用于处理废塑料热解气的方法
阅读说明：本技术 用于处理废塑料热解气的方法 (Method for processing waste plastic pyrolysis gas ) 是由 安蒂·库尔基耶尔维 汉努·莱赫蒂宁 埃萨·科尔霍宁 米科·马蒂莱宁 马克斯·奈斯特伦 于 2020-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于处理废塑料热解气的方法,具体地其中避免或至少减轻该方法中使用的系统的堵塞的方法。(The present invention relates to a process for processing waste plastic pyrolysis gas, in particular wherein clogging of the system used in the process is avoided or at least mitigated.)
技术领域
本发明涉及用于处理废塑料热解气的方法，具体地其中避免该方法中使用的系统堵塞的方法。
背景技术
全世界产生了大量废塑料。例如，市政固体废塑料通常包括高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚(氯乙烯)(PVC)和聚(对苯二甲酸乙二酯)(PET)。这是可以作为替代性精炼厂进料以及新塑料和化学品的平台使用的丰富的原料。然而，固体塑料本身不是适合的原料，它首先需要液化。产品的得率和组成主要受塑料类型和操作条件的影响(Williams et al.Energy&Fuels,1999,13,188-196)。
在化学再循环系统中进行废塑料的处理，并且它依赖于热的热解反应以使长链塑料聚合物裂解成较短的产物，它们中的大部分是液体。已知来自塑料热解的气体产物混合物会堵塞和污染表面、管道和设备。这部分是因为一些反应产物是在表面上沉积的重蜡质组分，但是焦油、烧焦物以及更多的固体焦炭类型沉积物是常见的。蜡质组分和焦油在反应混合物冷凝中使用的换热器的冷却面上是特别成问题的，但是焦炭可以在设备的任何地方沉积。这些引起了两个主要问题。首先，沉积物起到了降低换热器中热传递的隔热材料的作用。其次，沉积物最终将堵塞换热器，从而防止任何流体从中通过。因此，如果将常规换热器用于冷凝热解气，则设备需要成倍增加：在一个设备运行的同时，另一个处于维护和清洁。这是昂贵且劳动密集的。
在使用直接接触式冷凝器之前已解决了该问题。然而，例如，喷雾冷凝器经受相对低的分离效率，并且它们对焦炭沉积不能提供保护。另外，在这些冷凝器中使用的液体再循环需要持液量，这具有两个主要缺点。首先，由于在再循环回路中存在热的热解产物混合物储罐，因此它显著提高了设备的燃烧荷载(fire load)。其次，该液体储罐相对长的停留时间(residence time)使液体暴露于额外的热反应，从而潜在降低了产品质量并导致设备污染。
EP3031881A1公开了用于处理废塑料热解气的方法。该方法包括使其通过用于除去碳化物的收集室，然后使其通过用于除去较大固体杂质颗粒的旋风分离器的废热解气的预纯化。然后，通过用温度约70-110℃的油喷洒温度约400-500℃的预纯化气体，从剩余颗粒和重油馏分中纯化出预纯化的废塑料热解气。例如，通过使用Venturi洗涤器进行喷洒。
US2003047437A1公开了用于废塑料热解以产生烃油剂的方法。所述方法包括使废塑料热解以形成烃油剂，重力分离气体热解产物，通过初步冷却液体热解产物使所述分离的气体热解产物淬灭并将所形成的混合物递送至分馏塔以用于气体和液体馏分的后续冷却和分馏。
JPS4952172A公开了用于处理聚合物废弃物，如PVC热解气的方法。所述方法包括将合成聚合物进料至炉中，将废油喷雾至洗气塔，从而所述油与来自炉的分离成挥发性和液体组份的气体产物热交换。将来自液-气分离塔的气体产物引导至另一分离塔并作为气体和液体烃回收。
CN109603376A公开了用于处理废塑料热解气的系统。
因此，仍需要其中降低了所述方法中使用的系统堵塞风险的用于处理废塑料热解气的其它方法。
发明内容
下面呈现了简要总结以提供本发明的多个实施方式的一些方面的基本知识。本发明内容不是对本发明的广泛概述。它既不意欲确定本发明的重要或关键元素，也不意欲划定本发明的范围。以下发明内容仅作为本发明的示例实施方式的更详细描述的前序以简化形式提供了本发明的一些构思。
据观察当来自废塑料热解的气体反应混合物与冷却、冷凝的热解产物混合时，热解气的最高沸点部分从混合物中顺利冷凝而不会堵塞。
还观察到当从冷凝装置内壁擦拭和/或刮下任何固化材料时，可以通过使气体热解产物通过在低于热解温度的温度下运行的所述冷凝装置来避免废塑料热解产物的堵塞。
根据本发明，提供了用于处理废塑料热解气的新方法，所述方法包括
a)提供
ο废塑料热解气流，其中所述废塑料热解气流的温度为300-650℃，优选地450-500℃，和
ο烃液体流，其中所述烃液体流的温度低于所述废塑料热解气流的温度，
b)在喷射装置中混合所述塑料热解气流和所述烃液体流以形成混合物，
c)通过喷雾喷嘴将所述混合物喷射至室中以产生冷凝馏分和气体馏分，以及
d)分离所述气体馏分和所述冷凝馏分以获得第一液体产物流和气体产物流。
在所附从属权利要求中描述了本发明的一些示例和非限制性实施方式。
当结合附图阅读时，根据对具体示例实施方式的描述，将最好地理解本发明的多种示例和非限制性实施方式和运行方法以及它们的其它目标和优势。
动词“包含”和“包括”在本文档中用作开放性限制，它既不排除也不要求未列举的特性的存在。除非另外明确说明，否则在从属权利要求中所列举的特性是可彼此自由组合的。此外，应理解在整个文档中，“一”或“一种”(即单数形式)的使用不排除多个。
附图说明
参考附图，以下更详细地解释了本发明的示例和非限制性实施方式以及它们的优势，其中
图1显示了根据本发明的实施方式，适合于处理废塑料热解气的示例性非限制性系统。
具体实施方式
本发明涉及处理废塑料热解气，从而避免或至少减轻在所述方法中使用的系统的堵塞。
图1显示了适合于在根据本发明的实施方式的方法中使用的示例性系统100。根据该实施方式，所述方法包括将废塑料热解气流(A)和烃液体流(B)共引入至喷射装置101以形成混合物(C)。废塑料热解气流的温度通常为300-650℃，优选地450-500℃。烃液体流的温度低于废塑料热解气流的温度，通常为100-300℃，优选地175-225℃。所述烃液体流的示例性温度为200℃。适当混合将确保两相之间的充分接触和喷射气体的冷却，从而所述喷射气体的最高沸点部分冷凝。
在混合后，将所述混合物优选地通过喷雾喷嘴102引导至室103，其中液体和气体分离并且形成冷凝的液体馏分(D1)和气体馏分(E1)。所述室包括用于气体和液体的出口。
因此，由于在它进入所述室之前，气体热解反应混合物与冷却烃液体充分混合，因此实现了液相和气相之间的良好接触。该结果致使改善的、更理想的冷凝行为和更理想的分离。另外，由于在喷射装置中通过喷嘴进行混合，因此流速足够高以使喷射装置不被污染，同时仍具有与其它直接接触式冷凝器相同的优势。包括喷射装置、喷嘴和室的示例性装置是喷射Venturi洗涤器。
所述混合物中液体和气体的质量比应足够高以避免过强的冷却。质量比通常为1-100，优选地5-25。示例性的质量比是12。
当将混合物通过喷嘴喷射至室时，形成液相和气相，并且液体馏分和气体馏分分离以获得第一液体产物流(D1)和气体产物流(E1)。
根据优选的实施方式，将第一液体产物流的第一部分(D1a)再循环，例如，从室103通过管线104泵回至喷射装置101，并且作为“重产物”将第一液体产物流的第二部分(D1b)从该过程中采集至收集装置105。重产物的得率和组成主要依赖于废塑料的性质、热解条件和冷凝温度。
为了避免堵塞，优选地将管线104以及因此其中的第一液体产物流的第一部分保持在高于100℃的温度，更优选地保持在150℃至250℃。可以通过使所述管线隔热和/或使用一种或多种加热装置获得所期望的温度范围。所述第一液体产物流的第一部分的示例性温度为200℃。
根据优选的实施方式，将气体馏分，即气体产物流(E1)从室103通过管线106引导至冷凝装置107。所述冷凝装置通常是常规换热器。根据示例性实施方式，气体产物流的温度在冷凝装置107中降低至10-50℃，优选地20-40℃。冷却产生了冷凝液和不凝气体。由于已除去了大部分重组分，因此预期在管线106内和冷凝装置107中无污染或堵塞。将冷凝液体(D2)与不凝气体(E2)分离以获得第二液体产物流，即轻产物。可以将其转移至收集装置，如储罐108。轻产物的得率和组成取决于废塑料的性质、热解条件和冷凝温度。可以将不凝气体引导用于燃烧或引导至一种或多种其它收集装置。
根据图1所示的实施方式，所述方法包括将废塑料热解气流和烃液体流共引入至喷射装置。为了起始该过程，将所述系统充满种晶液(seed liquid)。所述种晶液通常是来自先前过程的冷凝的废塑料热解气。作为另外一种选择，可以使用具有类似性质的另一种烃液体组成。目标在于验证在该过程开始时，在所述喷射装置中，所述系统包括足够的与废塑料热解气流混合的烃液体材料。
实验
使用Aspen plus软件模拟该过程。使用拟组分(pseudo components)对热解气建模，所述拟组分是使用来自粗塑料热解油的实验测量的蒸馏曲线和密度估计的。所使用的密度为809.8kg/m3，并且表1提供了实沸点(TBP)蒸馏曲线。
表1
回收质量(％)
温度(℃)
2
36.0
5
68.6
10
97.4
30
171.9
50
236.0
70
316.0
90
430.4
95
474.3
100
582.4
另外，根据文献(Williams et al.,Energy&Fuels,1999,13,188-196；Williamset al.,Recources,Concervation and Recycling,2007,51,754-769)估计轻馏分的量和组成。轻组分和拟组分的质量比为0.27，并且在表2中提供了轻组分的组成。
表2
轻产物
wt-％
甲烷
36.3
乙烯
2.2
乙烷
28.9
丙烯
4.7
丙烷
19.9
丁烯
1.5
丁烷
6.7
在模拟中所使用的热动力学模型为Braun K-10，并且它假设在喷射装置中存在一个理想分离阶段。
具有95kPa的压力(a)、500℃的温度、69.2g/mol的平均mol重量和20kg/h的质量流量的废塑料热解气流离开反应器。
使热解气进入Venturi喷射器，在此它与再循环烃液体流接触。烃液体和废塑料热解气的质量比为约100。Venturi喷射器将所述混合物喷雾到分离室，并且将冷凝的重烃类泵送通过管壳换热器。调整该换热器，从而所得混合物的温度为100至300℃。在所述换热器之后，液体重烃类分开并且部分再循环回到Venturi喷射器且部分流出并收集。
不凝气体通过除雾器(demister)离开分离罐并引导至换热器。该换热器的处理侧的输出温度为40℃。将冷凝的轻质烃和不凝物进料至分离罐，自此将不凝物扇出(fannedout)并引导至焚烧，并且收集液体。表3-5提供了来自3种模拟情况的结果。
表3
表4
表5
在以上所提供的描述中所提供的具体实例不应视为对所附权利要求的范围和/或可应用性的限制。
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