一種廢棄硒鼓碳粉熱解生產燃料油的方法
【專利摘要】本發明公開了一種廢棄硒鼓碳粉熱解生產燃料油的方法。首先將廢棄硒鼓碳粉干燥，然后在真空環境下加熱進行高溫無氧熱解反應（干燥、抽真空、加熱依次進行），得到熱解油氣和固體殘渣（所述固體殘渣為殘留的二氧化硅和四氧化三鐵）。所述熱解油氣是重質油、中質油和輕質油的汽化狀態，熱解油氣經過三級分段冷凝，熱解油氣組分經過逐級液化后分段收集得到液體油。本發明將廢棄硒鼓碳粉的熱解、冷凝、收集過程連續同步進行，同時實現熱解油、氣和固體殘渣的分類收集，碳粉中有毒有機物得到無害化處理，而且，熱解反應速率快、燃料油品質得到明顯改善，投資少成本低，填補了廢棄硒鼓碳粉資源化技術的空白，具有顯著的經濟效益和環境效益。
【專利說明】
一種廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的方法
技術領域
[0001]本發明屬于固體廢棄物資源化技術領域。更具體地，涉及一種廢棄砸鼓碳粉資源化利用的技術，即利用廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的方法。
【背景技術】
[0002]隨著電子信息的加速發展，打印機、復印機和傳真機不斷更新，砸鼓作為其更換頻率最高的耗材，廢棄砸鼓數量達到7500萬個/年。一只廢棄砸鼓中碳粉的殘留量可達7.8%，因此有大量的殘余碳粉有待處理。碳粉是一種粒徑5-12 μπι的粉末，其主要成分為聚丙烯酸月旨-苯乙烯，聚乙烯/聚丙烯石蠟，羥基芳香酸衍生物，四氧化三鐵，二氧化硅等。其中聚丙烯酸脂-苯乙烯，聚乙烯/聚丙烯石蠟，羥基芳香酸衍生物為致癌物質。由于碳粉的顆粒粒徑非常小，在廢舊砸鼓回收過程中很容易彌散到環境中，被人吸入后會嚴重影響人體的健康。如果組分中含有的高分子有機物進入水體或土壤，會持久性地污染水體和土壤，破壞生態環境甚至進入生物食物鏈。
[0003]目前，廢舊砸鼓中碳粉的資源化技術主要是回收再利用。專利《三星系列彩色碳粉收集處理方法》(蘇國林等，CN104238330A);專利《兄弟系列彩色碳粉收集處理方法》(蘇國林等，CN104238331A);專利《HP系列彩色碳粉收集處理方法》(蘇國林等，CN104238332A)提出了一種廢舊碳粉收集處理方法，通過對碳粉進行烘干，利用過濾篩進行粗篩分和精篩分；將指標測試良好的碳粉進行砸鼓測試，達到使用要求的碳粉重新利用。該方法對殘余碳粉有選擇性地回收利用，低品質殘余碳粉會由于未達到使用標準而無法利用；回收的工業碳粉品質不一，針對特定品牌的廢棄碳粉處理方法其回收能力有限。另外，以下發明專利中都提到廢棄砸鼓碳粉，但注重廢棄砸鼓碳粉的回收與收集，廢棄砸鼓碳粉的危害性未被考慮，沒有涉及廢棄砸鼓碳粉最終處理處置與資源化利用的問題:專利《一種新型砸鼓碳粉回收機裝置》(楊金續等，CN204576061U);專利《廢棄碳粉回收裝置》(李瓊聯，CN201780459U);專利《一種砸鼓回收系統及回收方法》(魏正康等，CN103488070A);專利《砸鼓殘粉回收機》(武海峰，CN202948251U)。再者，專利《廢棄碳粉回收方法、回收裝置及其再生塑料》(李瓊聯，CN102339006A)公開了一種以廢棄碳粉為原料，與廢棄塑料配合制成再生塑料的方法;專利《一種打印機、復印機中廢棄碳粉的資源化利用方法》(唐惠東，CN104311879A)中揭示了一種廢棄碳粉利用方法，通過對廢棄碳粉篩分除雜、活化，作為炭黑的替代品成為橡膠的填充補強劑。然而碳粉中四氧化三鐵、二氧化硅轉移到塑料、橡膠中會影響其質量;碳粉中聚酯類高分子有機物未得到最終處理，仍有逃逸到環境中的可能，其危害性未得到有效抑制。
[0004]因此，研究新型的碳粉資源化處理方法是十分必要的。熱解技術是將有機物在無氧或缺氧狀態下加熱，使之成為氣態、液態或固態可燃物質的分解過程。目前有關廢棄砸鼓碳粉資源化技術的專利申請及相關文獻報道較少，未見有任何關于通過高效的熱解技術處理廢棄砸鼓中碳粉的報道。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是克服上述現有技術中廢棄砸鼓碳粉資源化技術的缺陷和不足，提供一種廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的方法，以最大限度的實現廢棄砸鼓碳粉的資源化，同時還具有高效率和環境友好的特點。
[0006]本發明的目的是提供一種廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的方法。
[0007]本發明另一目的是提供一種利用廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的系統。
[0008]本發明上述目的通過以下技術方案實現:
一種廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的方法，首先將廢棄砸鼓碳粉干燥，然后在真空環境下加熱進行高溫無氧熱解反應(干燥、抽真空、加熱依次進行)，得到熱解油氣和固體殘渣(所述固體殘渣為殘留的二氧化硅和四氧化三鐵)。
[0009]進一步地，所述熱解油氣經過分段冷凝(組分經過逐級液化)后，分段收集得到液體油。
[0010]優選地，所述熱解油氣是重質油、中質油和輕質油的汽化狀態，所述分段冷凝是三級分段冷凝，冷凝溫度根據重質油、中質油和輕質油的冷凝點分別設定。
[0011]更優選地，具體地，上述廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的方法，包括如下步驟:
51.干燥并抽真空:首先將廢棄砸鼓碳粉送入熱解反應器中進行干燥，并利用真空栗將熱解反應器內抽至真空狀態(此時保證碳粉全部留在熱解反應器內)；
52.加熱:利用外熱式加熱元件進行加熱，干燥后的廢棄砸鼓碳粉在高真空下進行高溫無氧熱解反應，分別得到熱解油氣和固體殘渣(所述固體殘渣為殘留的二氧化硅和四氧化三鐵)；
53.分級冷凝:熱解油氣依次進入三個冷凝器進行三級冷凝，熱解油氣組分經過逐級液化并收集。
[0012]其中，步驟S2所述熱解油氣是重質油、中質油和輕質油的汽化狀態，蒸發的熱解油氣和固體殘渣實現分離。
[0013]優選地，本發明方法的熱解過程中真空栗持續工作，將不凝氣體收集在集氣瓶內；熱解反應結束后，將殘留的固體殘渣收集在儲藏罐內。
[0014]優選地，所述的冷凝器采用循環水冷卻系統，三個冷凝器的冷凝溫度根據重質油、中質油和輕質油的冷凝點設定。
[0015]具體地，所述三個冷凝器的冷凝溫度分別是30?50攝氏度、170?190攝氏度、280?300攝氏度。
[0016]優選地，所述的熱解反應器和冷凝器是密閉且連續的，保證熱解反應器和冷凝器處于同一真空狀態。
[0017]優選地，所述的熱解反應過程、冷凝收集過程與不凝氣體收集過程是連續同步進行的。
[0018]優選地，步驟SI所述干燥是使廢棄砸鼓碳粉在較低溫度下失去水分，避免水分對熱解產物的影響
優選地，步驟SI所述抽至真空狀態是抽至5 X 10—3?I X 10—2帕真空度。
[0019]更優選地，步驟SI所述抽至真空狀態是抽至6.7X 10—3帕真空度。
[0020]優選地，步驟S2所述加熱是加熱至溫度不低于600攝氏度，干燥后的廢棄砸鼓碳粉在高真空、不低于600攝氏度下進行無氧熱解反應。
[0021]更優選地，步驟S2所述加熱是加熱至600?1500攝氏度。干燥后的廢棄砸鼓碳粉在5 X 10—3?I X 10—2帕真空度、600?1500攝氏度下進行無氧熱解反應。
[0022]最優選地，步驟S2所述加熱是加熱至600?1000攝氏度。干燥后的廢棄砸鼓碳粉在6.7X10—3帕真空度、600?1000攝氏度下進行無氧熱解反應。
[0023]本發明上述技術方法是將廢棄砸鼓碳粉在高溫真空環境下進行熱解，聚酯類高分子有機物發生碳鍵斷裂反應，得到的低分子有機物在高溫下迅速蒸發，和二氧化硅、四氧化三鐵固體顆粒分離;進一步將熱解得到的氣體經冷凝器進行分段冷凝，得到的液體油分段收集，冷凝器優先冷凝蒸發點較高的重質油，其次是蒸發點較低的中質油和輕質油;不凝氣體最后被收集在集氣瓶內，實現廢棄砸鼓碳粉不同組分的連續分離。具體地，該技術主要包含以下幾點:
(I)將廢棄砸鼓碳粉送入熱解反應器中進行干燥并抽真空，此時保證碳粉全部留在熱解反應器內；熱解反應器通過外熱式加熱元件進行加熱，熱解反應過程中保持溫度恒定。
[0024](2)碳粉在高真空下進行高溫無氧熱解反應，聚酯類高分子有機物發生碳鍵斷裂并在高溫下迅速蒸發，得到以低分子有機物為主的熱解油氣;熱解油氣和二氧化硅、四氧化三鐵固體顆粒實現分離。
[0025](3)經輸送管道進入冷凝器內進行三級冷凝，熱解油氣中的組分經過逐級液化并分段收集在儲油罐內。冷凝器的溫度設定是液體油分段收集的關鍵，保證冷凝器出口處的氣體溫度高于設定的冷凝溫度。
[0026](4)熱解反應過程中真空栗持續工作，以甲烷、乙烯、丙烯等為主的不凝氣體在真空栗的抽氣作用下被收集在集氣瓶內。熱解反應結束后，反應器內二氧化硅、四氧化三鐵等固體殘渣在吸粉栗的吸力作用下收集在儲藏罐內。
[0027]另外，一種利用廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的系統，包括通過輸送管依次連接的熱解反應器、一級冷凝器、二級冷凝器、三級冷凝器和抽真空裝置。
[0028]利用該系統熱解廢棄砸鼓碳粉生產燃料油，首先將廢棄砸鼓碳粉送入熱解反應器中進行干燥;利用真空栗將熱解反應器內抽真空;再利用外熱式加熱元件進行加熱;干燥、抽真空、加熱過程依次進行。碳粉在高真空下進行高溫無氧熱解反應，分別得到熱解油氣和殘留的二氧化硅、四氧化三鐵固體殘渣;熱解油氣主要是重質油、中質油和輕質油的汽化狀態，經油氣輸送管送入三級冷凝器內進行三級冷凝;三個冷凝器的冷凝溫度設定根據重質油、中質油和輕質油的冷凝點為依據，冷凝器的溫度設定是液體油分段收集的關鍵，熱解油氣組分經過逐級液化并收集;熱解過程中真空栗持續工作，將不凝氣體收集在集氣瓶內；熱解反應結束后，將殘留的固體殘渣收集在儲藏罐內。
[0029]本發明具有以下有益效果:
(1)本發明中廢棄砸鼓碳粉的熱解、冷凝、收集過程同步進行，碳粉中不同組分得到分類收集，碳粉中有毒有機物得到無害化處理；
(2)本發明將廢棄砸鼓碳粉置于高真空、高溫條件下，縮短碳粉在高溫區的停留時間，熱解反應速率快，避免了燃料油中雜質含量高，碳數分布范圍廣的問題;配合三級冷凝，燃料油品質得到明顯改善；
(3)本發明無需添加其他物質，投資少成本低，填補了廢棄砸鼓碳粉資源化技術的空白，具有顯著的經濟效益和環境效益，應用前景廣泛。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發明利用廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油方法的工藝流程圖；其中:I為廢棄碳粉;2為熱解反應器;3為剩余的固體殘渣;4為熱解油氣；5為一級冷凝;6為二級冷凝;7為三級冷凝;8為抽真空裝置(如真空栗);9為不凝氣體;10為油氣輸送管。
【具體實施方式】
[0031]以下結合說明書附圖和具體實施例來進一步說明本發明，但實施例并不對本發明做任何形式的限定。除非特別說明，本發明采用的試劑、方法和設備為本技術領域常規試劑、方法和設備。
[0032]除非特別說明，以下實施例所用試劑和材料均為市購。
[0033]實施例1
一種廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的方法，包括如下步驟:
51.干燥并抽真空:首先將廢棄砸鼓碳粉送入熱解反應器中進行干燥，并利用真空栗將熱解反應器內抽至真空狀態(此時保證碳粉全部留在熱解反應器內)，8卩6.7 X 10—3帕真空度;蒸發的水分在預抽真空條件下被抽至裝置外；
52.加熱:利用外熱式加熱元件進行加熱至溫度2600攝氏度，干燥后的廢棄砸鼓碳粉在高真空下進行高溫無氧熱解反應，分別得到熱解油氣和固體殘渣(所述固體殘渣為殘留的二氧化硅和四氧化三鐵);
53.分級冷凝:熱解油氣進入冷凝器進行三級冷凝，熱解油氣組分經過逐級液化并收集。
[0034]其中，步驟S2所述熱解油氣是重質油、中質油和輕質油的汽化狀態，蒸發的熱解油氣和固體殘渣實現分離。
[0035]該技術是將廢棄砸鼓碳粉在高溫真空環境下進行熱解，聚酯類高分子有機物發生碳鍵斷裂反應，得到的低分子有機物在高溫下迅速蒸發，和二氧化硅、四氧化三鐵固體顆粒分離;進一步將熱解得到的氣體經冷凝器進行分段冷凝，得到的液體油分段收集，冷凝器優先冷凝蒸發點較高的重質油，其次是蒸發點較低的中質油和輕質油；不凝氣體最后被收集在集氣瓶內，實現廢棄砸鼓碳粉不同組分的連續分離。具體地，該技術主要包含以下幾點:
(I)將廢棄砸鼓碳粉送入熱解反應器中進行干燥并抽真空，此時保證碳粉全部留在熱解反應器內；熱解反應器通過外熱式加熱元件進行加熱，熱解反應過程中保持溫度恒定。
[0036](2)碳粉在高真空下進行高溫無氧熱解反應，聚酯類高分子有機物發生碳鍵斷裂并在高溫下迅速蒸發，得到以低分子有機物為主的熱解油氣;熱解油氣和二氧化硅、四氧化三鐵固體顆粒實現分離。
[0037]( 3)經輸送管道進入冷凝器內進行三級冷凝，熱解油氣中的組分經過逐級液化并分段收集在儲油罐內。冷凝器的溫度設定是液體油分段收集的關鍵，保證冷凝器出口處的氣體溫度高于設定的冷凝溫度。
[0038](4)熱解反應過程中真空栗持續工作，以甲烷、乙烯、丙烯等為主的不凝氣體在真空栗的抽氣作用下被收集在集氣瓶內。熱解反應結束后，反應器內二氧化硅、四氧化三鐵等固體殘渣在吸粉栗的吸力作用下收集在儲藏罐內。
[0039]實施例2
一種廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的系統，工藝流程如圖1所示。
[0040]將廢棄砸鼓碳粉送入熱解反應器(2)中進行干燥;利用真空栗(8)將熱解反應器內抽真空;利用外熱式加熱元件進行加熱。干燥、抽真空、加熱過程依次進行。
[0041]碳粉在高真空下進行高溫無氧熱解反應，分別得到熱解油氣和殘留的二氧化硅、四氧化三鐵固體殘渣(3);熱解油氣主要是重質油、中質油和輕質油的汽化狀態，經油氣輸送管送入冷凝器內進行三級冷凝(5、6、7);三個冷凝器的冷凝溫度設定根據重質油、中質油和輕質油的冷凝點為依據，冷凝器的溫度設定是液體油分段收集的關鍵，熱解油氣組分經過逐級液化并收集;熱解過程中真空栗持續工作，將不凝氣體(9)收集在集氣瓶內；熱解反應結束后，將殘留的固體殘渣收集在儲藏罐內。
[0042]根據本發明的方法，采用干燥方式可提高碳粉的C/Η比和C/0比，以減少焦炭和二氧化碳等二次產物的產生。碳粉組分中的二氧化硅、四氧化三鐵顆粒起到凝結核心作用，可作為二次產物焦炭附著的載體，減少焦炭在反應器內表面的附著。
[0043]根據本發明的方法，熱解反應與冷凝回收過程同步且連續進行，熱解反應得到的熱解油氣進入冷凝器內進行三級冷凝。3個冷凝器采用串聯方式，各級冷凝器中油氣的液化收集單獨進行，各級冷凝器的溫度設定和控制是關鍵。
[0044]實施例3
1、從某固廢處理中心獲取收集廢棄砸鼓碳粉，取300g碳粉樣品，送入熱解反應器內，利用實施例2所述系統進行熱解，熱解溫度設定在700攝氏度，三級冷凝溫度分別設定為40攝氏度、180攝氏度、290攝氏度。最終獲得三種油氣。
[0045]2、廢棄砸鼓碳粉組分中的聚酯類物質主要為聚丙烯酸酯-聚苯乙烯經過上述熱解處理后，利用高效液相色譜對重質油進行油品分析，利用氣相色譜對中質油、輕質油進行油品分析。
[0046]結果顯示，其中，重質油產率較小，組分中包括少量苯乙烯和丙烯酸酯的高聚物，可能是在升溫過程中熔融蒸發所致；中質油的組分主要為苯乙烯單體、丙烯酸酯單體及其衍生物;輕質油中包含多種烯烴。
[0047 ] 3、另外，經過測定，獲得的重質油、中質油和輕質油的品質良好。
【主權項】
1.一種廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的方法，其特征在于，首先將廢棄砸鼓碳粉干燥，然后在真空環境下加熱進行高溫無氧熱解反應，得到熱解油氣和固體殘渣。2.根據權利要求1所述廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的方法，其特征在于，所述熱解油氣經過分段冷凝，分段收集得到液體油。3.根據權利要求2所述廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的方法，其特征在于，所述熱解油氣是重質油、中質油和輕質油的汽化狀態，所述分段冷凝是三級分段冷凝，冷凝溫度根據重質油、中質油和輕質油的冷凝點分別設定。4.根據權利要求1?3任一所述廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的方法，其特征在于，包括如下步驟: 51.干燥并抽真空:首先將廢棄砸鼓碳粉送入熱解反應器中進行干燥，并將熱解反應器內抽至真空狀態； 52.加熱:利用外熱式加熱元件進行加熱，干燥后的廢棄砸鼓碳粉在高真空下進行高溫無氧熱解反應，分別得到熱解油氣和固體殘渣； 53.分級冷凝:熱解油氣依次進入三個冷凝器進行三級冷凝，熱解油氣組分經過逐級液化并收集。5.根據權利要求4所述廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的方法，其特征在于，熱解過程中真空栗持續工作，將不凝氣體收集在集氣瓶內；熱解反應結束后，將殘留的固體殘渣收集在儲藏罐內。6.根據權利要求4所述廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的方法，其特征在于，所述的冷凝器采用循環水冷卻系統，三個冷凝器的冷凝溫度根據重質油、中質油和輕質油的冷凝點設定。7.根據權利要求4所述廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的方法，其特征在于，所述的熱解反應器和冷凝器是密閉且連續的，保證熱解反應器和冷凝器處于同一真空狀態。8.根據權利要求4所述廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的方法，其特征在于，所述的熱解反應過程、冷凝收集過程與不凝氣體收集過程是連續同步進行的。9.根據權利要求4所述廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的方法，其特征在于，步驟SI所述抽至真空狀態是抽至5 X 10—3?I X 10—2帕真空度。10.根據權利要求4所述廢棄砸鼓碳粉熱解生產燃料油的方法，其特征在于，步驟S2所述加熱是加熱至溫度不低于600攝氏度。
【文檔編號】C10B57/10GK105820826SQ201610139178
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月11日
【發明人】阮菊俊, 董李鵬, 鄭杰, 仇榮亮, 章濤, 趙春梅, 杜長明
【申請人】中山大學