次热解装置(200)或所述二次热解装置(400)移送，所述蜡分离器使得被分离的高沸点蜡成分通过下端向所述上端移送装置(300)落下。
2.根据权利要求1所述的废弃物的热解油生产系统，其特征在于，
所述一次热解装置(200)和所述二次热解装置(400)通过上端移送装置(300)串联，
多个所述一次热解装置(200)并联或/连接，多个所述二次热解装置(400)并联。
3.根据权利要求1所述的废弃物的热解油生产系统，其特征在于，
所述上端移送装置(300)的螺杆可正反旋转，能够将所述一次热解装置(200)的热解气体或固形残渣物、所述二次热解装置(400)的热解气体或固形残渣物、所述蜡分离器的被分离的高沸点蜡向一次热解反应装置或二次热解反应装置移送。
4.根据权利要求1所述的废弃物的热解油生产系统，其特征在于，
在所述一次热解装置(200)的前端还设有投入装置(100)，
所述投入装置(100)包括：
第一移送装置(120)，其形成有废弃物的投入口(110)；
第二移送装置(210)，其与所述第一移送装置(120)串联；及
第一阻断阀(130)，其安装在所述第一移送装置(120)与所述第二移送装置(210)之间。
5.根据权利要求1所述的废弃物的热解油生产系统，其特征在于，
在所述上端移送装置(300)与所述二次热解装置(400)之间还设有第二阻断阀(350)。
6.根据权利要求1所述的废弃物的热解油生产系统，其特征在于，
所述一次热解装置(200)是回转炉型热解反应器。
7.根据权利要求1所述的废弃物的热解油生产系统，其特征在于，
所述二次热解装置(400)被加热后发生热解反应，在内部设有用于移送残渣物的第三移送装置(410)。
8.根据权利要求1所述的废弃物的热解油生产系统，其特征在于，
在所述二次热解装置(400)的后端还设有第三阻断阀(410)。
9.根据权利要求1所述的废弃物的热解油生产系统，其特征在于，
所述油分离装置(600)包括：
第一油罐(610)，其与所述蜡分离器连接；
第二油罐(630)，其与所述第一油罐(610)串联；及
换热器(680)，其用于冷凝所述第一油罐(610)和所述第二油罐(630)。
10.根据权利要求9所述的废弃物的热解油生产系统，其特征在于，
还包括：
第一回流管(430)，其一端与所述二次热解装置(400)连接，另一端与所述第一油罐(610)连接，以使所述热解气体流动；及
第二回流管(440)，其一端与所述二次热解装置(400)连接，另一端与所述第二油罐(630)连接，以使所述热解气体流动。
11.根据权利要求1所述的废弃物的热解油生产系统，其特征在于，
在所述蜡分离器(310、320、330)中，所述上端移送装置(300)的所述热解气体从所述蜡分离器(310、320、330)的侧面和下部流入，
被分离的高沸点蜡通过其下部向所述上端移送装置(300)落下，
被分离的所述热解气体通过其上部向所述油分离装置(600)移送。
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