一種低溫連續熱解處理廢電路板固定床反應器的制作方法

本實用新型涉及廢電路板處理領域，尤其涉及一種低溫連續熱解固定床反應器，并利用該反應器處理廢電路板。

背景技術：

熱解，工業上也稱為干餾，是在無氧或缺氧的條件下，對有機物進行加熱分解為氣體、液體和固體的熱化學過程。由于熱解過程是在無氧或缺氧的條件下進行的，可抑制二噁英、呋喃類物質的形成。此外，熱解過程中產生的焦炭具有還原性，可抑制金屬氧化物和鹵化物的形成。相比于燃燒技術，熱解反應過程向大氣排放的有毒有害物質要低很多。

目前，廢電路板的熱解工藝主要有兩種：廢電路板經預處理后全部熱解；廢電路板經粉碎，并由物理方法回收金屬后，對廢金屬殘渣進行熱解。第一種工藝可使電路板中的溴化環氧樹脂等有機黏結材料在高溫下分解，破壞其黏結效果。金屬和玻璃纖維等成分留在反應器中作為固相殘渣，然后采用簡單的粉碎、磁選、渦電流分選等方法將其分選回收。熱解產生的氣體和焦油可用作燃料或化工原料，屬于“前置熱解法”。第二種工藝把物理回收金屬和熱解處理非金屬進行結合，回收能量或化工原料，屬于“后置熱解法”。

采用熱解技術處理廢電路板，可實現其中金屬和樹脂、玻璃纖維等非金屬的全組分資源回收與利用，是一項具有較好工業化應用前景的資源化回收技術。

廢電路板的熱解一般在熱解爐中進行，熱解爐通常有兩種加熱方式，即直接加熱和間接加熱。直接加熱一般采用熔融鹽、重油、沙粒、金屬顆粒或高溫水蒸氣等載熱介質作為熱源；間接加熱一般采用燃燒爐 加熱或電加熱。直接加熱時，載熱介質與物料的直接接觸使傳熱效率大大提高，在一定程度上抑制了結焦的發生，但必須增加載熱介質的分離措施，因而工藝更復雜。還可選擇使用微波、輻射等新型加熱技術。溫度、升溫速率、反應氣氛、反應時間、物料特性等因數都會對熱解過程產生影響，其中溫度是主要因素。依據熱解時反應氣氛、反應壓力、反應介質和催化劑的不同，可將廢電路板的熱解分為以下幾種類型:常壓惰性氣體熱解、真空熱解、催化熱解和熔融鹽熱解。

現有技術CN103785667A公開了一種廢電路板等離子體裂解回收生成線。該生產線按流程依次包括添料裝置、等離子裂解爐等。可有效分離廢電路板中的金屬和無機物，使金屬回收利用，并將有毒重金屬固化在無機物中，作為建筑材料。但是等離子體裂解需消耗電能，能量利用率底，能耗高，裝置造價過高，不易操作，只適合小型化處理，難以放大。并且無法實現裂解氣的直接回收利用，需單獨提供存儲裝置或凈化后外排。

現有技術CN102559222A公開了一種低溫干餾爐熱解物料的方法。該熱解方法采用臥式干餾爐，每一次熱解開始前，先需要停止向反應器供熱，待反應器降溫冷卻后卸下反應器爐門或是爐蓋，取出前一批熱解殘留的固體產物，需要人工向反應器內加入下一批次熱解的物料。因此該方法無法實現物料熱態條件下連續進出料，無自動布料和出料功能，未實現高溫熱解不凝氣自用來提供熱量。進出料過程需對反應器升溫和降溫，降低了裝置的處理能力和效率，增加了故障率。

技術實現要素：

鑒于現有技術的不足，本實用新型旨在提供一種廢電路板處理反應器，該反應器運行穩定，易操作，可實現固體殘渣中炭和金屬的直接分離，既能對物料進行批量的熱處理，又可以在熱態條件下連續進出料。

本實用新型提供了一種低溫連續熱解處理廢電路板固定床反應器，用于處理廢電路板，所述反應器具有進料口、反應室、出料口、靜電分離器、固體炭收集倉、金屬收集倉，所述進料口的水平位置比所述出料 口的水平位置高；

所述反應室中具有進料螺旋、出料螺旋、料板，所述料板包括進料端和出料端，所述進料螺旋設置在所述進料口之下，位于所述進料端上部；所述出料螺旋設置在所述出料端上部，所述出料端位于所述出料口之上；

所述進料螺旋包括中心螺桿、左螺旋葉片、右螺旋葉片；所述中心螺桿橫穿所述左螺旋葉片和右螺旋葉片，所述左螺旋葉片和右螺旋葉片垂直于所述中心螺桿的中心線成軸對稱，兩者之間的距離為所述進料口口徑的1/3～1/2；

所述靜電分離器具有固體殘渣入口、固體炭出口、金屬出口，所述固體殘渣入口連接所述出料口，所述固體炭出口連接所述固體炭收集倉，所述金屬出口連接所述金屬收集倉。

進一步的，所述左螺旋葉片和右螺旋葉片的下邊緣與所述料板的垂直距離為50～150 mm，優選為80 mm。

進一步的，所述左螺旋葉片間隙和右螺旋葉片間隙等距設置。

進一步的，所述左螺旋葉片間隙和右螺旋葉片間隙變距設置。

進一步的，所述固體炭收集倉具有一個或多個；所述金屬收集倉具有一個或多個。

進一步的，所述料板的進料端和出料端設置有傳動軸承，用于帶動所述料板連續轉動；所述傳動軸承具有兩個或多個。

進一步的，所述反應器還包括進料倉、插板閥、兩級粉碎機；

所述進料倉固定在所述反應室上端，且靠近所述料板的進料端，所述進料倉具有一個或多個；

所述插板閥設置在所述進料倉下端，所述插板閥和所述進料螺旋之間設置有料位計；

所述兩級粉碎機的原料出口連接所述進料倉的原料入口。

進一步的，所述反應室中包括輻射管；

所述輻射管為蓄熱式輻射管，設置在所述料板上部且與所述料板平 行；

所述輻射管與所述料板之間的垂直距離為100～450mm，優選為300 mm。

進一步的，所述反應器還包括殼體，所述殼體包括反應器壁、支撐平臺、支架；

所述反應器壁包括爐頂、側壁、爐底，用于密封所述反應室；

所述支撐平臺設置在所述料板之下；

所述支架固定在所述支撐平臺上，用于連接所述傳動軸承。

進一步的，所述反應室中包括油氣出口；

所述油氣出口設置在所述反應器的側壁或爐頂；

所述側壁上的油氣出口位于所述輻射管之下；

所述爐頂上的油氣出口與所述料板的垂直距離為350～2000mm，優選為800 mm。

本實用新型通過采用獨特的進料螺旋構造，可實現廢電路板的均勻布料。料板上方均勻布置有多根輻射管，廢電路板在熱解過程中相對于料板和輻射管靜止，可保證其均勻受熱。

在熱解處理過程中，通過料板、進料螺旋、出料螺旋、靜電分離器的聯合操作，可在不停爐的條件下，實現反應器的連續進料和出料，以及熱解產物的分類回收。并且，熱解產物可作為化工原料或燃料，提高了廢電路板回收過程的能量效率和經濟效益，因此具有較大的發展優勢和應用前景。

附圖說明

圖1是低溫連續熱解處理廢電路板固定床反應器的左視圖。

圖2是低溫連續熱解處理廢電路板固定床反應器的俯視圖。

圖3是低溫連續熱解處理廢電路板固定床反應器的主視圖。

附圖中的附圖標記如下：

1-殼體；

2、2a、2b、2c-輻射管；

3-中心螺桿；3a-出料螺旋；3b-進料螺旋；

4-料板；

5-進料倉；5a-進料口

6-插板閥；

7-支架；

8-反應室；

9-傳動軸承；

10-基底；

11-支撐平臺；

12-油氣出口；

13-固體收集倉；13a-固體炭收集倉；13b-金屬收集倉；

14-兩級粉碎機；

15-靜電分離器；15a-出料口。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本實用新型的方案及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。

本實用新型實施例中的低溫連續熱解處理廢電路板固定床反應器包括四個部分：進料系統、反應系統、出料系統、殼體。以下結合圖1、圖2、圖3分別顯示的固定床反應器的左視圖、俯視圖、主視圖，對該 四個部分之間的結構及其關系進行說明。

①殼體：由圖1所示，固定床反應器的殼體1包括反應器壁、支架7、基底10、支撐平臺11。

反應器壁包括爐頂、側壁、爐底，用于密封整個反應室8，使得反應室8內的反應氣氛與外界氣氛充分隔開。在側壁和爐頂上可設置多個油氣出口12，用于排出反應室8中產生的熱解油氣。本實用新型實施例中在側壁上設置了2個油氣出口，在爐頂上設置了1個油氣出口，其位置可直接影響反應室8中氣體的流動方向和停留時間。

②進料系統：由圖1以及圖3所示，進料系統自上而下依次由兩級粉碎機14、進料倉5、插板閥6、進料口5a構成。兩級粉碎機14具有原料出口，與進料倉5的原料入口連接。

③出料系統：由圖1所示，出料系統由出料口15a、靜電分離器15、固體收集倉13構成。由圖2，固體收集倉13由固體炭收集倉13a和金屬收集倉13b構成。

靜電分離器15具有固體殘渣入口、固體炭出口、金屬出口，其中固體殘渣入口連接出料口15a，固體炭出口連接固體炭收集倉13a，金屬出口連接金屬收集倉13b。

出料口15a在進料口5a之下，且都設置有下料溜槽，用于反應器的進料和出料。

④反應系統：由圖1所示，反應系統包括反應室8，用于廢電路板的熱解處理。

由圖3可見，在反應室8的底部設置有料板4，位于支撐平臺11之上。為了便于描述，將料板4的兩端分別命名為進料端和出料端。由圖1可見，出料端通過出料口15a與靜電分離器15連接。由圖1，在進料端和出料端分別設置一個傳動軸承9。支架7的一端固定在支撐平臺11上，另一端連接傳動軸承9。傳動軸承9中一個是主動輪，一個是從動輪，用于帶動料板4的連續轉動。根據需要，可在料板4的中間段設置若干個從動輪，從動輪上端與料板4接觸起到支撐作用，下端固 定在支撐平臺11上。

由圖1所示，進料螺旋3b位于進料口5a之下、料板4進料端的上部；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。在本實用新型實施例中，進料螺旋3b和插板閥6之間設置有料位計。

由圖2和圖3所示，進料螺旋3b和出料螺旋3a均由螺旋葉片和中心螺桿3組成，中心螺桿3橫穿螺旋葉片。本實用新型實施例中，螺旋葉片之間的間隙等距設置，其下邊緣與料板4的距離為50～150 mm，其中優選距離為80 mm。

在其它實施例中，也可采用變距設置的方式，且設置為靠近中間部分螺旋葉片間隙比中心螺桿兩端螺旋葉片間隙要小，使得物料在料板4上的分布更加均勻。

由圖2所示，進料螺旋3b位于進料口5a之下，螺旋葉片包括左螺旋葉片和右螺旋葉片，中心螺桿3橫穿左螺旋葉和右螺旋葉片。左螺旋葉片和右螺旋葉片垂直于中心螺桿3的中心線成軸對稱。本實用新型實施例中，左螺旋葉片和右螺旋葉片之間的距離為進料口5a口徑的1/3～1/2。

本實用新型實施例中，進料螺旋3b的特殊構造，使得廢電路板顆粒從進料螺旋3b的中間部分向兩端運動，可以減少物料隨進料螺旋3b的運轉距離，并且實現較寬料板4上物料的均勻分布，優選實施方式為采用單根進料螺旋。

對于堆密度比較小的小顆粒和粉狀廢電路板，可選擇在進料口5a的下料溜槽處增設導流板，有助于物料的均勻分布。

由圖2所示，反應室8中設置有3個輻射管，分別為2a、2b、2c，在圖1和圖3中標示為輻射管2。在其它實施例中，輻射管2的數量可以為除3個以外的任一數量。

由圖1所示，輻射管2在反應室8中均勻布置，且與料板4平行，側壁上的油氣出口12位于輻射管2之下。輻射管2與料板4上布置的 廢電路板顆粒之間的距離要盡量小，其距離料板4的垂直高度為100～450 mm，本實用新型實施例中為300 mm。爐頂上設置的油氣出口12與料板4的垂直距離為350～2000mm，本實用新型實施例中為800 mm。

本實用新型實施例優選四方形反應器，也可設計為圓柱形反應器或是其它形狀的反應器。采用四方形反應器的結構更加有利于輻射管2的設置，從而使物料受熱均勻，保證熱解油氣的均勻產生和流動。在其它實施例中，可以選擇設置多個進料倉5、多個固體炭收集倉13a、多個金屬收集倉13b，來滿足反應器進料和出料的要求。

利用本實用新型處理廢電路板的工藝方法流程如下：

①原料要求

本實用新型實施例的固定床反應器對原料無嚴格要求，可滿足處理不同形狀的物料。為了實現固體殘渣中的金屬直接分離，獲得較純的金屬和固定炭，廢電路板顆粒的優選粒徑為0.1～2㎜。

②進料過程

關閉插板閥6，向兩級粉碎機14中加入塊狀廢電路板，啟動兩級粉碎機14，對塊狀廢電路板進行粗破碎和細破碎，然后得到廢電路板顆粒。廢電路板顆粒通過兩級粉碎機14的原料出口經由進料倉5的原料入口進入進料倉5中。打開插板閥6，廢電路板顆粒在重力作用下，經由進料口5a處的下料溜槽進入反應室8前段的中部。

廢電路板顆粒被連續運送至進料螺旋3b的中間部分，在進料螺旋3b的作用下沿料板4的兩側均勻的分布。料板4在傳動軸承9的運轉下，可帶動廢電路板顆粒向前輸送，使整個料板4均勻的布滿物料。

料位計用于檢測進入反應室8的物料高度，從而控制單次進料量，也可通過調節進料螺旋3b，改變料板4上廢電路板顆粒的分布效果。

在插板閥6處可設置惰性氣體接入口，在打開插板閥6向反應器中加入廢電路板顆粒時，通入惰性氣體。廢電路板顆粒在惰性氣體氣流的協助下被送至進料螺旋3b。惰性氣體可選擇氮氣，或為其它非氧化性 氣體，滿足反應室8中熱解反應的絕氧性要求。

本實用新型固定床反應器可采用單次進料的方式，也可采用連續進料的方式。當所需處理的物料量較小時，可采用本實用新型實施例中的固定床反應器進行操作。如果處理的物料量較大，可增加料板4的面積，在熱解反應過程中保持料板4的連續轉動，使物料在料板4上從進料端到出料端完成熱解反應，保證進料和出料的連續性。

③進料高度

為了保證反應室8中廢電路板熱解的連續性，進料倉5的單次物料儲存量不得少于料板4的單次物料分布量。在熱解反應過程中，在進料倉5中儲存一定量的廢電路板顆粒，保證料板4上廢電路板顆粒的高度為150～300 mm。

④熱解反應條件

該固定床反應器中發生的熱解反應是在350～1200℃的范圍內進行的。廢電路板顆粒由進料口5a進入反應室8之后，通過輻射管2的輻射傳熱，廢電路板顆粒逐步升溫熱解，當溫度升高到480～650℃時，廢電路板中的揮發分脫除，生成熱解油氣產物和熱態固體殘渣產物。

熱解反應過程中要控制反應室8處于絕氧氣氛，并維持壓力在-2～5kPa的范圍內。

⑤加熱方式

該固定床反應器的加熱方式可選擇電加熱方式、燃料加熱方式、高溫等離子體加熱方式等，本實用新型實施例優選蓄熱式輻射管的加熱方式，滿足裝置中燃燒加熱系統與物料熱解系統的隔絕。

輻射管2的升溫速率控制在20～60℃/min，不同升溫階段選擇不同的升溫速率，當物料溫度低于280℃時，輻射管2的升溫速率控制在40～60℃/min；當物料溫度在280～450℃時，輻射管2的升溫速率控制在20～40℃/min；當物料溫度超過450℃時，輻射管2的升溫速率控制在20～60℃/min。如果處理廢電路板粉狀物料，需要采用較慢的升溫速率。

⑥出料過程以及固體殘渣的收集

在啟動進料螺旋3b的同時啟動出料螺旋3a，出料螺旋3a使得固體殘渣由料板4的出料端向靜電分離器15單向輸出。這樣可滿足料板4在均勻分布廢電路板顆粒的同時，對上一次反應后的固體殘渣進行出料，從而保證反應器中進料和出料的連續性。

在出料螺旋3a的運轉下，熱解反應后的固體殘渣經由出料口15a處的下料溜槽通過固體殘渣入口進入靜電分離器15中。在靜電分離器15中電場的作用下，固體殘渣中的金屬和非金屬得到充分的分離，其中非金屬為固體炭。然后金屬通過靜電分離器15的金屬出口運送至金屬收集倉13b，固體炭通過靜電分離器15的固體炭出口運送至固體炭收集倉13a。

⑦熱解油氣的回收利用

本實用新型實施例中產生的熱解油氣通過油氣出口12快速排出，采用急冷法將排出的熱解油氣快速冷卻，獲取較多的熱解油。并應縮短熱解油氣在反應室8中的停留時間，避免熱解油氣的二次裂解，提高熱解油的產率。得到的熱解氣作為熱源通過輸送管道可直接引入蓄熱式輻射管的燃燒器中，作為輻射管的熱源供其燃燒，提供反應所需的熱量。

在熱解反應過程中，料板4上表層廢電路板顆粒中的低沸點有機質先進行熱解，下層物料和高沸點組分有機化合物后進行熱解。下層物料熱解產生的熱解油氣首先穿過其上層的物料熱解反應后產生的殘炭，即上層的殘炭可對下層穿過的熱解油氣起到過濾的作用，降低熱解油氣的含塵量。

通過過濾作用，可除去下層熱解油氣中的炭粒和污染物。該過濾作用受多種因素的影響，包括熱解油氣中炭粒和污染物的粒徑，料板4上廢電路板顆粒的高度，熱解油氣的流速等。

本實用新型實施例的固定床反應器可用作資源化回收利用有機化合物裝置，在提取原料中的油分時，可在熱解氣排出后段增設氣體凈化系統，用于提高熱解氣的品質。

本實用新型實施例中固定床反應器從廢電路板進入兩級粉碎機14進行破碎到完成出料所需時間為1.5～5h，該時間會受到廢電路板的物理性質、單次進料量、升溫速率等的影響。

本實用新型中廢電路板經熱解處理后，其中的樹脂粘結劑的結構遭到破壞，削弱了廢電路板中金屬和非金屬之間的粘結力，在實現金屬和非金屬高效分離的同時降低了后續處理過程的能耗。此外，由于廢電路板中的含溴阻燃劑在熱解處理過程中已完全分解，后續的處理過程不會再產生有毒氣體。

本實用新型實施例的固定床反應器與傳統固定床反應器的區別之一在于：本實用新型的固定床反應器在處理完單批次的廢電路板之后，無需進行降溫，便可進行下一批廢電路板的進料和上一批固體殘渣的出料。因此，本實用新型反應器中的輻射管2只需在首次進料時進行開工點火，在接下來的整個連續運行過程中，只需維持輻射管2的正常加熱溫度即可。由此，在反應器運行過程中，避免了因每一次的進料和出料對反應器的升溫和降溫，降低反應器的故障率；區別之二在于：本實用新型的固定床反應器可通過控制進料螺旋3b、料板4、出料螺旋3a之間的運轉速率，實現熱解過程中連續的進料和出料。

因此，本實用新型的反應器既可實現連續運轉生產，又節約了占地面積，尤其適用于在建設面積有限的廠區內進行投建和生產。

實施例

現獲得北京地區兩種廢電路板原料(廢電路板分析數據見表1)。兩種廢電路板原料分別標號為1和2，利用固定床反應器對廢電路板1和廢電路板2進行連續處理，得到兩組熱解產物的數據結果(見表2)。

首先將塊狀廢電路板1通過兩級粉碎機14進行粗破碎和細破碎，破碎后的廢電路板1顆粒儲存于進料倉5中。打開插板閥6，廢電路板1顆粒在重力作用下由插板閥6處的下料溜槽進入到反應室8中。

在進料螺旋3b和傳動軸承9的帶動下物料均勻分布到料板4上， 并向出料端水平向前移動。控制進料螺旋3b和料板4的運轉速率，使整個料板4上廢電路板1顆粒的厚度為160mm，然后關閉插板閥6。開啟輻射管燃燒系統，當廢電路板1顆粒溫度低于280℃時，控制輻射管2升溫速率為40℃/min；高于280℃時，控制輻射管2升溫速率為20℃/min。熱解反應產生的熱解油氣由油氣出口12進入到冷凝系統，冷凝回收熱解油。未冷凝的熱解氣直接引入輻射管2中作為燃料燃燒。整個熱解過程壓力控制在500Pa以內。當熱解過程基本不產生熱解油氣之后，進行廢電路板2的進料，同時對廢電路板1反應后的固體殘渣進行出料，保持進料和出料的連續性。

固體殘渣通過出料口15a處的下料溜槽進入靜電分離器15。在電場的作用下，固體殘渣中的金屬和非金屬得到充分的分離，其中的金屬被送入金屬收集倉13b中，非金屬被送入固體炭收集倉13a中儲存。

本實用新型實施例所述的工藝方法可長期平穩操作，所得到比較穩定的熱解產物的產率見表2。

表1廢電路板分析結果

表2熱解產物數據結果

(備注：M_ad表示空干基水分、A_ad表示空干基灰分、V_ad表示空干基揮發分、FC_ad表示空干基固定碳，Q_Net.ar的單位為MJ/kg，％為質量百分比。)

本實用新型所述工藝方法可長期平穩操作，設備故障率極低。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本實用新型而非限制本實用新型的范圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本實用新型的精神和范圍的前提下對本實用新型進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本實用新型的范圍之內。此外，除上下文另有所指外，以單數形式出現的詞包括復數形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。