一种废塑料薄层高速裂解方法及设备 【技术领域】
本发明属于废塑料的回收利用技术领域，具体涉及一种废塑料裂解成液体和气体的方法及设备。
背景技术
对废塑料的处理方法大致有以下四种：掩埋、焚烧、熔融再生、化学回收。
掩埋法占用大量土地，且废塑料夹带的杂物和所含的添加剂、稳定剂和颜料易引起二次污染。
焚烧法产生二氧杂环己烷等有害气体。
熔融再生法产品质量低，且废塑料中的污物易向容器内的物品扩散，故美国食品与药品署禁止使用回收塑料制品直接接触食品。
化学回收法是将单一品种的废塑料水解或醇解制单体或低分子多聚体，或将废塑料热解或催化热解制取化学品和液体燃料。化学转化制液体燃料和化学品适用于混合废塑料的处理，有较好的经济效益，已引起各国有关企业和科研工作者的极大关注。
但是现有化学回收法还存在以下的缺陷：
一是废塑料在进入裂解炉之前必须要进行分选、净化。由于废塑料是一种构成及其复杂的混合物质，类型多种多样，另一方面，废塑料通常伴有泥沙、金属、破布等物质，因此在裂解之前必须进行清洗、切碎与分选，采用人工分选效率低，劳动强度大；采用X射线、红外线、电磁、涡流、静电分离或溶剂溶解分离等自动分选方法会造成成本的增加。同时，废塑料中含有的灰尘以及细菌会随着切碎而大面积扩散，造成严重污染
二是废塑料传热性差，熔融物粘度大，反应器内物料温度不匀导致结焦，物料易于粘壁引起积炭。目前的化学回收工艺采用流化床反应器、在裂解器中加沙子，在裂解器中加入废机油等方式来增加塑料的传热性能，但从工业实践来看，效果并不好，其原因是废塑料本身的传热性能差。
塑料的裂解包括两个过程，其一是热的吸收与传导，其二是废塑料在高温下的裂解；因为废塑料本身不容易吸热传热，因此，废塑料的吸热与传热是废塑料裂解的控制步骤，决定着废塑料裂解的速度，同时决定着废塑料裂解过程的吸热以及废塑料油化技术的经济性。
三是废塑料裂解产生的焦炭，通常与融化但没有裂解的废塑料混合在一起，其中含有一些中油，因此需要耗费大量的热量去烘干裂解产生的焦炭中的油，而且在出渣过程中，极容易出现没有裂解的废塑料和重油随焦炭一同流出反应釜的问题，而且极容易出现裂解气体泄漏，造成火灾，污染环境。
【发明内容】
本发明的发明目的是提供一种较为经济的、高速的、适用于工业生产的废塑料裂解成油方法及设备。
本发明主要解决废塑料裂解需要清洗切碎原料的困难，采用活塞式推进器，可以不用切碎与清洗塑料，同时，对于废塑料中的泥沙含量没有限制，对废塑料中的细菌以及其它有毒物质避免了人手直接接触，对于废塑料中的铁丝等金属物质的形状，硬度以及含量没有具体要求；采用特殊设计的加热管，做到内热式裂解，极大提高了反应效率，克服了废塑料作为热的不良导体不善于传热的缺陷；加热管表面经过特殊处理，克服了表面渗碳；采用水蒸气高温反应除焦的方式，使反应生成的焦炭及时反应生成可以燃烧的气体，避免了焦炭对反应器的破坏以及焦炭与泥土混合影响传热的问题。控制反应温度以及除焦温度，避免渗碳以及发生氧化。
本发明具体技术方案如下：
一种废塑料薄层高速裂解方法，其特征在于包括下列步骤：
a、前处理，将废塑料装入塑料袋中，
b、进料，将整袋物料以活塞分段送至裂解管内，
c、裂解，管内物料高温高速裂解，温度为300℃～500℃，裂解反应时间为5min～10min，裂解液体、气体排出收集，
d、除渣，裂解管通入蒸汽，排出管内残渣，管内温度为500℃。
高温热源为排设于裂解管周边的可控电热管。
所述薄层高速裂解采用随着物料的推进逐步升温方式。
所述每批进料速度控制在37.5～90kg/h。
一种废塑料薄层高速裂解的设备，其特征在于裂解设备为一高温裂解装置，包括控制器和裂解管，裂解管由多段等径管组合而成，管内设有一进料活塞，可控电热管排设于裂解管周边，裂解管外接蒸汽管。
裂解管后配设催化、分馏塔和冷凝冷却器。
裂解管后配设冷凝冷却器。
所述裂解管末端设一缓冲罐，缓冲罐设有窥视孔。
本方法采用将废塑料装入与裂解管等径或比裂解管直径稍大的塑料袋中，在原料收集地区即将废塑料装入此类塑料袋中，装在袋中的废塑料运输到废塑料裂解场地后，并不经过切碎与清洗、晾晒，而是将装在袋中的废塑料在活塞推进器的推动下，直接推入裂解管中，活塞只运动到裂解管口，第二袋废塑料将第一袋废塑料推入管的中间，管子的长短根据裂解产量设计，可长可短，利用活塞推进是本方法区别与现有工艺的一个特点；本方法所用的管子是等径的，而其它在废塑料行业用的管子多数是不等径地，这是本工艺的第二个特点；裂解管进口段设计的温度可以调节，这样可以保证进料时物料能够非常容易地进入裂解管，不会对裂解管造成非常大的摩擦从而损坏裂解管，同时又能保证裂解产生的气体不会从进料端泄漏出来。进料活塞可以将部分没有裂解的废塑料压实从而起到密封的作用。
在装有废塑料的塑料袋进入裂解管后，裂解管前段采用低温，随着塑料的前进而采用逐步升温的程序控温法，保证塑料能够在进料前段融化，减轻进料阻力，同时能保证进料过程中前段不裂解，从而防止进料过程中发生漏气；第一袋塑料进料后，即发生裂解反应，第二袋塑料推着第一袋塑料继续前进，在前进过程中发生裂解，第三袋塑料推进第一、第二袋塑料前进，三袋塑料进料完成后，活塞停留在进料口位置，将第三袋料的一部分作为密封用；进料活塞的长度与一袋塑料的长度基本相当，活塞行程基本相当于一个塑料袋的长度；三袋塑料进料完成后，停止进料，反应5-10分钟，即废塑料的停留时间为60-200s，通过观察孔观察反应进行程度，如已经完成反应，则继续进料；不同的塑料反应时间不一样，可以根据反应时间调节进料时间与进料速度，也可以实现连续进料，就是进料不停止，反应持续进行，反应生成的残渣，直接被推入缓冲罐内，通过设在缓冲罐的观察孔，观察观察缓冲罐的渣的含油情况，如含油较高，可以开启缓冲罐的热源管，使反应继续进行，直至反应完全，渣不含油为止。本发明回收方法一个小时进料三次，一次15-45公斤，一小时约45-135公斤，根据功率控制进料量在70公斤/小时，保证反应与冷却匹配。反应温度控制在300-500度，可任意调节，根据塑料的老化程度经过几次观察后设定反应温度，温度采用智能控制，温控精度为±1℃。
本发明根据物料生成渣的情况，一般一小时进行一次除渣操作，除渣时打开蒸汽管，向裂解管通入蒸汽，同时保持加热管处于开启状态，设定温度500度，控制精度±50℃，通入蒸汽后，调节压力不超过2个大气压，同时，开启蒸汽开关的速度要慢，不宜太快，防止大量灰尘被带入分馏塔与冷却器。炽热的碳与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气，从而除掉裂解管上的积碳；当蒸汽的量比较大时，温度降低很快，当温度低于400度时，反应速度很低。当温度低于450度时，热管自动进行热补偿，保证除碳反应继续进行。根据观察孔观察热源管的积碳情况，当积碳清除后，停止通蒸汽，修改温度控制参数，继续进行下一个进料循环。通过观察孔观察缓冲罐的积碳情况，积碳含油很低时，可以通入蒸汽将积碳反应掉。
利用本发明的方法，裂解时间可以大幅缩短能耗可以提高4-8倍，常规情况下裂解一公斤塑料需要0.5-1公斤煤，约合1.5-3度电，本技术约合0.3-0.5度电/公斤塑料。本实验产生的渣远少于常规方法，本法的渣主要为无机物，是常规方法的一半到三分之一；渣土为土黄色，常规方法得到的渣土为黑色；本方法得到的裂解气体远多于常规气体，气体量是常规裂解气体量的2-3倍，其原因是裂解产生的碳被反应成为气体。
【具体实施方式】
一种废塑料薄层高速裂解方法，包括下列步骤：
前处理，将废塑料装入塑料袋中，
进料，将整袋物料以活塞分段送至裂解管内，
裂解，管内物料高温高速裂解，温度为300℃～500℃，裂解反应时间为5min～10min，裂解液体、气体排出收集，
除渣，裂解管通入蒸汽，排出管内残渣，管内温度为500℃。
高温热源为排设于裂解管周边的可控电热管；所述薄层高速裂解采用随着物料的推进逐步升温方式；所述每批进料速度控制在37.5～90kg/h。
一种废塑料薄层高速裂解的设备，该裂解设备为一高温裂解装置，包括控制器和裂解管，裂解管由多段等径管组合而成，管内设有一进料活塞，可控电热管排设于裂解管周边，裂解管外接蒸汽管。
裂解管后可根据油品需求配设催化、分馏塔和/或冷凝冷却器。
所述裂解管末端可设一缓冲罐，内设可控电热管，同时缓冲罐设有窥视孔。
实施例一：一小时进废塑料9袋，一袋约10公斤，共计90公斤，裂解时间50分钟，耗电40度，得到混合油60公斤，水10公斤，气体18公斤，渣土5公斤，消耗蒸汽：10公斤；物料平衡93％；
实施例二：24小时进废塑料90袋，一袋约10公斤，共计900公斤，产生混合油640公斤，水100公斤，耗电320度，渣土80公斤，消耗蒸汽130公斤，产生气体200公斤；物料平衡98％；
实施例三：两小时进料100公斤，产生混合油50公斤，水15公斤，渣土15公斤，消耗40度电，消耗蒸汽20公斤，产生气体38公斤；物料平衡108％。