TWI675698B - 廢輪胎裂解氣之沉降式薄膜硫化氫吸收塔 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種沉降式薄膜硫化氫吸收塔，適用於廢輪胎裂解製程中的硫化氫處理，其結構包含：一塔體，其包含有一塔身及塔身包覆的容置空間，以及連通容置空間與外界的一裂解氣輸入口、一瓦斯氣輸出口、一液體輸出口；一噴灑裝置，其包含有一吸收劑流通管路以及多個均勻分布於容置空間的吸收劑噴頭，用以噴灑一硫化氫吸收劑；一沉降式薄膜裝置，將容置空間區隔出一封閉的反應作用區，其包含有一上定位孔板、一下定位孔板，以及多個反應作用管；以及一冷凝裝置，設置於塔身位於反應作用區範圍的位置；其中，該些反應作用管的頂部為鋸齒狀型態。

Description

廢輪胎裂解氣之沉降式薄膜硫化氫吸收塔
本發明係關於流化氫吸收設備；更詳而言之，係一種應用於廢輪胎裂解氣之沉降式薄膜硫化氫吸收塔。
目前以廢舊輪胎為主的廢舊橡膠製品的驟然增加已給環境造成危害，廢舊輪胎的回收處理和利用已到了不可忽視的地步。
工業的發展需要越來越多的燃料和化工產品，然而全球固定資源有限，所以提倡迴圈經濟，實現廢棄物資源化利用，廢輪胎裂解產生油在解決這個問題方面十分有效。廢輪胎裂解煉製出來的油品雖然可以直接使用，但由於其顏色過深並且散發臭味，會給使用者帶來諸多不便。
目前，處理廢輪胎裂解油的主要方法有加氫精製、酸堿精製和二次催化精製，其中這幾種精製都會大約有10%的損耗，在二次催化裂解中硫醇還會使催化劑中毒，影響精製的效果。
因此，找到一種方式可去除硫化氫異味，提高油品外觀、透明度、純度，達到更高的使用標準已成為業界急需改良的問題，以提高廢輪胎裂解油的經濟價值。
本發明所欲解決的問題係採用一種具有沉降式薄膜吸收裝置的硫化氫吸收塔，利用吸收劑與硫化氫產生化學反應作用對廢輪胎裂解油進行硫化氫的去除，以達成去除廢輪胎裂解油中硫化氫的目的，並解決裂解油中硫含量過高問題，因為裂解油中之硫份大多以硫化氫的形式存在。
為解決上述問題，本發明係揭露一種沉降式薄膜硫化氫吸收塔，適用於廢輪胎裂解製程中的硫化氫處理，其結構包含：一塔體，其包含有一塔身及該塔身包覆的容置空間，以及連通該容置空間與外界的一裂解氣輸入口、一瓦斯氣輸出口、一液體輸出口，該瓦斯氣輸出口設置於該塔身之頂部，該液體輸出口設置於該塔身之底部，該裂解氣輸入口設置於該塔身接近底部的位置；一噴灑裝置，設置於該容置空間接近該塔身之頂部的位置，其包含有一吸收劑流通管路以及多個吸收劑噴頭，該些吸收劑噴頭連接於該吸收劑流通管路之底部，並均勻分布於該容置空間，用以噴灑一硫化氫吸收劑；一沉降式薄膜裝置，設置於該容置空間接近塔身中段的位置，並將該容置空間區隔出一封閉的反應作用區，其包含有一上定位孔板、一下定位孔板，以及多個反應作用管，該上定位孔板及該下定位孔板設置有多個位置相對應的反應作用管孔，各該反應作用管分別垂直穿設於該上定位孔板與該下定位孔板上位置相對應的反應作用管孔；以及一冷凝裝置，設置於該塔身位於反應作用區範圍的位置，包含有一冷卻進水口及冷卻出水口，用以流通一冷凝水，本裝置在作用時，該冷凝裝置中的冷凝水流通於 該些反應作用管外壁，用以冷凝該些反應作用管中的裂解氣，進而將冷凝後的液體及無法冷凝的瓦斯氣分別排出於上方的瓦斯氣輸出口以及下方的液體輸出口；其中，該些反應作用管的頂部為鋸齒狀型態。
在一實施例中，更包括一廢輪胎裂解爐，該廢輪胎裂解爐連接該塔體的該裂解氣輸入口，用以輸入熱裂解廢輪胎產生的裂解氣。
在一實施例中，更包括一液體回收利用裝置，該液體回收利用裝置連接該塔體底部的該液體輸出口，用以對輸出之液體進行分類回收。
在一實施例中，該塔身為圓柱型的中空容器。
在一實施例中，該塔身底部為一內縮的椎狀型態。
在一實施例中，該硫化氫吸收劑為化學式為NaOH的苛性鹼。
在一實施例中，該硫化氫吸收劑為化學式為CaO的石灰水。
在一實施例中，該硫化氫吸收劑為化學式為Ca(OH)2的石灰漿。
在一實施例中，該硫化氫吸收劑為化學式為NH4OH的氨水。
在一實施例中，該硫化氫吸收劑為對硫酸鈣脫去二氧化碳後的硫化鈣進行水解產生的化學式為Ca(OH)2的氫氧化鈣。
本發明之主要特點在於：1.本發明所述沉降式薄 膜硫化氫吸收塔係連通自廢輪胎裂解爐，直接對廢輪胎裂解後產生之裂解氣進行硫化氫的吸收，並可透過本發明所述沉降式薄膜裝置以及冷凝裝置之反應與冷卻作用，對裂解氣進行液氣分離及硫化氫的質傳、吸收、反應等作用，使硫化氫分離去除，以後再進一步對分離的液體和瓦斯氣進行分類回收作用；2.經過本發明去除硫化氫的廢輪胎裂解油及裂解氣已大部分去除硫化氫成分，因此裂解油不具有毒性與臭味，在回收利用上更安全，也能提高廢輪胎裂解油的經濟價值。瓦斯氣去除硫化氫後瓦斯更加純淨，燃燒後之尾氣硫氧化物含量極低，不需要再使用脫硫系統於尾氣處理即可排出於大氣，大幅度降低操作成本及廢水處理成本；3.本發明所述的沉降式薄膜裝置，係透過硫化氫吸收劑由塔體上方裝置之吸收劑噴頭噴灑進入塔身上層的容置空間，噴灑硫化氫吸收劑的顆粒往徑向附於反應作用管的內壁，另再利用頂端設計為鋸齒狀型態的限流堰(三角堰)，使硫化氫吸收劑流體流入反應作用管後沿著管壁流下形成均勻的吸收劑薄膜，此時流體為硫化氫吸收劑，薄膜型態則增加了化學反應之接觸面積，反應作用管承接硫化氫吸收劑以形成均勻的薄膜，因此可大幅提高硫化氫吸收劑與廢輪胎裂解裂解氣的反應作用面積，反應作用管外部之冷凝水降低了硫化氫吸收劑及硫化氫之溫度，也增加了硫化氫之溶解率進而大幅提高硫化氫的去除效率，兩者相輔相成達到更佳的硫化氫去除效果；4.廢輪胎裂解製程中產出之裂解油氣需要冷凝，本發明結合此兩製程又使用沉降式薄膜裝置來吸收硫化氫亦是一大創舉；5.本發明採用鹼來回收硫化氫在廢輪胎製程領域中為獨 創的技術，其貢獻也將會是巨大的，因為沒有人採用此方法，而且裂解氣中含大量硫化氫亦事實存在，這既影響製程安全也影響產品價值。
接下來以圖式結合具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更輕易理解本發明並加以實施運用。
1‧‧‧硫化氫吸收塔
11‧‧‧塔體
111‧‧‧塔身
112‧‧‧容置空間
113‧‧‧裂解氣輸入口
114‧‧‧瓦斯氣輸出口
115‧‧‧液體輸出口
12‧‧‧噴灑裝置
120‧‧‧硫化氫吸收劑
120’‧‧‧吸收劑薄膜
121‧‧‧吸收劑流通管路
122‧‧‧吸收劑噴頭
13‧‧‧沉降式薄膜裝置
130‧‧‧反應作用區
131‧‧‧上定位孔板
132‧‧‧下定位孔板
133‧‧‧反應作用管
133A‧‧‧鋸齒狀型態
14‧‧‧冷凝裝置
141‧‧‧冷卻進水口
142‧‧‧冷卻出水口
2‧‧‧廢輪胎裂解爐
3‧‧‧液體回收利用裝置
G‧‧‧裂解氣
G’‧‧‧瓦斯氣
H‧‧‧反應作用管孔
L‧‧‧液體
圖1為本發明一實施例之結構示意圖；圖2A為本發明所述沉降式薄膜裝置結構示意圖；圖2B為本發明所述反應作用管的鋸齒狀型態示意圖；圖2C為本發明所述鋸齒狀型態形成吸收劑薄膜示意圖；圖2D為本發明所述反應作用示意圖；圖3為本發明所述冷凝裝置的作用示意圖；圖4為本發明應用於廢輪胎裂解製程的系統示意圖。
本發明所述沉降式薄膜硫化氫吸收塔之結構煩請參閱圖1至圖2B，圖1為本發明一實施例之結構示意圖，圖2A及圖2B則為本發明所述沉降式薄膜裝置及反應作用管的特徵示意圖。本發明係揭露一種沉降式薄膜的硫化氫吸收塔1，適用於廢輪胎裂解製程中的硫化氫處理，其結構包含：一塔體11，其包含有一塔身111及該塔身111包覆的容置空間112，以及連通該容置空間112與外界的一裂解氣輸入口113、一瓦斯氣輸出口114、一液體輸出口115，該瓦斯氣輸出口114設置於該塔身111之頂部，該液體輸出口115設置於該塔身111之底部，該裂解氣輸入口113設置於該塔身111接近底部的位置；一噴灑裝置12，設置於該容置空間112接近該塔身111之頂部的位置，其包含有一吸收劑流通管路121以及多個吸收劑噴頭122，該些吸收劑噴頭122連接於該吸收劑流通管路121之底部，並均勻分布於該容置空間112，用以噴灑一硫化氫吸收劑120；一沉降式薄膜裝置13，設置於該容置空間112接近塔身111中段的位置，並將該容置空間112區隔出一封閉的反應作用區130，其包含有一上定位孔板131、一下定位孔板132，以及多個反應作用管133，該上定位孔板131及該下定位孔板132設置有多個位置相對應的反應作用管孔H(如圖2A所示)，各該反應作用管133分別垂直穿設於該上定位孔板131與該下定位孔板132上位置相對應的反應作用管孔H，且反應作用管孔H穿出該上定位孔板131而進入該上定位孔板131區隔的上層的容置空間112內；以及一冷凝裝置14，設置於該塔身111位於反應作用區130範圍的位置，包含有一冷卻進水口141及冷卻出水口142，用以流通一冷凝水140；其中，該些反應作用管133穿出該上定位孔板131的頂部為鋸齒狀型態133A(如圖2B所示)。
在本發明此一實施例的應用上，更包括一廢輪胎裂解爐2，該廢輪胎裂解爐2連接該塔體11的該裂解氣輸入口113，用以輸入熱裂解廢輪胎產生的裂解氣，如圖4所示。
在上述之實施例中，該塔身111為圓柱型的中空容器。
在上述之實施例中，該塔身111底部為一內縮的椎狀型態，並以其底部連接一液體輸出管115，以及椎狀的漏斗型態承接經反應作用去除硫化氫的的液態裂解油成分，並進一步對該些液體進行分類回收使用；在一實施例中，該液體可循環回流至吸收塔頂部重複與裂解氣中之硫化氫反應吸收硫化氫。
因此，在一實施例中，本發明更包括一液體回收利用裝置3，該液體回收利用裝置3連接該塔體111底部的該液體輸出口115，用以對輸出之液體進行分類回收，如圖4所示。
而關於本發明沉降式薄膜裝置的反應作用敬請參閱圖2A至圖2D及圖3，如圖2A至圖2C所示，本發明所述的沉降式薄膜裝置13，利用頂端設計為鋸齒狀型態133A的反應作用管133承接硫化氫吸收劑120，透過分布均勻的鋸齒狀形成分布均勻的缺口及頂部之吸收劑噴頭122(如圖1所示)分散液體狀的硫化氫吸收劑120，使流入反應作用管133內壁形成均勻的吸收劑薄膜120’，因此，透過此一均勻分布於反應作用管133內壁的吸收劑薄膜120’與裂解氣G的化學反應，再結合如圖3所示的冷凝裝置14，透過以冷卻進水口141與冷卻出水口140流動於反應作用管130外壁的冷凝水140，使反應作用管133內部的化學作用產生冷凝效果，將可液化的化學成分凝結成液體L沿著反應作用管133的內壁流入塔身111底部的液體輸出管115(如圖1所示)，並將無法冷凝的化學成分以瓦斯氣G’或其他氣體的型態由塔身111頂部的瓦斯氣輸出口 114排出硫化氫吸收塔1，並藉由均勻分布形成的吸收劑薄膜120’大幅提高硫化氫吸收劑120與廢輪胎裂解的裂解氣G的反應作用面積與效率，達到更加的硫化氫去除效果。
在一實施例中，所述硫化氫吸收劑120為化學式為NaOH的苛性鹼溶液。
此時的反應式如下：H2S+H2O → HS-+H+
2Na+OH-+HS-+H+ → Na2S+2H2O
Na2S+H2O → NaHS+NaOH
綜合反應式：H2S+Na2S → 2NaHS
在此一實施例中，硫化氫吸收劑120與酸性氣中的酸性氣體硫化氫水解後之硫氫酸進行酸鹼中和，生成強鹼弱酸鹽。中和過程首先是硫化氫水解生成硫氫酸溶液與苛性鹼溶液形成硫化鈉，硫化鈉隨即水解產生硫氫化鈉及氫氧化鈉，隨著吸收硫化氫的不斷增加，逐漸生成硫氫化鈉，反應過程中間會有明顯的放熱及顏色變化。
在一實施例中，所述硫化氫吸收劑120為化學式為CaO的石灰水或化學式為Ca(OH)2的石灰漿。
此時的反應式如下：CaO+H2O → Ca(OH)2
Ca(OH)2+H2S → CaS+2H2O
2CaS+2H2O → Ca(HS)2+Ca(OH)2
反應式可簡化成：Ca(OH)2+2H2S → Ca(HS)2+2H2O
在此一實施例中，是以鹼溶液為硫化氫吸收劑120產出硫氫化鈣，吸收劑與酸性氣中的酸性氣體硫化氫水解後之硫氫酸進行酸鹼中和，生成強鹼弱酸鹽。此一實施例利用石灰水調劑溶液之酸鹼值，用鹼性水來吸收硫化氫，一般來說酸鹼度值應控制在7~11間，最好是控制在8~9之間，因為石灰之溶解度不高，加入過量之石灰其溶液內會有未溶解之石灰顆粒，將導致形成硫氫化鈣包覆石灰顆粒現象不利於後續之產品處理。
在一實施例中，所述硫化氫吸收劑120為化學式為NH4OH的氨水。
此時的反應式如下：H2S少量時：H2S+2NH3．H2O → (NH4)2S+2H2O
H2S過量時：H2S+NH3．H2O → (NH4)HS+2H2O
在此一實施例中，使用氨水做為硫化氫吸收劑120吸收氫硫酸以產出硫化銨或是硫化氫銨；硫化銨，化學式為(NH4)2S。因其固態不穩定，因此通常使用的是它的水溶液，以免曝露在空氣中會形成多硫化物和硫代硫酸鹽。氫硫化銨，又名硫化氫銨或硫氫化銨，是一種無機化合物，化學式為NH4HS。亦即，此一實施例用此溶液來吸收氣相中之硫化氫分子，同時，在此一實施例的反應過程中，炭黑可能含有少量生石灰CaO，其來自於因有些橡膠產品會加碳酸鈣CaCO3(俗稱重鈣)主要目的是增加其重量，其經高溫裂解製程可能部分會變成生石灰CaO(因為製程缺氧)，導致氨水加入氧化鈣會生成微量氨氣。因此，在使用氨水當硫化氫吸收劑120的實施例 中，會還原少量之氨氣，氨氣若存於不可冷凝之瓦斯中則送至燃燒爐燃燒會抑制氮氧化物之形成，大部分則融入水中再形成氨水重複使用。
此時的反應式如下：2NO2+4NH3+O2 → 3N2+6H2O(燃燒爐中富氧)
在一實施例中，該硫化氫吸收劑120為對硫酸鈣脫去二氧化碳後的硫化鈣進行水解產生的化學式為Ca(OH)2的氫氧化鈣。
此時的反應式如下：
(1)焙燒：CaSO4+2C=CaS+2CO2
2CaSO3+3C=CaS+3CO2
(2)浸取：2CaS+2H2O=Ca(HS)2+Ca(OH)2
(3)吸收：Ca(OH)2+2H2S=Ca(HS)2+2H2O
在此一實施例中，石膏使用來作為硫化氫吸收劑120須先進行前置處理。處理方法是將硫酸鈣CaSO4脫去二氧化碳CO2變成硫化鈣CaS，硫酸鈣水解產生硫氫化鈣Ca(HS)2及氫氧化鈣Ca(OH)2，最後使用氫氧化鈣來吸收硫化氫；本方案中之石膏可取自廢輪胎處理的洗滌塔產出之廢石膏，可以消化部分廢石膏，但石膏需經培燒。石膏取自廢石膏，其主要成分大約為(須視實際鈣轉化率而定)：質量分率(CaS04)=80%，(CaS03)=3%，(結晶水)=8%，(水分)=9%。其實石膏法與石灰水法是相同的，只是石膏須加經一番焙燒程序成為硫化鈣，惟，硫化鈣非常不穩定，因此經水解形成硫氫化鈣及氫氧化鈣後方 可使用。
據此可知，本發明之主要特點在於：1.本發明所述沉降式薄膜的硫化氫吸收塔1係連通自廢輪胎裂解爐2，直接對廢輪胎裂解後產生之裂解氣G進行硫化氫的吸收，並可透過本發明所述沉降式薄膜裝置13以及冷凝裝置14之反應作用，對裂解氣G進行液氣分離作用，再進一步對分離的液體L和瓦斯氣G’進行分類回收作用；2.經過本發明去除硫化氫的廢輪胎裂解油已大部分去除硫化氫成分，因此裂解油不具有毒性與臭味，在回收利用上更安全，也能提高廢輪胎裂解油的經濟價值；3.本發明所述的沉降式薄膜裝置13，利用頂部的噴灑裝置及頂端為鋸齒狀型態133A的反應作用管133設計，承接硫化氫吸收劑120以形成均勻的吸收劑薄膜120’，因此可大幅提高硫化氫吸收劑120與廢輪胎裂解裂解氣G的反應作用面積與效率，達到更加的硫化氫去除效果；4.廢輪胎裂解製程中產出之裂解油氣需要冷凝，本發明結合此兩製程又使用沉降式薄膜裝置13來吸收裂解氣G中的硫化氫亦是一大創舉；5.本發明採用鹼來回收硫化氫在廢輪胎製程領域中為獨創的技術，其貢獻也將會是巨大的，因為沒有人採用此方法而使裂解氣G中含大量硫化氫亦事實存在，這既影響製程安全也影響產品價值。
綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利申請範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明之專 利範圍所涵蓋。

Claims (10)

  1. 一種沉降式薄膜硫化氫吸收塔，適用於廢輪胎裂解製程中的硫化氫處理，其結構包含：一塔體，其包含有一塔身及該塔身包覆的容置空間，以及連通該容置空間與外界的一裂解氣輸入口、一瓦斯氣輸出口、一液體輸出口，該瓦斯氣輸出口設置於該塔身之頂部，該液體輸出口設置於該塔身之底部，該裂解氣輸入口設置於該塔身接近底部的位置；一噴灑裝置，設置於該容置空間接近該塔身之頂部的位置，其包含有一吸收劑流通管路以及多個吸收劑噴頭，該些吸收劑噴頭連接於該吸收劑流通管路之底部，並均勻分布於該容置空間，用以噴灑一硫化氫吸收劑；一沉降式薄膜裝置，設置於該容置空間接近塔身中段的位置，並將該容置空間區隔出一封閉的反應作用區，其包含有一上定位孔板、一下定位孔板，以及多個反應作用管，該上定位孔板及該下定位孔板設置有多個位置相對應的反應作用管孔，各該反應作用管分別垂直穿設於該上定位孔板與該下定位孔板上位置相對應的反應作用管孔；以及一冷凝裝置，設置於該塔身位於反應作用區範圍的位置，包含有一冷卻進水口及冷卻出水口，用以流通一冷凝水；其中，該些反應作用管穿出該上定位孔板而進入該上定位孔板區隔的上層的容置空間內，且其穿出部分的頂部為鋸齒狀型態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之沉降式薄膜硫化氫吸收塔，更包括一廢輪胎裂解爐，該廢輪胎裂解爐連接該塔體的該裂解氣輸入口，用以輸入熱裂解廢輪胎產生的裂解氣。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之沉降式薄膜硫化氫吸收塔，更包括一液體回收利用裝置，該液體回收利用裝置連接該塔體底部的該液體輸出口，用以對輸出之液體進行分類回收。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之沉降式薄膜硫化氫吸收塔，其中，該塔身為圓柱型的中空容器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之沉降式薄膜硫化氫吸收塔，其中，該塔身底部為一內縮的椎狀型態。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之沉降式薄膜硫化氫吸收塔，其中，該硫化氫吸收劑為化學式為NaOH的苛性鹼。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之沉降式薄膜硫化氫吸收塔，其中，該硫化氫吸收劑為化學式為CaO的石灰水。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之沉降式薄膜硫化氫吸收塔，其中，該硫化氫吸收劑為化學式為Ca(OH)2的石灰漿。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之沉降式薄膜硫化氫吸收塔，其中，該硫化氫吸收劑為化學式為NH4OH的氨水。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之沉降式薄膜硫化氫吸收塔，其中，該硫化氫吸收劑為對硫酸鈣脫去二氧化碳後的硫化鈣進行水解產生的化學式為Ca(OH)2的氫氧化鈣。
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