废物热分解方法及实施该方法的流化床反应器的制作方法

专利名称：废物热分解方法及实施该方法的流化床反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及在一流化床热解反应器中进行的含烃废物、特别是含塑料和/或橡胶的废物的热分解方法，该废物通过至少一个下伸进料管加入到热解反应器中，分解残渣用至少一个下伸排料管从热解反应器排出。本发明还进一步涉及实施此方法的流化床热解反应器。
以上导言中所述类型的方法的安全性在很大程度上取决于能否顺利而连续地将废物加入到热解反应器中，以及顺利地将分解残渣从热解反应器中排出。
尽管上述物料常常采用螺旋输送器输送，但仍然会发生输料管的堵塞或物料流的积聚现象。即使是相对于输料管截面来说尺寸较小的原料，这种现象仍然存在。由于要从反应器中排出的残渣中除含有废物残渣外，还含有细粒的流化介质，主要包括砂子，氧化铝，焦炭，烟灰等这一类物质，也含有剩余的聚结剂，因而在排料管中物料流容易发生堵塞或积聚。
因此本发明的目的在于改进导言中所述方法的适用性，特别是实现物料在进料管和排料管中的可靠而顺利的流动。本发明的进一步的目的在于提供一种实施此方法的流化床热解反应器，该反应器具有简单而且造价低廉的结构，并能完全满足在操作中遇到的处理负荷的要求。
按照本发明，在导言中所述类型的方法中，实现这一目的的措施包括采用具有光滑内表面的进料管进料，这样可以促进废物的流动;以及通过在排料管中引入气体介质以松动分解残渣(至少使靠近管内壁区的分解残渣得到松动)，松动到一定程度以促进分解残渣的排出。采用润滑层或合适的机械加工方法使进料管的内壁尽可能光滑和润滑，可基本上消除阻滞或妨碍废物流动的摩擦力。这样，物料便足可以凭借自身的重量在近似垂直伸延的进料管中流动。尽管完全相似的内壁结构对于在近似垂直延伸的排料管中分解残渣的排出是有利的，但该方法没有达到预期的结果。其原因在于分解残渣中除含有废物残渣本身外，还含有剩余的聚结剂和流化床介质(主要为砂子)，因而排料管基本上像塞住一样被完全充满。为此将一气体介质引入排料管中(最好是引入到靠近内壁的区域)。这样可使靠近壁面区域的残渣得到松动，由于重力的作用，位于排料管中心区的分解残渣将充分自由地并且无阻地向排料管的出口运动。从总体上看，通过本发明的这两种措施的结合，可使流化床热解反应器实现可靠的，至少是相当顺利的操作。
当然沿整个排料管长度对分解残渣进行松动是最有利的，但在大多数情况下，仅在排料管与热解反应器的连接区附近对分解残渣进行有效松动便可满足要求。同时，如对分解残渣进行周期性和脉冲性的松动，效果将更佳。为便利起见，用于松动的气体介质通常就是用于形成热解反应器中的流化床的流化气。引入排料管中的气体介质的速度一般选为刚好能使残渣松动而又不使排料管中发生湍动时或者甚至形成流化床状态。因发生湍动时，废物将在排料管中发生不应有的热解，并可能使得流化气和热解气经排料管逸出，这都是不希望发生的，因此湍动是不利的。此外，这时排料管将承受较高的热负荷。引入排料管中的合适气体介质速度一般为2-6m/秒，最好是3-4m/秒，这样就可使分解残渣得到合适的松动。在这些条件下分解残渣不会发生湍动，因为要达到湍动将需要更高的气速。作为比较，这里给出引入热解反应器中的流化气速范围。它为8-20m/秒，最好是10-15m/秒。
适用于实现该方法的特别好的流化床热解反应器的有利的特征在于，在进料管内壁涂有一润滑层，最好由四氟乙烯、聚四氟乙烯或搪瓷这一类物料构成;或者是采用研磨和/或抛光等机械加工方法使进料管的内壁光滑;以及在排料管沿管道圆周设置有气体介质进口。进料管内表面的涂覆润滑层可使废物料在管中实现基本无摩擦的流动。采用经过机械加工的内壁光滑、低阻力的进料管也可达到同样的效果。一般采用含铬17-19%、镍9-11.5%而钛百分含量≥碳百分含量5倍的奥氏体不锈钢做排料管的壁。这些数字均为重量百分比。这种钢材是在德国工业标准(DIN)型号为X10Cr-NiTi189下市售的。而在美国这种钢材是按美国钢铁学会(AISI)标准由TP321牌号供应的。对于排料管来说，进气喷嘴或进气口均匀分布在排料管的圆周上并且一般是安排在同一平面内是比较好的。气体介质从上述喷嘴或进口进入管内，并至少使位于排料管边壁附近的分解残渣部分得到松动。
最好是让进料管的底部出口联螺旋输送器，螺旋输送器宜水平走向并和热解反应器中的内室相连接。它既避免了热解反应连接区的堵塞和/或积聚，又很容易通过螺旋输送器对废物料的进料进行计量。
为了避免气体从热解反应器中逸出，比较合理的是在进料管的顶端部分设置进口闭锁装置，它最好由间隔一定距离排布的两个闸阀装置组成。在这一点上，如果进料管上两个闸阀之间的这一段选用其内壁涂有润滑层(该润滑层最好由四氟乙烯、聚四氟乙烯或搪瓷一类组成)或通过研磨和/或抛光的机械加工方法所得的具有光滑内壁的结构，将是十分有利的。比较合理的是设置两个进料管并将它们排布在热解反应器直径两端相对的位置上。这样使得能在单位时间内向热解反应器中加入尽可能多的废物。由于分解残渣的体积在比例上小于原料的体积，因此对于两个加料管来说，仅需设置一根单个排料管便足够了。
为了用尽量少的费用将废物加入到两个进料管中，比较好的方法是在进料管的顶端设置加料漏斗，并且在漏斗的上方设置有近似呈水平延伸的输送带的卸料口，输送带的运动方向是可逆的，这样便可交替地给两个进料管加料。同时比较好的是插入一称量装置，通过它往输送带上装小尺寸的废物。采用此方法可以固定废物处理速率。将用于凝聚污染物，尤其是硫和/或氯化物的聚结剂粉末，以及流化介质，(特别是砂子)直接加入热解反应器内达到一定数量。
排料管的底端宜与其出口连有筛分机的排料螺旋器相连。此筛分机用来将夹带在分解残渣中的流化介质分离出来，并且如果需要，也可在中间设置一出口闭锁装置(最好是一旋转翅片阀)将剩余的聚结剂分离出来。这样可使流化介质得到回收，并且最好将回收的流化介质送到贮罐内，从这里可以再加回到热解反应器中，而废物残渣则送入贮舱。
按照本发明的优选方案，筛分机将密封起来与外界隔绝，这样可把夹带于热解残渣中的流化气和/或热解气抽出并排走。这样可使流化气和/或热解气不会在筛分机部位与空气发生混合，因此避免了可爆性混合气的形成。
为了简化进气喷嘴的安装和检验，最好将进气口布置在作为排料管一个部分的连接段上，并且其上端与反应器的内室连接。对此，一般设置至少8个进气口，以使之分布在排料管的圆周上，最好是置于同一平面内。
由下列具体实施方案的说明连同适用于实施该方法的流化床热解反应器的示意图引出了本发明的进一步的优点和特点。
在图中

图1为本发明的流化床热解反应器的垂直中心剖面图。
图2为图1中截面Ⅱ的详细放大剖面图。
图3为图2中所示部分的另一种结构型式。
图4为图1中进气口所在的局部Ⅳ的详细放大图。
根据图1，在立式流化床热解反应器(10)中有一横截面为圆形的内室(12)。同时内室的上段为圆柱形结构而底部段(14)则向下收缩成圆锥形并与出料管(16)相接，底部段(14)的垂直高度约为整个热解反应器总高度的25-40%。
在内室(12)的底部段(14)和圆柱形上段之间的连接部有一个接口一位于图中热解反应器的右边一这是进入内室(12)的第一个螺旋输送器(18)的出口。本例中螺旋输送器(18)由电机(20)驱动。垂直延伸的第一进料管(22)(在本例的实施方案中大约延伸到热解反应器的顶端)与第一螺旋输送器(18)的呈直角方向向上的进口连接。在那里第一进料闭锁装置(24)从第一进料管起始，由一号切断阀(26)、垂直延伸分隔管段(28)以及二号切断阀(30)相连组成，并与第一进料管(22)相连接。这一切断装置还包括一个向上敞开的第一加料漏斗(32)。进料管(22)和(42)的横截面均为圆形且尺寸相等。
作为与通过热解反应器垂直轴线(34)延伸并与图面垂直的平面的镜像而设置的是带有第二驱动电机(40)的第二螺旋输送器(38)。第二进料管(42)和第二进料闭锁装置(44)。本例中第二进料闭锁装置有一个三号切断阀(46)，它使第二进料管(42)的上端与第二分隔管段(44)相连接。四号切断阀(50)设置在第二分隔管段的上端并与向上敞开的第二加料漏斗(52)相连接。因此这样安排的结构对于热解反应器(10)的左、右两边来说基本上是相同的。切断阀一般采用闸阀，它通过电机带动而启闭。进料管(22)和(42)的内径为热解反应器中内室(12)圆柱段内径的0.2-0.35倍，最好是0.25-0.3倍。进料管长度的选择是这样，以使它延伸到热解反应器(10)的顶端，该长度通常为进料管内径的6-10倍。在某些情况下，如对于低处理量的热解反应器，可以只采用一个进料管。而在另外一些情况下，如对于高处理量的热解反应器，可有效地提供两个以上的进料管。
在加料漏斗(32，52)之上设置有水平延伸的输送带(54)，它以这样的方式从加料漏斗(32，52)的一头伸展至另一头，即当它向右移动时，可把装载在输送带上的废物卸入到第一加料漏斗(32)中，而另一方面当它向左运动时，则把废物加入到第二加料漏斗(52)中。为了实现输送带(54)的左和右移动，输送带装有可逆驱动装置，它在图中没有示出。在输送带(54)之上，有加料漏斗(56)的出口，它同时构成一个称量装置，可用它来计量送到输送带上的废物的重量。废物进入加料漏斗(56)的位置由箭头(58)标出。加料漏斗(56)的出口设置有一闸阀(57)。
用于形成热解流化床所需要的流化用砂子存贮于流化用砂储罐(60)中，并通过管线(61)而直接加入到热解反应器的内室(12)中。聚结剂也同样存贮于容器中并直接加入到内室(12)中。图1中给出了与管线(61)相连的用于存贮聚结剂的容器(63)。流化用砂和聚结剂的粒径大约为0.5mm。
用于形成流化床所必需的流化气体通过管线(62)进入内室(12)，气体的引入可通过进口喷嘴的形式，管线(62)连接到热解反应器底部的锥形区(14)。上述的流化气最好由热解气所组成。
与热解反应器出口管(16)相连接的是一垂直延伸的连接段(64)，与此相接的则为一进一步向下延伸的管段(66)。管段之间均采用法兰(65)连接(图4)。连接段(64)和管段(66)一起构成了垂直排料管(68)，在其底部与一水平延伸的配有驱动电机(72)的出料螺旋输送器(70)的入口相连接。该螺旋输送器(70)的出口通过垂直延伸管(74)与筛分机(78)相连，在延伸管(74)的中部装有出口闭锁阀(76)，一般为旋转翅片阀型式。这一结构使实际所得的热解废物残渣中的分解残渣与夹带的流化用砂以及剩余聚结剂分开，分出的砂子和聚结剂经管道(80)排出并分别送入流化用砂储罐(60)或容器(63)中。块状分解残渣本身通过管道(82)排出。通过管道(80)排出的流化用砂子仍含有加入热解反应器中用于固定硫或氯的聚结剂的残余组份。
连接段(64)和管段(66)的横截面为圆形，且具有相同的内径。两者的内径在所有情况下大约为热解反应器内室(12)圆柱形部分的内径的0.2-0.5倍，最好为0.3-0.4倍。连接段(64)的长度至多约等于连接段(64)或管段(66)的内径，而管段(66)的长度则至多约为该内径的1.5倍。通常应使连接段(64)和管段(66)的结构尽可能短。
在图2中，将图1中的剖面Ⅱ表示为垂直剖面的详细放大图，从图中可以看到内壁带有润滑层(84)的第一进料管(22)。附带说明一下，与上面提到的其它管道一样，进料管的横截面也为圆形，因而外围是一圆管。如图2所示，润滑层(84)涂于管道(86)的内壁上。其厚度大约为0.5-1mm，该润滑层的材料由四氟乙烯、聚四氟乙烯或者是搪瓷一类的玻璃状涂层所组成，要求能耐最高达约200℃的温度。此润滑层降低了管内摩擦阻力，使通过进料管(22)流动的废物流入第一螺旋输送器(18)中而不发生积聚。如果使用润滑层碰到困难和/或所用的润滑层耐温性不够，那么可采用图3中所示的另一种结构方式，即采用机械加工的方法(通常是研磨和/或抛光)使构成进料管(22)外围的管子(88)结构的内表面完全光滑和润滑。如果管子(88)所用钢材具有上面所述的组成，则可以获得非常光滑且同时具有耐温性的内表面。第二进料管(42)具有与刚刚讨论的第一进料管(22)完全相同的内壁结构。
排料管(68)的连接段(64)放大在图4中，并且表示为详细的垂直剖面图。进气管(92)接入连接段(64)的内腔(90)中。最好装有8个这样的进气管，这8个进气管沿圆周均匀排布且最好置于同一平面上。进气管(92)的内径小于内腔(90)的内径且成一定比例，该进气管(92)的内径均为内腔(90)内径的0.01-0.10倍，最好为0.02-0.07倍。进气管(92)进入内腔(90)的进气口(93)盖有向下倾斜延伸的金属片型挡板(94)，这样尽管气体介质能由进气管(92)流到内腔(90)中，但从图4可以明显看出防止了(或者至少是基本上防止了)分解残渣渗入到进气管(92)中。挡板(94)应尽量少伸入到内腔(90)中。进气管(92)至少其末端应向上倾斜，并伸入围绕连接段的环形管(96)中。与环形管(96)相连的是管线(98)，通过管线(98)引入用于松动分解残渣的气体介质。该气体介质一般由热解气组成。连接段(64)用法兰(65)向上与热解反应器连接，向下与管段(66)相连。
进气口(93)离连接段(64)的顶端的距离最好约为连接段(64)内径的0.4-0.8倍。有时也可方便地在管段(66)上另外布置一些额外的进气口。这些额外进气口的工作方式与进气口(93)相同。额外进气口与管段(66)的顶端之间的距离约为管段(66)内径的0.4-0.8倍。
按照另一种优化方案，所有进气管(92)的进气口(93)都装有喷嘴(97)，气体介质经该喷嘴引入内腔(90)中。如果这些喷嘴的喷射方向向下至少与水平面成5°-10°，则由于在这种情况下分解残渣将不可能进入喷嘴中，挡板(94)就可以不要。同时喷嘴不应伸入内腔(90)中，以免妨碍排料。在图4中，在一个进气口标出了喷嘴(97)。
在操作过程中，将经过称量的一定量的废物通过加料漏斗(56)送到输送带(54)上。与废物量相对应的一定量的流化用砂子则由流化用砂储罐(60)排出并通过管道(61)直接加入热解反应器中。采取同样的方式，将聚结剂(主要是粉状的氧化钙)从容器(63)直接加入热解反应器中。关闭一号切断阀(26)和打开二号切断阀(30)后，启动输送带(54)，向右运动将物料从输送带加入到第一加料漏斗(32)中并收集在第一分隔管段(24)中。当这一管段充满后，停输送带，关闭二号切断阀(30)并打开一号切断阀(26)，物料便通过第一进料管(22)滑入到第一螺旋输送器(18)中。由于第一进料管的内壁具有光滑的衬里或机械加工过的光滑表面，物料将顺利地从第一闭锁装置(24)流动到第一螺旋输送器(18)中而不会发生阻塞或积聚。由于电机(20)的驱动，第一螺旋输送器(18)将所提供的物料送入热解反应器的内室中。借助通过管线(62)引入的流化气体使内室(12)形成以砂子作为介质的流化床。在这里流化气体最好采用已经过除油净化后的热解气。为了达到热解所需的400-800℃左右的高温，所提供的流化气要加热到相应高的温度。
当装在第一闭锁装置(24)中的原料加入热解反应器后，再次关闭一号切断阀(26)并打开二号切断阀(30)，这样便可开始一次新的过程。然而更方便的是分别交替使用第一进料管(22)或第二进料管(42)把废物加入到热解反应器(10)中。为达到此目的，通过使用可逆驱动电机使输送带(54)交替操作输送装置向左和向右运动。因此，在所有情况下经过第一或第二进料管(22，42)的加料操作就是分别借助第一或第二闭锁装置(24，44)以上述方式进行的。
分解残渣经出料管(16)从内室(12)进入排料管(68)，进而到达排料螺旋输送器(70)，该螺旋输送器(70)借助驱动电机(72)将分解残渣排入到管道(74)中。虽然设置在管道(74)中的出口闭锁阀(76)允许固体无阻碍地通过，但它将阻止任何通道的气体进入筛分装置(78)。在筛分装置(78)中，被夹带的流化砂子包括残存的粉状聚结剂与块状分解残渣本身分开，然后通过管道(80)送入流化用砂储罐(60)中。而块状分解残渣则通过管道(82)排出。
为了避免在排料管(68)中发生堵塞和物料积聚，将一种气体介质通过进气管(92)引入内腔(90)，气体在那里向上朝热解反应器的内室(12)流动而使分解残渣得到松动。同时，挡板(94)则阻止分解残渣渗入进气管(92)中。在此，气体介质的进气速度的选取应该是刚好能使分解残渣松动而又不能出现象在热解反应器中那样的湍动。该进气速度的准确数值取决于分解残渣的堆积密度，并且它可容易地由试验确定。作为通过管道(98)和环形管(96)流入进气管(92)的气体介质最好采用来自冷却和净化工序的已除油净化过的热解气。在净化工序中(图中没有表示出)，在热解过程中产生的未经处理的热解气通过与热解反应器内室(12)顶部相连的气体管道(100)引入到净化器中。如果进气口相互排列在几个不同平面上，则气体介质送了胁煌矫娴慕凇 在本发明中所指的小尺寸废物可以理解为碎块尺寸不超过15cm的物料，最好不超过8cm。德国专利公开说明书3，523，653用作为先有技术。
权利要求
1.在流化床热解反应器中进行的含烃废物，主要是含塑料或橡胶的废物的热分解方法，该废物采用至少一个下伸的进料管(22，42)加入热解反应器(10)中，而分解残渣则经至少一个下伸排料管(68)从热解反应器(10)内排出，其特征在于，采用具有光滑内表面的进料管(22，42)进行加料以促进原料废物的流动；并采用在排料管(68)中引入气体介质使分解残渣，至少使靠近内壁区的分解残渣得到松动，松动的程度足以促进分解残渣的排出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在热解反应器(10)与排料管(68)的连接处附近使分解残渣得到松动。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于将分解残渣进行周期性松动，其松动的时间间隔最好为10-30秒。
4.根据权利要求1-3中之一所述的方法，其特征在于分解残渣在排料管(68)的整个截面内得到松动。
5.实施按照权利要求1-4中之一所述方法的流化床热解反应器，该反应器具有至少一个下伸并与反应器内室(12)相连的进料管(22，42)以及至少一个下伸并与内室(12)的底端部分(14)相连的排料管(68)，该反应器的特征在于进料管(22，42)在其内壁上涂有润滑层(84)，此润滑层最好由四氟乙烯、聚四氟乙烯或搪瓷一类组成;或采用研磨和/或抛光的机械加工方法使进料管(22，42)的内表面光滑;并且排料管(68)沿其圆周布置有用于引入气体介质的进气口。
6.根据权利要求5所述的热解反应器，其特征在于进料管(22，42)在其底端与螺旋输送器(18，38)相连，螺旋输送器最好水平走向并与热解反应器的内室(12)相连。
7.根据权利要求5或6所述的热解反应器，其特征在于进料管(22，42)装有由两个切断阀(26，30)或(46，50)组成的进料闭锁装置(24，44)，两个切断阀(26)(30)或(46)(50)垂直间隔一定距离而分别设置于进料管的顶部段中。
8.根据权利要求5至7中之一所述的热解反应器，其特征在于气体介质基本由在热解反应过程中产生的热解气组成。
9.根据权利要求5至8中之一所述的热解反应器，其特征在于两个进料管(22，42)在大致径向相对的位置上装置并排布于热解反应器的侧壁上。
10.根据权利要求9所述的热解反应器，其特征在于在进料管(22，42)的顶部设置加料漏斗(32，52);并且在加料漏斗的上方设有基本呈水平走向的输送带(54)的卸料端，该输送带的输送方向是可逆的，其目的在于将废物交替加入到两个进料管(22，42)中。
11.根据权利要求10所述的热解反应器，其特征在于通过放入一称量装置可以把小尺寸的废物加入到输送带(54)上。
12.根据权利要求5-11中之一所述的热解反应器，其特征在于排料管(68)的底端与一排料螺旋输送器(70)相连，而螺旋输送器的出口又与一筛分器相接，通过设置出口闭锁装置(76)，该筛分器将夹带于分解残渣中的流化介质(主要为砂子)以及残余聚结剂分开。
13.根据权利要求5-12中之一所述的热解反应器，其特征在于在作为排料管(68)一部分的连接段(64)上排布有进气口(93)，并且连接段的顶端与热解反应器的内室(12)相连接。
14.根据权利要求5-13中之一所述的热解反应器，其特征在于在排料管(68)的圆周上设置至少6个最好是至少8个进气口(93)，且最好排布在同一平面上。
15.根据权利要求5-14中之一所述的热解反应器，其特征在于在进气口(93)处设置有喷嘴(97)。
全文摘要
在一流化床热解反应器(10)中对含有塑料的废物进行热分解，废物通过具有内衬润滑层或具有光滑、润滑的钢质内壁的进料管(22，42)加入流化床反应器(10)。同时经排料管(68)将热解残渣从流化床反应器(10)中排出，该残渣在排料管(68)中通过吹入气体进行松动。采取这些措施可使物料在管中顺利流动，从而提高了工厂的操作可靠性。
文档编号B01J8/24GK1030247SQ8810394
公开日1989年1月11日 申请日期1988年6月25日 优先权日1987年6月27日
发明者乌尔里希·豪莎, 沃尔夫纲·申门瑙 申请人:布朗波维里公司