CN115956113A - 用于生产碳氢化合物的方法和工艺布置及用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种借助于气化过程从含塑料的原料生产碳氢化合物的方法和工艺布置，其中，在流化床气化器(2)中，在680至740℃的低气化温度下，用蒸汽(3)气化含塑料的原料(1)，以形成包括碳氢化合物的产物混合物(4)，并且在所述气化温度下停留时间低于4s，和在气化后快速冷却产物混合物(4)至低于640℃的温度，用于减缓和/或停止所述含塑料的原料的气化反应，以提高气化过程的丙烯产率。此外，本发明涉及该方法的用途。

Description

用于生产碳氢化合物的方法和工艺布置及用途
技术领域
本申请涉及权利要求1中定义的用于生产碳氢化合物，例如烯烃，如乙烯和/或丙烯的方法和权利要求11中定义的用于生产碳氢化合物，例如烯烃，如乙烯和/或丙烯的工艺布置。此外，本申请涉及权利要求15中定义的方法的用途。
背景技术
从现有技术已知的是通过裂化工艺从化石原料生产碳氢化合物和烯烃。此外，从现有技术中已知的是，塑料废物可以被处理以形成能源或产品。然而，塑料废物难以再循环，也难以用作新产品的原料。
从EP 0544840已知一种从聚合物废料中回收乙烯的方法，其中聚合物废料在CFB热解器中用循环传热材料以约500至50000℃/s的速率加热到650至1000℃的温度，并且聚合物废料和传热材料以并流方式进料，传热材料与聚合物废料的比率约为100:1至1:1。停留时间小于2秒以回收所述乙烯。
发明内容
目的
目的是公开一种由含塑料的原料生产碳氢化合物如烯烃的新型方法和工艺布置。此外，目的是公开一种用于改进产物产率和产物分布的方法和工艺布置。此外，目的是公开一种用于提高丙烯产率的方法和工艺布置。此外，目的是在烯烃生产中，例如在乙烯和/或丙烯生产中替代原始化石原料。
概要
该方法和工艺布置及用途的特征在于权利要求中所述的内容。
在该方法和工艺布置中，含塑料的原料在流化床气化器中在低气化温度下用蒸汽气化以形成产物混合物，并且在气化之后冷却产物混合物。
附图说明
附图被包括以提供对本发明的进一步理解并构成本说明书的一部分，附图图示了本发明的一些实施例，并与描述一起帮助解释本发明的原理。在附图中：
图1是根据一个实施例的工艺的流程图。
具体实施方式
在借助于气化过程从含塑料的原料生产碳氢化合物的方法中，在流化床气化器(2)中，在680至740℃的低气化温度下，用蒸汽(3)气化含塑料的原料(1)，以形成包括碳氢化合物的产物混合物(4)，并且在气化温度(即，在气化器中气化期间的反应温度)下停留时间低于4s，和在气化后快速且立即冷却产物混合物(4)至低于640℃的温度，用于减缓和/或停止，例如至少减缓或甚至停止含塑料的原料的气化反应，以提高气化过程的丙烯产率。优选地，产物混合物在气化后快速且立即冷却。
由含塑料的原料生产碳氢化合物的工艺布置包括流化床气化器(2)，其中在680至740℃的低气化温度下用蒸汽(3)气化含塑料的原料(1)，并且在气化温度下停留时间低于4秒，以形成包括碳氢化合物的产物混合物(4)；和至少一个冷却装置，用于在气化后将产物混合物(4)快速且立即冷却至低于640℃的温度，用于减缓和/或停止含塑料的原料的气化反应，以提高气化过程的丙烯产率。
该方法和工艺布置的一个实施例如图1所示。
在该上下文中，含塑料的原料(1)是指至少包括塑料和/或聚合物的任何材料。含塑料的原料可以由一种或多种原料组分组成。含塑料的原料可以包括废物或废料。此外，含塑料的原料可以包括废料和其他材料，例如任何塑料材料、再循环材料、回收的燃料材料等。在一个实施例中，含塑料的原料至少包括含塑料的废物，例如塑料废物。在一个实施例中，含塑料的原料由含塑料的废物组成。含塑料的废物是指至少包括塑料和/或聚合物的任何废物。在一个实施例中，含塑料的原料可以包括再循环材料、回收的燃料材料等中的至少一种以及塑料材料。通常，含塑料的原料是非均质材料。在一个实施例中，含塑料的原料至少包括聚烯烃，例如聚乙烯和/或聚丙烯。含塑料的原料还可以包含其他聚合物。此外，含塑料的原料还可以包含其他组分，例如纸、纸板和/或铝材料，例如铝箔。在一个实施例中，含塑料的原料是混合原料。在一个实施例中，含塑料的原料包括聚乙烯、聚丙烯、PVC、其他塑料、其他组分和/或杂质。在一个实施例中，含塑料的原料呈固体形式，例如呈撕碎材料的形式。在一个实施例中，含塑料的原料在供应到进料器之前例如借助于研磨、碾磨、切碎、撕碎等被处理。在一个实施例中，含塑料的原料被破碎和/或研磨。在一个实施例中，含塑料的原料的颗粒尺寸可以变化，例如以在0.1mm至100mm之间呈扁平形颗粒和例如在0.1mm至50mm之间，在一个实施例中在0.1至25mm之间呈球形颗粒。
在一个实施例中，含塑料的原料是基于聚合物的废物。在该上下文中，基于聚合物的废物是指包括一种或多种聚合物或由一种或多种聚合物组成的任何废物。基于聚合物的废物通常是非均质材料。在一个实施例中，基于聚合物的废物至少包括聚烯烃，例如聚乙烯或聚丙烯。基于聚合物的废物还可以包含其他聚合物。此外，基于聚合物的废物还可包含其他组分，例如纸、纸板和/或铝材料。在一个实施例中，基于聚合物的废物是混合塑料材料。在一个实施例中，基于聚合物的废物包括多层塑料包装和产品。在一个实施例中，基于聚合物的废物包括超过80重量％，优选超过90重量％的聚烯烃。在一个实施例中，基于聚合物的废物包括低于80重量％，在一个实施例中低于70重量％，在一个实施例中低于60重量％，在一个实施例中低于50重量％的聚烯烃。在一个实施例中，基于聚合物的废物包括PVC塑料，在一个方案中低于2重量％。在一个实施例中，基于聚合物的废物呈固体形式，例如呈撕碎材料的形式。在一个实施例中，基于聚合物的废物在供应到气化器之前被处理，例如借助于研磨、碾磨、切碎、撕碎、压块、造粒和/或通过其他合适的处理。
在该上下文中，产物混合物(4)是指来自气化和气化器(2)的任何产物混合物、产物组合物或产物，例如产物气体，其中产物混合物至少包含碳氢化合物。通常，产物混合物是碳氢化合物的混合物，并且可以进一步包括其他组分和/或化合物。产物混合物包括一种或多种组分，其可以是例如气态组分和/或汽化组分。在一个实施例中，产物混合物可以包含乙烯、丙烯、丁二烯、芳香烃和/或其他碳氢化合物。在一个实施例中，产物混合物至少包含烯烃。在一个实施例中，产物混合物至少包括乙烯和/或丙烯。在一个实施例中，产物混合物至少包括乙烯和丙烯。产物混合物还可以包括固体颗粒和/或水蒸气。
在该上下文中，气化器中的气化是指通过蒸汽进行的任何气化过程。气化是一种将含塑料的原料转化为气态产物的过程，气态产物例如为碳氢化合物，如烯烃。这是通过在合适的温度下，优选地用受控量的蒸汽处理原料来实现的。
在流化床气化器(2)或气化中，任何合适的床材料都可以用作流化床中的床材料。在一个实施例中，床材料是含砂和/或含钙的床材料。
在一个实施例中，气化器(2)是鼓泡流化床气化器(BFB气化器)。在一个实施例中，气化是鼓泡流化床气化(BFB气化)。还可以通过在鼓泡流化床气化器中进行气化来处理包括不期望的组分(例如铝箔)的含塑料材料。在一个实施例中，气化器是循环流化床气化器(CFB气化器)。
在一个实施例中，气化温度，即气化反应温度为700至740℃。在一个实施例中，气化温度为700至730℃。
在一个实施例中，气化在气化器(2)中在大气压或接近大气压下进行。在一个实施例中，气化在低于4巴的压力下进行，在一个实施例中，气化在低于3巴的压力下进行，在一个实施例中，气化在低于2巴的压力下进行。
在一个实施例中，在气化温度下的停留时间低于3.5秒。在一个实施例中，在气化温度下的停留时间低于3.0秒。在一个实施例中，在气化温度下的停留时间为2至3.5秒。在一个实施例中，在气化温度下的停留时间为2至4秒，在一个实施例中，在气化温度下的停留时间为2至3秒。
优选地，产物混合物(4)在气化(2)之后立即冷却。气化后产物混合物快速冷却。在一个实施例中，将产物混合物冷却至低于600℃的温度，在一个实施例中，将产物混合物冷却至低于550℃的温度。在一个实施例中，将产物混合物冷却到400至600℃的温度。在一个实施例中，将产物混合物冷却到400至550℃的温度，在一个实施例中，将产物混合物冷却到400至500℃的温度。在一个实施例中，将产物混合物冷却到600至640℃的温度。在一个实施例中，在低于2秒的时间段内将产物混合物冷却至期望的温度。优选地，借助于冷却装置冷却产物混合物。在一个实施例中，该工艺布置包括用于冷却产物混合物(4)的至少一个冷却装置。在一个实施例中，该工艺布置包括用于冷却产物混合物(4)的多于一个的冷却装置。在一个实施例中，冷却装置选自热交换器、水骤冷器或其他合适的冷却装置。在一个实施例中，冷却装置是热交换器和/或水骤冷器。在一个实施例中，冷却装置是热交换器。在一个实施例中，冷却装置是水骤冷器。当气化反应减缓时，例如显著减缓或停止，可以降低甲烷、苯和焦油的产率，并且可以提高产物混合物中丙烯的产率。然后，还可以提高烯烃的产率。
在一个实施例中，冷却后过滤产物混合物。在一个实施例中，产物混合物由热气体过滤器过滤。可选地，可以通过任何合适的过滤器、旋风分离器或其他颗粒去除装置从产物混合物中去除固体颗粒。在一个实施例中，工艺布置包括用于过滤产物混合物的至少一个过滤器，例如热气体过滤器或其他合适的过滤器或过滤装置。在过滤时，固体组分如固体颗粒或固体杂质可以从产物混合物中去除。在一个实施例中，该工艺布置包括至少一个旋风分离器或其他颗粒去除装置。
在一个实施例中，该工艺布置包括至少一个进料入口，用于将含塑料的原料(1)供应到气化器(2)中。在一个实施例中，该工艺布置包括至少一个出口，用于将产物混合物(4)从气化器(2)和/或冷却装置中排出。进料入口可以是本身已知的任何合适的入口，例如管道、端口等。出口可以是本身已知的任何合适的出口，例如管道、出口端口等。
在一个实施例中，该工艺布置包括至少一个用于将含塑料的原料(1)进料到气化器(2)的进料装置。在该上下文中，进料装置可以是任何进料装置、进料器或其他合适的装置。
在一个实施例中，例如从底端或底部向气化器(2)供应蒸汽(3)。
该方法和工艺布置可以作为连续工艺操作。
在一个实施例中，冷却后产物混合物(4)包括超过45重量％，在一个实施例中超过50重量％的烯烃，例如乙烯和丙烯。在一个实施例中，冷却后气化过程的丙烯产率超过15重量％，优选超过18重量％，在一个实施例中超过20重量％。在一个实施例中，冷却后由碳氢化合物组成的产物混合物包括超过15重量％的丙烯，在一个实施例中包括超过18重量％的丙烯，且在一个实施例中包括超过20重量％的丙烯。
在一个实施例中，可以将产物混合物(4)供应到期望的工艺或碳氢化合物回收工艺的期望的工艺步骤中。
在一个实施例中，使用和利用该方法和工艺布置来从含塑料的原料(例如从含塑料的废物)生产碳氢化合物，例如烯烃，如乙烯和/或丙烯。产物混合物，例如碳氢化合物，可以按原样使用或可以供应到，例如额外的处理阶段，如可以回收期望的馏分的回收阶段、或期望的工艺(例如聚合工艺、氧化工艺、卤化工艺、烷基化工艺或其他化学工艺)、或生产塑料。例如，乙烯和丙烯是塑料产品、石化产品和化学品的结构单元。
由于本发明，含塑料的原料可以容易且有效地处理和利用。可以生产期望的碳氢化合物，如烯烃，并且可以提高烯烃产率。此外，丙烯的份额可以增加，且甲烷、苯和焦油的产率可以降低。特别地，可以使轻质烯烃(例如乙烯和丙烯)的产率最大化。
本发明提供了一种工业上可应用的、简单且可负担的方式，以从含塑料的原料生产碳氢化合物，特别是烯烃。此外，该方法和工艺布置提供了容易地且能量和成本有效地处理基于塑料的废物的可能性，并且废物可以升级。本发明提供了将废聚烯烃再循环回烯烃的灵活且经济可行的方式。结合生产工艺，该方法和工艺布置容易且简单地实现。
实施例
图1呈现了从基于聚合物的废物连续生产碳氢化合物的方法和工艺布置。
图1的工艺包括鼓泡流化床气化器(2)，其中基于聚合物的废物(1)在680至740℃(例如700至730℃)的低气化温度下用蒸汽(3)气化，以形成产物混合物(4)。蒸汽从气化器底部进料到气化器。在气化器(2)中气化在大气压或接近大气压下进行，并且在气化反应温度下的停留时间低于4秒，例如低于3.5秒，例如2至3.5或2至3秒。
气化后将产物混合物(4)立即且快速冷却至低于640℃的温度，例如400至600℃的温度。该工艺布置包括至少一个冷却装置，例如热交换器和/或水骤冷器。
产物混合物(4)至少包括乙烯和丙烯。此外，产物混合物可以包括其他碳氢化合物。优选地，产物混合物至少包括丙烯。可以从冷却的产物混合物中分离期望的碳氢化合物馏分或期望的馏分。
在一个实施例中，该工艺布置可以包括用于过滤冷却的产物混合物(4)并用于从冷却的产物混合物中去除固体组分的至少一个过滤装置，例如热过滤器。
示例1
在实验室规模的鼓泡流化床气化器中研究了气化过程。
富含聚烯烃的塑料废物用作进料，蒸汽用作气化器中的气化剂。使用低气化温度，气化期间的温度在710至740℃之间。在气化器中的气化反应温度下，停留时间在2.5至4s之间。在气化器中的气化期间产生产物气体。气化后将产物气体快速且立即冷却至600至640℃的温度，用于减缓甚至停止气化反应。四个测试周期被进行并分析。测试结果，如产物组分的产率和停留时间如表1所示。
表1
Figure BDA0004086450280000061
将结果与比较结果进行了比较，其中，通过在鼓泡流化床气化器中在约710℃的温度和4至8秒的停留时间下进行气化，从塑料废物中形成了产物气体。在该比较气化中，乙烯的产率约为30至35重量％，丙烯的产率约为8至9重量％，苯的产率约为11至15重量％，焦油的产率为16至20重量％，甲烷的产率为17至18重量％。
在试验中，观察到当使用低于4s的停留时间时，可以实现高烯烃产率，特别是可以提高产物气体中丙烯的产率。从测试结果中观察到，乙烯的产率为28至32重量％，丙烯的产率为18至20.5重量％，轻质烯烃的总产率为46.5至52.1重量％。苯的产率为7至8重量％，其他焦油化合物的产率为10至12重量％。产物气体令人惊讶地富含丙烯。此外，可以降低甲烷产率、苯产率和焦油产率。
在这些示例中使用的方法的装置和设备在本领域中是本身已知的，因此在此不再更详细描述它们。
在不同实施例中，该方法和工艺布置适用于从不同的含塑料的原料生产碳氢化合物，如丙烯。
本发明不仅限于上述示例；相反，在权利要求限定的本发明思想的范围内，可能有许多变化。

Claims (15)

1.一种借助于气化过程从含塑料的原料生产碳氢化合物的方法，其特征在于，所述方法包括：
-在流化床气化器(2)中，在680至740℃的低气化温度下，用蒸汽(3)气化所述含塑料的原料(1)，以形成包括碳氢化合物的产物混合物(4)，并且在所述气化温度下停留时间低于4s，和
-在气化后快速冷却所述产物混合物(4)至低于640℃的温度，用于减缓和/或停止所述含塑料的原料的气化反应，以提高气化过程的丙烯产率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气化器(2)是鼓泡流化床气化器。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述气化过程的丙烯产率超过15重量％，优选超过20重量％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述气化温度为700至730℃。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述气化温度下所述停留时间低于3.5s。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述气化温度下所述停留时间为2至3s。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，将所述产物混合物(4)冷却至400至600℃的温度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述含塑料的原料至少包括聚烯烃和其他聚合物。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，冷却后从所述产物混合物中除去固体颗粒。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述产物混合物至少包括乙烯和丙烯。
11.一种借助于气化过程从含塑料的原料生产碳氢化合物的工艺布置，其特征在于，所述工艺布置包括：
-流化床气化器(2)，其中在680至740℃的低气化温度下用蒸汽(3)气化所述含塑料的原料(1)，在气化温度下停留时间低于4秒，以形成包括碳氢化合物的产物混合物(4)，和
-至少一个冷却装置，用于在气化后将所述产物混合物(4)快速冷却至低于640℃的温度，用于减缓和/或停止所述含塑料的原料的气化反应，以提高气化过程的丙烯产率。
12.根据权利要求11所述的工艺布置，其特征在于，所述气化器(2)是鼓泡流化床气化器。
13.根据权利要求11或12所述的工艺布置，其特征在于，所述冷却装置是热交换器和/或水骤冷器。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的工艺布置，其特征在于，所述工艺布置包括用于过滤经冷却的所述产物混合物的至少一个热气体过滤器。
15.一种根据权利要求1至10中任一项所述的方法的用途，其特征在于，所述方法用于从所述含塑料的原料生产碳氢化合物，例如烯烃。
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