專(zhuān)利名稱(chēng)：聚丙烯廢塑料轉(zhuǎn)化為丙烯的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢料的回收加工，具體涉及聚丙烯廢塑料轉(zhuǎn)化為丙烯的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，塑料工業(yè)得到了迅速的發(fā)展，目前世界塑料的年產(chǎn)量己超過(guò)1.3億噸， 我國(guó)的塑料使用量每年已達(dá)到600萬(wàn)噸。如此大規(guī)模的塑料制品的生產(chǎn)和積累，意味著將會(huì) 有大量的廢舊塑料產(chǎn)生。為回收處理塑料廢棄物，實(shí)現(xiàn)廢舊塑料在化學(xué)、材料，能源三方面 的循環(huán)回收與再利用，世界各國(guó)都在研究開(kāi)發(fā)各種各樣的回收利用廢塑料的方法。廢舊塑料熱解是處理廢舊塑料，同時(shí)回收燃?xì)?、油品等石油產(chǎn)品的途徑之一。 一般而言，廢塑料普通熱解處理將形成低分子量產(chǎn)物氣體(氫氣、甲烷等)、液體(油)和固體(蠟、焦碳等)。根據(jù)產(chǎn)生的熱解產(chǎn)物側(cè)重不同分為廢塑料油化技術(shù)和氣化技術(shù)。以熱解油為主要目的 產(chǎn)物的熱解工藝通常反應(yīng)溫度較低、物料在反應(yīng)區(qū)停留時(shí)間較短，但是，廢塑料油化工藝生 成的熱解油是高度氧化的復(fù)雜化合物，主要是一些分子量大的有機(jī)物，其化合物種類(lèi)有數(shù)百 種之多，幾乎包括所有種類(lèi)的含氧有機(jī)物，具有高度氧化、相對(duì)不穩(wěn)定、粘稠、腐蝕性、化 學(xué)組成復(fù)雜的特點(diǎn)，使用時(shí)需要對(duì)其進(jìn)一步精制與優(yōu)化處理，而優(yōu)化處理又存在油的黏度大， 溫度穩(wěn)定性差等難題，因而存在產(chǎn)品處理成本高，難以滿足工業(yè)化過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)性要求。側(cè)重于熱解氣化處理時(shí)，氣體產(chǎn)物一般為H2、 CO、 CH4等， 一般考慮作為燃?xì)馐褂茫a(chǎn)物的附 加值并不高。而且，在常規(guī)的塑料熱解過(guò)程中，無(wú)論以制碳、制油、或制氣為目的，液體產(chǎn) 物油都是不可避免的產(chǎn)物之一。廢塑料氣化過(guò)程中產(chǎn)生的油類(lèi)產(chǎn)物不僅降低了氣化效率，且 氣液產(chǎn)物分離困難，導(dǎo)致產(chǎn)物難以利用。國(guó)外先進(jìn)技術(shù)中常采用催化裂解和高溫裂解來(lái)降低 焦油含量。催化裂解增加了氣化過(guò)程的成本，而升高溫度的高溫裂解以犧牲燃?xì)獾牟糠譄嶂?為代價(jià)，焦油仍未能完全消除。因此現(xiàn)有的很多聚合物熱分解技術(shù)另外，由于生產(chǎn)成本高， 產(chǎn)物附加值低等經(jīng)濟(jì)性因素，工業(yè)化過(guò)程中遇到障礙和挑戰(zhàn)，很難有競(jìng)爭(zhēng)力。近年來(lái)，基于等離子體廢棄物熱解技術(shù)受到關(guān)注。等離子體反應(yīng)器(亦稱(chēng)等離子體裂解 爐)是利用等離子體廢棄物熱解工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，通常分為直流電弧等離子體反應(yīng)器和高頻等離子體反應(yīng)器。從目前的使用效果來(lái)看，采用直流電弧等離子體反應(yīng)器熱解高分子廢棄物尚存在下列不足(l)直流電弧放電為大電流強(qiáng)放電，電極容易燒蝕、壽命短，當(dāng)使用惰性氣體(Ar， He)、還原性氣體(H2)或者中性氣體(N2)作為工作氣體時(shí)，電極壽命一般為600小時(shí)；當(dāng)使用氧化性氣體(02、 H20、空氣)時(shí)，電極壽命僅有200小時(shí)左右；(2)直流電弧等離子體溫度高達(dá)3000-10000K,反應(yīng)器壁面材料難以長(zhǎng)時(shí)間承受(3)固體物料只能在等離子體射流 的下游引入，難以進(jìn)入等離子體中心區(qū)，不能充分利用等離子體能量；(4)氣體產(chǎn)物以H2、 CO、 CH4等為主， 一般考慮作燃?xì)馐褂?，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)物附加值低。 一種具有上下兩個(gè)等 離子體區(qū)的高頻高頻等離子體反應(yīng)器，國(guó)知局2007年1月31日授權(quán)公告了"一種利用高頻等離子體處理有機(jī)固體廢棄物的方法" (公開(kāi)號(hào)為CN1297781C)的發(fā)明專(zhuān)利，該專(zhuān)利方法是在5000 10000Pa的低壓條件下，由 電感耦合線圈在反應(yīng)器的下部和上部分別產(chǎn)生第一等離子體區(qū)和第二等離子體區(qū)；所述第一 等離子體區(qū)產(chǎn)生的高溫射流尾焰噴入上部的第二等離子體區(qū)形的中心成一噴動(dòng)床；固體物料 供給第二等離子體區(qū)后，在等離子體作用下完成熱解氣化反應(yīng)。根據(jù)耦合方式的不同，射頻 等離子體可以分為容性耦合等離子體和感性耦合等離子體。該專(zhuān)利方法在同一反應(yīng)器的上下 產(chǎn)生兩個(gè)等離子體區(qū)形成一噴動(dòng)床，不僅使得等離子體的點(diǎn)火過(guò)程容易，而且有效地改善了 等離子體的穩(wěn)定性，同時(shí)還有利于處理塊狀物料。但是，上述專(zhuān)利方法所述的反應(yīng)器內(nèi)的等 離子體始終在維持在一個(gè)較高的溫度a000 1500。C)，聚丙烯(PP)塑料顆粒供給第二等離 子體區(qū)后，首先發(fā)生解聚反應(yīng)，進(jìn)行裂解反應(yīng)，所獲得的氣體產(chǎn)物以H2、 CO為主，僅能作 為燃?xì)馐褂?，附加值較低。 發(fā)明內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種聚丙烯(PP)廢塑料轉(zhuǎn)化為丙烯 的方法，該方法具有轉(zhuǎn)化率高，轉(zhuǎn)化氣附加值高的優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明的另一目的是提供改進(jìn)的高頻等離子體反應(yīng)器。 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種聚丙烯廢塑料轉(zhuǎn)化為丙烯的方法，該方法包括以下步驟a. 以50-80m/s的速度將氮?dú)?N2)工作氣通入高頻等離子體反應(yīng)器，使系統(tǒng)壓力為 5000-10000Pa，開(kāi)啟交流等離子發(fā)生器，在兩環(huán)形銅電極間的高頻等離子體反應(yīng)器內(nèi)建立等 離子體；b. 將粉碎的聚丙烯廢塑料碎片由所述的工作氣載入高頻等離子體反應(yīng)器內(nèi)，在等離子體 溫度為1000 1500'C的條件下進(jìn)行解聚反應(yīng)，產(chǎn)生丙烯混合氣體；c. 所產(chǎn)生的丙烯混合氣體由工作氣載入淬冷熱交換器快速冷卻至100'C 20(TC，再進(jìn) 入氣液分離器分離，除去液體；d. 經(jīng)氣液分離器分離得到的氣體再進(jìn)入氣體分離器分離除去工作氣，得到氣體丙烯單體。 本發(fā)明方法，還包括以下步驟所述的聚丙烯廢塑料碎片是由聚丙烯廢塑料清洗、烘干并粉碎至180-550戶制得。所述的聚丙烯廢塑料碎片先由螺旋供料器送到高頻等離子體反應(yīng)器的進(jìn)料口，再由工作 氣載入高頻等離子體反應(yīng)器。步驟b所產(chǎn)生的丙烯混合氣體載入淬冷熱交換器快速冷卻后，先進(jìn)行沉降去除灰分再進(jìn) 入氣液分離器分離。經(jīng)氣液分離器分離所得到的氣體由真空泵抽出并控制系統(tǒng)壓力。經(jīng)氣體分離器分離除去的工作氣通過(guò)管道返回到工作氣進(jìn)口前的管道中循環(huán)使用。 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種高頻等離子體反應(yīng)器，包括立管式陶瓷反應(yīng)筒和套設(shè)在陶瓷反應(yīng)筒外壁上的兩環(huán)形 銅電極，兩環(huán)形銅電極間的反應(yīng)筒內(nèi)的空間為等離子體工作腔，其特征是所述的等離子體工 作腔下部依次設(shè)有淬冷熱交換器和集灰斗；其中，淬冷熱交換器由殼體和盤(pán)管組成，所述的殼體為管狀，其內(nèi)腔為熱交換區(qū)，所述的盤(pán)管 由多層串聯(lián)的螺旋管疊合而成；集灰斗呈漏斗狀，上部設(shè)有出氣口，底部設(shè)有排灰口。本發(fā)明所述的高頻等離子體反應(yīng)器，其中所述的淬冷熱交換器的盤(pán)管由偶數(shù)層串聯(lián)的螺 旋管疊合而成，冷媒進(jìn)口設(shè)在最上一層螺旋管的外側(cè)，冷媒出口設(shè)在最下一層螺旋管的外側(cè)。 所述的冷媒可以是水，也可以是液氮。本發(fā)明所述方法可將冰淇淋杯、吸管、薯片包裝袋、電池盒、保險(xiǎn)絲盒以及汽車(chē)零件等 聚丙烯廢料轉(zhuǎn)化成丙烯，轉(zhuǎn)化率可達(dá)75 80%。所得到的丙烯中含丙烯單體約90 94%。丙 烯是一種化工原料，可用于有機(jī)合成中生產(chǎn)下列產(chǎn)品酮、異丙苯、異丙醇、異丙基鹵和環(huán) 氧丙烷，也可用于重新生產(chǎn)聚丙烯。等離子體熱解聚丙烯是聚丙烯的大分子在等離子體的作用下變成小分子的過(guò)程。等離子 體中含有大量活性自由基，熱解反應(yīng)過(guò)程中，自由基與其它分子發(fā)生碰撞，由于自由基具有 很高的能量而極不穩(wěn)定，只要碰上任何分子或自由基立即發(fā)生反應(yīng)，形成不穩(wěn)定的中間物或 新的產(chǎn)物。中間物和自由基非?；顫?，易于消耗，壽命很短。高頻等離子體熱解聚丙烯反應(yīng) 過(guò)程中，聚丙烯在等離子體作用下將首先發(fā)生解聚反應(yīng)，即聚丙烯聚合物大分子在等離子體 熱解作用下發(fā)生p-斷裂反應(yīng)，生成中間產(chǎn)物丙稀，如反應(yīng)式[l]。此時(shí)若不驟然降溫， 一次裂 解氣體產(chǎn)物便在高溫下不斷地發(fā)生二次反應(yīng)，如反應(yīng)式[2]、 [3]，中間產(chǎn)物丙烯就被進(jìn)一步 裂解為2C、 2CH4和C2H4，只能考慮作一般的燃?xì)馐褂?，附加值顯著降低。而本發(fā)明則采用 工 CHrCHJCH2-CH-CHrR 4 CHrCH<Hj + *CH2-CH"CH2-R1〗CH3《H=CH2 4 CE + CH=CH p]2{CH3CH=CH2} — 2C + 2CHj + C2H4 m作氣將聚丙烯廢塑料碎片載入所述的高頻等離子體反應(yīng)器內(nèi)，在等離子體的高溫作用下快速 解聚，轉(zhuǎn)化為丙烯混合氣。當(dāng)丙烯混合氣經(jīng)淬冷熱交換器驟冷后，所述的自由基便失去能量, 從而有效地阻止了一次裂解氣體發(fā)生二次熱解反應(yīng)，保留中間產(chǎn)物丙烯為最終產(chǎn)物，因此具有下列突出的優(yōu)點(diǎn)和顯著的效果1、 所得到的氣體產(chǎn)物為聚合物單體，大大提高產(chǎn)物的附加值，具有廣闊的市場(chǎng)前景；2、 本發(fā)明所述的高頻等離子體反應(yīng)器采用一種射頻電容耦合等離子體發(fā)生器(又稱(chēng)無(wú)極 放電)，且其電極安裝在反應(yīng)器外部，有效地避免了電極的污染、腐蝕問(wèn)題，使產(chǎn)物的純度得 到保障；3、 在低壓條件下產(chǎn)生的等離子體溫度適中，輻射、對(duì)流等引起的熱量損失小，能耗低， 符合節(jié)能減排的要求。


圖1為本發(fā)明方法的工藝流程圖，圖中箭頭A表示工作氣的流動(dòng)方向，箭頭B和C表示冷媒的流動(dòng)方向，箭頭D表示丙烯氣體的流動(dòng)方向；圖2為本發(fā)明所述高頻等離子體反應(yīng)器的一種具體實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3和圖4為本發(fā)明所述淬冷熱交換器的一種具體實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖3為主視圖，圖4為俯視圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖2，本發(fā)明所述的高頻等離子體反應(yīng)器是這樣構(gòu)成的工作氣和物料的進(jìn)料口 3-1、立管式陶瓷反應(yīng)筒3-2、淬冷熱交換器3-3和集灰斗3-4自上而下依次連接成一體；所述的立 管式陶瓷反應(yīng)筒2上套設(shè)有兩環(huán)形銅電極5，兩環(huán)形銅電極5間的反應(yīng)筒2內(nèi)的空間為等離 子體工作腔。所述的淬冷熱交換器3由管狀的殼體3-4-1和設(shè)在殼體3-4-1內(nèi)部的盤(pán)管3-4-2 組成；其中盤(pán)管3-4-2由10層串聯(lián)在一起的螺旋管疊合而成，冷卻水進(jìn)口 3-4-4從殼體3-4-1 左上側(cè)穿出，冷卻水出口 3-4-3從殼體3-4-1右下側(cè)穿出(參見(jiàn)圖3和圖4)。所述的集灰斗 3-5主要由一段圓柱管和一段倒錐管焊接成漏斗狀，出氣口 3-5-1設(shè)在右上部，排灰口 3-5-2設(shè)在底部；為了便于排灰，所述的排灰口 3-5-2下還設(shè)有常規(guī)的蝶閥3-6。所述的立管式陶瓷 反應(yīng)筒3-2、淬冷熱交換器3-4和集灰斗3-5三者的內(nèi)徑相等，由法蘭口固定連接成一體形成 塔狀。以下結(jié)合附圖1 4和兩個(gè)具體實(shí)例詳細(xì)描述將聚丙烯廢塑料轉(zhuǎn)化為丙烯的方法，以期公 眾充分理解本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)和所能達(dá)到的效果。 例l參見(jiàn)圖1并結(jié)合圖2 4，本發(fā)明方法如下所述a. 打開(kāi)閥門(mén)10、開(kāi)啟真空泵8，將將氮?dú)?N2)工作氣以80m/s的速度由交流等離子反 應(yīng)器3的進(jìn)料口3-l頂部的抽進(jìn)立管式陶瓷反應(yīng)筒3-2，使系統(tǒng)壓力為10000Pa，開(kāi)啟交流等 離子發(fā)生器5，調(diào)節(jié)功率匹配器6在兩環(huán)形銅電極3-3間的立管式陶瓷反應(yīng)筒3-2內(nèi)建立等離 子體4;b. 將聚丙烯廢塑料清洗、烘干并粉碎至180-550/^制得聚丙烯廢塑料碎片儲(chǔ)存于料倉(cāng)1內(nèi)，然后先由螺旋供料器2送至進(jìn)料口 3-1的側(cè)部，再由工作氣載入立管式陶瓷反應(yīng)筒3-2 內(nèi)，在等離子體4溫度為150(TC的條件下進(jìn)行解聚反應(yīng)，產(chǎn)生丙烯混合氣體；c. 所產(chǎn)生的丙烯混合氣體由工作氣載入淬冷熱交換器3-4快速冷卻至100°C 200°C，少 量的冷凝水和灰分沉集于集灰斗3-5的底部，驟冷后的丙烯混合氣體再進(jìn)入氣液分離器7分 離，除去液體；d. 經(jīng)氣液分離器7分離得到的氣體再由真空泵8送入氣體分離器9分離除去工作氣，得到 氣體丙烯單體。上述步驟d中所除去的氮?dú)夤ぷ鳉?，通過(guò)管道返回到閥門(mén)10前的工作管道中循環(huán)使用。 經(jīng)實(shí)測(cè)，本實(shí)施例所述方法的轉(zhuǎn)化率為80%，所得丙烯混合氣體的主要成分為C3H6 、 C2H4、 CH4以及其他碳?xì)浠衔铮蛛x工作氣后，氣體丙烯單體(C3H6)的純度為94%，其它氣體及含量分別為，C2H4: 2%; CH4: 2%;碳?xì)浠衔?%。例2參見(jiàn)圖l，采用與例l相同步驟，先調(diào)節(jié)真空泵8使得工作氣的速度為50m/s，體系內(nèi)壓力 為5000Pa，再調(diào)節(jié)功率匹配器6，在等離子體4溫度為1000'C的條件下也同樣可將聚丙烯廢塑料轉(zhuǎn)化成氣體丙烯單體。經(jīng)實(shí)測(cè)，本實(shí)施例所述方法的轉(zhuǎn)化率為75%，所得丙烯混合氣體的主要成分為C3H6 、 C2H4、 CH4以及其他碳?xì)浠衔铮蛛x工作氣后，氣體丙烯單體(C3H6)的純度為90%，其 它氣體及含量分別為，C2H4: 3%; CH4: 3.5%;碳?xì)浠衔?.5%。
權(quán)利要求
1、一種聚丙烯廢塑料轉(zhuǎn)化為丙烯的方法，該方法包括以下步驟a.以50-80m/s的速度將氮?dú)夤ぷ鳉馔ㄈ敫哳l等離子體反應(yīng)器(3)，使系統(tǒng)壓力為5000-10000Pa，開(kāi)啟交流等離子發(fā)生器(5)，在兩環(huán)形銅電極(3-3)間的高頻等離子體反應(yīng)器內(nèi)建立等離子體(4)；b.將粉碎的聚丙烯廢塑料碎片由所述的工作氣載入高頻等離子體反應(yīng)器(3)內(nèi)，在等離子體(4)溫度為1000～1500℃的條件下進(jìn)行解聚反應(yīng)，產(chǎn)生丙烯混合氣體；c.所產(chǎn)生的丙烯混合氣體由工作氣載入淬冷熱交換器(3-4)快速冷卻至100℃～200℃，再進(jìn)入氣液分離器(7)分離，除去液體；d.經(jīng)氣液分離器(7)分離得到的氣體再進(jìn)入氣體分離器(9)分離除去工作氣，得到氣體丙烯單體。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚丙烯廢塑料轉(zhuǎn)化為丙烯的方法，其特征是所述的聚丙烯 廢塑料碎片是由聚丙烯廢塑料清洗、烘干并粉碎至180-550戶制得。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚丙烯廢塑料轉(zhuǎn)化為丙烯的方法，其特征是所述的聚丙烯 廢塑料碎片先由螺旋供料器(2)送到高頻等離子體反應(yīng)器(3)的進(jìn)料口 (3-1)，再由工作 氣載入高頻等離子體反應(yīng)器(3)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚丙烯廢塑料轉(zhuǎn)化為丙烯的方法，其特征是步驟b所產(chǎn)生 的丙烯混合氣體載入淬冷熱交換器(3-4)快速冷卻后，先進(jìn)行沉降去除灰分再進(jìn)入氣液分離 器(7)分離。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1 4之一所述的一種聚丙烯廢塑料轉(zhuǎn)化為丙烯的方法，其特征是經(jīng)氣 體分離器(9)分離除去的工作氣通過(guò)管道返回到工作氣進(jìn)口前的管道中循環(huán)使用。
6、 一種高頻等離子體反應(yīng)器，包括立管式陶瓷反應(yīng)筒(3-2)和套設(shè)在陶瓷反應(yīng)筒(3-2) 外壁上的兩環(huán)形銅電極(3-3),兩環(huán)形銅電極(3-3)間的反應(yīng)筒內(nèi)(3-2)的空間為等離子體 工作腔，其特征是所述的等離子體工作腔下部依次設(shè)有淬冷熱交換器(3-4)和集灰斗(3-5); 其中，淬冷熱交換器(3-4)由殼體(3-4-1)和盤(pán)管(3-4-2)組成，所述的殼體(3-4-1)為管 狀，其內(nèi)腔為熱交換區(qū)，所述的盤(pán)管(3-4-2)由多層串聯(lián)的螺旋管疊合而成；集灰斗(3-5)呈漏斗狀，上部設(shè)有出氣口 (3-5-1)，底部設(shè)有排灰口 (3-5-2)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高頻等離子體反應(yīng)器，其特征是所述的淬冷熱交換器(3-4) 的盤(pán)管(G-4-2)由偶數(shù)層串聯(lián)的螺旋管疊合而成，冷媒進(jìn)口 (3-4-4)設(shè)在最上一層螺旋管 的外側(cè)，冷媒出口 (3-4-3)設(shè)在最下一層螺旋管的外側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種聚丙烯廢塑料轉(zhuǎn)化為丙烯的方法，該采用工作氣將聚丙烯廢塑料碎片載入所述的高頻等離子體反應(yīng)器(3)內(nèi)，在1000～1500℃等離子體(4)的高溫作用下快速解聚，轉(zhuǎn)化為丙烯混合氣，當(dāng)丙烯混合氣經(jīng)淬冷熱交換器(3-4)驟冷后，其中的自由基便失去能量，從而有效地阻止了一次裂解氣體發(fā)生二次熱解反應(yīng)，保留中間產(chǎn)物丙烯為最終產(chǎn)物。本發(fā)明還公開(kāi)了一種用于所述方法的高頻等離子體反應(yīng)器(3)，該反應(yīng)器的特征是陶瓷反應(yīng)筒(3-2)的等離子體工作腔下部依次設(shè)有淬冷熱交換器(3-4)和集灰斗(3-5)。
文檔編號(hào)C07C11/00GK101215215SQ20081002560
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2008年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月3日
發(fā)明者蘭 唐, 朱赤暉, 春 王, 王云鶴, 郝海青, 黃海濤, 黎清薦 申請(qǐng)人:廣州大學(xué)