一种基于热载体双循环供热的废塑料处置系统及方法技术方案

本发明专利技术属于固体废弃物处置利用领域，并具体公开了一种基于热载体双循环供热的废塑料处置系统及方法，包括核心反应模块、产物处理模块和热载体循环模块，核心反应模块包括内循环反应釜以及设置在内循环反应釜内的螺旋杆和热载体；产物处理模块用于将热解产物分离为液态和气态；热载体循环模块包括球渣分离器、热载体提升装置和燃烧室，球渣分离器用于从热解残渣中分离出热载体，热载体提升装置将分离出的热载体运送至燃烧室，燃烧室在气态产物燃烧作用下为热载体供热，热载体回到内循环反应釜，燃烧室中烟气对内循环反应釜外壁腔室进行二次加热。本发明专利技术通过热载体内外双循环辅助热解，实现能量高效利用，避免壁面受热不均，同时实现自维持供热。实现自维持供热。实现自维持供热。

【技术实现步骤摘要】
一种基于热载体双循环供热的废塑料处置系统及方法


[0001]本专利技术属于固体废弃物处置利用领域，更具体地，涉及一种基于热载体双循环供热的废塑料处置系统及方法。

技术介绍

[0002]塑料因优异的持久性、耐腐蚀、易塑性、稳定性等被广泛应用于社会各行各业，如包装、建筑、汽车、电子电器等。与此同时，由于塑料难以自然降解，随着塑料废弃物产量的急剧增长，诸多环境问题也浮出水面，废塑料回收处理行业面临严峻挑战，因此寻求一种节能、环保、高效的塑料处理工艺方案是必然趋势。
[0003]现阶段废塑料主要是同生活垃圾一起进入填埋场或焚烧场。然而，传统填埋会污染地下水资源，带来严重的环境问题，且其占用大量土地资源，已逐渐被研究者摒弃。此外，虽然废塑料的热值可高达40MJ/kg，几乎与燃油相持平，通过焚烧法可以高效获取其中的能量，然而塑料在燃烧过程中会释放大量氮氧化物、二噁英等污染性气体，造成二次污染，因此加强废塑料的高效回收和合理处置极为重要。
[0004]相较直接焚烧，由于热解技术可以将废塑料转化为气体、固体、液体等一系列化工燃料和原料，且对不同类型的塑料均具有较好的适应性，热解技术受到国内外研究者的青睐。但在热解的过程中，塑料处于熔融状态，粘度较高，容易粘结在反应器壁面上，引起壁面结焦，这不仅会降低换热效率，导致反应不充分，影响热解装置运行的经济性，同时会引起局部过热，危害热解装置的运行安全。此外，熔融塑料的流动性不佳，且导热性差，这大大增加了输入能耗。同时，针对以聚氯乙烯(PVC)为代表的含氯塑料，在250～300℃的热解过程中会进行脱氯反应，生成诸如HCl等酸性气体，容易对容器产生腐蚀。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于热载体双循环供热的废塑料处置系统及方法，其目的在于，解决熔融塑料热解过程中流动性不足、传热差、易结焦沾壁的问题，同时实现系统自维持运行，提高能量利用率。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提出了一种基于热载体双循环供热的废塑料处置系统，包括所述核心反应模块用于热解废塑料，包括内循环反应釜以及设置在内循环反应釜内的螺旋杆和热载体，所述螺旋杆用于带动所述热载体从内循环反应釜底部上升到顶部后掉落；
[0007]所述产物处理模块用于将热解废塑料产生的气相产物分离为液态产物和气态产物；
[0008]所述热载体循环模块包括球渣分离器、热载体提升装置和燃烧室，其中，所述球渣分离器固定在所述内循环反应釜底部，用于从热解废塑料产生的热解残渣中分离出热载体；所述热载体提升装置用于将球渣分离器分离出的热载体运送至燃烧室；所述燃烧室与所述产物处理模块和内循环反应釜连接，该燃烧室在气态产物的燃烧作用下为热载体供
热，携带热量的热载体回到内循环反应釜中，同时燃烧室中产生的烟气对内循环反应釜外壁腔室进行二次加热。
[0009]作为进一步优选的，所述热载体为表面具有棱角的近球状体，且热载体表面喷涂有过渡金属元素。
[0010]作为进一步优选的，所述螺旋杆外设置有套筒，该套筒用于防止热载体上升过程中坠落。
[0011]作为进一步优选的，所述产物处理模块包括催化提质装置和油气冷凝分离器，所述内循环反应釜、催化提质装置、油气冷凝分离器、燃烧室依次连接；所述催化提质装置用于对气相产物进行原位催化脱氯，所述油气冷凝分离器用于将脱氯后的气相产物分离为液态产物和气态产物，其中液态产物流入油气冷凝分离器下安装的液体收集罐，气态产物进入燃烧室。
[0012]作为进一步优选的，还包括原料预处理模块，该原料预处理模块包括低温脱氯送料器和控制阀，所述低温脱氯送料器用于将废塑料熔融脱氯，熔融的废塑料通过控制阀进入所述内循环反应釜进行热解；同时，对内循环反应釜外壁腔室进行二次加热后的烟气进入低温脱氯送料器对废塑料进行脱氯。
[0013]按照本专利技术的另一方面，提供了一种废塑料处置方法，其采用上述废塑料处置系统实现，包括如下步骤：
[0014]S1、熔融废塑料在内循环反应釜内热解，生成气相产物和热解残渣；同时热载体不断从内循环反应釜底部通过螺旋杆运至顶部，再落入底部的熔融废塑料中，实现炉内催化热解循环的同时刮除壁面焦炭，避免表面结焦；
[0015]S2、所述气相产物进入产物处理模块并被分离为液态产物和气态产物，其中气态产物进入燃烧室，燃烧室内的气态产物与外部导入的空气充分混合并燃烧；
[0016]S3、所述热解残渣进入球渣分离器，球渣分离器将热载体与炉渣分离，分离出的热载体经热载体提升装置进入燃烧室，使热载体吸收气态产物燃烧产生的热量；
[0017]S4、燃烧室中产生的烟气对内循环反应釜外壁腔室进行二次加热；同时吸收了热量的热载体重新进入内循环反应釜，对熔融废塑料进行催化热解，形成自维持供热系统。
[0018]作为进一步优选的，所述内循环反应釜内的温度为450℃～500℃。
[0019]作为进一步优选的，所述燃烧室内温度为600℃～700℃，且燃烧室内过剩空气系数为1.05～1.15。
[0020]作为进一步优选的，先将干燥粉碎的混合废塑料在低温脱氯送料器中加热到250℃～320℃，得到脱氯后的熔融废塑料，然后对该熔融废塑料进行热解；同时低温脱氯送料器中的热量由对内循环反应釜外壁腔室进行二次加热后产生的烟气提供。
[0021]作为进一步优选的，所述混合废塑料的粒度为2mm～5mm。
[0022]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0023]1.本专利技术针对熔融塑料导热性差、难以流动扩散的问题，设计了热载体内外双循环系统，实现传热强化的能量高效利用；同时利用热解产生的可燃气燃烧后的热量为核心反应模块供热，实现系统自维持运行，有效提高能量利用率，降低成本。
[0024]2.对于容器壁面易结焦和能耗高这两个问题，均为熔融塑料流动性差的表现之
一，本专利技术在热解过程中增加传热金属小球作为热载体，通过热载体运动强化熔融塑料流动，增强传热；同时热载体在运动过程中会与容器壁面发生碰撞，可刮除壁面附着物，避免壁面结焦和受热不均，强化换热效果。
[0025]3.本专利技术将热载体设计为具有棱角的近球状体，更有利于在热载体内循环过程中将壁面附着焦炭刮落；并进一步在热载体表面喷涂了过渡金属元素，使其具备一定的催化裂解能力，在加强换热的同时可实现热解过程中的原位提质，节省能耗。
[0026]4.针对热解生成的酸性气体，由于聚氯乙烯(PVC)热解分为200～300℃的脱氯过程和440～580℃的分子链断裂过程，因此本专利技术增设了低温脱氯送料器对废塑料进行预加热，可提前脱除酸性气体，避免对反应釜壁面造成腐蚀。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例基于热载体双循环供热的废塑料处置系统结构示意图；
[0028]图2为本专利技术实施例内循环反应釜内热载体循环示意图。
[0029]在所有附图中，相同的附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热载体双循环供热的废塑料处置系统，其特征在于，包括核心反应模块(2)、产物处理模块(3)和热载体循环模块(4)，其中：所述核心反应模块(2)用于热解废塑料，包括内循环反应釜(202)以及设置在内循环反应釜(202)内的螺旋杆(201)和热载体(203)，所述螺旋杆(201)用于带动所述热载体(203)从内循环反应釜(202)底部上升到顶部后掉落；所述产物处理模块(3)用于将热解废塑料产生的气相产物分离为液态产物和气态产物；所述热载体循环模块(4)包括球渣分离器(404)、热载体提升装置(402)和燃烧室(401)，其中，所述球渣分离器(404)固定在所述内循环反应釜(202)底部，用于从热解废塑料产生的热解残渣中分离出热载体(203)；所述热载体提升装置(402)用于将球渣分离器(404)分离出的热载体(203)运送至燃烧室(401)；所述燃烧室(401)与所述产物处理模块(3)和内循环反应釜(202)连接，该燃烧室(401)在气态产物的燃烧作用下为热载体(203)供热，携带热量的热载体(203)回到内循环反应釜(202)中，同时燃烧室(401)中产生的烟气对内循环反应釜(202)外壁腔室进行二次加热。2.如权利要求1所述的基于热载体双循环供热的废塑料处置系统，其特征在于，所述热载体(203)为表面具有棱角的近球状体，且热载体(203)表面喷涂有过渡金属元素。3.如权利要求1所述的基于热载体双循环供热的废塑料处置系统，其特征在于，所述螺旋杆(201)外设置有套筒(205)，该套筒(205)用于防止热载体(203)上升过程中坠落。4.如权利要求1所述的基于热载体双循环供热的废塑料处置系统，其特征在于，所述产物处理模块(3)包括催化提质装置(301)和油气冷凝分离器(302)，所述内循环反应釜(202)、催化提质装置(301)、油气冷凝分离器(302)、燃烧室(401)依次连接；所述催化提质装置(301)用于对气相产物进行原位催化脱氯，所述油气冷凝分离器(302)用于将脱氯后的气相产物分离为液态产物和气态产物，其中液态产物流入油气冷凝分离器(302)下安装的液体收集罐(303)，气态产物进入燃烧室(401)。5.如权利要求1
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4任一项所述的基于热载体双循环供热的废塑料处置系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：于洁，孙路石，贝雷，万淦，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：