本发明专利技术公开了属于固体废弃物资源化利用技术领域的一种含氯塑料废弃物高效资源化利用的方法及装置。将含氯塑料废弃物裂解制燃油与裂解产生HCl的高附加值转化两个过程耦合起来，从而实现含氯废弃物高效全组分资源化利用的目标，在裂解流化床中进行含氯塑料废弃物的HCl受热脱除和进一步的升温热裂解，而HCl的捕获和催化转化为氯气则在整体式催化剂固定床中进行，HCl转化成氯气的同时整体式催化剂得到再生，热裂解的油气经过催化塔进行催化改质得到不含氯的燃油。本发明专利技术可以得到不含氯的高品质燃油，同时所含氯元素得以高附加值转化，从而实现对PVC类含氯废弃物的高效多组分资源化利用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体废弃物资源化利用
，特别涉及一种从含氯塑料废弃物裂解得到液体燃料同时氯元素高值转化的一种含氯塑料废弃物高效资源化利用的方法及装置。
技术介绍
中国的生活垃圾数量巨大，在较发达城市中，废弃塑料占垃圾总质量的8% 15%，体积分数达到30%左右。大量塑料废弃物不仅造成了严重的环境污染，而且导致了资源的极大浪费。将废旧塑料热解制成液体燃料是最有应用前景的废旧塑料再利用方法之ο含氯塑料是塑料废弃物的重要成分，其中PVC是五大通用塑料之一，废弃量巨大。 PVC中有58. 5%的氯，是稳定性最差的碳链聚合物之一。PVC的热裂解一般是在较低温度下先使PVC脱HC1，再使PVC碳链骨架转变为短链化学品。具体地说，PVC在300°C左右开始裂解脱去HC1，HCl会腐蚀设备，影响液体燃料产品质量，因此，在一般情况下必须除去。常见脱除HCl的方法是在物料中加入碱性物质(如NaC03、Ca0和Ca (OH) 2等)，使裂解产生的 HCl立即与上述物质发生反应，生成氯化物，以减少HCl的危害。PVC热解过程目前对于氯元素的关注基本都集中于如何在热解过程中捕捉除去产生的HC1，以消除HCl对设备的腐蚀作用，同时使所得油品中不含氯。但捕捉的HCl如何利用，却甚少顾及。考虑到PVC中含有58. 5%的氯，要真正做到PVC的高效资源化利用就必须考虑其中所含氯元素的用途。氯气和氯化氢是氯元素的重要存在形态。氯气是生产各种PVC、聚氨酯环氧树脂、 合成橡胶、氟氯烃等含氯产品的首要原料。在氯气参与的氯化反应过程中，大量消耗氯气的同时，通常产生等摩尔的HCl气体，因此HCl是工业上一种常见的副产物。副产HCl价格便宜、需求量小而腐蚀性强。过去常采用水吸收法制成盐酸出售或用碱液中和后排放，但盐酸需求量小、价格低廉，而排放不仅造成氯资源的大量浪费，同时又污染环境。如果能将副产的HCl直接转化成Cl2加以利用，不仅能解决HCl污染问题，同时还会在一定程度上满足工业上对Cl2不断增长的需求，以解决当前普遍存在的氯碱平衡问题，带来巨大的经济效益， 因而符合当代资源循环型社会发展的总体要求。
技术实现思路
本申请人申请并得到授权的专利技术专利(ZL200710098912. 7)采用CuO等金属氧化物作为脱氯剂捕捉含氯塑料分解产生的HCl。HCl气体与CuO反应产生的CuCl2又可再生为 CuO,同时得到高附加值的Cl2，从而做到含氯塑料废弃物的高效资源化利用。实际上是通过载体上CuO氯化与CuCl2氧化两个反应的耦合来实现HCl到Cl2的转化，或者说是通过金属 Cu的氧化物和氯化物的循环互变完成氯元素从HCl形态到单质形态的迁移，脱氯剂实际起了物质元素的储备和迁移作用，这种作用有利于克服HCl氧化平衡的能障，使HCl转化率接近100%。整个过程在由裂解流化床和再生流化床组成的双流化床耦合系统中进行，其中塑料废弃物的脱HCl和后续的进一步升温裂解在裂解流化床中实现，而脱氯剂CuO的再生及Cl2的生成在再生流化床中进行，两个流化床通过连接管相连，脱氯剂CuO/CuCl2在两流化床之间交互流动。但该方法也有需要改进之处1.以金属氧化物为主要成分的脱氯催化剂要在温度、压力不同的两个流化床(裂解流化床和再生流化床)间通过连接管交互流动，操作和控制复杂。2.裂解流化床中PVC的HCl脱除反应和脱氯剂对HCl的捕获反应所需要的最佳温度等反应条件不易达到完全匹配。针对这个不足，本申请提出将含氯塑料废弃物的脱氯和脱氯剂对HCl的捕获分开在两个不同类型的反应器中进行，具体地说在裂解流化床中进行含氯塑料废弃物的脱氯和后续的高温裂解，而在与裂解流化床相连的整体式催化剂固定床上进行HCl的捕获和高附加值转化。这样脱氯和HCl的捕获在不同的反应器中进行， 可以做到分别调控，选取各自最佳的反应条件。裂解流化床中含氯塑料废弃物在较低温度 O50-320°C)下脱除HC1，这些脱除的HCl通过保温耐腐蚀连接管进入到一定温度的整体式催化剂固定床，固定床温度为180-230°C。HCl被整体式催化剂上的活性组分金属氧化物捕获。然后，裂解流化床升高温度至380-500°C左右，进行热裂解反应。热裂解产生的混合油气通过烟道气保温管进入催化塔，催化塔下部是装有高效化学脱氯剂的HCl吸收床，上部是催化改质床装有由高效分子筛催化剂和大孔硅铝酸的粘土矿物复配而成的催化剂。进入催化塔的热裂解油气首先通过下部的HCl吸收床，脱除其中含有的少量HC1，剩下的油气通过位于催化塔的上部催化改质床，油气在分子筛催化剂的作用下进行深度裂解和重组，再经后续的冷凝、分离等工序得到高热值、不含氯的液体燃油。在整体式催化剂中升高温度至 330-400°C，通入一定量的O2，将捕获的HCl催化转化为氯气。从而达到含氯塑料废弃物裂解制燃油和氯元素循环利用双重效果。由上可以看出，本专利技术塑料裂解制燃油采用热裂解-催化转质的方法，即塑料先在裂解流化床中不添加催化剂，床料与塑料颗粒共流化，塑料颗粒热裂解成为气态裂解物， 然后气态裂解物离开裂解流化床进入催化塔，最后在催化塔中完成催化改质，得到高品质燃油。与催化裂解(即一步法)相比，热裂解-催化转质(即两步法)因为避免了流态化裂解过程中催化剂的失活及回收问题，具有更明显的产业化优势。本专利技术的主要反应装置类型为流化床和整体式催化剂固定床，其中含氯塑料废弃物受热脱氯和热裂解在流化床中进行，而HCl的捕获和催化转化制氯气则是在整体式催化剂固定床中完成。流化床反应器容易实现固体的输送；温度也易于控制、产品回收率高，且容易大型化生产，从而成为塑料裂解反应器的重要发展方向。整体式催化剂固定床通常由活性组份、结构载体和反应器三者集成，其单位体积床层的几何表面积大，具有传质、传热效率高、床层压降低、催化效率高等优点，有利于反应物在催化剂表面的吸附和生成物的脱附释放，强化化学反应过程，而且反应器易于组装、维护和拆卸，在炼油、石油化工、精细化工等较多涉及多相催化反应等领域呈现出良好的应用潜力，被认为是当今多相催化领域中最具前景的发展方向之一。本专利技术提出一种含氯塑料废弃物高效资源化全组分利用的方法，其特征在于将含氯塑料废弃物裂解制燃油与裂解产生HCl的高附加值转化两个过程耦合起来，从而实现含氯废弃物高效全组分资源化利用的目标，在裂解流化床中进行含氯塑料废弃物的HCl受5热脱除和进一步的升温热裂解，而HCl的捕获和催化转化为氯气则在整体式催化剂固定床中进行，HCl转化成氯气的同时整体式催化剂得到再生，热裂解的油气经过催化塔进行催化改质得到不含氯的燃油。该方法具体包括如下步骤(1)将石英砂床料加入到裂解流化床中，然后将经干燥处理的含氯塑料废弃物固体颗粒(PVC和PP、PE等混合物)投入裂解流化床，可通过螺旋加料器投加含氯塑料废弃物固体颗粒，从裂解流化床底部充入载气氮气，流化床中的床料和含氯塑料废弃物固体颗粒以及底部充入的载气一起处于流化状态，含氯塑料废弃物在裂解流化床中在较低温度下 (250-3200C )脱除绝大部分氯，以HCl形式释放，流化床中气体的主要成分为HCl和载气 N2;(2)打开裂解流化床和整体式催化剂固定床两个反应器之间连接管上的阀门，步骤(1)中的气体进入与裂解流化本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种含氯塑料废弃物资源化全组分利用的方法，其特征在于：将含氯塑料废弃物裂解制燃油与裂解产生ＨＣｌ的高附加值转化两个过程耦合起来，在裂解流化床中进行含氯塑料废弃物的ＨＣｌ受热脱除和进一步的升温热裂解，而ＨＣｌ的捕获和催化转化为氯气则在整体式催化剂固定床中进行，ＨＣｌ转化成氯气的同时整体式催化剂得到再生，热裂解的油气经过催化塔进行催化改质得到不含氯的燃油。
【技术特征摘要】
1.一种含氯塑料废弃物资源化全组分利用的方法，其特征在于将含氯塑料废弃物裂解制燃油与裂解产生HCl的高附加值转化两个过程耦合起来，在裂解流化床中进行含氯塑料废弃物的HCl受热脱除和进一步的升温热裂解，而HCl的捕获和催化转化为氯气则在整体式催化剂固定床中进行，HCl转化成氯气的同时整体式催化剂得到再生，热裂解的油气经过催化塔进行催化改质得到不含氯的燃油。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法具体包括如下步骤(1)将石英砂床料加入到裂解流化床中，然后将经干燥处理的含氯塑料废弃物固体颗粒投入裂解流化床，从裂解流化床底部充入载气氮气，流化床中的床料和含氯塑料废弃物固体颗粒以及底部充入的载气一起处于流化状态，含氯塑料废弃物在裂解流化床中在 250-320°C下脱除绝大部分氯，以HCl形式释放，流化床中气体的主要成分为HCl和载气N2 ；(2)步骤(1)中的气体进入与裂解流化床相连的整体式催化剂固定床，固定床温度为 180-230HCl与固定床中整体式催化剂的活性组分金属氧化物反应生成金属氯化物，从而实现HCl的捕获过程；(3)升高裂解流化床的温度至380-500°C，剩余塑料废弃物热裂解气化为油气；(4)裂解产生的油气进入催化塔，在催化塔中完成催化改质重整，再经过冷凝、分离等得到高品质液体燃油；(5)升高整体式催化剂固定床的温度到330-400°C，通入适量氧气，活性组分金属氯化物转变为金属氧化物，从而使步骤( 中捕获的HCl转化成氯气，同时整体式催化剂得到再生。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述含氯塑料废弃物中PVC的质量百分含量为15 50%。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤O)中，未被捕获的HCl进入后续装有氨水溶液的HCl吸收器，残存的HCl被吸收转化为NH4Cl。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于整体式催化剂表示为M2Ox/载体/基体， M2Ox表示金属氧化物，其中X为金属元素M的化合价，M2Ox包括CoO、CuO、RuO2中的至少一种金属氧化物，载体为SBA-15、MCM-41、金红石型Ti02、α -Al2O3或硅铝分子筛中的一种，基体为!^eCrAl合金或堇青石，整体式催化剂由负载在!^eCrAl或堇青石上的载体以及负载在载体上的活性组分M2Ox组成，其中，活性组份M2Ox占整个催化剂的1 1. 3wt%，载体占整个催化剂的7 12wt%。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于整体式催化剂的制备按照如下操作步骤进行(1)纳米粒子M2Ox与载体的复合体M2O...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉龙，陈宇，杨明德，史雪君，党杰，陈镇，胡湖生，刘吉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11
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