專利名稱：以廢塑料廢橡膠的混合物為原料生產石油產品的方法及設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種以廢塑料、廢橡膠為原料生產石油產品的方法及設備，它包括催化裂化、裂解氣冷凝和混合油分餾等工藝過程。
目前世界上廢棄的塑料垃圾、橡膠輪胎數量驚人。因降解困難，已造成日益嚴重的環境污染，對人類的生存環境形成威脅。其中廢橡膠數量巨大，處理更為困難。為了將高分子形態的塑料和橡膠還原成低分子燃油，迄今人們都是沿用石油裂解的工藝設備來實行裂解，其效果甚差。在中國專利CN93112501中公開了一種廢輪胎橡膠的裂解工藝，以云母作催化劑，其不足之處是裂化溫度及操作壓力均較高，故煤耗較大，對環境的污染也較嚴重。此外因裂化操作要在壓力下進行，需使用價值昂貴的高壓斧，對操作安全不利，此法也不宜實現連續生產。
本發明的目的是要克服現有技術的上述缺點，為廢塑料特別是大量的廢橡膠轉變為石油產品找到一種更好的催化裂解方法和相應的設備。所用的催化劑和設備可使裂化反應在常壓和較低的溫度下進行，并提高廢塑料和廢橡膠的轉化率，加快裂化的速度，從而更加經濟、安全和高效。
本發明的目的可以通過如下方式來實現催化裂化中使用的催化劑是氫氧化鋅、碳酸鎳、活性氧化鋁及活性白土的混合物，其中氫氧化鋅為1.5—10％(重量)，碳酸鎳0.5—5％，活性氧化鋁5—20％，其余為活性白土；在常壓下，溫度為120—280℃的條件下催化裂化。催化劑的加入量為原料重量的2—8％。
上述原料中廢塑料和廢橡膠的比例分別為20—80％和80—20％。
催化劑中的各成份應為細粉狀并混合均勻。細粉的粒度最好在80目以上。粒度越小，活性越強。催化劑應先于原料加入裂化爐中。
本裂化法的廢塑料主要以聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯等為原料。廢橡膠不論人工合成橡膠或天然橡膠均可，尤以廢丁鈉橡膠、丁苯橡膠為好。本法及設備對塑料和橡膠原料的大小，干凈程度沒有特殊要求。一般將原料破碎成5厘米左右的塊狀，以能進入加料口為度。原料投入爐內后，經催化加熱裂解，其高分子長鏈還原成低分子燃油，主要是汽油、柴油等成份。
以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述(1)催化劑制備裂化反應的催化劑為氫氧化鋅、碳酸鎳、活性氧化鋁及活性白土的混合物，其中氫氧化鋅重量為5％，碳酸鎳為3％，活性氧化鋁12％，其余為活性白土。氫氧化鋅，碳酸鎳和氫氧化鋁的粒度為100目以上，活性白土的粒度也約為100目。催化劑中各成份應充分攪拌混勻。其中活性氧化鋁對油類有很強的吸附作用，可用作催化劑或催化劑載體。活性氫氧化鋅極易分散于橡膠中。活性白土對橡膠有親液的作用，主要作裂化反應的載體，這是由于其比表面大，有較好的吸附性能所致。催化劑先于原料投入裂化爐中，催化劑的加入量為原料重量的5％。
(2)原料1000公斤，其中廢塑料和廢橡膠的比例為30％和70％。
(3)催化裂化將原料及催化劑50kg按上述方法加入裂化爐內，加熱至120℃先產出液化氣，加熱至130—160℃即產生裂化氣，加溫至180—240℃時需在釜底進行攪拌3—5轉，每隔20分鐘攪拌一次，30分鐘加料一次，裂化溫度通常保持在240℃以下，最高可保持在250—310℃，整個催化裂化反應連續進行，每隔約8小時需排渣一次，收集的排渣是制備工業碳黑的原料。催化劑中的氫氧化鋅、碳酸鎳和活性氧化鋁主要用于降低裂化反應中的活化能，從而使裂化反應所需溫度下降，裂化速度加快。
(4)裂解氣冷卻、混合油分餾將催化裂化反應中產生的裂化氣進入換熱器冷卻，冷凝后生成液體燃料油，再將分離出的液體燃料油送入分餾爐中進行加溫而分餾出汽油、柴油和機油等。最后剩下的殘渣，用于制工業碳黑。一噸廢舊塑料橡膠可產輕油七百多公斤，其中汽油、柴油分別占40％和60％。
本發明與現有技術相比具有如下優點1.油品的收率或轉化率明顯提高，其中汽油、柴油的轉化率達到塑料和橡膠混合原料的75-80％。另外還有機油、液化氣和碳黑等。這是單一塑料原料或單一橡膠原料遠遠達不到的。較單一塑料原料提高約15％，較單一橡膠原料提高約20％。也較其它已知方法的廢塑料，廢橡膠轉化率高得多。
2.裂解反應速度加快，較單一塑料原料縮短時間約25％，較單一橡膠原料縮短約20％。從而單位時間內裂解氣的產氣加快，產氣量相應上升。
3.產品汽油、柴油等質量較高據陜西省石油產品質量監督檢驗站1994年的檢驗表明，所產汽油在辛烷值，鉛含量、餾程、含硫量、酸值、水份等指標均達到或優于國家70#油標準。柴油在餾程、十六烷值、膠質、硫含量、水份、灰份、凝點、閉口閃點等指標均達到或優于國家-10號柴油標準，使用中比普通汽油省23—30％。可廣泛用于各種大小型進口、國產車輛。
4.經濟本法采用的催化劑，大大降低了裂化反應的活化能，故反應溫度在80—160℃就能正常出油，最高溫度始終在310℃以下，這是目前所知的最低裂解溫度。反應中產生的液化氣可利用來燃燒代替煤，也可作它用。本發明的這幾種催化劑容易購買，價格低廉且無毒。生產一噸油的催化劑僅需100元左右。
5.對環境無污染，本法在生產過程中無廢氣、廢液、廢渣問題，對環境無污染。卻為污染環境的廢塑料廢橡膠的處理開辟了一條新路。產物為汽油、柴油、是急需的能源產品。
6.操作方便，本法對原料大小、干凈程度沒有嚴格要求，不需做專門處理。所用的廢橡膠可以是廢輪胎或橡膠廠的邊角廢料。廢輪胎預熱到一定程度，即很容易抽出其中的鋼絲，切割成5厘米左右的塊狀，只要能投入裂解爐進料口即可。廢塑料也是同樣情況，不需清洗即可直接投入裂解爐內。省去了清洗原料這一麻煩過程。
7.操作安全本法在常壓下操作不需復雜的高壓設備。
上述四種物質組成的復合催化劑，是本發明人經過三年多艱苦的努力，從幾十種催化劑中反復篩選出來的。證明對廢塑料和廢橡膠的混合物原料特別有效。采用本催化劑對單一廢塑料或單一橡膠的裂解反應都有相當的改善作用。但更為重要的是，本發明人通過大量試驗發現，采用同樣的催化劑、同樣的設備，在同樣的條件下，以廢塑料和廢橡膠的混合物為原料，其催化裂解的效果遠遠超過單一的廢塑料或廢橡膠原料。無論是裂解溫度，裂解速度，石油產品的轉化率或油品質量上都有明顯改善。至于其中的機理目前從理論上雖難以完全闡述清楚，但事實證明情況確是如此。
為了利用上述催化裂化方法而專門設計的設備，依次包括催化裂解爐、換熱冷凝器、貯油分離器、液化氣凈化防火安全裝置和精餾爐等，形成獨特完整的生產體系。
以下結合附圖詳細描述本發明的設備系統，
圖1是本催化裂化設備的系統圖。
圖中的催化裂解爐1已在CN95245119中申請專利，不贅述。換熱冷凝器2采用臥式殼管冷凝器，冷卻水為循環水可反復使用。在貯油分離器3內有過濾裝置，其作用是將油、氣分開過濾。液化氣凈化裝置處在貯油分離器3和精餾爐4之間，圖中未畫出。液化氣凈化裝置內具有離心式油分離結構，裂解氣沿切線方向進入，經螺旋狀隔板自上而下旋轉流動，借離心力作用將氣流內微小液滴甩到殼管壁面，聚積成較大的油滴，下沉到分離器底部。這樣凈化后的氣體返回裂解爐燃燒，可起防止回火作用。混合油最后進入精餾爐4及其冷凝器5和貯油器6，分解出汽油、柴油和機油等產品。
本設備系統中帶刮板和葉片的裂解爐可以有效消除積炭現象，強化傳熱過程，加快塑料的熔化和產氣過程。還可以強化催化劑與融熔塑料的混合，大大提高生產率，增加裂化氣的產量。本裂解爐用火直接干燒塑料，爐內沒有壓力，只需控制溫度。本設備系統屬塑料裂化中最簡單的過程。對塑料原料的大小，干凈程度沒有特殊要求。本設備體積小，流程短、加溫快，產氣量大，便于連續生產。設備簡單，所需設備主要為裂化爐、換熱器、貯油罐和分餾器，這些設備在一般化工設備廠均易于制造，易于安裝，造價低，生產簡便，非常適合在中國及其它發展中國家使用推廣。
權利要求
1.一種以廢塑料，廢橡膠的混合物為原料生產石油產品的方法，其中包括催化裂化、裂解氣冷凝和混合油分餾，其特征在于催化裂化中使用的催化劑是氫氧化鋅、碳酸鎳、活性氧化鋁及活性白土的混合物，其中氫氧化鋅為1.5—10％，碳酸鎳0.5—5％，活性氧化鋁5—20％，其余為活性白土；催化劑的加入量為原料重量的2—8％；在常壓下，溫度為120—280℃的條件下催化裂化。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于原料中廢塑料和廢橡膠的比例分別為20—80％和80—20％。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于原料中廢塑料和廢橡膠的最佳比例是38—42％和62—58％。
4.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于催化劑先于原料加入裂解爐內。
5.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于催化劑中的各成份應為細粉狀。
6.一種按照權利要求1所述方法的設備，其特征在于包括催化裂解爐(1)、換熱冷凝器(2)、貯油分離器(3)、液化氣凈化防火安全裝置和精餾爐(4)。
7.如權利要求6所述的設備，其特征在于換熱冷凝器(2)是臥式殼管冷凝器，筒體兩端有管板，板上焊接多根傳熱管，高溫裂解氣由上部進入管束外部空間，冷凝后的混合油液由下部排出；冷卻水從一端封蓋進入管內流動，從另一端流出。
8.如權利要求6或7所述的設備，其特征在于液化氣凈化防火安全裝置具有離心式油分離結構，包括裂解氣切向進入管和螺旋狀隔板。
全文摘要
本發明是利用廢塑料和廢橡膠提煉汽油、柴油的方法。本法以氫氧化鋅、碳酸鎳、活性氧化鋁及活性白土為催化劑，以廢塑料和廢橡膠的混合物為原料，通過催化裂化，將廢舊塑料和橡膠的高分子進行裂解，經冷卻、分餾后可制得液化氣、汽油、柴油等。本法原料充足，工藝簡單，裂解速度快，裂解溫度低，轉化率高，沒有壓力，反應溫度不超過300℃，應用前景十分廣闊。
文檔編號C08J11/16GK1123822SQ9511370
公開日1996年6月5日 申請日期1995年7月24日 優先權日1995年7月24日
發明者宋俊儒 申請人:宋俊儒