一種廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離裝置及方法
【專利摘要】本發明提供一種廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離裝置及方法，該方法包括以下步驟：(1)、在反應爐中加入熔融鹽，將廢棄印刷線路板在常壓、無氧氣氣氛下，投入反應爐內，反應溫度控制在600-700℃；線路板上的有機物在熔融鹽浴中快速熱解，產物包括有機氣體、焦炭和焦油；(2)、熱解生成的焦炭和水蒸氣發生水煤氣反應生成氫氣和二氧化碳。本發明廢棄線路板中的有機物質經熱解氣化后，線路板中的金屬可得到有效分離、回收。在鹽浴中廢棄線路板熱解氣化分離過程中生成的氫氣和有機氣體和氫氣可用作燃料、廢棄線路板中含有的有毒鹵化物被熔融鹽吸收并轉化為安定的無機鹽。
【專利說明】一種廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及固體廢棄物資源回收【技術領域】，尤其涉及一種廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離裝置及方法。
【背景技術】
[0002]對于電子廢棄物的回收，最重要的過程是把其中的金屬與塑料分離及分類，然后進行分門別類的回收利用。對于大型的電子廢棄物來說，如冰箱、電視、洗衣機等，外殼比較容易手工分離進行分類回收，而對于小型電子廢棄物或電子零部件，如印刷線路板、MP3、手機等，采用手工的方法很難進行進一步的金屬與塑料分離及分類。對于印刷線路板這類小型廢棄物，分離金屬與塑料的傳統方法有加熱分解分離、溶解分離和機械破碎分離等。這些方法中，加熱分解分離法是通過燃燒或熱分解廢棄線路板中的塑料，因為塑料中含有的溴、氯等有機鹵化物，在金屬銅的催化下，極易導致大量有毒氣體二噁英的產生，給空氣環境帶來極大污染；溶解分離法是利用強酸溶解提煉其中的有用金屬，產生的廢液處理昂貴，不當處置往往給環境造成更大的二次污染；機械破碎分離法需要把廢棄印刷線路板粉碎到很小顆粒才能進行有效分離，這需要消耗大量電力，而且也很難做到金屬與非金屬的完全分離，另外，分離后的塑料因為組成成分復雜及含有溴、氯等有機鹵化物，很難直接二次利用為燃料，或用來做化工原料。如何有效的把金屬與非金屬分離出來，并且有效的利用這些非金屬材料，主要是塑料，目前一直是廢棄印刷線路板回收過程中的難題。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于解決上述現有技術存在的缺陷，提供一種高效的廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離方法。
[0004]一種廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離裝置，包括反應器，所述反應器上設置有一個進氣管、反應產物出氣管、投料裝置；所述進氣管的一端伸入在反應器的底部，另一端與預熱裝置連接，預熱裝置分別與水槽和載氣容器通過管道連通，所述反應器的外部設置有加熱裝置；所述反應產物出氣管與加熱裝置連接有溫度控制裝置；所述反應產物出氣管的出口與焦油收集系統連通，焦油收集系統的出氣口與氣體收集裝置連通。
[0005]進一步地，如上所述的廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離裝置，在載氣容器與預熱裝置之間設置有氣體流量計。
[0006]進一步地，如上所述的廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離裝置，在水槽與預熱裝置之間設置有流量可調水泵。
[0007]進一步地，如上所述的廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離裝置，所述進氣管的端部在反應器的底部。
[0008]進一步地，如上所述的廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離裝置，所述焦油收集系統包括冷卻裝置和收集裝置，所述收集裝置外層有冷卻液層。
[0009]一種廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離方法，包括以下步驟:
[0010](I)在反應器中加入熔融鹽，通過進氣管給反應器中通入載氣，使得反應器中氣氛為無氧氣氣氛；
[0011](2)當反應器中的氣氛為無氧氣氛時，通過加熱裝置給反應器加熱，并通過溫度控制系統使得反應器內的溫度控制在600-700°C ；
[0012](3)啟動水蒸氣裝置通過預熱裝置把水蒸氣和載氣加熱到所需反應溫度600-7000C，水蒸氣和載氣的摩爾比控制在9:1，通入速率為5-100ml/min，通入到反應器底部的進氣管，對熔融鹽進行攪拌；
[0013](4)將廢棄印刷線路板在常壓下裝入反應器頂部的投料裝置，反應溫度在600-7000C ;投料階段保證反應器內的氣氛保持無氧氣氣氛，線路板中的有機成分被快速熱解，生成的產物包括:有機氣體、焦炭和焦油、焦炭和水蒸氣，其中焦油和有機氣體通過反應產物出氣管進入到焦油收集系統；焦炭和水蒸氣熱解發生水煤氣氣化反應生成氫氣和二氧化碳；廢棄線路板上的有毒鹵化物被熔融鹽吸收并轉化為安定的無機鹽，生成的有機氣體冷卻后經氣體收集系統收集使用。
[0014]進一步得，如上所述的廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離方法，所述熔融鹽為碳酸鋰、碳酸鉀、碳酸鈉的混合物，其質量比為1:1:1。
[0015]進一步得，如上所述的廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離方法，所述載氣為氮氣或惰性氣體。
[0016]本發明對廢棄印刷線路板的金屬分離效果明顯，可以分離出大塊金屬，而不必做預先的粉碎。和機械破碎法比較，回收效率高，成本低，塑料可以直接氣化成潔凈可燃氣體加以利用，產生污染小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離裝置結構示意圖；
[0018]圖2為熔融鹽下的水蒸氣氣化分離技術示意圖；
[0019]圖3為廢棄線路板中有機成分的水蒸氣氣化過程原理示意圖
[0020]圖4為有、無熔融鹽下廢棄線路板水蒸氣氣化生成有機成分的產物產率；
[0021]圖5為熔融鹽下廢棄線路板中有機成分氣化反應氣體產物的組分；
[0022]圖6為有、無熔融鹽下氣化反應速率；
[0023]圖7為熔融鹽下不同溫度的氣化反應速率。
【具體實施方式】
[0024]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0025]本發明提供一種廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離裝置，如圖1所示，本發明提供的裝置包括反應器I，所述反應器上設置有一個進氣管11、反應產物出氣管14、投料裝置9 ;所述進氣管11的一端伸入在反應器I的底部，另一端與預熱裝置10連接，預熱裝置10分別與水槽7和氮氣/惰性氣體容器8通過管道連通，所述反應器I的外部設置有加熱裝置3 ;所述反應產物出氣管14與加熱裝置3連接有溫度控制裝置5 ;所述反應產物出氣管14的出口與焦油收集系統12連通，焦油收集系統12的出氣口與氣體收集裝置13連通。在惰性氣體容器8與預熱裝置10之間設置有氣體流量計4。在水槽7與預熱裝置10之間設置有可調節流量的水泵6。
[0026]本發明提供的廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離裝置，對線路板的分離效果明顯，可以分離出較大塊金屬，而不必做預先的粉碎，和機械破碎法比較，回收效率高，成本低，塑料可以直接氣化成潔凈可燃氣體加以利用，產生污染小。
[0027]本發明還提供一種廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離方法，該方法包括以下步驟:
[0028](I)、在反應器I中加入熔融鹽，通過進氣管11給反應器I中通入惰性氣體，使得反應器I中氣氛為無氧氣氣氛，氮氣或惰性氣體同時作為載氣連續通入至反應結束，其速率為5-100ml/min，所述熔融鹽為等質量比的碳酸鋰、碳酸鉀、碳酸鈉的無機鹽混合物；
[0029](2)當反應器I中的氣氛為無氧氣氛時，通過加熱裝置3給反應器I加熱，并通過溫度控制系統5，使得反應器I內的溫度控制在600-700°C。這時，熔融無機鹽混合物已成熔融態(其熔點約為403°C )。
[0030](3)啟動水蒸氣裝置通過預熱裝置10把水蒸氣和氮氣加熱到所需溫度600-700°C，水蒸氣和氮氣的摩爾比9:1，經過通入到反應器I底部的進氣管11，對熔融態的無機鹽混合物進行攪拌，同時水蒸氣作為水煤氣反應氣體。
[0031](4)通過反應器I頂部的投料裝置9，將廢棄印刷線路板常壓下投入反應器I內，反應溫度在600-700°C ;投料階段保證反應器I內的氣氛保持無氧氣氣氛，線路板上的有機物在熔融鹽浴中快速熱解，產物包括有機氣體、焦炭和焦油，焦油和有機氣體通過出氣口冷卻后進入到焦油收集系統12 ;
[0032](5)、同時、熱解生成的焦炭和水蒸氣發生水煤氣反應生成氫氣和二氧化碳，廢棄線路板上的有毒鹵化物被熔融鹽吸收并轉化為安定的無機鹽，生成的有機氣體冷卻后經氣體收集系統13收集使用。
[0033]本發明提供的分離方法，廢棄線路板中的有機物質熱解氣化后，線路板中的金屬可得到有效分離、回收。在鹽浴中廢棄線路板分離過程中生成的氫氣和有機氣體可用作燃料、廢棄線路板中含有的有毒鹵化物被熔融鹽吸收并轉化為安定的無機鹽。本發明對線路板的分離效果明顯，可以分離出較完整的整塊金屬，而不必做預先的粉碎。和機械破碎法比較，金屬回收效率高，有機成分有效利用產生污染小。與直接氣化相比，反應溫度較低，反應在常壓下進行，設備要求不高。
[0034]本發明利用加入熔融鹽(等質量比的碳酸鋰、碳酸鈣、碳酸鈉混合物)，對廢棄線路板中的有機成分實現水蒸氣氣化反應分解，氣體轉化率高，如圖4所示，本發明分離方法氣體轉化率約占廢棄板中有機質的60%，氣體的主要組成成分為氫氣(占58%體積百分比，圖5)，其他有機氣體體積百分比占13.1%，圖5，圖5中其他占3.8)，反應速度快(見圖6，粗實線的斜率即為反應速率，斜率越大、反應速度越快)——反應條件為675 °C，反應原料為線路板基板，金屬分離效果好。
[0035]本發明通過在反應器I中加入熔融鹽，反應溫度在600-700°C之間(溫度高，反應率更快，但對設備的要求更高，能源消耗更大，經過試驗對比，溫度在600°C以上就能滿足應用上的要求，見附圖6，k為反應速率，T為反應溫度，反應原料為線路板基板)常壓下，在熔融鹽浴中投加廢棄線路板原料，廢棄線路板中的有機物質可以在熔融鹽的催化下轉化成氣體成分，可以用作為可燃氣；廢棄物中的有毒鹵化物可被熔融鹽吸收并轉化為安定的無機鹽。在有機成分分解后，金屬可以得到很好的分離，便于進一步的冶煉，實現環保資源化回收。
[0036]廢棄線路板主要的有機成分是塑料(如樹脂、PVC、PS等)，在反應器中的主要反應分為第一步快速熱解反應和第二步水煤氣氣化反應。如圖3所示，首先，塑料在熔融鹽浴中快速熱解，生產物主要有有機氣體、焦炭和焦油。第二步，熱解生成的焦炭和水蒸氣發生水煤氣反應生成氫氣和二氧化碳。
[0037]所以，對于有機物質的水蒸氣氣化反應，其主要反應方程式可表示為為:
[0038]C+H20 —CCHH2 Δ H298= 13 lkj/mol
[0039]C0+H20 — C02+H2 Δ H298=-41.2kJ/mol
[0040]應用本發明方法，對線路板基板的結果顯示，在熔融鹽的存在下，有機物的氣化效果明顯，無中間產物焦炭生成，主要產物是氣體(約60% )、苯酚和焦油(如圖4所示)，都可以后續利用。塑料等有機成分轉化為氣體和焦油經過冷卻塔收集，剩下的金屬自然分離，可從熔融鹽浴中取出即可。
[0041]有益效果:
[0042]1、熔融鹽下對廢棄印刷線路板的一段式處理
[0043]電子電器產品種類多種多樣，結構、材料、零部件也各不相同，目前，對于難以拆分的廢棄印刷線路板及電子零部件往往采用低效的手工作業分離或機械粉碎分離進行預處理。本發明中，對廢棄印刷線路板進行有機物質氣化處理。不需要預拆卸及粉碎，就可以對其中的有機成分進行氣化生成可燃氣體，從而使得金屬分離更簡單，金屬和塑料實現一段式處理。傳統的機械破碎法，是把線路板粉碎到很細顆粒，然后經過磁選、浮選等技術把金屬和塑料分離開來，塑料的后續利用還需其他復雜工藝。
[0044]2、溴、氯的無害化
[0045]廢棄印刷線路板中，使用的塑料里往往含有大量的含溴、氯有機化合物，這使得塑料的回收再利用變得困難。特別是在有氧燃燒熱解中，在金屬銅的催化下，二噁英有毒氣體的產生難以避免，使得廢棄物中的塑料難以作為清潔燃料直接利用。而本發明在熔融鹽下，能對有毒含溴、氯化合物進行反應吸收，碳酸鹽可以和中間產物氯化氫、溴化氫反應，脫去溴和氯，最終達到無機化安全回收。
[0046]3、反應條件溫和，設備要求不高
[0047]通常的水煤氣氣化反應是在高溫下1000 °C才能快速反應，本反應在常壓下，反應溫度600-700 °C，對反應爐的要求不高。
[0048]4、金屬的回收更為簡單容易
[0049]本技術，在還原性氣體氣氛下(從反應方程式可以看出，一氧化碳為主要中間產物，本反應不通空氣或氧氣，載氣采用的是氮氣或惰性氣體)，從而減少了金屬的氧化，同時在塑料轉化成氣體和焦油排出后，金屬不用粉碎就可以有效分離(和傳統機械破碎分離法相比)，這對后段的金屬冶煉回收處理更為經濟簡單。
[0050]5、復雜塑膠材料的有效利用
[0051]線路板中，因制造及成本上的要求，塑料的使用越來越廣泛，而且使用的塑料種類也繁多，難以進行分類回收，在電子產品集成化制造的趨勢下，功能件往往是塑膠和金屬零部件注塑在一起，難以分離；同時含溴阻燃劑，以及含氯的PVC絕緣材料被廣泛使用。這些都給廢棄印刷線路板的塑料部分的有效利用帶來了極大的困難。本技術，塑料成分不用分離分類，就可以直接用來制造可燃氣體作為能源利用。(不管哪種塑料，如環氧樹脂、酚醛樹月旨、PC、PVC、PS、PE等，如果采用這種技術，得到的產品為氣體和焦油作燃料使用，如果采用機械破碎分離法，分離后的復雜的塑料混合物很難以進一步進行化學回收，通常采用物理回收，如鋪路)。
[0052]本發明提供的分離方法，塑料直接轉化成氣體加以利用，并同時把塑料中的有毒成分脫除，而若采用現有技術的機械破碎法，分離后的塑料需要再次處理(例如燃燒、熱解)，同時為了避免二次污染還必須加脫鹵工藝，因此，本發明相對現有技術的分離方法不但工藝簡單，而且成本低。
[0053]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離裝置，其特征在于，包括反應器(1)，所述反應器上設置有一個進氣管(11)、反應產物出氣管(14)、投料裝置(9);所述進氣管(11)的一端伸入在反應器(I)的底部，另一端與預熱裝置(10)連接，預熱裝置(10)分別與水槽(7)和載氣容器⑶通過管道連通，所述反應器⑴的外部設置有加熱裝置⑶；所述反應產物出氣管(14)與加熱裝置(3)連接有溫度控制裝置(5);所述反應產物出氣管(14)的出口與焦油收集系統(12)連通，焦油收集系統(12)的出氣口與氣體收集裝置(13)連通。
2.根據權利要求1所述的廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離裝置，其特征在于，在載氣容器(8)與預熱裝置(10)之間設置有氣體流量計(4)。
3.根據權利要求1所述的廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離裝置，其特征在于，在水槽(7)與預熱裝置(10)之間設置有流量可調水泵(6)。
4.根據權利要求1所述的廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離裝置，其特征在于，所述進氣管(11)的端部在反應器(I)的底部。
5.根據權利要求1所述的廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離裝置，其特征在于，所述焦油收集系統(12)包括冷卻裝置和收集裝置，所述收集裝置外層有冷卻液層。
6.一種廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在反應器(I)中加入熔融鹽，通過進氣管(11)給反應器(I)中通入載氣，使得反應器(I)中氣氛為無氧氣氣氛； (2)當反應器⑴中的氣氛為無氧氣氛時，通過加熱裝置(3)給反應器⑴加熱，并通過溫度控制系統(5)使得反應器(I)內的溫度控制在600-700°C ； (3)啟動水蒸氣裝置通過預熱裝置(10)把水蒸氣和載氣加熱到所需反應溫度600-700°C，水蒸氣和載氣的摩爾比控制在9:1，通入速率為5-100ml/min，通入到反應器(I)底部的進氣管(11)，對熔融鹽進行攪拌； (4)將廢棄印刷線路板在常壓下裝入反應器(I)頂部的投料裝置(9)，反應溫度在600-7000C ;投料階段保證反應器(I)內的氣氛保持無氧氣氣氛，線路板中的有機成分被快速熱解，生成的產物包括:有機氣體、焦炭和焦油、焦炭和水蒸氣，其中焦油和有機氣體通過反應產物出氣管(14)進入到焦油收集系統(12);焦炭和水蒸氣熱解發生水煤氣氣化反應生成氫氣和二氧化碳；廢棄線路板上的有毒鹵化物被熔融鹽吸收并轉化為安定的無機鹽，生成的有機氣體冷卻后經氣體收集系統(13)收集使用。
7.根據權利要求6所述的廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離方法，其特征在于，所述熔融鹽為碳酸鋰、碳酸鉀、碳酸鈉的混合物，其質量比為1:1:1。
8.根據權利要求6所述的廢棄印刷線路板的水蒸氣氣化分離方法，其特征在于，所述載氣為氮氣或惰性氣體。
【文檔編號】C10J3/60GK104479756SQ201410619847
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月5日 優先權日:2014年11月5日
【發明者】張尚中, 蔚陽 申請人:江西理工大學