一种低温连续热解处理废电路板固定床反应器的制作方法

本实用新型涉及废电路板处理领域，尤其涉及一种低温连续热解固定床反应器，并利用该反应器处理废电路板。

背景技术：

热解，工业上也称为干馏，是在无氧或缺氧的条件下，对有机物进行加热分解为气体、液体和固体的热化学过程。由于热解过程是在无氧或缺氧的条件下进行的，可抑制二噁英、呋喃类物质的形成。此外，热解过程中产生的焦炭具有还原性，可抑制金属氧化物和卤化物的形成。相比于燃烧技术，热解反应过程向大气排放的有毒有害物质要低很多。

目前，废电路板的热解工艺主要有两种：废电路板经预处理后全部热解；废电路板经粉碎，并由物理方法回收金属后，对废金属残渣进行热解。第一种工艺可使电路板中的溴化环氧树脂等有机黏结材料在高温下分解，破坏其黏结效果。金属和玻璃纤维等成分留在反应器中作为固相残渣，然后采用简单的粉碎、磁选、涡电流分选等方法将其分选回收。热解产生的气体和焦油可用作燃料或化工原料，属于“前置热解法”。第二种工艺把物理回收金属和热解处理非金属进行结合，回收能量或化工原料，属于“后置热解法”。

采用热解技术处理废电路板，可实现其中金属和树脂、玻璃纤维等非金属的全组分资源回收与利用，是一项具有较好工业化应用前景的资源化回收技术。

废电路板的热解一般在热解炉中进行，热解炉通常有两种加热方式，即直接加热和间接加热。直接加热一般采用熔融盐、重油、沙粒、金属颗粒或高温水蒸气等载热介质作为热源；间接加热一般采用燃烧炉 加热或电加热。直接加热时，载热介质与物料的直接接触使传热效率大大提高，在一定程度上抑制了结焦的发生，但必须增加载热介质的分离措施，因而工艺更复杂。还可选择使用微波、辐射等新型加热技术。温度、升温速率、反应气氛、反应时间、物料特性等因数都会对热解过程产生影响，其中温度是主要因素。依据热解时反应气氛、反应压力、反应介质和催化剂的不同，可将废电路板的热解分为以下几种类型:常压惰性气体热解、真空热解、催化热解和熔融盐热解。

现有技术CN103785667A公开了一种废电路板等离子体裂解回收生成线。该生产线按流程依次包括添料装置、等离子裂解炉等。可有效分离废电路板中的金属和无机物，使金属回收利用，并将有毒重金属固化在无机物中，作为建筑材料。但是等离子体裂解需消耗电能，能量利用率底，能耗高，装置造价过高，不易操作，只适合小型化处理，难以放大。并且无法实现裂解气的直接回收利用，需单独提供存储装置或净化后外排。

现有技术CN102559222A公开了一种低温干馏炉热解物料的方法。该热解方法采用卧式干馏炉，每一次热解开始前，先需要停止向反应器供热，待反应器降温冷却后卸下反应器炉门或是炉盖，取出前一批热解残留的固体产物，需要人工向反应器内加入下一批次热解的物料。因此该方法无法实现物料热态条件下连续进出料，无自动布料和出料功能，未实现高温热解不凝气自用来提供热量。进出料过程需对反应器升温和降温，降低了装置的处理能力和效率，增加了故障率。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种废电路板处理反应器，该反应器运行稳定，易操作，可实现固体残渣中炭和金属的直接分离，既能对物料进行批量的热处理，又可以在热态条件下连续进出料。

本实用新型提供了一种低温连续热解处理废电路板固定床反应器，用于处理废电路板，所述反应器具有进料口、反应室、出料口、静电分离器、固体炭收集仓、金属收集仓，所述进料口的水平位置比所述出料 口的水平位置高；

所述反应室中具有进料螺旋、出料螺旋、料板，所述料板包括进料端和出料端，所述进料螺旋设置在所述进料口之下，位于所述进料端上部；所述出料螺旋设置在所述出料端上部，所述出料端位于所述出料口之上；

所述进料螺旋包括中心螺杆、左螺旋叶片、右螺旋叶片；所述中心螺杆横穿所述左螺旋叶片和右螺旋叶片，所述左螺旋叶片和右螺旋叶片垂直于所述中心螺杆的中心线成轴对称，两者之间的距离为所述进料口口径的1/3～1/2；

所述静电分离器具有固体残渣入口、固体炭出口、金属出口，所述固体残渣入口连接所述出料口，所述固体炭出口连接所述固体炭收集仓，所述金属出口连接所述金属收集仓。

进一步的，所述左螺旋叶片和右螺旋叶片的下边缘与所述料板的垂直距离为50～150 mm，优选为80 mm。

进一步的，所述左螺旋叶片间隙和右螺旋叶片间隙等距设置。

进一步的，所述左螺旋叶片间隙和右螺旋叶片间隙变距设置。

进一步的，所述固体炭收集仓具有一个或多个；所述金属收集仓具有一个或多个。

进一步的，所述料板的进料端和出料端设置有传动轴承，用于带动所述料板连续转动；所述传动轴承具有两个或多个。

进一步的，所述反应器还包括进料仓、插板阀、两级粉碎机；

所述进料仓固定在所述反应室上端，且靠近所述料板的进料端，所述进料仓具有一个或多个；

所述插板阀设置在所述进料仓下端，所述插板阀和所述进料螺旋之间设置有料位计；

所述两级粉碎机的原料出口连接所述进料仓的原料入口。

进一步的，所述反应室中包括辐射管；

所述辐射管为蓄热式辐射管，设置在所述料板上部且与所述料板平 行；

所述辐射管与所述料板之间的垂直距离为100～450mm，优选为300 mm。

进一步的，所述反应器还包括壳体，所述壳体包括反应器壁、支撑平台、支架；

所述反应器壁包括炉顶、侧壁、炉底，用于密封所述反应室；

所述支撑平台设置在所述料板之下；

所述支架固定在所述支撑平台上，用于连接所述传动轴承。

进一步的，所述反应室中包括油气出口；

所述油气出口设置在所述反应器的侧壁或炉顶；

所述侧壁上的油气出口位于所述辐射管之下；

所述炉顶上的油气出口与所述料板的垂直距离为350～2000mm，优选为800 mm。

本实用新型通过采用独特的进料螺旋构造，可实现废电路板的均匀布料。料板上方均匀布置有多根辐射管，废电路板在热解过程中相对于料板和辐射管静止，可保证其均匀受热。

在热解处理过程中，通过料板、进料螺旋、出料螺旋、静电分离器的联合操作，可在不停炉的条件下，实现反应器的连续进料和出料，以及热解产物的分类回收。并且，热解产物可作为化工原料或燃料，提高了废电路板回收过程的能量效率和经济效益，因此具有较大的发展优势和应用前景。

附图说明

图1是低温连续热解处理废电路板固定床反应器的左视图。

图2是低温连续热解处理废电路板固定床反应器的俯视图。

图3是低温连续热解处理废电路板固定床反应器的主视图。

附图中的附图标记如下：

1-壳体；

2、2a、2b、2c-辐射管；

3-中心螺杆；3a-出料螺旋；3b-进料螺旋；

4-料板；

5-进料仓；5a-进料口

6-插板阀；

7-支架；

8-反应室；

9-传动轴承；

10-基底；

11-支撑平台；

12-油气出口；

13-固体收集仓；13a-固体炭收集仓；13b-金属收集仓；

14-两级粉碎机；

15-静电分离器；15a-出料口。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

本实用新型实施例中的低温连续热解处理废电路板固定床反应器包括四个部分：进料系统、反应系统、出料系统、壳体。以下结合图1、图2、图3分别显示的固定床反应器的左视图、俯视图、主视图，对该 四个部分之间的结构及其关系进行说明。

①壳体：由图1所示，固定床反应器的壳体1包括反应器壁、支架7、基底10、支撑平台11。

反应器壁包括炉顶、侧壁、炉底，用于密封整个反应室8，使得反应室8内的反应气氛与外界气氛充分隔开。在侧壁和炉顶上可设置多个油气出口12，用于排出反应室8中产生的热解油气。本实用新型实施例中在侧壁上设置了2个油气出口，在炉顶上设置了1个油气出口，其位置可直接影响反应室8中气体的流动方向和停留时间。

②进料系统：由图1以及图3所示，进料系统自上而下依次由两级粉碎机14、进料仓5、插板阀6、进料口5a构成。两级粉碎机14具有原料出口，与进料仓5的原料入口连接。

③出料系统：由图1所示，出料系统由出料口15a、静电分离器15、固体收集仓13构成。由图2，固体收集仓13由固体炭收集仓13a和金属收集仓13b构成。

静电分离器15具有固体残渣入口、固体炭出口、金属出口，其中固体残渣入口连接出料口15a，固体炭出口连接固体炭收集仓13a，金属出口连接金属收集仓13b。

出料口15a在进料口5a之下，且都设置有下料溜槽，用于反应器的进料和出料。

④反应系统：由图1所示，反应系统包括反应室8，用于废电路板的热解处理。

由图3可见，在反应室8的底部设置有料板4，位于支撑平台11之上。为了便于描述，将料板4的两端分别命名为进料端和出料端。由图1可见，出料端通过出料口15a与静电分离器15连接。由图1，在进料端和出料端分别设置一个传动轴承9。支架7的一端固定在支撑平台11上，另一端连接传动轴承9。传动轴承9中一个是主动轮，一个是从动轮，用于带动料板4的连续转动。根据需要，可在料板4的中间段设置若干个从动轮，从动轮上端与料板4接触起到支撑作用，下端固 定在支撑平台11上。

由图1所示，进料螺旋3b位于进料口5a之下、料板4进料端的上部；出料螺旋3a位于料板4出料端的上部，且出料端位于出料口15a之上。在本实用新型实施例中，进料螺旋3b和插板阀6之间设置有料位计。

由图2和图3所示，进料螺旋3b和出料螺旋3a均由螺旋叶片和中心螺杆3组成，中心螺杆3横穿螺旋叶片。本实用新型实施例中，螺旋叶片之间的间隙等距设置，其下边缘与料板4的距离为50～150 mm，其中优选距离为80 mm。

在其它实施例中，也可采用变距设置的方式，且设置为靠近中间部分螺旋叶片间隙比中心螺杆两端螺旋叶片间隙要小，使得物料在料板4上的分布更加均匀。

由图2所示，进料螺旋3b位于进料口5a之下，螺旋叶片包括左螺旋叶片和右螺旋叶片，中心螺杆3横穿左螺旋叶和右螺旋叶片。左螺旋叶片和右螺旋叶片垂直于中心螺杆3的中心线成轴对称。本实用新型实施例中，左螺旋叶片和右螺旋叶片之间的距离为进料口5a口径的1/3～1/2。

本实用新型实施例中，进料螺旋3b的特殊构造，使得废电路板颗粒从进料螺旋3b的中间部分向两端运动，可以减少物料随进料螺旋3b的运转距离，并且实现较宽料板4上物料的均匀分布，优选实施方式为采用单根进料螺旋。

对于堆密度比较小的小颗粒和粉状废电路板，可选择在进料口5a的下料溜槽处增设导流板，有助于物料的均匀分布。

由图2所示，反应室8中设置有3个辐射管，分别为2a、2b、2c，在图1和图3中标示为辐射管2。在其它实施例中，辐射管2的数量可以为除3个以外的任一数量。

由图1所示，辐射管2在反应室8中均匀布置，且与料板4平行，侧壁上的油气出口12位于辐射管2之下。辐射管2与料板4上布置的 废电路板颗粒之间的距离要尽量小，其距离料板4的垂直高度为100～450 mm，本实用新型实施例中为300 mm。炉顶上设置的油气出口12与料板4的垂直距离为350～2000mm，本实用新型实施例中为800 mm。

本实用新型实施例优选四方形反应器，也可设计为圆柱形反应器或是其它形状的反应器。采用四方形反应器的结构更加有利于辐射管2的设置，从而使物料受热均匀，保证热解油气的均匀产生和流动。在其它实施例中，可以选择设置多个进料仓5、多个固体炭收集仓13a、多个金属收集仓13b，来满足反应器进料和出料的要求。

利用本实用新型处理废电路板的工艺方法流程如下：

①原料要求

本实用新型实施例的固定床反应器对原料无严格要求，可满足处理不同形状的物料。为了实现固体残渣中的金属直接分离，获得较纯的金属和固定炭，废电路板颗粒的优选粒径为0.1～2㎜。

②进料过程

关闭插板阀6，向两级粉碎机14中加入块状废电路板，启动两级粉碎机14，对块状废电路板进行粗破碎和细破碎，然后得到废电路板颗粒。废电路板颗粒通过两级粉碎机14的原料出口经由进料仓5的原料入口进入进料仓5中。打开插板阀6，废电路板颗粒在重力作用下，经由进料口5a处的下料溜槽进入反应室8前段的中部。

废电路板颗粒被连续运送至进料螺旋3b的中间部分，在进料螺旋3b的作用下沿料板4的两侧均匀的分布。料板4在传动轴承9的运转下，可带动废电路板颗粒向前输送，使整个料板4均匀的布满物料。

料位计用于检测进入反应室8的物料高度，从而控制单次进料量，也可通过调节进料螺旋3b，改变料板4上废电路板颗粒的分布效果。

在插板阀6处可设置惰性气体接入口，在打开插板阀6向反应器中加入废电路板颗粒时，通入惰性气体。废电路板颗粒在惰性气体气流的协助下被送至进料螺旋3b。惰性气体可选择氮气，或为其它非氧化性 气体，满足反应室8中热解反应的绝氧性要求。

本实用新型固定床反应器可采用单次进料的方式，也可采用连续进料的方式。当所需处理的物料量较小时，可采用本实用新型实施例中的固定床反应器进行操作。如果处理的物料量较大，可增加料板4的面积，在热解反应过程中保持料板4的连续转动，使物料在料板4上从进料端到出料端完成热解反应，保证进料和出料的连续性。

③进料高度

为了保证反应室8中废电路板热解的连续性，进料仓5的单次物料储存量不得少于料板4的单次物料分布量。在热解反应过程中，在进料仓5中储存一定量的废电路板颗粒，保证料板4上废电路板颗粒的高度为150～300 mm。

④热解反应条件

该固定床反应器中发生的热解反应是在350～1200℃的范围内进行的。废电路板颗粒由进料口5a进入反应室8之后，通过辐射管2的辐射传热，废电路板颗粒逐步升温热解，当温度升高到480～650℃时，废电路板中的挥发分脱除，生成热解油气产物和热态固体残渣产物。

热解反应过程中要控制反应室8处于绝氧气氛，并维持压力在-2～5kPa的范围内。

⑤加热方式

该固定床反应器的加热方式可选择电加热方式、燃料加热方式、高温等离子体加热方式等，本实用新型实施例优选蓄热式辐射管的加热方式，满足装置中燃烧加热系统与物料热解系统的隔绝。

辐射管2的升温速率控制在20～60℃/min，不同升温阶段选择不同的升温速率，当物料温度低于280℃时，辐射管2的升温速率控制在40～60℃/min；当物料温度在280～450℃时，辐射管2的升温速率控制在20～40℃/min；当物料温度超过450℃时，辐射管2的升温速率控制在20～60℃/min。如果处理废电路板粉状物料，需要采用较慢的升温速率。

⑥出料过程以及固体残渣的收集

在启动进料螺旋3b的同时启动出料螺旋3a，出料螺旋3a使得固体残渣由料板4的出料端向静电分离器15单向输出。这样可满足料板4在均匀分布废电路板颗粒的同时，对上一次反应后的固体残渣进行出料，从而保证反应器中进料和出料的连续性。

在出料螺旋3a的运转下，热解反应后的固体残渣经由出料口15a处的下料溜槽通过固体残渣入口进入静电分离器15中。在静电分离器15中电场的作用下，固体残渣中的金属和非金属得到充分的分离，其中非金属为固体炭。然后金属通过静电分离器15的金属出口运送至金属收集仓13b，固体炭通过静电分离器15的固体炭出口运送至固体炭收集仓13a。

⑦热解油气的回收利用

本实用新型实施例中产生的热解油气通过油气出口12快速排出，采用急冷法将排出的热解油气快速冷却，获取较多的热解油。并应缩短热解油气在反应室8中的停留时间，避免热解油气的二次裂解，提高热解油的产率。得到的热解气作为热源通过输送管道可直接引入蓄热式辐射管的燃烧器中，作为辐射管的热源供其燃烧，提供反应所需的热量。

在热解反应过程中，料板4上表层废电路板颗粒中的低沸点有机质先进行热解，下层物料和高沸点组分有机化合物后进行热解。下层物料热解产生的热解油气首先穿过其上层的物料热解反应后产生的残炭，即上层的残炭可对下层穿过的热解油气起到过滤的作用，降低热解油气的含尘量。

通过过滤作用，可除去下层热解油气中的炭粒和污染物。该过滤作用受多种因素的影响，包括热解油气中炭粒和污染物的粒径，料板4上废电路板颗粒的高度，热解油气的流速等。

本实用新型实施例的固定床反应器可用作资源化回收利用有机化合物装置，在提取原料中的油分时，可在热解气排出后段增设气体净化系统，用于提高热解气的品质。

本实用新型实施例中固定床反应器从废电路板进入两级粉碎机14进行破碎到完成出料所需时间为1.5～5h，该时间会受到废电路板的物理性质、单次进料量、升温速率等的影响。

本实用新型中废电路板经热解处理后，其中的树脂粘结剂的结构遭到破坏，削弱了废电路板中金属和非金属之间的粘结力，在实现金属和非金属高效分离的同时降低了后续处理过程的能耗。此外，由于废电路板中的含溴阻燃剂在热解处理过程中已完全分解，后续的处理过程不会再产生有毒气体。

本实用新型实施例的固定床反应器与传统固定床反应器的区别之一在于：本实用新型的固定床反应器在处理完单批次的废电路板之后，无需进行降温，便可进行下一批废电路板的进料和上一批固体残渣的出料。因此，本实用新型反应器中的辐射管2只需在首次进料时进行开工点火，在接下来的整个连续运行过程中，只需维持辐射管2的正常加热温度即可。由此，在反应器运行过程中，避免了因每一次的进料和出料对反应器的升温和降温，降低反应器的故障率；区别之二在于：本实用新型的固定床反应器可通过控制进料螺旋3b、料板4、出料螺旋3a之间的运转速率，实现热解过程中连续的进料和出料。

因此，本实用新型的反应器既可实现连续运转生产，又节约了占地面积，尤其适用于在建设面积有限的厂区内进行投建和生产。

实施例

现获得北京地区两种废电路板原料(废电路板分析数据见表1)。两种废电路板原料分别标号为1和2，利用固定床反应器对废电路板1和废电路板2进行连续处理，得到两组热解产物的数据结果(见表2)。

首先将块状废电路板1通过两级粉碎机14进行粗破碎和细破碎，破碎后的废电路板1颗粒储存于进料仓5中。打开插板阀6，废电路板1颗粒在重力作用下由插板阀6处的下料溜槽进入到反应室8中。

在进料螺旋3b和传动轴承9的带动下物料均匀分布到料板4上， 并向出料端水平向前移动。控制进料螺旋3b和料板4的运转速率，使整个料板4上废电路板1颗粒的厚度为160mm，然后关闭插板阀6。开启辐射管燃烧系统，当废电路板1颗粒温度低于280℃时，控制辐射管2升温速率为40℃/min；高于280℃时，控制辐射管2升温速率为20℃/min。热解反应产生的热解油气由油气出口12进入到冷凝系统，冷凝回收热解油。未冷凝的热解气直接引入辐射管2中作为燃料燃烧。整个热解过程压力控制在500Pa以内。当热解过程基本不产生热解油气之后，进行废电路板2的进料，同时对废电路板1反应后的固体残渣进行出料，保持进料和出料的连续性。

固体残渣通过出料口15a处的下料溜槽进入静电分离器15。在电场的作用下，固体残渣中的金属和非金属得到充分的分离，其中的金属被送入金属收集仓13b中，非金属被送入固体炭收集仓13a中储存。

本实用新型实施例所述的工艺方法可长期平稳操作，所得到比较稳定的热解产物的产率见表2。

表1废电路板分析结果

表2热解产物数据结果

(备注：M_ad表示空干基水分、A_ad表示空干基灰分、V_ad表示空干基挥发分、FC_ad表示空干基固定碳，Q_Net.ar的单位为MJ/kg，％为质量百分比。)

本实用新型所述工艺方法可长期平稳操作，设备故障率极低。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。