CN212769855U

CN212769855U - 一种废弃塑料热解制氢的系统

Info

Publication number: CN212769855U
Application number: CN202020907428.5U
Authority: CN
Inventors: 王雨田
Original assignee: Shantou Guyuan New Energy Co ltd
Current assignee: Shantou Guyuan New Energy Co ltd
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2021-03-23
Anticipated expiration: 2030-05-26

Abstract

本实用新型提供了一种废弃塑料热解制氢的系统，包括依次连接的干燥装置、破碎装置、热解装置、喷淋塔、油水分离装置、净化单元、变换单元、提氢单元，其中，所述干燥装置的物料出口与所述破碎装置的物料进口相连，所述破碎装置的物料出口与所述热解装置的物料进口相连，所述热解装置的热解蒸汽出口与所述喷淋塔的气体进口相连，所述喷淋塔的液体出口与所述油水分离装置的液体进口相连，所述喷淋塔的气体出口与所述净化单元的气体进口相连，所述净化单元的气体与所述变换单元的气体进口相连，所述变换单元的气体出口与所述提氢单元的气体进口相连。所述系统能够在不产生二次污染的情况下将废弃塑料转化为氢气。

Description

一种废弃塑料热解制氢的系统

技术领域

本实用新型涉及固体废弃物处理领域，具体涉及废弃塑料热解制氢的系统。

背景技术

废弃塑料由于质轻且体积庞大，被丢弃后不易分解，因此对环境造成严重污染。目前对废弃塑料的处理方法以填埋、焚烧为主，然而，填埋会导致土壤结构被破坏，影响作物生长。焚烧则会排放出CO、氯乙烯单体、HCl、甲烷、NOx、SO₂、芳烃等有害物质，对水体和空气造成污染，特别是含氯的塑料在焚烧时会产生二噁英等有害物质。

氢是最清洁的燃料，当氢作为燃料使用时，与氧反应后生成水，不会像化石燃料那样产生一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、硫化物和粉尘等对环境有害的污染物质，因此氢是最洁净的燃料。对保证国家能源安全及环境保护都具有重要意义。

行业内，一直在探究将废弃塑料高效无害化、减量化和资源化的新技术。氢能源的开发也是能源领域研究的方向。

实用新型内容

本实用新型提供了一种废弃塑料热解制氢的系统。该系统能够将废弃塑料高效无害地转化为氢，解决了现有技术中的诸多问题。

本实用新型的系统包括依次连接的干燥装置、破碎装置、热解装置、喷淋塔、油水分离装置、净化单元、变换单元、提氢单元，

其中，所述干燥装置的物料出口与所述破碎装置的物料进口相连，所述破碎装置的物料出口与所述热解装置的物料进口相连，所述热解装置的热解蒸汽出口与所述喷淋塔的气体进口相连，所述喷淋塔的液体出口与所述油水分离装置的液体进口相连，所述喷淋塔的气体出口与所述净化单元的气体进口相连，所述净化单元的气体与所述变换单元的气体进口相连，所述变换单元的气体出口与所述提氢单元的气体进口相连。

在一个实施方案中，所述系统还包括烟气炉，所述提氢单元的解析气出口与所述烟气炉的燃气进口相连，所述油水分离单元的热解焦油出口与所述烟气炉的燃油进口相连。

在一个实施方案中，所述热解装置具有套筒式结构，包括内环壁和外环壁，所述内环壁和外环壁之间的空间形成烟气室，所述内环壁围绕形成的空间形成热解室，所述烟气室的侧壁上布置有烟气进口和烟气出口，所述烟气炉的烟气出口与所述烟气室的烟气进口相连。

在一个实施方案中，净化单元包括脱硫段和脱氨段，所述脱硫段包括脱硫塔、再生塔和泵。

在一些实施方案中，脱氨段采用硫酸洗涤生产硫铵技术，常用的是喷淋式饱和器法，该法技术成熟，煤气中氨脱除得较为彻底。脱硫段采用改良栲胶法进行脱硫。

在一个实施方案中，变换单元主要包括变换炉和换热器，用于将热解气中的CO变换为H₂。变换原理是CO+H₂O＝CO₂+H₂，选择Co-Mo系变换催化剂，操作温度190-250℃。变换单元中的变换炉及换热器等设备可得自湖南安淳高新技术有限公司。

在一个实施方案中，所述提氢单元包括吸附塔及缓冲罐，用于提取H₂产品。

通过提氢单元，得到的氢气体积浓度高于99.5％。提氢单元采用林德液空产品公司的PSA技术。

本实用新型的废弃塑料热解制氢的系统与传统的废弃塑料填埋、焚烧、气化等工艺技术相比，能够在不产生二次污染的情况下将废弃塑料转化为氢气，实现了废弃塑料的清洁利用，是一种利用废弃塑料热解高效制取清洁能源氢气的技术；同时，本技术以高纯度氢气作为主要产品输出，相比于常规塑料热解技术制油，解决了塑料油带来的管道腐蚀、油水处理难度大的问题；因此，本技术具有极高的工业应用价值。通过本系统最终制得的氢气燃料产率高于50重量％，氢气浓度高于99.5％。

附图说明

图1是本实用新型的废弃塑料热解制氢系统的示意图；

图2是本实用新型的废弃塑料热解制氢系统中热解装置的结构示意图。

附图标记说明：

干燥装置-1；破碎装置-2；热解装置-3；喷淋塔-4；油水分离装置-5；烟气炉-6；净化单元-7；变换单元-8；提氢单元-9；废弃塑料-101；热解炭-102；热解水-103；氢气-104；空气-105；烟气-106；

进料口-31；热解蒸汽出口-32；热解炭出口-33；烟气进口-34；烟气出口-35；外环壁-36；内环壁-37；变频电机-38；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将对本实用新型做详细的说明。

本实用新型提供了一种安全、可靠、高效的塑料热解制氢技术。该技术是根据废弃塑料的特性，基于以下工业因素研发形成的：将高含水废弃塑料首先经过干燥装置进行烘干，烘干目的是降低废弃塑料中水分含量，可降低后续热解装置的能耗，并且减少后续与热解油混合的水份的量，可降低污水处理费用。烘干后的物料经过破碎装置进行破碎，破碎到小粒径的废弃物料更有利于后续进料及有利于废弃塑料的均匀受热。

经破碎的废弃塑料送至热解装置内，在热解装置内发生高温热裂解反应，裂解主要产物包括热解油、热解气和热解炭。热解油主要是以芳香族化合物为主和部分链状烃类，具有较高的热值。热解气主要成分为H₂、CH₄、CO及烃类等气体，可作为燃料气和化工合成气使用。在700-800℃条件下热解，大部分热解油在高温条件发生二次裂解反应，塑料的产物以热解气为主。

高温热解气经过冷凝喷淋分离后，不可凝热解气进入净化单元进行脱硫、脱氨等处理，随后进入变换单元，进行变换处理，将CO进行变换。其中主要反应有变换反应：CO+H₂O＝CO₂+2H₂。经过净化、变换等处理后，接着进入提氢单元，采用变压吸附方法分离出高纯度的H₂产品。

在冷凝分离单元分离出的焦油，送至烟气炉作为燃料使用，产生高温的烟气通入热解装置内，为热解反应提供能量。

采用本实用新型的塑料热解制氢系统，形成的废弃塑料热解制氢方法包括以下步骤：

(1)高含水的废弃塑料送至干燥装置进行干燥，干燥到一定程度后排出，输送至破碎装置内进行破碎，破碎到规定粒径后排出；

(2)破碎后的废弃塑料送至热解装置内，在热解装置内发生热裂解，产生的高温热解蒸汽从出气口导出，热解炭从排炭口排出；

(3)从热解装置导出的高温热解蒸汽进入喷淋冷却单元，采用循环水进行激冷。油、水冷凝后进入油水分离装置进行油、水分离，获得的热解气则进入净化单元，进行脱硫、脱氨等处理，煤气中的硫含量低于30mg/Nm³、氨含量低于50mg/Nm³。

(4)从净化单元出来的热解气进入变换单元，对热解气中的CH₄及烃类气体进行变换反应，得到富含H₂的气体；

(5)从变换单元排出的气体进入提氢单元，进行分离提纯，得到氢气产品，分离出的解析气则作为燃料气送入烟气炉内；

(6)从冷凝分离单元分离出的热解焦油送至烟气炉内进行燃烧，产生的高温烟气进入热解装置内，为废弃塑料的热解提供能量。

本实用新型的废弃塑料热解制氢系统如图1所示，包括：干燥装置1、破碎装置2、热解装置3、喷淋塔4、油水分离装置5、烟气炉6、净化单元7、变换单元8、提氢单元9。

其中，所述干燥装置1的物料出口与所述破碎装置2的物料进口相连，所述破碎装置2的物料出口与所述热解装置3的物料进口相连，所述热解装置3的热解蒸汽出口与所述喷淋塔4的气体进口相连，所述喷淋塔4的液体出口与所述油水分离装置5的液体进口相连，所述喷淋塔4的气体出口与所述净化单元7的气体进口相连，所述净化单元7的气体与所述变换单元8的气体进口相连，所述变换单元8的气体出口与所述提氢单元9的气体进口相连。

所述提氢单元9的解析气出口与所述烟气炉6的燃气进口相连，所述油水分离单元5的热解焦油出口与所述烟气炉6的燃油进口相连。

如图2所示，所述热解装置3具有套筒式结构，包括内环壁37和外环壁36，所述内环壁和外环壁之间的空间形成烟气室，所述内环壁37围绕形成的空间形成热解室，所述烟气室的侧壁上布置有烟气进口34和烟气出口35，所述烟气炉6的烟气出口与所述烟气室的烟气进口34相连。

热解装置3的内环壁37上设置有进料口31、热解蒸汽出口32、热解炭出口33，其中，进料口31布置在热解装置3的前端且与热解室相通。热解炭出口33位于热解装置3的末端、且与热解室相通。热解蒸汽出口32布置在热解装置3的末端、与热解炭出口33的位置相对，热解蒸汽出口32与热解室相通。

热解装置3还包括变频电机38，位于热解装置的外部，用于驱动热解室内部的输送装置转动。

在本实用新型中，干燥装置例如是链板式烘干机，链板式烘干机为常规设备可由设备厂家供应。

破碎装置例如是旋转刀快速打料的破碎机，可选用广东东莞市荣信机械生产的塑料破碎机。

冷凝分离单元可以是喷淋塔，例如是立式水洗塔。

油水分离装置例如是机械化焦油水澄清槽，利用焦油、水密度差进行油水分离。

烟气炉例如是燃气烟气炉，其中，热解气配空气进行燃烧，产生高温烟气。

所述净化单元包括脱硫段和脱氨段，其中所述脱硫段包括脱硫塔、再生塔，所述脱氨段包括喷淋饱和器、循环泵、结晶泵。其中，脱氨段采用硫酸洗涤生产硫铵技术。常用的是喷淋式饱和器法，该法技术成熟，煤气中氨脱除得较为彻底。脱硫段采用改良栲胶法进行脱硫。

净化后的热解气中硫含量低于30mg/Nm³，氨含量低于50mg/Nm³。

变换单元主要是将热解气中的CO变换为H₂，变换原理是CO+H₂O＝CO₂+H₂，选择Co-Mo系变换催化剂，操作温度190-250℃。

提氢单元采用林德液空产品公司的PSA技术，提取出高纯度H₂产品。

本实用新型中的设备可以商购得到，例如可以得自武汉国力通能源环保股份有限公司、安徽正晨环保科技有限公司。

结合图1和图2所示，在本实用新型的塑料热解制氢系统运行中，形成如下所述的塑料热解制氢方法：

(1)高含水的废弃塑料101送至干燥装置1进行干燥，烘干温度控制在100℃-105℃，干燥至水分含量5重量％-10重量％，干燥物料输送至破碎装置2内进行破碎，破碎到小于50mm后排出；

(2)破碎后废弃塑料送至热解装置3内，在热解装置3内发生热裂解，热解温度800-900℃，产生的高温热解蒸汽从热解蒸汽出口32导出，热解炭102从热解炭出口33排出；

(3)从热解装置3导出的高温热解蒸汽进入喷淋塔4，采用循环水进行激冷，激冷温度控制在70℃-80℃。油、水冷凝后进入油水分离装置5进行油、水分离，获得热解水103、热解焦油和热解气，热解气则进入净化单元7，进行脱硫、脱氨等处理。

(4)从净化单元7导出的热解气进入变换单元8，对热解气中的CH₄及烃类气体再进行变换反应，得到富含H₂的气体104；

(5)从变换单元8排出的气体进入提氢单元9，进行分离提纯，得到氢气104产品，分离出的解析气则作为燃料气送入烟气炉6内；

(6)从油水分离装置5分离出的热解焦油送至烟气炉6内进行燃烧，同时补给空气105，产生的高温烟气温度900-1000℃，进入热解装置3内，为废弃塑料热解提供能量。

由本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型的基于废弃塑料热解制氢的技术包括塑料干燥、破碎、热解、热解气处理、高效换热系统及热烟气高效利用等。整套系统设备简单，易于操作，热效率高。

实施例

得自造纸厂的废弃塑料的成分分析如表1所示：

表1

含水的废弃塑料送至干燥装置进行干燥，烘干温度控制在100℃，干燥至水分含量5％，干燥物料输送至破碎装置内进行破碎，破碎到<50mm后排出。破碎后塑料送至热解装置内，在热解装置内发生热裂解，热解温度900℃，产生的高温热解蒸汽从出气口导出，热解炭从排炭口排出。从热解装置导出的高温热解气进入喷淋冷却系统，采用循环水进行激冷，激冷温度控制在70℃-80℃。油、水冷凝后进入分离单元进行油、水分离，热解气则进入净化单元，进行脱硫、脱氨等处理。从净化单元出来的热解气进入变换单元，对热解气中的CO进行变换反应，得到富含H₂的气体。从变换单元排出的气体进入提氢单元，将分离提纯，得到氢气产品，分离出的解析气则作为燃料气送入烟气炉内。从冷凝分离单元分离出的热解焦油送至烟气炉内进行燃烧，产生的高温烟气温度1000℃，进入热解装置内，为废弃塑料热解提供能量。最终制得氢气燃料产率为50重量％，氢气浓度为99.5体积％。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种废弃塑料热解制氢的系统，其特征在于，包括依次连接的干燥装置、破碎装置、热解装置、喷淋塔、油水分离装置、净化单元、变换单元、提氢单元，

2.根据权利要求1所述的废弃塑料热解制氢的系统，其特征在于，还包括烟气炉，所述提氢单元的解析气出口与所述烟气炉的燃气进口相连，所述油水分离装置的热解焦油出口与所述烟气炉的燃油进口相连。

3.根据权利要求2所述的废弃塑料热解制氢的系统，其特征在于，所述热解装置具有套筒式结构，包括内环壁和外环壁，所述内环壁和外环壁之间的空间形成烟气室，所述内环壁围绕形成的空间形成热解室，所述烟气室的侧壁上布置有烟气进口和烟气出口，所述烟气炉的烟气出口与所述烟气室的烟气进口相连。

4.根据权利要求1所述的废弃塑料热解制氢的系统，其特征在于，所述净化单元包括脱硫段和脱氨段，其中所述脱硫段包括脱硫塔、再生塔，所述脱氨段包括喷淋饱和器、循环泵、结晶泵。

5.根据权利要求1所述的废弃塑料热解制氢的系统，其特征在于，所述变换单元装置包括变换炉和换热器，用于将CO转化为H₂。

6.根据权利要求1所述的废弃塑料热解制氢的系统，其特征在于，所述提氢单元包括吸附塔及缓冲罐，用于提取H₂产品。