專利名稱：利用廢舊塑料提煉汽油、柴油餾分和液化氣的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用廢舊塑料提煉汽油柴油鎦分和液化氣的方法與裝置，屬石油化工領域。
各種塑料制品已經廣泛地深入到工農業生產與城鄉生活之中。大量的廢舊塑料制品已愈來愈多的充斥到垃圾洪流中，形成了塑料垃圾。與其它垃圾不同，它深埋50年之內不腐爛，焚燒又產生大量有特殊臭味的煙塵，污染環境。本發明的目的在于利用裂解技術，控制適當裂解條件，使廢舊塑料裂解為汽油、柴油和液化氣等。經檢索查詢，國內外尚未發現公開發表的與本發明方法完全相同的非催化裂解廢舊塑料，生產車用汽油、柴油和液化氣的文獻專利。《上海譯報》(1993年12月13日)發表孫家明編譯美國《科學新聞》(Sience News)的一篇報道《美科學家用廢舊塑料生產出高質燃料油》。這篇科學新聞報道的技術是迄今所見到的與本發明的原料、目的和產品相近的廢塑料化學加工過程。但是所用方法和技術與本發明完全不同。文件報道美國“研究人員用沸石作催化劑，將各種塑料放入沙浴器里混合，然后把這種漿液倒入反應器里，加氫加壓，然后再加熱到420℃一小時，導致高分子塑料分解成和石油相似的化合物，產油率很高。”這一技術的發明人是美國列克星敦，肯塔基大學的燃料化學家米迪·塔格希文和他的同事們。這一大學的化學家杰拉爾·哈夫曼對這一過程生產的燃料油作了核算，每桶27～28美元，大大高于現原油價格。他說我們確信，我們將盡力把這種油的生產成本降到與之相當的價格，但這需要時間。”當前城鄉廢品收購站所收的廢舊塑料主要是完整無破損的編織袋，以便重復使用。其收購價大約0.2～0.5元/公斤。但是大量的破損編織袋、棚布、農用地膜、包裝袋、食品袋(瓶)、塑料制品等因無利用途徑和技術而散失拋灑在城鄉各處，形成塑料垃圾，利用本發明就可以將這些當前無法回收利用的塑料垃圾變廢為寶，提煉成合格的車用汽油柴油和民用液化氣。這些量大面廣的破殘而帶各種顏色塵土的塑料垃圾，其收購價很便宜。
利用本發明的工藝和方法，每噸廢舊塑料大約可提煉高質量燃料油600～900公斤。經處理和分鎦可得300～400公斤汽油、250～350公斤輕柴油及50～200公斤殘渣油或含油焦。在裂解反應中還產生80～120公斤液化氣、30～50公斤干氣。所產汽油經穩定脫色除臭處理蒸鎦后，辛烷值可達75～85以上(未加鉛、色譜法)，鎦程完全合格;輕柴油經處理蒸鎦后，十六烷值可達65以上，凝固點-10℃以下，鎦程完全合格。它們都是良好的車用燃料。每噸裂解油的綜合成本約550～950元。如果汽油出廠價按2000元/噸、輕柴油按1600元/噸、液化氣按1800元/噸計。則處理每噸廢舊塑料的產值可達1300～1600元，減去成本、折舊、稅金等后，可獲利潤約550～800元/噸廢塑料，經濟效益相當可觀。這就提供了一條處理消化塑料垃圾的有效途徑，其社會效益和對環境保護意義也是很大的。
包括如下幾個特征(1)利用裂解技術將廢舊塑料轉化為車用汽油柴油和液化氣;(2)不用任何裂解催化劑;(3)不要求塑料垃圾精細除塵脫砂和水洗;(4)裂解所得混合燃料油，不用加氫精制，而用價賺易行的萃取劑A，B脫色、穩定、除臭及分鎦獲得符合國標要求的車用汽油、輕柴油;(5)裂解爐與裂解釜為一體等。與現有技術相比，本發明的目的是提供一種利用廢舊塑料生產汽油、柴油鎦分和液化氣的方法和裝置。這種高質燃料油可作為工業燃料也可以用通過加入萃取劑A或B生產出合格的汽油、柴油、液化氣。
本發明的目的可以通過
圖1所示的裝置和工藝措施來達到。先將廢塑料除去泥砂雜物，扎成小捆。不用水洗，以免大量水帶入裂解釜使操作不穩定。如裂解需水時，定量注入，便于控制。將廢料捆裝填入提煉釜R-1。R-1為臥式裂解分鎦釜，釜頂中間有一裂解油分鎦柱T-1，柱內裝填有高效階梯瓷填料。R-1之下半部外圍是供熱的感應高溫電爐，或燒煤、干氣和殘油的耐火磚加熱爐。
在熱加料時，為了防止R-1釜內殘存油氣瓦斯著火或爆炸，必須采取以下措施①釜內溫度適當冷卻;②采用隔離料斗加料，步驟如下扎成小捆的廢塑料稱重后裝入R-1釜上部兩端的兩個大料斗之中。該料斗上下兩端均設大口徑閘伐。先關閉下端閘伐，待廢料裝妥后關閉上端閘伐。然后打開下端閘伐，小捆廢料自重落入R-1中。由于大量廢料入釜，釜溫將迅速下降到100℃以下或更低。打開釜上部看料孔法蘭，撥勻已裝入的廢料。直至R-1被裝滿。封好和關在閉所有法蘭伐門。
上述加料步驟完成后，電爐F-1送電或燃爐F-1點火。溫度升至100～200℃，廢塑料從軟化到熔融，釜底350℃左右，釜頂200℃以上時開始產生可燃氣與冷凝汽油。溫度迅速升高，控制在200～800℃范圍內，維持1～5小時，產生大量液化氣和裂解油蒸汽，經T-1塔頂或直接從釜頂餾出口導出，流經冷凝冷卻水箱H-1。汽油柴油混合物即鎦出油蒸汽被冷凝，連同未冷凝的氣體同時進入鎦出油處理罐CP-1。可燃氣從罐頂進入瓦斯壓縮機MP-1，也可緊急排空。
裂解釜R-1、冷凝冷卻器H-1和鎦出油罐CP-1可以常壓操作，也可帶壓(0.4～2.0MPa)操作。當裝設有瓦斯壓縮機時可以常壓操作，這樣操作方便易于控制，安全可靠，如當沒有瓦斯壓縮機，可以帶壓操作，此時液化氣可以不經壓縮而冷凝成液相直接裝瓶民用。但操作麻煩，安全性降低。
裂解深度可采用兩種方案控制①控制反應深度，使其裂解到＞500℃之殘渣油，而基本不在釜底結焦。殘渣油積攢足夠量后返回爐釜集中裂解。如此操作，裂解爐釜R-1的操作周期可大為延長;②控制最終反應溫度600～800℃，使中低溫時產生的蠟油和殘渣油也完全裂解和生焦，如此單程汽、柴油、裂化氣產率將較前高10～15%，但裂解釜清焦周期短、焦量大。
上述工藝產生的裂解鎦出油因濃重的焦味、顏色深且不穩定，分鎦出的汽油柴油靜置兩三天后顏色很塊變深，故不能直接使用，只能用作工業燃料。如進一步通過以下措施達到(1)取100份裂解鎦出油，加入5～20份的萃取劑A，10～30℃下經10～30分鐘攪拌。然后靜置除去被試劑A抽提出的殘渣。一般處理一次即可，必要時重復一次;(2)取一次精制油100份，加入萃取劑B0.5～2份，15～40℃下攪拌10～30分鐘。然后靜置1～4小時除去被試劑B抽提出的殘渣。一般處理一次即可，必要時兩次;(3)水洗2～5次二次精制油。經上述三步處理后，裂解油被脫色、穩定、除臭，總收率90～96%。然后常壓分鎦切取汽油(初鎦約34℃～205℃)約占45～48%(體)，和輕柴油(50%點260～280℃，90%點310～350℃，95%點315～359℃)約占42～45%。得到合格的汽油、柴油。
本發明原料來源廣泛，生產裝置簡單，以較低的成本可獲得汽油、柴油鎦分、液化氣，可作為工業燃料，也可以作為生產合格汽油柴油液化氣的原料，變廢為寶，減少環境污染。
例-1切碎除泥砂廢薄型編織袋298.5份重加入反應裂解釜中。該釜有三個孔，中間孔連一空管，高度與反應釜高相當，該管出口與一水平下斜的冷凝冷卻管相連。管鎦出口處裝設一溫度計，為釜頂鎦出口溫度。另兩口為加料孔。釜底設一溫度計，采用電爐加熱。加完料后封好口，徐徐升溫，釜底溫度110℃時，廢塑料開始熔化。釜底241℃，釜頂75℃時，冷凝器出口開始出現冷凝油滴，量較少。20分鐘后，釜底到達315℃，釜頂95℃時，冷凝油產量增加，流速開始加快。經過水封的產生的氣體不燃;經10分鐘后油流量加快，大量裂化氣產生，經水封引燃。此時釜底464℃，釜頂242℃。如此維持35分鐘，冷凝油量開始減少，底溫降到434℃，頂溫降至147℃。10分鐘后基本無冷凝油和裂解氣流出，反應終止。反應基本在常壓下進行。
收集的裂解鎦出油為196.5份重，產率為65.83%，含蠟殘油62.5份重，為20.93%，氣體量為30.54份重，占10.23%，損失8.96份重，約3%。
例-2除泥砂切碎廢編織袋170.5份重投入同例-1常壓裂解釜內。升溫速度較例-1快，15分鐘內電爐將釜內廢料由常溫升至391℃，釜頂升至57℃時開始有冷凝油鎦出，10分鐘后釜底溫度升至442℃，釜頂146℃時，裂解油鎦出速度加快，少量可燃氣產生，經水封被引燃。又經10分鐘釜底被加熱至501℃，釜底251℃，裂解油迅速鎦出，大量可燃氣產生，持續20分鐘左右，釜底在481～585℃，釜頂251～245℃。此后裂解油鎦出減慢，可燃氣量減少，5分鐘后反應停止。
獲得裂解鎦出油118.0份重，產率69.2(重);釜殘為含油焦渣，很疏松，18.5份重，產率10.85%;可燃氣加損失34.0，占19.44%。
例-3含大量水泥灰渣的編織包裝袋，切碎后463.5份重裝入裂解釜內(同例-1)。徐徐升溫，經30分鐘釜底升至192℃，釜頂鎦出口51℃時，釜頂冷凝冷卻器出口開始鎦出裂解油，并有少許可燃氣逸出。經20分鐘升溫，釜底升至323℃，釜頂118℃，鎦出油量加大，可燃氣量也增大。繼續升溫釜底至412～442℃，釜頂204～255℃，持續40分鐘中，裂解油鎦出量大，氣量大。共得鎦出油281.5份，產率64.11%。釜殘為含油水泥焦渣，102.0份，占22.05%;可燃氣加損失為64.0份，占13.84%。
例-4彩色廢塑料棚布，切碎裝入裂解釜內303.0份重。電爐加熱，釜料從24℃，經10分鐘釜底升至120℃，釜頂60℃開始鎦出裂解油。再經10分鐘，釜底285℃，釜頂65℃，產生較大量可燃氣。經一小時加熱，釜底300～350℃，釜頂65～124℃，鎦出油不斷流出，可燃氣連續經水封排放。當釜底溫度降至446℃，釜頂226℃后油流減慢，終止反應。獲得鎦出油177.0份重，產率58.4%;釜底含蠟殘油87.2份，占28.8%;可燃氣加損失38.8份，占12.8%。
例-5將食品包裝軟塑料袋(含少量食品，糖渣等)47.5份重裝入裂解釜。徐徐升溫，釜底200℃時，塑料袋軟化，逐漸熔化。釜底250℃，釜頂96℃時，冷凝器出口出現鎦出油。經15分鐘加熱，釜升至410℃，釜頂180℃，鎦出油正常流出，可燃氣連續排放。如此經1小時，釜底380～450℃，釜頂180～220℃，裂解油鎦出速度基本不變，裂解氣連續排放，最終收集鎦出油42.6份重，產率89.68%;黑色發亮含油焦1.5份，占3.16%;裂解氣加損失3.4份，占7.16%。鎦出油為黃色。
例-6將白色廢塑料桶切碎，并予先在鐵制容器中，200℃下熔化，取314.9份重裝入反應釜中，經25分鐘電爐加熱，釜底升至208℃，釜頂56℃，釜中有白霧冒出，但尚無裂化氣與冷凝油鎦出，當釜底升至330℃，釜內料軟化開始熔化。經20分加熱釜底升至380℃，頂120℃時開始鎦出裂解油，仍無裂化氣從水封處冒出，但釜中有白霧冒出，裂解油持續鎦出，歷時35分鐘，釜底392～450℃。此后鎦出的為蠟油，20分鐘后終止。得含蠟鎦出油207.5份，產率66.0%，冷卻后為微黃色軟蠟油。殘油87.5份，占27.8%，氣體加損失19.5份，占6.2%。
例-7取廢塑料色裝帶170份重投入裂解反應釜中，加熱15分鐘后釜底升至300℃，釜頂98℃，裂解氣量大，有少量裂解油鎦出，經10分鐘強熱，釜底升至480～510℃，釜頂264～280℃，鎦出油快，裂解氣量減少。如此持續20分鐘后，鎦出油減少，釜頂降至108℃，氣體消失。停止后得鎦出油79.5份，產率占46.76%(重)，殘油76.0份，占44.71%，氣體加損失14.5，占8.53%。
例-8除泥砂切碎后的厚型廢編織袋148份重裝入反應釜內，經半小時電爐加熱，首先產生大量可燃裂化氣，5分鐘后，釜底升至246℃，釜頂64℃，開始鎦出裂解油。10分鐘后，釜底348℃，釜頂128℃，鎦出油流加快，裂化氣驟然減少。再經10分鐘，釜底462℃，釜頂242℃，持續20分鐘，裂解油流量大，但基本無裂解氣產生。此后10分鐘油流減慢，最后得裂解鎦出油187.0份，產率72.0%，殘渣油58.5份占22.5%，氣體加損失14.5份，占5.5%。
取同上類廢塑料274份重，投入反應釜內，用基本同上述工藝條件，最后得裂解鎦出油195.0份，產率71.0%，殘渣油52份，占19.0%，氣體加損失27.0，占10.0%。
例-9取1000份(體積)褐色廢農用地膜裂解鎦出油于敞口釜中，加入100份(體積)含有萃取劑A的稀釋液，10±2℃攪拌8分鐘。靜置沉降30分鐘，分層，切除下層被抽提的泥渣。鎦出油顏色由褐色變為蛋黃色;然后加入10份(體積)萃取劑B，12～14℃攪拌10分鐘。顏色迅速變化變深靜置2小時沉降分層，切除底層被抽提的沉渣;然后加入500份(體)自來水，10～14℃攪拌10分鐘，靜置30分鐘后切除下層水。如此水洗2次。鎦出油顏色變為淡黃色，但稍不透明。最后得精油940份(體積)。觀察七晝夜顏色不變，但逐漸透明，底部出現幾滴水珠。然后，在類似恩氏蒸鎦的裝置中切割，汽油為無色透明，無特殊焦味的其它臭味。輕柴油為談黃到黃色透明，無特殊焦味和其它臭味，存貯三個月以上，汽油輕柴油外觀顏色透明度不變。
例-10取830份體積(下同)淺褐色廢編織袋裂解鎦出油于敞口釜中，加入80份含萃取劑A的稀釋液，15～20℃攪拌10分鐘。靜置沉降10分鐘，分層，切除下層抽提出的沉渣，鎦出油顏色逐變為蛋黃色，得805份;然后加入8份萃取劑B置2小時沉降分層，切除底層被抽提出的沉渣;然后加入400份，自來水，15～20℃攪拌10分鐘，靜置沉降30分鐘后切水，如此水洗3次。鎦出油顏色變為淡黃色，得精油788份，微發渾。一晝夜后，變為透明，底部有小水珠。然后常壓蒸鎦切割為汽油，無色透明，無特殊焦味和其它臭味。輕柴油為淡黃色至黃色透明，無特殊焦味和其它臭味。存貯三個月以上，汽油輕柴油顏色透明不變。
例-11將上述各例的鎦出油予先進行穩定脫色除臭處理后，取700份體積裝入類似恩氏蒸餾分離精確度的蒸鎦裝置中，徐徐升溫，釜底80℃，釜頂＜30℃(約28℃)時，初鎦第一滴冷凝液體。蒸餾數據如下蒸鎦-1(700ml處理后裂解鎦出油)
蒸鎦殘液160ml，22.86%，為含蠟油。
由例-9蒸鎦可見成品汽油占裂解鎦出油收率為50.0%，輕柴油為31.43%。
例-12取例-9產品精油900份體積裝入類似恩氏蒸鎦精確度的蒸鎦裝置中，徐徐升溫，釜底112℃時，釜頂鎦出口36℃時，初鎦第一滴液體，蒸鎦數據如下蒸鎦-2(900ml混合鎦出油)
由例-10蒸鎦數據可見成品汽油占鎦出油的55.56%，輕柴油占36.11%，其余為釜殘油。
本發明的產品分析和性能數據如下。將上述各例樣品混合處理分鎦所得的如例-9、10大樣汽油輕柴油進行一系列化學族組成分析、鎦程性能分析和初步使用試驗，結果如下1.汽油(1).汽油的化學組成利用廢舊塑料提煉的汽油，其化學組成含有很高的異構烷烴、環烷烴和苯類衍生物，因此具有相當高辛烷值。是高標號汽油的良好組分。其典型族組成如表1，含量較高的烴類化合物組成如表2。
表1 汽油的化學族組成
(2).汽油辛烷值和其它性質如表3。
不加鉛辛烷值可達75～85(根據氣相色譜估算)，鎦程均符合要求。
2.柴油(1).柴油的化學組成如表4所示，可見這類柴油中含有大量烷烴，特別是適量的正構烷和異構烷烴。而異構烷烴中的T型和Ⅱ型是上有很低的凝固點和相當高的十六烷值。
(2).柴油十六烷值和其它性質如表5所示，十六烷值很高為65.9。凝固點可滿足-10℃柴油之要求。鎦程均符合要求。
圖2是廢塑料提煉的鎦出油及其分鎦的汽油、柴油的蒸鎦曲線。
表2汽油中含量較高的烴類化合物組成舉例
表3汽油辛烷值和鎦程
表4柴油的典型化學組成舉例
表5柴油十六烷值和其它性質
(3)汽油行車試驗(定性試驗)由本發明生產的汽油分別在二沖程摩托車和四沖程上海牌小轎車上進行了初步使用試驗。
為了觀察汽油在摩托車內燃燒排煙情況，將15＃汽機油按較高的潤滑油對汽油比例1∶20摻入試驗汽油中(一般為1∶25)，強化排煙。試驗情況觀察如下試驗時間清晨和傍晚，氣溫約15℃，陰天。
冷啟動腳蹬1～3次即被啟動，啟動迅速。
排煙試驗加大油門，無濃煙排出，排出的煙霧為白色云霧狀煙。最大油門時，僅有青煙，無濃黑煙。
加速爬坡由低速到高速，由平路爬坡(15～30°)，加大油門均能迅速完成。排出煙均為白霧和青煙。司機感到很輕松。
換擋加速能迅速完成，在十字路口，熄火后，也能迅速啟動、加速。
摩托車功率4.5馬力。
圖1是本發明利用廢舊塑料提煉汽油、柴油鎦分和液化氣的裝置圖。說明書摘要附圖。
圖2是本發明利用廢舊塑料提煉的鎦出油及其分鎦的汽油輕柴油之蒸鎦曲線。
下面結合附圖1對本發明的裝置作進一步說明。
一種利用廢舊的塑料提煉汽油柴油鎦分和液化氣的裝置，主要由提煉釜R-1及其加熱爐F-1(感應電爐或固液氣爐)，高效填料塔T-1;蒸鎦釜R-2及其加熱爐F-2(感應電爐或固液氣加熱爐)、高效填料塔T-2;殘油加熱爐R-3;冷凝冷卻器H-1;鎦出油處理罐CP-1;汽油罐，柴油罐;裂解氣體壓縮機，水封罐，高低壓液氣分離罐等組成。其特征是提煉釜R-1座落在加熱爐F-1之中，形成爐釜一體;填料塔T-1安裝在提煉釜之上，其頂部用管線與冷凝冷卻器H-1中的一組盤管相連。該冷卻盤管用管線與裂解鎦出油處理罐CP-1相連接;罐頂部用管線與一水封罐相接，水封罐頂與瓦斯壓縮機MP-1用管線相連，壓縮機出口用管線與冷凝冷卻器H-1的一組盤管相連，然后與高壓液氣分離罐CL-4相接。罐底導出液化氣，裝瓶;鎦出油罐底通過泵P-1用管線與蒸鎦釜R-2相連接。蒸鎦柱T-2頂部和側線與冷凝冷卻器的盤管相接，盤管與汽油柴油成品罐相連，出裝置;提煉釜R-1與蒸鎦釜R-2底部均用管線，通過殘油泵P-3與殘油加熱爐R-3相連。而殘油爐底部通過同一殘油泵與裂解爐釜相連。
通過這一套裝置的上述各設備就可將廢舊塑料提煉為車用汽油柴油鎦分和民用液化氣。
權利要求
1.一種利用廢舊塑料提煉汽油、柴油鎦分和液化氣的方法，其特征是將廢舊塑料加熱至200～800℃，壓力為0～2.0MPa(表壓)，持續1～5小時，使反應終止在殘油或含蠟殘油階段，殘油再返回裂解釜，在400～800℃下進一步裂解為汽油柴油鎦分和氣體。
2.一種利用廢舊塑料提煉汽油柴油鎦分和液化氣的裝置，主要是由提煉釜、加熱爐、蒸鎦釜、高效填料塔、分鎦柱、殘油爐、鎦出油處理罐、水封罐、瓦斯壓縮機、高低壓液氣分離罐和冷凝冷卻器等組成，其特征是提煉釜座落在加熱爐之中，形成爐釜一體;填料塔安裝在提煉釜之上，其頂部與冷凝冷卻器一組盤管相連，盤管出口與鎦出油處理罐相接;處理罐頂與水封罐相連，然后用管線與瓦斯壓縮機相接;壓縮機出口與冷凝冷卻器一組盤管相連，然后與高壓液化氣分離罐相接;鎦出油罐底通過泵與蒸鎦釜相連。蒸鎦柱頂部和側線與冷凝冷卻器盤管相接，然后分別與汽油柴油成品罐相連;提煉釜與蒸鎦釜底部均通過殘油泵與殘油釜相接;而殘油釜底部則通過殘油泵與提煉釜相連接。
全文摘要
本發明涉及一種利用廢舊塑料垃圾提煉汽油、柴油餾分和液化氣的方法與裝置，一種保護環境生產高質燃料油的方法。敘述了應用非催化非加氫裂解工藝將各種廢舊塑料提煉并處理為符合規格要求的燃料的工藝方法、步驟、條件、流程與裝置，及所生產的汽油和柴油的烴類化學組成、餾分組成、性能等分析測試結果。用本發明的方法處理塑料垃圾，可產汽油30～40％(m)，辛烷值(色譜法)75～85，餾程合格；可產輕柴油25～35％(m)，十六烷值65，凝固點-10℃以下，及產液化氣8～12％(m)。
文檔編號F02B3/06GK1092096SQ9312117
公開日1994年9月14日 申請日期1993年12月30日 優先權日1993年12月30日
發明者姜皓, 李伯逵 申請人:姜皓, 李伯逵