CN107151561A - 一种聚苯乙烯泡沫塑料热解制油装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种聚苯乙烯泡沫塑料热解制油装置，属于废物资源化领域。在本装置中，聚苯乙烯泡沫塑料粗破后，经料仓由进料口进入螺杆挤压装置，通过变螺距螺杆的挤压和摩擦剪切生热实现聚苯乙烯泡沫塑料的减容。装置外壁外腔缠绕电磁感应线圈，可使装置内的变螺距螺杆自热成为加热物料的“内热源”。通过调整螺杆转速可使聚苯乙烯泡沫塑料在特定区域内保持特定停留时间以实现热解。热解气在负压条件下从腔体排入冷凝管液化成油，热解尾气通过活性炭吸附，降低二次污染。通过在装置前、后端外接真空泵实现螺杆输送装置内负压及无氧环境。本装置所用聚苯乙烯泡沫塑料无需清洗，可有效减少资源化过程中清洗废水的产生。

Description

一种聚苯乙烯泡沫塑料热解制油装置
技术领域
本发明涉及废物资源化技术领域，特别指一种聚苯乙烯泡沫塑料热解制油装置。
背景技术
聚苯乙烯泡沫塑料具有质轻、吸震、易成型、价格低等特点，被广泛应用于电器、仪器仪表、工艺品的防震包装及快餐食品包装。它们大多为一次性使用，废弃量大。由于聚苯乙烯泡沫塑料具有化学性质稳定、密度小、体积大、耐老化、抗腐蚀、难降解等特点，给环境带来日益严重的污染。虽然大众对聚苯乙烯泡沫塑料所导致污染的认识程度在不断提高，但由于它极大地方便了人们的日常生活，且目前相应替代品的技术尚未成熟，相信在今后一段时间内，它仍将在人们生活中占有重要的位置。因此，如何解决聚苯乙烯泡沫塑料产量大、回收处理难的问题，是全世界亟待解决的难题。
研究发现，处理和利用废旧聚苯乙烯泡沫塑料，使之变废为宝，是有效解决聚苯乙烯泡沫塑料污染问题的根本办法。然而目前聚苯乙烯泡沫塑料的回收并不乐观。这主要是由于：一方面，聚苯乙烯泡沫塑料密度低、堆积体积大，导致其储存和运输成本增加；另一方面，传统工艺对泡沫餐盒的量及品质要求较高。一般回收得到的废弃聚苯乙烯泡沫塑料，例如废餐盒等，往往含有类似油污等杂质，难以直接利用。如进行清洗，则会导致大量含油废水产生，增加处理成本，降低收益，在一定程度上抑制了聚苯乙烯泡沫塑料的资源化利用。
针对上述难题，本发明在兼顾“减排”和“产能”重要思想的基础上，转换回收思路，将直接回收聚苯乙烯泡沫塑料餐盒调整为利用高温热解技术将其转化为液态苯乙烯单体油进行回收。基于此，本发明设计了一种聚苯乙烯泡沫塑料热解制油装置，以实现聚苯乙烯泡沫塑料的减量化和资源化。聚苯乙烯泡沫塑料在特定温度下热熔释放内部气体达到减量化效果，进一步提高温度可使聚苯乙烯泡沫塑料热解为苯乙烯单体，并在冷凝后实现回收，回收的热解油可作为燃料或原料资源化利用。本装置有效解决了传统工艺所具有的投资高、工艺复杂、对聚苯乙烯泡沫塑料数量及品质要求较高的缺点。
发明内容
本发明解决了传统中的聚苯乙烯泡沫塑料不便运输、回收率低、难以连续进料、对原料品质要求高等技术问题。
本发明的技术解决方案是提供一种聚苯乙烯泡沫塑料热解制油装置，其特殊之处在于：
该装置包括进料***、传动***，加热***、冷凝***、除臭***和氧控***；
其中，进料***包括聚苯乙烯泡沫塑料破碎装置及进料口；进料口位于料筒顶部靠近顶端处；传动***包括变螺距螺杆及肋片和电机；聚苯乙烯泡沫塑料粗破后从进料口进入料筒顶端处，由电机带动变螺距螺杆及肋片向料筒末端输送；变螺距螺杆及肋片的螺距从料筒顶端至末端逐渐减小；聚苯乙烯泡沫塑料在料筒内输送过程中逐渐被变螺距螺杆及肋片压实，并通过聚苯乙烯泡沫塑料间及与变螺距螺杆及肋片、料筒内壁间的摩擦、剪切实现聚苯乙烯泡沫塑料的减容、产热及升温；聚苯乙烯泡沫塑料热解残渣由末端残渣槽排放；聚苯乙烯泡沫塑料在料筒内热解所需热量除由聚苯乙烯泡沫塑料间及与变螺距螺杆及肋片、料筒内壁间的摩擦、剪切产生的热量外还由一套加热***提供；加热***包括缠绕在料筒外侧的电磁感应线圈、电磁感应控制器、温度探测器、温控器、保温棉组成；电磁感应控制器的运行时间由温控器控制；加热***的温度探测器可设置于检测孔内；检测孔位于料筒顶部靠近进料口处；
料筒内聚苯乙烯泡沫塑料热解产生的热解气由冷凝***收集；冷凝***包括料筒顶端导气管、末端导气管、冷凝管、收液瓶及真空泵；料筒内聚苯乙烯泡沫塑料热解产生的热解气在真空泵提供的负压下由顶端导气管及末端导气管进入冷凝管凝结成粗制苯乙烯溶液后收集于收液瓶；未冷凝废气经除臭***净化后排放；除臭***包括盛装活性炭或有机吸附剂的若干吸收瓶或者其他功能类似的空气净化***组成；顶端导气管位于料筒顶部靠近进料口处；顶端导气管与进料口的距离为料筒长度的1/15～1/2处，且设置于进料口与检测孔之间；末端导气管位于料筒末端顶部；
本装置氧控***包括顶端导气管、末端导气管、压力表及阀门、压力表及阀门、氧气在线监测仪；氧气在线监测仪的氧气探头设置于检测孔内。
进一步的，检测孔与进料口的距离为料筒长度的1/10～2/3；料筒内温度由加热***温控器控制在250～600℃；料筒的聚苯乙烯泡沫塑料容积负荷为2～200kg-聚苯乙烯泡沫塑料/m3-料筒体积·h；聚苯乙烯泡沫塑料在料筒内的停留时间为0.5～5h。
进一步的，本装置所处理的聚苯乙烯泡沫塑料无需彻底清洗，亦无需干燥。
进一步的，所述需处理聚苯乙烯泡沫塑料可为原始未经处理的聚苯乙烯泡沫塑料，亦可为原始聚苯乙烯泡沫塑料经105～150℃熔融消泡处理后的冷却固体。
进一步的，所述变螺距螺杆及肋片由可通过电磁感应产热的材料构成，例如不锈钢、碳素钢、普碳钢等，且变螺距螺杆及肋片表面通过电镀或负载等方式牢固附着煤渣、氧化钙、氧化钡等固体碱或三氧化二氯等金属氧化物上以降低热解温度。
进一步的，所述加热***的温度探测器和氧控***中氧气在线监测仪的氧气探头可设置在同一个检测孔中，亦可设置于不同的检测孔中；当设置于不同的检测孔时，每个检测孔距进料口的距离均大于顶端导气管与进料口的距离；每个检测孔与进料口的距离均为料筒长度的1/10～2/3。
进一步的，当料筒内氧气探头检测处氧气浓度高于0.5～2％时，调节顶端导气管管路中的压力表阀门和末端导气管管路中的压力表阀门，提高顶端导气管的真空度以减低料筒内氧气浓度，利用热解气体作为保护气进行热解；装置运行时，通过调节压力表阀门和压力表阀门，使顶端导气管管路中的真空度为末端导气管管路中的真空度的20～500倍。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
(1)本装置可实现连续进料，便于实际生产；
(2)本装置可通过对聚苯乙烯泡沫塑料的压实、摩擦、剪切提高聚苯乙烯泡沫塑料的热传导性能并产生部分热量，降低热解所需外部供热，降低能耗；
(3)本装置对聚苯乙烯泡沫塑料品质要求不高，无需彻底清洗及干燥，可降低二次污染物的排放；
(4)本装置通过设置料筒两端真空度，利用聚苯乙烯泡沫塑料的热解气体作为保护气进行热解，降低了生产成本。
(5)本装置对聚苯乙烯泡沫塑料热解效率高，回收苯乙烯含量高于60％，且工艺简单，运行维护较容易。
附图说明
图1为本发明的一种聚苯乙烯泡沫塑料热解制油装置结构示意图。
[主要元件符号说明]
1-进料口；2-变螺距螺杆及肋片；3-电机；4-残渣槽；5-料筒；6-顶端导气管；7-末端导气管；8-检测孔；9-压力表及阀门；10-压力表及阀门；11-冷凝管；12-收液瓶；13-吸收瓶；14-真空泵。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，为本发明一种聚苯乙烯泡沫塑料热解制油装置结构示意图，该装置包括进料***、传动***，加热***、冷凝***、除臭***和氧控***；
其中，进料***包括聚苯乙烯泡沫塑料破碎装置及进料口1；进料口位于料筒5顶部靠近顶端处；传动***包括变螺距螺杆及肋片2和电机3；聚苯乙烯泡沫塑料粗破后从进料口1进入料筒5顶端处，由电机3带动变螺距螺杆及肋片2向料筒5末端输送；变螺距螺杆及肋片2的螺距从料筒5顶端至末端逐渐减小；聚苯乙烯泡沫塑料在料筒5内输送过程中逐渐被变螺距螺杆及肋片2压实，并通过聚苯乙烯泡沫塑料间及与变螺距螺杆及肋片2、料筒内壁间的摩擦、剪切实现聚苯乙烯泡沫塑料的减容、产热及升温；聚苯乙烯泡沫塑料热解残渣由末端残渣槽4排放；聚苯乙烯泡沫塑料在料筒5内热解所需热量除由聚苯乙烯泡沫塑料间及与变螺距螺杆及肋片2、料筒内壁间的摩擦、剪切产生的热量外还由一套加热***提供；加热***包括缠绕在料筒5外侧的电磁感应线圈、电磁感应控制器、温度探测器、温控器、保温棉组成；电磁感应控制器的运行时间由温控器控制；加热***的温度探测器可设置于检测孔8内；检测孔8位于料筒5顶部靠近进料口1处；检测孔8与进料口1的距离为料筒5长度的1/10～2/3；料筒5内温度由加热***温控器控制在250～600℃；料筒5的聚苯乙烯泡沫塑料容积负荷为2～200kg-聚苯乙烯泡沫塑料/m3-料筒体积·h；聚苯乙烯泡沫塑料在料筒5内的停留时间为0.5～5h；
料筒5内聚苯乙烯泡沫塑料热解产生的热解气由冷凝***收集；冷凝***包括料筒5顶端导气管6、末端导气管7、冷凝管11、收液瓶12及真空泵14；料筒5内聚苯乙烯泡沫塑料热解产生的热解气在真空泵14提供的负压下由顶端导气管6及末端导气管7进入冷凝管11凝结成粗制苯乙烯溶液后收集于收液瓶12；未冷凝废气经除臭***净化后排放；除臭***包括盛装活性炭或有机吸附剂的若干吸收瓶13或者其他功能类似的空气净化***组成；顶端导气管6位于料筒5顶部靠近进料口1处；顶端导气管6与进料口1的距离为料筒5长度的1/15～1/2处，且设置于进料口1与检测孔8之间；末端导气管7位于料筒5末端顶部；
本装置氧控***包括顶端导气管6、末端导气管7、压力表及阀门9、压力表及阀门10、氧气在线监测仪；氧气在线监测仪的氧气探头设置于检测孔8内；当料筒5内氧气探头检测处氧气浓度高于0.5～2％时，调节顶端导气管6管路中的压力表阀门9和末端导气管7管路中的压力表阀门10，提高顶端导气管6的真空度以减低料筒5内氧气浓度，利用热解气体作为保护气进行热解；装置运行时，通过调节压力表阀门9和压力表阀门10，使顶端导气管6管路中的真空度为末端导气管7管路中的真空度的20～500倍。
实施例1
采用上述装置对聚苯乙烯泡沫塑料进行处理。聚苯乙烯泡沫塑料取自某超市垃圾桶，未进行清洗。聚苯乙烯泡沫塑料经破碎后投入反应装置，进料负荷为5kg-聚苯乙烯泡沫塑料/m3-料筒体积·h。反应装置温度通过电磁感应温控器控制在450℃。聚苯乙烯泡沫塑料在反应装置内的停留时间为1h。检测孔与进料口的距离为料筒长度的1/10，顶端导气管与进料口的距离为料筒长度的1/15。顶端导气管管路中的真空度为末端导气管管路中的真空度的50倍。本装置在上述操作条件下，聚苯乙烯泡沫塑料裂解率为45％，苯乙烯在冷凝的粗制苯乙烯溶液中浓度为65％。
实施例2
使用实施例1相同的装置，反应装置温度通过电磁感应温控器控制在500℃。聚苯乙烯泡沫塑料在反应装置内的停留时间为2h。其他条件与实施例1相同。按上述操作条件，聚苯乙烯泡沫塑料裂解率为75％，苯乙烯在冷凝的粗制苯乙烯溶液中浓度为70％。
实施例3
使用实施例1相同的装置，反应装置温度通过电磁感应温控器控制在550℃。其他条件与实施例2相同。按上述操作条件，聚苯乙烯泡沫塑料裂解率为90％，苯乙烯在冷凝的粗制苯乙烯溶液中浓度为68％。
实施例4
本实施例中，反应装置的变螺距螺杆及肋片负载煤渣，负载率为50g/m2。其他条件与实施例2相同。按上述操作条件，聚苯乙烯泡沫塑料裂解率为92％，苯乙烯在冷凝的粗制苯乙烯溶液中浓度为80％。
实施例5
本实例中，聚苯乙烯泡沫塑料先经120℃熔融消泡处理2min后冷却成固体。冷却后固体经破碎后投入反应装置，进料负荷为50kg-聚苯乙烯泡沫塑料/m3-料筒体积·h。其他条件与实施例4相同。按上述操作条件，聚苯乙烯泡沫塑料裂解率为89％，苯乙烯在冷凝的粗制苯乙烯溶液中浓度为78％。
本装置将变螺距挤压与电磁感应加热原理有机结合，通过螺距渐缩、电磁感应产热和装置前后端真空度保证较高热解气回收率，有效解决传统工艺所具有的投资高、工艺复杂、对泡沫塑料数量及品质要求较高的缺点，具有连续进料、高效热解、装置简单、占地面积小、环境污染小等优点。本装置设计思路契合国家节能减排和可持续发展的理念，具有较为广阔的应用前景。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种聚苯乙烯泡沫塑料热解制油装置，其特征在于：该装置包括进料***、传动***，加热***、冷凝***、除臭***和氧控***；
其中，进料***包括聚苯乙烯泡沫塑料破碎装置及进料口(1)；进料口位于料筒(5)顶部靠近顶端处；传动***包括变螺距螺杆及肋片(2)和电机(3)；聚苯乙烯泡沫塑料粗破后从进料口(1)进入料筒(5)顶端处，由电机(3)带动变螺距螺杆及肋片(2)向料筒(5)末端输送；变螺距螺杆及肋片(2)的螺距从料筒(5)顶端至末端逐渐减小；聚苯乙烯泡沫塑料在料筒(5)内输送过程中逐渐被变螺距螺杆及肋片(2)压实，并通过聚苯乙烯泡沫塑料间及与变螺距螺杆及肋片(2)、料筒内壁间的摩擦、剪切实现聚苯乙烯泡沫塑料的减容、产热及升温；聚苯乙烯泡沫塑料热解残渣由末端残渣槽(4)排放；聚苯乙烯泡沫塑料在料筒(5)内热解所需热量除由聚苯乙烯泡沫塑料间及与变螺距螺杆及肋片(2)、料筒内壁间的摩擦、剪切产生的热量外还由一套加热***提供；加热***包括缠绕在料筒(5)外侧的电磁感应线圈、电磁感应控制器、温度探测器、温控器、保温棉组成；电磁感应控制器的运行时间由温控器控制；加热***的温度探测器设置于检测孔(8)内；检测孔(8)位于料筒(5)顶部靠近进料口(1)处；
料筒(5)内聚苯乙烯泡沫塑料热解产生的热解气由冷凝***收集；冷凝***包括料筒(5)顶端导气管(6)、末端导气管(7)、冷凝管(11)、收液瓶(12)及真空泵(14)；料筒(5)内聚苯乙烯泡沫塑料热解产生的热解气在真空泵(14)提供的负压下由顶端导气管(6)及末端导气管(7)进入冷凝管(11)凝结成粗制苯乙烯溶液后收集于收液瓶(12)；未冷凝废气经除臭***净化后排放；除臭***包括盛装活性炭或有机吸附剂的若干吸收瓶(13)或者其他功能类似的空气净化***组成；顶端导气管(6)位于料筒(5)顶部靠近进料口(1)处；顶端导气管(6)与进料口(1)的距离为料筒(5)长度的1/15～1/2处，且设置于进料口(1)与检测孔(8)之间；末端导气管(7)位于料筒(5)末端顶部；
氧控***包括顶端导气管(6)、末端导气管(7)、压力表及阀门(9)、压力表及阀门(10)、氧气在线监测仪；氧气在线监测仪的氧气探头设置于检测孔(8)内。
2.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯泡沫塑料热解制油装置，其特征在于：检测孔(8)与进料口(1)的距离为料筒(5)长度的1/10～2/3；料筒(5)内温度由加热***温控器控制在250～600℃；料筒(5)的聚苯乙烯泡沫塑料容积负荷为2～200kg-聚苯乙烯泡沫塑料/m3-料筒体积·h；聚苯乙烯泡沫塑料在料筒(5)内的停留时间为0.5～5h。
3.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯泡沫塑料热解制油装置，其特征在于：所述需处理聚苯乙烯泡沫塑料为原始未经处理的聚苯乙烯泡沫塑料，或者为原始聚苯乙烯泡沫塑料经105～150℃熔融消泡处理后的冷却固体。
4.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯泡沫塑料热解制油装置，其特征在于：所述变螺距螺杆及肋片(2)由通过电磁感应产热的材料构成，且变螺距螺杆及肋片(2)表面通过电镀或负载方式牢固附着煤渣、氧化钙、氧化钡固体碱或三氧化二氯上以降低热解温度。
5.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯泡沫塑料热解制油装置，其特征在于：所述加热***的温度探测器和氧控***中氧气在线监测仪的氧气探头设置在同一个检测孔(8)中或设置于不同的检测孔中；当设置于不同的检测孔时，每个检测孔距进料口(1)的距离均大于顶端导气管(6)与进料口(1)的距离；每个检测孔与进料口(1)的距离均为料筒(5)长度的1/10～2/3。
6.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯泡沫塑料热解制油装置，其特征在于：当料筒(5)内氧气探头检测处氧气浓度高于0.5～2％时，调节顶端导气管(6)管路中的压力表阀门(9)和末端导气管(7)管路中的压力表阀门(10)，提高顶端导气管(6)的真空度以减低料筒(5)内氧气浓度，利用热解气体作为保护气进行热解；装置运行时，通过调节压力表阀门(9)和压力表阀门(10)，使顶端导气管(6)管路中的真空度为末端导气管(7)管路中的真空度的20-500倍。
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Inventor after: Wu Chuanfu

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Inventor after: Zhou Ji

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