TW201348303A - 有機廢棄物熱媒熱裂解油化方法及裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係為一種快速混合熱媒熱裂解方法及裝置.既為有機廢棄物加入熱媒物混合熱裂解方法及裝置，以廢塑膠為例(但不局限於此)廢塑膠前處理後經過連續熱熔設施後呈液體狀於進入裂解反應槽前加入熱媒物，如熱砂或熱觸媒及，或添加物等初步攪拌混合，隨既進入裂解反應槽內，透過裂解反應槽的攪拌器強烈攪拌快速的混合均勻，而產生高效率的裂解反應。裂解反應器底部裝置一傾斜式夾套螺旋反應器(詳見本人專利申請案號098CP014504).將尚未裂解完成的欲反應物進一步完成裂解並將殘渣，廢熱媒物，如砂或觸媒及，或添加物等乾燥.廢熱媒物，如砂或觸媒，及殘渣物等經由空氣燃燒再生再使用.裂解反應產品油氣經抽出至驟冷分餾系統作進一步處理產生油品及瓦斯等。

Description

有機廢棄物熱媒熱裂解油化方法及裝置

本發明為有機廢棄物等熱媒熱裂解油化製程及裝置有關，特別是高分子廢棄物以混合廢塑膠為例(但不局限於此)，經前處理後的廢塑膠熔為液體與高溫熱媒物等混合後即刻進入第一裂解反應槽接著第二裂解反應及殘渣及廢熱媒物等之乾燥裝置.殘渣及廢熱媒物等再生再利用系統。

【先前技術一】美方專利第5738025號

熱裂解法是指將一般高分子有機廢棄物置於無氧或少量氧氣之狀態下，利用熱能及熱媒物等使其加速裂解，產生產品氣體、液體或殘渣之處理方法，換言之，即將高分子廢棄物轉換成可回收之資源裂解油、氣及焦碳等產物。

參閱第1、2圖為專利5738025所示，顯示習用高分子廢棄物熱裂解裝置示意圖，

其主要將塑膠廢棄物經由二段預熱成為液體，第一段由押出機加熱成膠狀，第二段在裂解反應器內上部設一加熱裝置，膠狀體再受熱成液體後，經由該加熱裝置底部網狀孔洞流至裂解反應器之下半部.裂解反應器為由熱風爐包腹的攪拌反應器.反應器底部設有螺旋輸機將裂解殘渣物等排出.

裂解反應產品油氣經由反應器之上部送到分餾系統處理，底部重油經預熱迴至裂解反應器再裂解.

裂解槽底部銜接的螺旋輸送單元將會有尚未完全被裂解殘渣由其裂解槽底部銜接的螺旋輸送機的出料口送出且未經乾燥設施，此時，由於其裂解槽底部銜接的螺旋輸送機無第二裂解功能也無乾燥功能的設計.讓尚未裂解完全裂解廢棄物於該螺旋輸送機內再次進行熱裂解及乾燥作業。然而，習用高分子廢棄物熱裂解油化裝置的裂解槽系統雖然可以縮減整體裂解進料的時間、但佔據裂解反應槽之空間且消耗裂解反應槽之 熱能.影響產能.雖然分餾重油經預熱迴至裂解反應器再裂解可以減少重油產量，但由於其裂解槽底部銜接的螺旋輸送機無第二裂解功能也無乾燥功能可能有部分尚未完全裂解物含於未經乾燥的殘渣中排出.次之裂解攪拌反應器反應之熱能全部由外部的加熱爐經由反應器壁傳導輸送效率稍微差.亦影響裂解反應效率.

【先前技術二】美方專利第7932424B1號

如見圖三(其專利圖”A”)臥式夾套裂解攪拌反應器置在平台上.平台的一端可以舉高，另一低端作為殘渣排出口.塑膠廢棄物和觸媒混合在一起經由臥式裂解反應器之上方入口進料.藉由外部加熱及攪拌.加熱至裂解溫度而產生裂解反應.裂解反應過程中將產出之油氣送至下游的系統分餾出油品及瓦斯等產品.待裂解反應完成停止且殘渣乾燥後將平台的一端舉高，另一低端的出口裝置打開可以將殘渣出口排出.

另見其專利圖”B”臥式夾套旋磚窯裂解反應器置.

塑膠廢棄物和觸媒混合在一起經由輸送機由旋窯裂解反應器(見圖三)其進料後藉由外部22加熱及反應器如旋窯旋轉攪拌混合，加熱至裂解溫度而產生裂解反應.裂解反應過程中將產出之油氣經由後上半部送至下游的系統分餾出油品及瓦斯等產品.藉由旋轉將裂解反應廢觸媒和殘渣向下游輸送及乾燥後由出口排出.其雖為連續裂解反應，但其旋窯之旋轉攪拌混合速率不高.其“A,B”圖示均掺入觸媒促進裂解反應，旦藉由外部傳導加熱其效率低.影響生產效率.

據以往經驗及參考此等，開發出一種高分子廢塑膠棄物熱裂解油化系統流程及裝置，其可解決上述問題，提升效率及節省能源，即是本發明急欲解決的問題，亦是本發明研發的動機。

本發明之目的在於提供有機廢棄物加入高溫熱媒物混合熱裂解油化裝置及裂解系統方法，特別是以高分子塑膠廢棄物裂解為例(但不局限於此)說明，其主要透過三大裝置系統完成工作.

首先廢塑膠前處理後經過連續熱熔設施後成液體，於進入裂解反應槽前加入高溫熱媒物，如砂或觸媒及，或添加物等初步混合產生反應，隨既進入裂解反應器.

進入裂解反應器後，透過裂解反應槽內攪拌器強烈攪拌混合均勻，藉由與高溫且大比表面積的熱媒物快速混合接觸熱傳迅速，使廢塑膠液體急速均勻升溫至適當的裂解反應溫度，產生良好的快速裂解反應。

於第一裂解反應槽尚未完成裂解反應的混合物由反應槽底部進入第二反裂解應器，傾斜式螺旋輸送裂解反應乾燥器繼續反應之後乾燥.本傾斜式熱夾套螺旋輸送裂解反應器為使用本人以前之發明申請案號098CP014504之設施加以改良.其前半段再提升溫裂解反應溫度，提升裂解速率將尚未裂解之物質全部裂解.後半段作為乾燥功能.前後半段之分界以第一裂解反應槽之液位設定高度而定.後半段將裂解殘渣，廢熱媒物如砂或觸媒及，或添加物等乾燥後排出.此廢殘渣物等藉由熱空氣燃燒再生再使用.

裂解產出物油氣經抽出至下游油品分離系統處理.

本發明之廢塑膠熱裂解方法系統及裝置之優點如下：

一.原料廢塑膠(但不局限於此)熱熔融液化後進入裂解反應槽前加入高溫熱媒物，如砂或觸媒及，或添加物等初步混合產生裂解反應，即刻進入攪拌裂解反應器能快速升溫至最佳狀態，且不易產生局部高溫.

二.混合物進入裂解反應器經由內攪拌器強烈攪拌與高表面積高溫度的熱媒物迅速混合均勻，得高熱傳導效率，產生最佳狀態快速裂解反應.

三.本傾斜式熱夾套螺旋輸送機部分作為第二裂裂解反應裝置，可藉由升高裂解溫度達到更佳的效率及更好產品.由於本裝置另一功用為具有將裂解殘餘物如熱媒物，如砂或廢觸媒及，或廢添加物及殘渣等之乾燥及輸送功能，一方面可將殘渣等順利排出.

四.裂解殘餘廢棄物等經再生燃燒時產生之廢熱空氣作為進料的加熱能源使用，減少能源之浪費提升能源之效率.

本發明主要目的在於提供一種有機廢棄物如綜合廢塑膠(但不局限於此)等熱裂解油化之快速裂解方法及裝置，得以提升產能及效率。另一目的在於藉裂解殘餘物如砂或廢觸媒等再生燃燒產生之廢熱空氣回收作為本發明重要能原.

有關本發明為達成上述目的，所採用之技術、裝置及系統其他之功效，茲舉一較佳可行實施例並配合圖式詳細說明如后。

首先參閱第五圖，本發明實施例所提供的一種高分子廢棄物如廢塑膠為例(但不局限於此).廢塑膠混合熱媒物如熱砂等熱媒物熱裂解油化系統及其各別裝置，其過程為經前處理的廢塑膠原料由槽10進入藉由以外熱夾套加熱的進料熱熔化機11，其前段11a將廢塑膠原料熔成膠狀約溫度200~300℃，再進入後段11b進一步攪拌升溫熔化成液狀約溫度280~400℃，以300~360℃較適當，於進入第一裂解反應器20前，將熱媒物由熱媒物槽13約溫度500~800℃，以500~650℃較適當之再生熱媒物如砂等經由輸送機14及管子15進入11b短暫混合產生裂解反應即刻進入第一裂解反應器20.

產生初步裂解反應混合熔液進入第一裂解反應器20後經由內攪拌器21強烈攪拌，藉由與高表積的高溫熱媒物急速混合熱傳導效率高，溫度升至約370~500℃.以約溫度380~440℃較為恰當使裂解反應快速進行第一段裂解反應.

尚未完成裂解反應的混合物經由第一裂解反應器20底管子22進入第二裂解螺旋輸送反應乾燥器23、於第二裂解反應器作第二段提高裂解反應溫度，升至約440~550℃，將其完全裂解.第二裂解螺旋輸送反應器，其前段及後段為共軸，具連續進行裂解反應及乾燥作用.前段23a進行裂解反應，後段23b進行乾燥作用.其前後半段之分界以第一裂解反應槽之液位設定而定.

混合物進入第二裂解螺旋輸送反應器前段23a，其為依據本人以前之發明098CP014504之設施改良.裂解螺旋輸送反應裂解器之構造於軸上軸向加金屬板數片421，可加強攪拌混合效果.另一方面對軸補強，另外刮片432可由葉片葉緣開槽折成.可提高混合及裂解速率，於混合物裂解後，進入後段23b為將裂解殘渣，含廢熱媒物如砂及炭渣等乾燥.後段乾燥23b之乾燥溫度約450~600℃左右.為加強其乾燥效果於乾燥段23b起始保留與前段同之葉片約6~15片，緊接著之後將葉片取消6~15片，並乾燥段於起始保留段之末片葉片恢復完整葉緣沿其葉緣焊接2~3支長約3~5節距之金屬片作刮板432(詳見圖五及六)，防止結焦.於螺旋輸送機末端出口前留有2~4節之螺旋完整葉片將乾燥物等均勻送出.

經第一裂解反應器20產生之油氣及第二裂解螺旋輸送反應器產生之油氣和乾燥之油氣分別經由管子26,27抽出至下游系統將瓦斯及各級油品分離產出.

高溫的裂解殘渣，含廢熱媒物如砂，或廢觸媒及殘渣等經由管子28排至收集槽30，藉由粉位控制，將部分由底部送出，以廢熱氣預熱之空氣一方面燃燒再生，一方面送到再生回收槽再使用.再生燃燒產生之廢熱空氣回收作為本發明方法設施之重要能原.

本發明藉上述具體實施例方法及結構，可得到下述的功效：

其一、由於原料加溫成液體與熱媒物成比例初步混合後，即刻進入第一裂解反應器攪拌，不易產生局部高溫，裂解反應均勻產品易控制.

其二、於第一裂解槽20經由內攪拌器強烈攪拌與高表積高溫度的熱媒物迅速混合，快速升溫至最佳狀態，藉由高熱傳導效率.產生快速裂解反應.

其三、於第二裂解螺旋輸送反應乾燥器23內，除可提升裂解溫度行最佳裂解外，藉由本發明之設施功能，加強攪拌裂解，乾燥效率及輸送功能於本設施內完成.

其四、藉由回收廢熱媒物再生燃燒產生之廢熱空氣回收作為本發明方法設施之重要能原.

其五、如增加生產規模除可放大第一裂解槽20之尺寸外，尚可以加第二裂解反應器大尺寸或增加數量或延長第二裂解反應器反應段至末端出口位置.其高度約於第一裂解反應器之液位高度.再以氣體上固體下為出口.固體殘物再經螺旋輸送乾燥機乾燥.裂解產出氣體經抽出至下游油品分離系統處理.

綜上所述，此實施例及圖示僅為本發明之較實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬本發明專利涵蓋之範圍內。

《習知》美方專利第5738025號

1‧‧‧押出機------------extruder

2‧‧‧混合槽------------material mixing vessel

3‧‧‧熱裂解槽----------thermal cracking vessel

4‧‧‧觸媒裂解槽--------catalytic cracking vessel

5‧‧‧加熱爐------------heating furnace

6‧‧‧冷凝器------------condenser

7‧‧‧沉降器------------settler

101‧‧‧熱裂解槽----------thermal cracking vessel

102‧‧‧廢塑膠熔解部分----waste plastics meltingportion

103‧‧‧裂解殘渣集中部分---thermal cracking residue concentrating portion

104‧‧‧攪拌器----------agitator

105‧‧‧刮除器----------scraper

106‧‧‧加熱爐----------heating furnace

107‧‧‧螺旋輸送機------screw conveyor

108‧‧‧加熱爐傳統部分-conventional portion of heating furnace

109‧‧‧分餾塔---------fractional distillation Column

110‧‧‧冷凝器---------condenser

111‧‧‧觸媒床---------zeolite catalyst bed

112‧‧‧冷凝槽---------condensation vessel

113‧‧‧受槽-----------receiver

114‧‧‧瓦斯槽---------gas holder

115‧‧‧油貯槽---------oil storage tank

116‧‧‧含鹵素殘渣焚化爐---halogen-containing Incinerator

117‧‧‧洗滌塔---------scrubbing tower

《習知》美方專利第7932424B1號

1‧‧‧反應槽---------reaction vessel

2‧‧‧加熱器---------heater

3‧‧‧攪拌器---------agitator

4‧‧‧進料口----------loading port for raw materials

5‧‧‧裂解氣出口------cracked gas discharging port

6‧‧‧裂解氣管--------cracked gas pipe

7‧‧‧冷卻機構--------cooling mechanism

8‧‧‧分餾油貯槽-----oil fraction storage tank

9‧‧‧裂解油貯槽-----oil fraction(cracked oil)

10‧‧‧超低溫緝捕器---cryogenic trap(-80℃)

11‧‧‧苛性鈉緝捕器---NaOH trap

12‧‧‧GC-FID

13‧‧‧出口-----------discharge port

14‧‧‧基座-----------base

15‧‧‧旋軸座---------pivotally supporting base

16‧‧‧舉斜設施-------tilting device

21‧‧‧旋窯式反應槽---rotary kiln-type reaction vessel

22‧‧‧加熱器--------heater

22a‧‧‧燃燒器--------combustor

24‧‧‧進料口---------loading port for raw materials

25‧‧‧前部固定處-----anterior fixing portion

25a‧‧‧進料設施------raw materials feeding mechanism

26‧‧‧反應槽內容物---FCC waste catalyst and others Inside reaction vessel

27‧‧‧冷卻機構--------cooling mechanism

28‧‧‧分餾油貯槽-----oil fraction storage tank

29‧‧‧可燃氣----------combustible gaS(fuel gas)

30‧‧‧後部固定處------posterior fixing portion

31‧‧‧排出物貯存部分---discharged substance storing portion

《本發明》

第五圖 係本發明裂解槽系統的示意圖

10‧‧‧進料槽

11‧‧‧進料熱熔化機

11a‧‧‧進料熱熔化機前段

11b‧‧‧進料熱熔化機混合段

12‧‧‧進料熱熔化機夾套

13‧‧‧熱媒物槽

13a‧‧‧熱媒物旋風分離器

14‧‧‧熱媒物槽出料機

15‧‧‧熱媒物出料管

16‧‧‧廢熱風管子

20‧‧‧第一裂解反應器

21‧‧‧裂解槽攪拌機

22‧‧‧管子

23‧‧‧第二裂解反應器

23a‧‧‧第二裂解反應段

23b‧‧‧第二裂解乾燥段

24a‧‧‧第一裂解反應夾套

24b‧‧‧第二裂解反應夾套

25‧‧‧管子

26‧‧‧管子

27‧‧‧管子

30‧‧‧裂解殘渣等槽

31‧‧‧廢熱媒物出料器

32‧‧‧管子

33‧‧‧熱空氣管子

34‧‧‧管子

第一，二圖 係習用美方專利第5738025號高分子廢棄物熱裂解油化裝置示意圖。

第三，四圖 係習用美方專利第7932424B1號高分子廢棄物熱裂解油化裝置示意圖。

第五圖 係本發明裂解槽系統的示意圖。

第六圖 係本發明螺旋輸送反應段的剖面示意圖，顯示螺旋輸送葉片，開槽與軸之補強。

第七圖 係本發明螺旋輸送乾燥段的剖面示意圖，顯示螺旋輸送葉片葉緣及刮板與軸之補強。

第八圖 係本發明螺旋輸送乾燥段的剖面示意圖，顯示螺旋輸送葉片刮板與軸之補強及因容量增加而增加乾燥時間。

本案指定代表圖第(五)圖之元件符號簡單說明：

10‧‧‧進料槽

11‧‧‧進料熱熔化機

11a‧‧‧進料熱熔化機前段

11b‧‧‧進料熱熔化機混合段

12‧‧‧進料熱熔化機夾套

13‧‧‧熱媒物槽

13a‧‧‧熱媒物旋風分離器

14‧‧‧熱媒物槽出料機

15‧‧‧熱媒物出料管

16‧‧‧廢熱風管子

20‧‧‧第一裂解反應器

21‧‧‧裂解槽攪拌機

22‧‧‧管子

23‧‧‧第二裂解反應器

23a‧‧‧第二裂解反應段

23b‧‧‧第二裂解乾燥段

24a‧‧‧第一裂解反應夾套

24b‧‧‧第二裂解反應夾套

25‧‧‧管子

26‧‧‧管子

27‧‧‧管子

30‧‧‧裂解殘渣等槽

31‧‧‧廢熱媒物出料器

32‧‧‧管子

33‧‧‧熱空氣管子

34‧‧‧管子

本案指定代表圖第(六)圖

23b‧‧‧輸送機管殼

24b‧‧‧熱風夾套管殼

42‧‧‧輸送機軸

43‧‧‧輸送機葉片

421‧‧‧機軸軸向補強片

431‧‧‧輸送機葉緣槽孔

432‧‧‧葉片槽孔刮片

本案指 定代表圖第(七)圖

23b‧‧‧輸送機管殼

24b‧‧‧熱風夾套管殼

42‧‧‧輸送機軸

421‧‧‧機軸軸向補強片

43‧‧‧輸送機完整葉片

433‧‧‧完整葉片葉緣刮片

本案指定代表圖第(八)圖

23b‧‧‧輸送機管殼

24b‧‧‧熱風夾套管殼

42‧‧‧機軸

421‧‧‧輸送機軸軸向補強片

43‧‧‧完整葉片段

433‧‧‧葉緣刮片

Claims (9)

1. 有機廢棄物加入熱媒物混合熱裂解油化系統方法及裝置，其發明專利申請如無如下：1.本發明為一種有機廢棄物如廢塑膠，有機污泥，廢油及廢生質物等加至適當溫度後依比例添加熱媒物，或熱觸媒物等混合加速升溫至適當裂解溫和且即進入第一裂解反應槽，經第一裂解攪拌反應槽快速混合升溫均勻加速裂解反應.尚未來得及完成裂解反應物與熱媒物進入第二裂傾斜式熱夾套螺旋輸送裂解反應設施，其前段提升溫度加速熱裂進行及完成.廢熱媒物和殘渣之乾燥於第二裂解反應設施之末段一氣呵成排出。藉由回收廢熱媒物再生燃燒產生之廢熱空氣熱能回收作為本發明方法設施之重要能原.
2. 如申請專利範圍第1項所述，為混合廢塑膠等前處理後經熱熔機設施加熱成液體狀後，於熱熔機後混合設施依比例添加熱媒物等混合加速升溫產生初步裂解反應.
3. 如申請專利範圍第2項所述，為混合廢塑膠等前處理後經熱熔機設施，前段為一般單軸押出機，後段為共軸攪拌輸送機，其攪拌葉片可為槳式(paddle type)或螺旋帶狀(ribbon type)等可以攪拌輸送的型式.
4. 如申請專利範圍第1項所述，原料如為廢生質物或有機污泥及廢油等混合，經加熱於至適當溫度後，比例添加熱媒物 或熱觸媒物等混合後升溫至產生裂解反應.
5. 如申請專利範圍第1項所述，第二裂傾斜式熱夾套螺旋輸送裂解反應設施，為裂解段與乾燥段共軸之設施，前裂解段具有加強攪拌之葉緣槽及葉緣刮件.(見第六，七圖).
6. 如申請專利範圍第1項所述，第二裂傾斜式熱夾套螺旋輸送裂解反應設施，前後段共軸軸上增加強片補強(見第六，七圖)，其亦有加強攪拌功能.
7. 如申請專利範圍第1項所述，第二裂解反應設施，後段為乾燥功能，後段起始保留與前段相同之葉片6~15片作為初步乾燥，緊接著之後將葉片取消6~15片，於此段起始保留段葉片之末葉片保持完整無缺口並沿其葉緣等分焊接2~3支長約3~5節距朝向輸送下游之金屬刮片，作刮除片防止殘渣結焦.同時因葉片取消一方面形成大堆積空間，另一方面增加乾燥時間.此方式可以重複適當使用.
8. 如申請專利範圍第1項所述，當欲增加產量時除加大第一，第二裂解反應器容量尺寸外，亦可只將第二裂解反應器延長或加大反應段或為單純之裂解反應器，亦可配合產量增加第二裂解反應器為單純裂解反應器數量，此時將增設的第二，或第三等裂解反應器之末端液固相物向下出口位置，其高度約於第一裂解反應器之液位高度，其他如裂解產出氣體經上出口抽出至下游油品分離系統處理.
9. 如申請專利範圍第8項所述，整支為乾燥設施時，起始保 留葉片至中間作為初步乾燥，緊接著之後將葉片取消，起始有保留段葉片之末葉片保持完整無缺口並沿其葉緣焊接2~3支長約3~5節距朝向輸送下游之金屬條片，其法如第7條述，依長度如此可以重複裝設數次至乾燥為止，排出口設2~4完整無缺口葉片將殘渣排出.