CN114251668B - 一种废印刷电路板高温热解气化综合回收方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废印刷电路板高温热解气化综合回收方法及装置，先预热然后750‑1000℃高温使废印刷电路板有机树脂组分快速转化为气态小分子产物迅速脱离金属和玻纤部分，有机小分子进一步循环供热，经高温焚烧后降低有害成分含量，焚烧后烟气经净化排放，实现废印刷电路板全组分回收利用，实现全自动连续化运行，工艺流程易于放大，具有资源利用效率高、环境友好的特点，避免液态燃油分离和回收利用问题，进一步降低残炭量，不失为一种高效清洁的热处理方式，解决了现有技术液态产物难利用、脱溴效果欠佳、固态产物残碳含量高致热解残渣资源化处理难度增加的问题。
Description
技术领域：
本发明涉及资源循环再生利用技术领域，具体涉及一种废印刷电路板高温热解气化综合回收方法及装置。
背景技术：
目前，人们对电子产品的需求量不断增加，与此同时，全球每年产生的废弃电子器件数量巨大，其中作为电子器件核心部件的印刷电路板在电子垃圾中占有很大比例。因此，对废弃印刷电路板进行清洁资源化回收利用是亟待解决的问题。印刷电路板包括金属部分和非金属部分，其中金属部分具有较大资源利用价值，是我们回收的重点所在，但是同样不能忽视对热固性环氧树脂和玻璃纤维等非金属部分的回收处置。由于非金属部分含有溴化阻燃剂及重金属等有毒物质，如果不对其进行有效处理，不仅是对固体废弃物资源的浪费，而且其会产生大量“三废”，对环境造成极大危害。
通过低温热解法处理废弃印刷电路板，有机树脂转化为液态燃油组分，鉴于其分布复杂且具有毒性而难以利用。
发明内容：
本发明的目的是提供一种废印刷电路板高温热解气化综合回收方法及装置，解决了现有技术液态产物难利用、脱溴效果欠佳、固态产物残碳含量高致热解残渣资源化处理难度增加的问题。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种废印刷电路板高温热解气化综合回收装置，该装置包括破碎单元、螺旋送料预热装置、高温布管式热解炉、焚烧供热炉、固态产物收集装置、热解气循环保温管路、中控装置和负压控制装置，所述破碎单元用于破碎废印刷电路板形成粒径均一的破碎原料；螺旋送料预热装置，用于将破碎单元破碎的原料预热并输送至高温布管式热解炉；所述高温布管式热解炉，包括破碎料入口、布料板、高温气化管束、精细热电偶阵列、热解气出口、固态产物出口；其中，破碎料入口设在顶端，与螺旋送料预热装置相连通，破碎料进入破碎料入口后经布料板将原料均匀送入高温气化管束内，对破碎料进行高温热解气化以生成热解气和固态产物，后者即金属组分和增强纤维混合物；焚烧供热炉为高温布管式热解炉供热，负压控制装置用于保证高温布管式热解炉的负压状态，同时将高温热解气抽出；中控装置，主要通过采集高温布管式热解炉内的温度场和压力场实时分布信息，对焚烧供热炉内燃料输入量、破碎料进料量和风机工作强度进行调控；热解气循环保温管路，用于输送高温热解气首先至螺旋送料预热装置，将破碎料进行预热，从螺旋送料预热装置输出的热解气送至焚烧供热炉，燃烧后为高温布管式热解炉供热。
进一步地，高温气化管束外部设置肋片用于强化传热；内部设置倾斜的半圆挡板用于增加破碎料在高温气化管束内的停留时间，并与破碎料直接接触以强化传热，提高有机树脂高温分解速率。
进一步地，高温气化管束内部设置的半圆挡板倾斜角度为30～60°。
进一步地，设置布料板与高温气化管束密闭连通以及高温气化管束纵向的温度分布，使布料板区间温度即保持在210-370℃，优选为260～330℃，更优选为300-320℃以保证破碎料在进入高温气化管束前已获得充分活化，利于其在高温气化管束分解为小分子。
进一步地，高温气化管束作为近真空热解反应器，与焚烧供热炉间密封完全，焚烧供热炉通过螺旋送料预热装置输出的破碎废印刷电路板中热固性环氧树脂的热解气和燃料供应罐供应的其他燃料燃烧协同供热，使高温气化管束温度保持在750～1000℃。
进一步地，高温布管式热解炉的固态产物出口连接固态产物收集装置，自高温气化管束排出的固态物质包括金属组分、增强纤维和少量残炭，将该固态物质在高温状态下送入熔融电解设备或冷却后再进行分离，最终提取出金属和玻纤产物。
进一步地，所述废印刷电路板高温热解气化综合回收装置还包括烟气净化装置，焚烧供热炉释放的烟气，经烟气净化装置后排放，烟气净化装置设有包含碱性物质(NaOH、Ca(OH)2、CaO、MgO、MgCO3、CaCO3等)在内的脱酸模块和活性炭吸附模块。
进一步地，高温气化管束内设置精细热电偶阵列，用于测量空间温度场，以控制焚烧供热炉燃料输入量，自动调控区域温度分布水平。
本发明还保护一种废印刷电路板高温热解气化综合回收方法，利用上述废印刷电路板高温热解气化综合回收装置，包括以下步骤：
1)废印刷电路板破碎后通过螺旋送料预热装置输送至高温布管式热解炉，经布料板进入高温气化管束进行热解气化，布料板区域温度保持在210-370℃，优选为260～330℃，更优选为300-320℃，高温气化管束温度保持在750-1000℃，优选为850～1000℃，得到的热解气首先经负压风机抽出后输入螺旋送料预热装置用于破碎料的预热，然后输入焚烧供热炉，连同天然气一同燃烧供热；
2)步骤1)得到的固态产物经高温布管式热解炉的固态产物出口排出冷却后进行分离或在高温状态下送入熔融电解设备；
3)焚烧供热炉释放的烟气，先经烟气净化装置设有的碱性物质吸收后，再经活性炭吸附后排放。
本发明的有益效果如下：
1)高温布管式热解炉内的负压条件具有如下优势：(1)利于气态产物迅速脱离高温气化管束，抑制二次反应；(2)使热解炉内气流方向与破碎料运动方向相反，增强传热作用，同时延长破碎料在管内的停留时间，促进气化作用；(3)避免有害气体逸出，有效降低二次污染。
2)采用高温气化管束以及其内外表面半圆挡板和肋片的配置，均显著增强了破碎料气化过程中的传热效果，辅之以燃气产物自热回用工艺，显著提高了热解炉能效。
3)本发明先预热然后750-1000℃高温使废印刷电路板有机树脂组分快速转化为气态小分子产物迅速脱离金属和玻纤部分，有机小分子进一步循环供热，经高温焚烧后降低有害成分含量，焚烧后烟气经净化排放，实现废印刷电路板全组分回收利用，实现全自动连续化运行，工艺流程易于放大，具有资源利用效率高、环境友好的特点，避免液态燃油分离和回收利用问题，进一步降低残炭量，不失为一种高效清洁的热处理方式，解决了现有技术液态产物难利用、脱溴效果欠佳、固态产物残碳含量高致热解残渣资源化处理难度增加的问题。
附图说明：
图1是本发明一种废印刷电路板高温热解气化综合回收装置的结构示意图；
其中，1、螺旋送料预热装置；2、半圆挡板；3、肋片；4、燃气喷头；5、中控装置；6、负压风机；7、布料板；8、焚烧供热炉；9、高温布管式热解炉；10、高温气化管束；11、烟气净化装置；12、燃料供应罐；13、固态产物收集装置。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
如图1所示的一种废印刷电路板高温热解气化综合回收装置，该装置包括破碎单元、螺旋送料预热装置1、高温布管式热解炉9、焚烧供热炉8、固态产物收集装置13、热解气循环保温管路、中控装置5和负压风机6，所述破碎单元用于破碎废印刷电路板形成粒径均一的破碎原料；螺旋送料预热装置1，用于将破碎单元破碎的原料预热并输送至高温布管式热解炉9；所述高温布管式热解炉9，包括破碎料入口、布料板7、高温气化管束10、精细热电偶阵列、热解气出口、固态产物出口；其中，破碎料入口设在顶端，与螺旋送料预热装置1相连通，破碎料进入破碎料入口后经布料板7将原料均匀送入高温气化管束10内，对破碎料进行高温热解气化以生成热解气和固态产物，后者即金属组分和增强纤维混合物；焚烧供热炉8为高温布管式热解炉9供热，负压风机6用于保证高温布管式热解炉的负压状态，同时将高温热解气抽出；中控装置5，主要通过采集高温布管式热解炉内的温度场和压力场实时分布信息，对焚烧供热炉8内燃料输入量、破碎料进料量和风机工作强度进行调控；热解气循环保温管路，用于输送高温热解气首先至螺旋送料预热装置1，将破碎料进行预热，从螺旋送料预热装置1输出的热解气送至焚烧供热炉8，燃烧后为高温布管式热解炉供热。
高温气化管束外部设置肋片3用于强化传热；内部设置倾斜的半圆挡板2用于增加破碎料在高温气化管束内的停留时间，并与破碎料直接接触以强化传热，提高有机树脂高温分解速率。
高温气化管束内部设置的半圆挡板倾斜角度为60°。
设置布料板与高温气化管束密闭连通以及高温气化管束纵向的温度分布，使布料板区间温度即保持在210-370℃，优选为260～330℃，更优选为300-320℃以保证破碎料在进入高温气化管束前已获得充分活化，利于其在高温气化管束分解为小分子。
高温气化管束作为近真空热解反应器，与焚烧供热炉间密封完全，焚烧供热炉通过螺旋送料预热装置输出的破碎废印刷电路板中热固性环氧树脂的热解气和燃料供应罐供应的其他燃料燃烧协同供热，使高温气化管束温度保持在750～1000℃。
高温布管式热解炉的固态产物出口连接固态产物收集装置，自高温气化管束排出的固态物质包括金属组分、增强纤维和少量残炭，将该固态物质在高温状态下送入熔融电解设备或冷却后再进行分离，最终提取出金属和玻纤产物。
所述废印刷电路板高温热解气化综合回收装置还包括烟气净化装置，焚烧供热炉释放的烟气，经烟气净化装置后排放，烟气净化装置设有包含碱性物质(NaOH、Ca(OH)2、CaO、MgO、MgCO3、CaCO3等)在内的脱酸模块和活性炭吸附模块。
高温气化管束内设置精细热电偶阵列，用于测量空间温度场，以控制焚烧供热炉燃料输入量，自动调控区域温度分布水平。
实施例1：
将收集的废印刷电路板除杂后进行破碎至粒径均一的破碎原料，通过螺旋送料预热装置输送至高温布管式热解炉，破碎料经布料板进入高温气化管束，布料板区域温度保持在300～320℃，高温气化管束温度保持在850～900℃，高温气化管束内的半圆挡板水平倾斜角度60°，通过高温气化管束内的精细热电偶阵列监测热解反应器内的空间温度，负压控制装置用于保证高温布管式热解炉的负压状态。热解气首先经负压风机抽出后用于破碎料的预热，预热的热解气和天然气一同通入焚烧供热炉燃烧供热。由高温气化管束排出的高温固态物质冷却后进行分离和称重。焚烧供热炉释放的烟气，先后经CaCO3和NaOH两种碱性物质分别吸收后，再经活性炭吸附模块后进行烟气成分检测。最终得到的金属回收率、玻纤回收率和残炭产率、脱溴率如表1所示。
表1
对比例1
将收集的废印刷电路板除杂后进行破碎至粒径均一的破碎原料，通过螺旋送料预热装置输送至高温布管式热解炉，破碎料经布料板进入高温气化管束，布料板区域温度保持在150～170℃，高温气化管束温度保持在700～750℃，高温气化管束内的半圆挡板水平倾斜角度80°，通过高温气化管束内的精细热电偶阵列监测热解反应器内的空间温度，负压控制装置用于保证高温布管式热解炉的负压状态。热解气首先经负压风机抽出后用于破碎料的预热，预热的热解气和天然气一同通入焚烧供热炉燃烧供热。由高温气化管束排出的高温固态物质冷却后进行分离和称重。焚烧供热炉释放的烟气，经CaCO3碱性模块吸收后，再经活性炭吸附模块后进行烟气成分检测。最终得到的金属、玻纤和残炭产物产率、除溴率如表2所示。
表2
实施例2
将收集的废印刷电路板除杂后进行破碎至粒径均一的破碎原料，通过螺旋送料预热装置输送至高温布管式热解炉，破碎料经布料板进入高温气化管束，布料板区域温度保持在210～230℃，高温气化管束温度保持在950～1000℃，高温气化管束内的半圆挡板水平倾斜角度60°，通过高温气化管束内的精细热电偶阵列监测热解反应器内的空间温度，负压控制装置用于保证高温布管式热解炉的负压状态。热解气首先经负压风机抽出后用于破碎料的预热，预热的热解气和天然气一同通入焚烧供热炉燃烧供热。由高温气化管束排出的高温固态物质冷却后进行分离和称重。焚烧供热炉释放的烟气，经CaCO3和NaOH两种碱性物质分别吸收后，再经活性炭吸附模块后进行烟气成分检测。最终得到的金属、玻纤和残炭产物产率、除溴率如表3所示。
表3
实施例3
将收集的废印刷电路板除杂后进行破碎至粒径均一的破碎原料，通过螺旋送料预热装置输送至高温布管式热解炉，破碎料经布料板进入高温气化管束，布料板区域温度保持在350～370℃，高温气化管束温度保持在800～850℃，高温气化管束内的半圆挡板水平倾斜角度60°，通过高温气化管束内的精细热电偶阵列监测热解反应器内的空间温度，负压控制装置用于保证高温布管式热解炉的负压状态。热解气首先经风机抽出后用于破碎料的预热，预热的热解气和天然气一同通入焚烧供热炉燃烧供热。由热解反应器排出的高温固态物质冷却后进行分离和称重。焚烧供热炉释放的烟气，经CaCO3和NaOH两种碱性物质分别吸收后进行烟气成分检测。最终得到的金属、玻纤和残炭产物产率、除溴率如表4所示。
表4
Claims (9)
1.一种废印刷电路板高温热解气化综合回收装置，其特征在于，该装置包括破碎单元、螺旋送料预热装置、高温布管式热解炉、焚烧供热炉、固态产物收集装置、热解气循环保温管路、中控装置和负压控制装置，所述破碎单元用于破碎废印刷电路板形成粒径均一的破碎原料；螺旋送料预热装置，用于将破碎单元破碎的原料预热并输送至高温布管式热解炉；所述高温布管式热解炉，包括破碎料入口、布料板、高温气化管束、精细热电偶阵列、热解气出口、固态产物出口；其中，破碎料入口设在顶端，与螺旋送料预热装置相连通，破碎料进入破碎料入口后经布料板将原料均匀送入高温气化管束内，对破碎料进行高温热解气化以生成热解气和固态产物，后者即金属组分和增强纤维混合物；高温气化管束外部设置肋片，内部设置倾斜的半圆挡板；焚烧供热炉为高温布管式热解炉供热，负压控制装置用于保证高温布管式热解炉的负压状态，同时将高温热解气抽出；中控装置，主要通过采集高温布管式热解炉内的温度场和压力场实时分布信息，对焚烧供热炉内燃料输入量、破碎料进料量和风机工作强度进行调控；热解气循环保温管路，用于输送高温热解气首先至螺旋送料预热装置，将破碎料进行预热，从螺旋送料预热装置输出的热解气送至焚烧供热炉，燃烧后为高温布管式热解炉供热。
2.根据权利要求1所述废印刷电路板高温热解气化综合回收装置，其特征在于，高温气化管束内部设置的半圆挡板倾斜角度为30～60°。
3.根据权利要求1所述废印刷电路板高温热解气化综合回收装置，其特征在于，设置布料板与高温气化管束密闭连通。
4.根据权利要求1所述废印刷电路板高温热解气化综合回收装置，其特征在于，高温气化管束作为近真空热解反应器，与焚烧供热炉间密封完全；高温布管式热解炉的固态产物出口连接固态产物收集装置。
5.根据权利要求1所述废印刷电路板高温热解气化综合回收装置，其特征在于，所述废印刷电路板高温热解气化综合回收装置还包括烟气净化装置，烟气净化装置设有包含碱性物质在内的脱酸模块和活性炭吸附模块。
6.根据权利要求1所述废印刷电路板高温热解气化综合回收装置，其特征在于，高温气化管束内设置精细热电偶阵列，用于测量空间温度场，以控制焚烧供热炉燃料输入量，
自动调控区域温度分布水平。
7.一种废印刷电路板高温热解气化综合回收方法，其特征在于，利用权利要求1-6任意一项所述废印刷电路板高温热解气化综合回收装置，包括以下步骤：
1)废印刷电路板破碎后通过螺旋送料预热装置输送至高温布管式热解炉，经布料板进入高温气化管束进行热解气化，布料板区域温度保持在210-370℃，高温气化管束温度保持在750-1000℃，得到的热解气首先经负压风机抽出后输入螺旋送料预热装置用于破碎料的预热，然后输入焚烧供热炉，连同天然气一同燃烧供热；
2)步骤1)得到的固态产物经高温布管式热解炉的固态产物出口排出冷却后进行分离或在高温状态下送入熔融电解设备；
3)焚烧供热炉释放的烟气，先经烟气净化装置设有的碱性物质吸收后，再经活性炭吸附后排放。
8.根据权利要求7所述废印刷电路板高温热解气化综合回收方法，其特征在于，布料板区域温度保持在260～330℃，高温气化管束温度保持在850～1000℃。
9.根据权利要求7所述废印刷电路板高温热解气化综合回收方法，其特征在于，布料板区域温度保持在300-320℃。
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