CN203333590U - 等离子体强化型微波裂解反应器 - Google Patents

等离子体强化型微波裂解反应器 Download PDF

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王文平
王继元
徐翔
夏启友
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Abstract

本实用新型公开了一种等离子体强化型微波裂解反应器，由进料口、螺旋推进器、反应腔、微波发生器、等离子体激发材料、排气口、出料口组成。所述的等离子体激发材料为圆环状石墨，安置在反应腔内，位于进料口之后和出料口之前。与现有技术的微波裂解反应器相比，本实用新型的优点是：(1)在反应器入口处的温度可快速达到500℃以上，防止废塑料处于熔融状态粘附在推进器的螺杆上。(2)裂解产物中的重组分、胶质和蜡状产物可在反应器的出口处进行二次裂解，防止堵塞在反应器的出口处。(3)工艺简单，操作方便，生产容易控制，不产生二次污染。

Description

等离子体强化型微波裂解反应器
技术领域
本实用新型涉及一种环保领域的设备，尤其涉及一种用于废塑料微波裂解生产可燃气、燃料油和焦炭的等离子体强化型微波裂解反应器。
背景技术
随着塑料工业的蓬勃发展及其大规模的使用，废旧塑料制品与塑料垃圾带来严重的社会问题——能源浪费及污染环境。废塑料的传统处理方法是采用焚烧或填埋的方法来进行处理，这无疑会产生严重的二次污染。废塑料是一类高分子长链碳氢化合物，塑料的热分解是典型的随机分解型，它先断裂为碳氢自由基，再生成无一定数目的碳氢化合物，其中含有大量的蜡状产物，裂解产物的分子量分布较宽。这些产品经进一步加工处理可转化成具有各种用途的高价值产品。
针对废塑料热裂解生产可燃气、燃料油和焦炭的过程，国内厂家生产了多种类型的裂解设备，大部分设备的体积大，生产效率低，操作复杂，用煤炭或燃气加热，裂解时间长，一个生产周期需8 h左右。每个生产周期需要两次人工拧掉或拧上数十个螺栓，开门上料和出渣，而且会有不同程度的炭渣粉尘外漏和扩散，对环境造成二次污染。
近年来在传统热解的研究基础上，结合微波加热技术提出和发展了微波裂解技术。微波是频率介于30 MHz～300 GHz的高频电磁波，它能整体穿透有机物，使能量迅速传至反应物的官能团上。微波加热是电磁场中由介质损耗引起的体积加热，在电磁场作用下，分子运动由原来杂乱无章的状态变成有序的高频振动，分子动能转变成热能，达到均匀加热的目的。基于以上微波加热的特点，国内外研究者开发了微波裂解设备，将微波加热应用到有机质热解领域，显示了微波热解的优越性，是一种替代常规热解的很好选择。
例如，中国专利CN102140362A(废旧橡胶微波自动裂解反应装置)公开了一种废旧橡胶自动微波裂解反应装置，该设备由自动控制系统、变频电机、螺旋推进式微波裂解反应仓、气动密闭自动进料阀门组合和气动密闭出渣阀门组合组成，微波磁控管均匀设在螺旋推进式微波裂解反应仓内螺旋推进器两侧的外壁上。中国专利CN102071042A(智能化生物质及其废弃物连续快速微波裂解装置)涉及一种智能化生物质及其废弃物连续快速微波裂解装置，包括依次连接的进料斗、储料罐和带有物料推进装置的微波反应器，所述微波反应器与若干组微波发生器连接，所述微波反应器还设有裂解气体排出口和固体残渣排出口。中国专利CN102492442A(垃圾微波裂解炉)公开的垃圾微波裂解炉包括微波裂解炉、进料装置、出料装置，在微波裂解炉的炉膛内设置有螺旋搅拌滞留器，相邻两个微波裂解炉的炉膛上下相通，各微波裂解炉内设置的螺旋搅拌滞留器分级串联传动。中国专利CN2868632A(连续微波橡胶裂解炉)公开的连续微波橡胶裂解炉包括有箱体，在箱体的侧面设有可开启的门，箱体上还设有聚气管，其主要特点是还包括有在箱体壁上设有微波加热系；在箱体上设有物料进入口，物料传送带设在物料进入口与物料储备箱之间，其上设有抑制器。中国专利CN101560404A(一种微波热解制备生物质油的方法)采用的微波热解装置为螺旋推进式，生物质通过螺旋输送机进入微波热解反应器，吸收微波后温度逐渐上升至90～100 ℃，随着螺旋输送的推进，在微波热解反应器后段的已炭化生物质温度迅速上升至450～550 ℃，达到生物质产油的最佳温度为475～500 ℃。加拿大专利CA2740704A(Method and apparatus for processing fragmented material by pyrolysis)公开了一种活塞推进式微波裂解设备，用于木质素和纤维素的微波裂解过程。
然而，本申请人在采用微波裂解技术处理废塑料的过程中发现，上述的设备仍然存在以下问题：1）在反应器的入口处由于温度较低(通常小于200 ℃)，远未达到塑料裂解所需的温度，废塑料处于熔融状态，粘附在推进器的螺杆上，无法进料，并且难以清除。2）塑料的裂解产物中含有大量的重组分、胶质和蜡状产物，容易堵塞在反应器的出口处，并且难以清除。
基于以上原因，本申请人认为合理的用于废塑料微波裂解的反应器应该同时满足以下两个要求：1）在反应器入口处的温度应该快速达到500℃以上，防止废塑料处于熔融状态粘附在推进器的螺杆上。2）裂解产物中的重组分、胶质和蜡状产物应该在反应器的出口处进行二次裂解，防止堵塞在反应器的出口处。
发明内容
本实用新型所要解决的技术技术问题在于：提供一种等离子体强化型微波裂解反应器，以克服微波裂解反应器存在的入口处温度较低以及裂解产物易堵塞反应器出口的缺点。
本实用新型的技术问题通过下述技术方案解决：一种等离子体强化型微波裂解反应器，包括进料口和出料口的反应腔和微波发生器，在出料口同向的上方设有排气口，其中：所述的反应腔内设有等离子体激发体，并在其进料口端设有螺旋推进器，在所述进料口和出料口之间的反应上部外壁设置微波发生器。用于废塑料微波裂解生产可燃气、燃料油和焦炭的过程。
本实用新型利用微波激发石墨材料产生等离子体，与微波存在极强的耦合作用，并伴随着极强的热辐射和热传导，能够强化微波裂解塑料的过程，显著提高了微波裂解的效率。
在上述方案基础上，所述的等离子体激发体为圆环状石墨，分别安装在所述的反应腔内的进料口和出料口处。
具体的，所述的等离子体激发体为外环直径为286mm、内环直径为280 mm、壁厚为3mm且长度为300mm的圆环状石墨。
本实用新型提供一种外径为300 mm、内径为288 mm、壁厚为6 mm且长度为2000mm的管状结构的反应腔。
在上述方案基础上，所述的微波发生器采用频率为2450 MHz的磁控管作为微波源。
与现有技术相比，本实用新型的优点是：(1)在反应器入口处的温度可快速达到500 ℃以上，防止废塑料处于熔融状态粘附在推进器的螺杆上。(2) 裂解产物中的重组分、胶质和蜡状产物可在反应器的出口处进行二次裂解，防止堵塞在反应器的出口处。(3) 结构简单，操作方便，生产容易控制，不产生二次污染。
附图说明
附图1为本实用新型的结构示意图。
附图2为附图1中的等离子体激发体的横截面形状示意图。
附图3为附图1中反应腔的横截面形状示意图。
图中标号说明：
1——进料口；     2——螺旋推进器；
3——反应腔；     4——微波发生器；
5、5’——左、右等离子体激发体；
6——排气口；     7——出料口。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行进一步的说明：
如附图1为本实用新型的结构示意图所示，一种等离子体强化型微波裂解反应器，包括进料口1和出料口7的反应腔3和微波发生器4，在出料口7同向的上方设有排气口6，其中：所述的反应腔3内设有等离子体激发体，并在其进料口1端设有螺旋推进器2，在所述进料口1和出料口7之间的反应腔3上方外壁设置微波发生器4。
所述的等离子体激发体为圆环状石墨，有左、右等离子体激发体5、5’分别安装在所述的反应腔3内的进料口1之后和出料口7之前处。
如图2所示，等离子体激发材料为圆环状石墨，外环直径为286 mm，内环直径为280 mm，壁厚为3 mm，长度为300 mm。
如图1和图3所示，所述的反应腔（3）的外径为300 mm，内径为288 mm，壁厚为6 mm，长度为2000 mm。
    本实用新型使用方法是：将废塑料放入进料口1中，在螺旋推进器2的推动下进入反应腔3中，微波发生器4产生频率为2450 MHz的微波，在微波的作用下，左、右等离子体激发材料5、5’产生等离子体，温度快速达到500 ℃以上，防止废塑料处于熔融状态粘附在螺旋推进器2上。废塑料在反应腔3中进行微波裂解，裂解产物进入到第二个等离子体激发材料5时，裂解产物中的重组分、胶质和蜡状产物在等离子体的作用下进行二次裂解，防止堵塞反应器的出料口7。微波裂解产生的油气经排气口6排出（经后续冷凝形成可燃气、燃料油），产生的焦炭经出料口7排出。本实用新型的结构简单，操作方便，生产容易控制，不产生二次污染。 

Claims (5)

1.一种等离子体强化型微波裂解反应器，包括进料口（1）和出料口（7）的反应腔（3）和微波发生器（4），在出料口（7）同向的上方设有排气口（6），其特征在于：所述的反应腔（3）内设有等离子体激发体，并在其进料口（1）端设有螺旋推进器（2），在所述进料口（1）和出料口（7）之间的反应腔（3）上方外壁设置微波发生器（4）。
2.根据权利要求1所述的等离子体强化型微波裂解反应器，其特征在于：所述的等离子体激发体为圆环状石墨，分别安装在所述的反应腔内的进料口（1）和出料口（7）处。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体强化型微波裂解反应器，其特征在于：所述的等离子体激发体为外环直径为286mm、内环直径为280 mm、壁厚为3mm且长度为300mm的圆环状石墨。
4.根据权利要求1所述的等离子体强化型微波裂解反应器，其特征在于：所述的反应腔（3）是外径为300 mm、内径为288 mm、壁厚为6 mm且长度为2000mm的管状结构。
5.根据权利要求1所述的等离子体强化型微波裂解反应器，其特征在于：所述的微波发生器（4）采用频率为2450 MHz的磁控管作为微波源。
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