CN206666457U - 一种塑料热解气化制备油产品的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种塑料热解气化制备油产品的系统。所述系统包括无热载体蓄热式旋转床和分馏塔，无热载体蓄热式旋转床包括旋转床热解炉、蓄热式燃气辐射管燃烧器，旋转床热解炉的壳体上设有进料口、气液混合物出口、出料口、可燃气入口和烟气出口，气液混合物出口设于壳体的侧壁，旋转床热解炉的炉底为可转动的环形炉底；蓄热式燃气辐射管燃烧器布置于所述旋转床热解炉壳体的环形炉壁上，蓄热式燃气辐射管燃烧器包括上蓄热式燃气辐射管和下蓄热式燃气辐射管，分别位于可转动的环形炉底的上下两侧。本实用新型无热载体蓄热式旋转床采用辐射管加热，可以有效隔绝空气，减少二噁英等有害气体的产生，增加油气产品的稳定性和可控性。

Description

一种塑料热解气化制备油产品的系统

技术领域

本实用新型主要涉及塑料资源化处理领域，具体涉及一种塑料热解气化制备油产品的系统。

背景技术

目前，世界的能源消费主要以煤炭、石油和天然气等化石燃料为主。世界能源组织预测2005年到2030年，全球的一次能源需求将会增加55％，其年均增长率为1.8％，不可再生的化石燃料仍是一次能源消费的主要来源，在需求增长总量中占到84％。如何调整优化能源消费结构、寻找替代能源，是世界各国面临的一个重要课题。

随着现代科学技术特别是化学技术的发展，塑料制品已出现在越来越多的领域和人们的日常生活中，但随之而来的是每年产生的数千万吨的塑料垃圾。这些废塑料严重污染环境，对人们的生活和生产都产生了影响，被人们称为“白色垃圾”。如何处理并加以利用这些废塑料已成为人们关注的问题。

生活垃圾中塑料的热值高，重金属等有害成分含量较少，如果能够加以有效的回收利用，对固废的减量化、资源化、无害化处置会是很大的贡献。

对废塑料的处理和利用，已采用的有再生、掩埋、焚烧等方法。再生颗粒法制得塑料制品的质量很差；掩埋法由于塑料的自然降解速度很慢，塑料留在土壤中长期不能分解，使土壤板结；焚烧法在焚烧过程中产生HCl、HCN等有害气体，对生态环境又会造成二次污染。进入90年代后，科研工作者利用热分解法将粉碎后的废塑料在一定条件下分解，以制取汽油、柴油和蜡等产品，此项技术既可有效减轻污染、净化环境，又具有较高的经济效益。

目前，对垃圾中废塑料的处理方式主要有4种：填埋、焚烧、材料再生和化学回收。填埋法投入少，但占用大量的土地，且污染地下水。随着填埋场地的减少，填埋成本也在逐渐增加；焚烧法可回收热能，但废塑料燃烧时会产生污染物，如粉尘、硫氧化物、氮氧化物和其他一些有毒物质(如二噁英)，污染严重；材料再生制造的产品质量会有所下降，容器内物品容易受废塑料污物的污染；化学回收法不仅能获得用途广泛的化工基础原料及燃料，而且污染较小，环保和经济效益明显。化学回收法包括热裂解、气化、液–气加氢等，其中废塑料热解制油是比较有前途的发展方向，国内外许多学者对此进行了研究。

塑料热解是在无氧或缺氧的条件下，将塑料加热到一定温度，使塑料中的有机物发生热裂解和热化学转化反应，生成H₂、CO、CH₄等可燃性气体、油水混合液及固体产物的过程。塑料热解是一种新的塑料热化学利用处置技术，具有环境污染小、成本低、资源高效回收等众多优点。热解工艺分成低温热解(≤500℃)和高温热解。由于高温热解大型设备制造难度大、运行要求高，并且能耗相对较高，目前国内外的研发重点放在低温热解上。塑料低温热解技术能有效地增加热解油的产量。由于反应温度低，避开了二恶英生成区，NO_x和SO_x生成也很少，因此低温热解技术是比较有效的塑料热解处理工艺。

塑料热解是一种可以将塑料转化为燃料油的有效途径，但限于能耗高，热解过程控制困难，热解过程有害气体泄漏等问题难以广泛推广；塑料热解的热解油因成分复杂，销售困难，经济性较低；塑料热解后的油气需进行单独的净化、萃取处理，能耗大，设备工艺复杂。

此外，塑料热解产生的气体具备一定的热值，难以利用。而且，塑料热解产生的热解炭也没有找到有效的处理方法。

再有，现有的传统热解工艺，设备设计复杂，运行要求高，容易出问题，产生二次污染。

因此，针对塑料热解工艺中设备工艺复杂、热解油的品质差、塑料热解的热解油成分复杂，热解后的油气需进行单独的净化、萃取处理，以及热解气无法利用、热能回收利用低、热解炭无法利用等问题，需提供一种清洁、高效、节能的塑料热解方法。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型旨在提供一种塑料热解气化制备油产品的系统，以简化热解设备与工艺、提高热解油的品质、便于热解后的油气的提取与分离。

本实用新型提供一种塑料热解气化制备油产品的系统，所述系统包括无热载体蓄热式旋转床和分馏塔，其中，

所述无热载体蓄热式旋转床包括旋转床热解炉、蓄热式燃气辐射管燃烧器，所述旋转床热解炉的壳体上设有进料口、气液混合物出口、出料口、可燃气入口和烟气出口，所述气液混合物出口设于所述壳体的侧壁，所述旋转床热解炉的炉底为可转动的环形炉底；所述蓄热式燃气辐射管燃烧器布置于所述旋转床热解炉壳体的环形炉壁上，所述蓄热式燃气辐射管燃烧器包括上蓄热式燃气辐射管和下蓄热式燃气辐射管，在炉膛内设有安装于炉底并用于承载被热解物的支撑板，上蓄热式燃气辐射管和下蓄热式燃气辐射管分别位于所述支撑板的上下两侧；所述分馏塔包括油气进口、蒸汽进口、重油出口、轻油产品出口、热解气出口，所述油气进口与所述旋转床热解炉的气液混合物出口相连。

上述的系统，所述系统还包括流化床气化装置，所述流化床气化装置设有塑料炭入口、气化剂入口、气化气出口和除尘灰入口，所述塑料炭入口与所述旋转床热解炉的出料口相连。

上述的系统，所述系统还包括除尘净化单元，所述除尘净化单元设有气化气入口、可燃气出口和除尘灰出口，所述除尘净化单元的气化气入口与所述流化床气化装置的气化气出口相连，所述除尘净化单元的除尘灰出口与所述流化床气化装置的除尘灰入口相连。

上述的系统，所述系统还包括可燃气储罐，所述可燃气储罐设有可燃气入口和可燃气出口；所述可燃气入口与所述除尘净化单元的可燃气出口相连，所述可燃气储罐的可燃气出口与所述无热载体蓄热式旋转床的可燃气入口相连。

根据本实用新型的上述技术方案，无热载体蓄热式旋转床采用辐射管加热，可以有效隔绝空气，减少二噁英等有害气体的产生，增加油气产品的稳定性和可控性。

本实用新型无热载体蓄热式旋转床产生的油气从侧出气口排出，可以防止油在炉顶的二次裂解，从而增加整体的油产量。

无热载体蓄热式旋转床上下蓄热式燃气辐射管的温度不同，上蓄热式燃气辐射管的温度为300-400℃，下蓄热式燃气辐射管的温度为400-500℃，保证了底层塑料的充分热解，提高了热解液产量。

本实用新型使得热解后的油气直接进入分馏塔，可充分利用油气本身的高温条件，极大的节约了能耗。

本实用新型热解产生的油经过分馏形成灵活多变的产品，可根据市场需要进行调节。

塑料生成的热解炭通过气化产生的燃气与热解产生的热解气一同在辐射管内燃烧为无热载体蓄热式旋转床加热，极大地提高了塑料的减量化和资源化，能做到燃料自足。

附图说明

图1是本实用新型实施例的塑料热解气化制备油产品的系统流程结构图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案以及各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

图1为本实用新型提供的实施例的塑料热解气化制备油产品的系统流程结构图。

本实用新型提供的塑料热解气化制备油产品的系统，主要包括无热载体蓄热式旋转床1和分馏塔2。

可将塑料轻微融化后送入无热载体蓄热式旋转床1进行低温热解反应，生成高温油气(气液混合物)和热解炭。

其中，所述无热载体蓄热式旋转床1包括旋转床热解炉、蓄热式燃气辐射管燃烧器，以及布料、出料等辅助机构。所述旋转床热解炉的壳体上设有进料口、气液混合物出口、出料口、可燃气入口和烟气出口，所述气液混合物出口设于所述壳体的侧壁，所述旋转床热解炉的炉底为可转动的环形炉底。

所述蓄热式燃气辐射管燃烧器布置于所述旋转床热解炉壳体的环形炉壁上，所述蓄热式燃气辐射管燃烧器包括上蓄热式燃气辐射管和下蓄热式燃气辐射管，在炉膛内设有安装于炉底并用于承载被热解物的支撑板，具体地，支撑板水平设置且在其底部或旁侧通过竖向支撑筋连接炉底，使支撑板与炉底之间具有空间从而使支撑板悬空，上蓄热式燃气辐射管位于支撑板上侧且与支撑板之间具有空间以容纳被热解物，下蓄热式燃气辐射管位于所述支撑板的下侧；通过在被热解物上下设置热源的方式对被热解物进行热解。

通过燃烧流化床气化气和热解气以热辐射的方式提供塑料催化热解所需热量，辐射管内的烟气与旋转床内的气氛隔绝，旋转床处于无氧状态。在热解区末端炉体侧壁设置气液出口，用以排出塑料热解气液混合物。

高温油气(气液混合物)直接进入分馏塔2产生多种油产品，气体掺入气化气可用于燃烧供热，多余的气体可通过发电机燃烧发电。

所述分馏塔2包括油气进口、蒸汽进口、重油出口、轻油产品出口、热解气出口，所述油气进口与所述旋转床热解炉的气液混合物出口相连，中间可通过泵进行控制。

分馏塔2的轻油产品出口可与静置分离罐相连。所述静置分离罐具体可设置混合液入口、水分出口、油产品出口。静置分离罐的混合液入口与分馏塔的轻油产品出口相连。静置分离罐的水分出口可进一步与所述流化床气化装置的气化剂入口相连。

无热载体蓄热式旋转床1产生的热解炭可经过破碎后进入流化床气化装置，与分馏后产生的水分发生水蒸气气化反应，得到的气化气。

所述无热载体蓄热式旋转床的热解炭出料可采用破碎出料机。产生的塑料热解炭采用密封破碎出料机进行处理后可进入流化床气化装置3。

所述流化床气化装置3设有塑料炭入口、气化剂入口、气化气出口和除尘灰入口，所述塑料炭入口与所述旋转床热解炉的出料口相连。

气化气除尘后可用于无热载体蓄热式旋转床辐射管燃烧加热。因而上述系统还可进一步包括除尘净化单元4，所述除尘净化单元4设有气化气入口、可燃气出口和除尘灰出口，所述除尘净化单元4的气化气入口与所述流化床气化装置3的气化气出口相连，所述除尘净化单元4的除尘灰出口与所述流化床气化装置3的除尘灰入口相连，用于将除尘灰返回至流化床气化装置3内进行气化。

进一步地，系统还可包括可燃气储罐5，所述可燃气储罐5设有可燃气入口和可燃气出口。所述可燃气入口与所述除尘净化单元4的可燃气出口相连，所述可燃气储罐5的可燃气出口可与所述无热载体蓄热式旋转床1的可燃气入口相连。

如果待处理的塑料比较松散，可利用回收产品和烟气中的余热将其适当融化以增加入料速度。因此，系统还可进一步包括融化装置。

所述融化装置具有进料口、出料口、烟气进口、排气口，所述融化装置的进料口可与螺旋进料器相连，所述融化装置的出料口可与无热载体蓄热式旋转床1的进料口相连，所述融化装置的烟气进口可与无热载体蓄热式旋转床1的烟气出口相连。

本实用新型具体实施所述的塑料热解气化制备油产品的方法，主要工艺流程是：

将塑料轻微融化后(如果需要)送入无热载体蓄热式旋转床1进行低温热解反应，生成高温油气(气液混合物)和热解炭。热解炭可经过破碎后进入流化床气化装置3，可与后续分馏工艺产生的水分发生水蒸气气化反应，得到的气化气除尘后用于无热载体蓄热式旋转床1辐射管的燃烧加热。高温油气(气液混合物)直接进入分馏塔2产生多种油产品，气体掺入气化气后燃烧供热，多余的气体通过发电机燃烧发电。

本实用新型的整个工艺流程实现了塑料热解产品的充分利用，系统简单，热解不产生二噁英、二次污染小，充分利用热解油气本身的热量进行分馏，运行成本低、余热回收利用率高、资源化水平高、产品经济效益好、利于塑料热解的工业化应用。

本实用新型的塑料热解气化制备油产品的方法，包括步骤：

A、入料：塑料产品的入料含杂质较少，含水率也比较低，可简单处理后直接入料。如果塑料比较松散，可利用回收产品和烟气中的余热将其适当融化以增加入料速度。

B、塑料的催化热解：塑料通过布料装置均匀布入无热载体蓄热式旋转床进行热解，使塑料位于上下蓄热式燃气辐射管中间，蓄热式燃气辐射管燃烧器布置于环形炉壁，通过燃烧流化床气化气和热解气以热辐射的方式提供塑料催化热解所需热量，辐射管内的烟气与旋转床内的气氛隔绝，旋转床处于无氧状态。在热解区末端炉体侧壁设置气液出口，用以排出塑料热解气液混合物。

上蓄热式燃气辐射管温度设定为300-400℃，下蓄热式燃气辐射管温度设定为400-500℃。本实用新型采用适当提高下蓄热式燃气辐射管的温度的方式，有利于塑料均匀热解，热解产物性质稳定。上蓄热式燃气辐射管设定较低温度来尽可能的增加油产品的产率。

而且本实用新型的侧出气口也是为了尽可能地增加油产品的产率，以防止油在炉顶的二次裂解，从而增加整体的油产量。

产生的塑料热解炭采用密封破碎出料机进行处理后进入流化床气化装置3，保证了流化床的进料稳定性，减少了停车、维修频率，破碎后的热解炭更利于气化反应的进行。

C、油产品制备：从无热载体蓄热式旋转床热解炉侧壁流出的高温油气(气液混合物)直接进入分馏塔2，经过分馏后形成多种油产品，具体分馏温度和产品数量根据需要设置。热解气经过碱洗后掺入流化床气化气作为旋转床辐射管燃料，也可作为产品出售或直接发电，分馏后的油产品可通过萃取进行提纯，可通过分液装置将油水进行分离，产生的水可作为气化炉的气化剂或加热为蒸汽提供给分馏塔2。

D、流化床水蒸气气化：将分馏和静置分离产生的水分通过管道输送至流化床气化装置3内，与来自无热载体蓄热式旋转床1的热解炭发生水蒸气气化反应，将“废水”变为“气化剂”，既降低了运行成本，又提高了可燃气的产量，同时气化产生的残渣可进行填埋处理。

气化气可再经过除尘净化单元4后，进入可燃气储罐5，通过控制气体流速，进入无热载体蓄热式旋转床1上、下蓄热式燃气辐射管中燃烧加热，燃烧后的烟气可通入融化装置，废气经过处理后排出。

当然上述步骤的顺序不是确定的，可根据需要设置。提到的步骤也不是都是必要的，可根据实际情况增减。

本实用新型的与现有技术相比，旋转床采用辐射管加热，可以有效隔绝空气，减少二噁英等有害气体的产生，增加油气产品的稳定性和可控性。

本实用新型的旋转床产生的油气从侧出气口排出，可以防止油在炉顶的二次裂解，从而增加整体的油产量。

本实用新型无热载体蓄热式旋转床上下蓄热式燃气辐射管的温度不同，上蓄热式燃气辐射管的温度为300-400℃，下蓄热式燃气辐射管的温度为400-500℃，保证了底层塑料的充分热解，提高了热解液产量。

本实用新型热解后的高温油气直接进入分馏塔，可充分利用油气本身的高温条件，极大地节约了能耗。

本实用新型还可采用系统烟气和余热对塑料进行初步的融化，可以减少塑料的堆密度，并能够方便入料，在炉体内形成均匀的布料厚度。

本实用新型热解后的产生的油经过分馏形成灵活多变的产品，可根据市场需要进行调节，具有较高的经济性。

进一步地，本实用新型将塑料生成的热解炭通过气化，产生的燃气与热解气一同在辐射管内燃烧为旋转床加热，极大地提高了塑料的减量化和资源化，能做到燃料自足。

实施例1

采用某市城市分选出的塑料原料，塑料种类主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。

塑料在经过初步融化后进入无热载体蓄热式旋转床1进行热解，上蓄热式燃气辐射管设定温度400℃，下蓄热式燃气辐射管设定温度500℃。旋转床热解得到的热解炭经过破碎后进入流化床气化装置3，与气液分离罐产生的水分发生水蒸气气化反应，反应温度为800-900℃，制得的气化气经过除尘净化单元4后进入可燃气储罐5，通过控制可燃气流速为无热载体蓄热式旋转床1辐射管加热。旋转床热解得到的气液混合物通过炉体侧壁导出管通过泵送入分馏塔2精馏分离，分别得到初馏点至205℃、205～350℃及350℃以上的汽油馏分、柴油馏分和重油，热解气送入可燃气储罐5。

表1裂解汽油和柴油的部分物性

为了考察裂解油品中轻质燃料油、汽油和柴油的质量，对它们的部分主要物性进行了测定,测定结果见表1。从表中可以看出,经催化裂解得到的汽油具有很高的辛烷值,超过90，经适当精制后可作为90#车用汽油。得到的柴油冷滤点较高，但可以作为0#柴油的调和组分。

实施例2

采用某市城市分选出的塑料原料，塑料种类主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)和聚氯乙烯(PVC)等。

采用催化热解，首先在炉体内活化催化剂，达到一定温度后加入废塑料、底油，塑料在融化后进入无热载体蓄热式旋转床1进行热解，上蓄热式燃气辐射管设定温度350℃，下蓄热式燃气辐射管设定温度450℃，热解45min。旋转床热解得到的热解炭经过破碎后进入流化床气化装置3，制得的气化气经过除尘净化单元4后进入可燃气储罐5。旋转床热解得到的气液混合物通过炉体侧壁导出管通过泵送入分馏塔2精馏分离，分别得到汽油馏分、柴油馏分和重油，热解气送入可燃气储罐5。

本实施例的物料平衡表见表2。

表2物料平衡表

催化裂解轻油收率高，产品质量好，汽油可直接作为90#无铅汽油使用。

实施例3

采用某市城市分选出的塑料原料，塑料种类主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)和聚氯乙烯(PVC)等。

采用催化热解，首先在炉体内活化催化剂，达到一定温度后加入废塑料、底油，塑料在融化后进入无热载体蓄热式旋转床1进行热解，上蓄热式燃气辐射管设定温度300℃，下蓄热式燃气辐射管设定温度400℃，热解45min。旋转床热解得到的热解炭经过破碎后进入流化床气化装置3，制得的气化气经过除尘净化单元4后进入可燃气储罐5。旋转床热解得到的气液混合物通过炉体侧壁导出管通过泵送入分馏塔2精馏分离，分别得到汽油馏分、柴油馏分和重油，热解气送入可燃气储罐5。

本实施例的物料平衡表见表3。

表3物料平衡表

催化裂解轻油收率高，产品质量好，汽油可直接作为90#无铅汽油使用。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种塑料热解气化制备油产品的系统，所述系统包括无热载体蓄热式旋转床和分馏塔，其中，

所述无热载体蓄热式旋转床包括旋转床热解炉、蓄热式燃气辐射管燃烧器，

所述旋转床热解炉的壳体上设有进料口、气液混合物出口、出料口、可燃气入口和烟气出口，所述气液混合物出口设于所述壳体的侧壁，所述旋转床热解炉的炉底为可转动的环形炉底；

所述蓄热式燃气辐射管燃烧器布置于所述旋转床热解炉壳体的环形炉壁上，所述蓄热式燃气辐射管燃烧器包括上蓄热式燃气辐射管和下蓄热式燃气辐射管，在炉膛内设有安装于炉底并用于承载被热解物的支撑板，上蓄热式燃气辐射管和下蓄热式燃气辐射管分别位于所述支撑板的上下两侧；

所述分馏塔包括油气进口、蒸汽进口、重油出口、轻油产品出口、热解气出口，所述油气进口与所述旋转床热解炉的气液混合物出口相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括流化床气化装置，所述流化床气化装置设有塑料炭入口、气化剂入口、气化气出口和除尘灰入口，所述塑料炭入口与所述旋转床热解炉的出料口相连。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括除尘净化单元，所述除尘净化单元设有气化气入口、可燃气出口和除尘灰出口，所述除尘净化单元的气化气入口与所述流化床气化装置的气化气出口相连，所述除尘净化单元的除尘灰出口与所述流化床气化装置的除尘灰入口相连。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括可燃气储罐，所述可燃气储罐设有可燃气入口和可燃气出口；所述可燃气入口与所述除尘净化单元的可燃气出口相连，所述可燃气储罐的可燃气出口与所述无热载体蓄热式旋转床的可燃气入口相连。