阅读说明：本技术 一种废机油热解装置与热解方法 (Waste engine oil pyrolysis device and method ) 是由 胡二峰 刘壮 伊枭剑 卢义玉 田宜水 戴重阳 李沫杉 于 2020-11-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种废机油热解装置与热解方法,所述装置包括进料系统,供气系统,反应系统以及产物回收系统。废机油的热解过程是在一个由外部加热并具有搅拌装置的热解反应器中进行的,该热解反应器内部具有与外部电机连接的中心轴,中心轴上安装有可拆卸的搅拌叶片。所述一种废机油的热解方法包括供气、进料、热解反应和产物回收步骤,催化剂与废机油混合进料,原位催化热解废机油,可以实现连续进料热解,在搅拌叶片的搅拌作用下反应器内不易发生堵塞,热解气体产物可实现连续收集与在线分析,热解效率高,产物收集效果好。(The invention discloses a waste engine oil pyrolysis device and a pyrolysis method. The pyrolysis process of the used oil is performed in a pyrolysis reactor which is heated from the outside and has a stirring device, the pyrolysis reactor has a central shaft connected with an external motor inside, and a detachable stirring blade is installed on the central shaft. The pyrolysis method of the waste engine oil comprises the steps of gas supply, feeding, pyrolysis reaction and product recovery, the catalyst and the waste engine oil are mixed and fed, the in-situ catalytic pyrolysis of the waste engine oil can realize continuous feeding pyrolysis, the reactor is not easy to block under the stirring effect of the stirring blades, the pyrolysis gas product can be continuously collected and analyzed on line, the pyrolysis efficiency is high, and the product collection effect is good.)

一种废机油热解装置与热解方法

技术领域

本发明涉及废机油资源化利用技术领域，尤其是一种废机油热解装置与热解方法。

背景技术

众所周知发动机的正常运行需要大量的机油(润滑油)，不仅是汽车发动机，各种发动机都需要机油并且需要经常更换，在军工领域也需要大量的机油，在《国家危险废物名录》中，废机油被定义为一种危险废物(HW08)，由此可见废机油如果处理不当会对自然环境造成巨大的伤害。

目前，废机油的处理方法有直接向土壤或水体中排放、焚烧、回收利用、通路油化等。机油中具有大量的致癌物质，焚烧所产生的烟气也会对人体以及自然环境造成伤害，废机油的回收利用率并不高，并且很多小作坊回收废机油后经简单过滤又流向市场。通路油化处理废机油是将废机油喷洒在灰尘较多的道路上，用其粘结灰尘，但是下雨天雨水会将机油带到环境水体中去，污染地表水、地下水和土壤。

热解是一种从废弃含能材料中获取能源的一种很好的方法，通过热解煤与生物质等都可获得较多的焦油与热解气，废弃的机油中也含有大量的挥发分，已经有研究者通过热解废机油获得了较高的焦油产率，但是关于废机油热解装置的研发很少。

发明内容

为了解决目前废机油处理的弊端，本发明提供了一种废机油热解装置及热解方法，能够实现废机油的连续进料，催化剂与废机油混合进料，处理量大，通过此装置以及基于此装置的热解方法，废机油得到无害化处理，并且在催化热解的作用下获得高品质的焦油和热解气。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：提供一种废机油热解装置，组成元件包括供气系统、进料系统、热解反应系统、产物检测和回收系统，组成元件的具体结构和连接关系为：

所述供气系统包括气瓶、气体质量流量计、气体预热器、水槽、平流泵、蒸汽发生器以及混合预热器，所述气瓶与气体质量流量计连接，气体质量流量计通过导气管与气体预热器连接，平流泵进水端与水槽连接，出水端与蒸汽发生器连接，蒸汽发生器与气体预热器出口管道连接，气体预热器的出口管道与混合预热器连接，混合预热器通过管道连接到反应器本体内。通过供气系统可以实现热解废机油的反应可以在不同热解气氛下进行，通过考察不同的热解气氛可知道热解废机油的最佳气氛条件。

所述进料系统包括原料槽和进料器，原料槽的底端直接与进料器焊接，进料器的末端为直径10mm的不锈钢管直接通入反应器本体内，再与反应器本体连接的地方焊接以保证气密性；

所述热解反应系统包括外部加热器、反应器本体、电机、中心轴以及搅拌叶片，所述反应器本体与进料器焊接，所述固定搅拌叶片固定在中心轴上，中心轴与电机连接，反应器本体被外部加热器包覆在其中心，在外部加热器加热壁与反应器本体外壁中间有一层石英棉，中心轴与反应器本体中间通过轴承连接，中心轴与轴承的连接方式为过渡配合；

所述产物检测与回收系统包括压力表、温度显示表、出料收集槽、出料阀、旋风分离器、半焦回收槽、冷凝器、焦油回收槽、冰水浴池、丙酮洗瓶、湿式流量计、集气仓以及气相色谱分析仪，所述压力表与反应器本体焊接，温度显示表与热电偶连接，热电偶位于反应器本体的外壁，出料收集槽位于热解反应系统的右下方，出料收集槽通过焊接有出料阀的不锈钢管与反应器本体焊接，旋风分离器、冷凝器、丙酮洗瓶、湿式流量计，集气仓以及气相色谱分析仪依次通过硅胶管连接，半焦回收槽位于旋风分离器的下端，半焦回收槽通过不锈钢管与旋风分离器连接，焦油回收槽位于冷凝器的下端，焦油回收槽通过硅胶管与冷凝器连接，丙酮洗瓶置于冰水浴池内，集气仓与气相色谱分析仪连接进行在线分析气体成分。

所述反应器本体为直径200mm，长350mm，厚5mm，材质为不锈钢。

所述中心轴直径为40mm，长280mm，材质为实心不锈钢，中心轴的最左端具有长50mm的六棱柱，用与电机咬合，中心轴上从左端开始在90mm、180mm、270mm处每一个位置具有两个对称的外径为10mm的螺丝孔，用于固定搅拌叶片。

所述的废机油热解装置的热解方法，包括如下步骤：

1)连接装置所有系统与所有管路，打开气瓶，关闭出料阀，并调节气体质量流量计控制流量，并检查气体密封性，气瓶内的气体先进入反应器将反应器本体内的空气除尽，调节好气体流量后，用肥皂水检查装置的密封性，确保装置的气密性再进行下一步操作；

2)打开外部加热器、气体预热器、蒸汽发生器、混合预热器并分别调节温度，待温度上升到目标温度，调节温度完成后，待温度均上升到目标温度后即可开始进料；

3)由于废机油属于低H/C比的原料，因此单独热解机油所得产物的品质并不理想，为了得到高品质的热解产物，催化热解是一个优异的手段，将废机油与催化剂装入原料槽，打开平流泵，水槽内的水经平流泵和蒸汽发生器后进入混合预热器混合并预热，机油与催化剂从进料器进入反应器本体内开始热解反应，在高温的反应器本体内，在搅拌叶片的作用下废机油均匀快速受热并开始发生热解反应，在催化剂的作用下废机油中的大分子有机物分解为小分子烷烃、烯烃以及芳香烃等；

4)热解反应完成后打开出料阀，反应器本体内底部的热解产物进入出料回收槽，热解气体产物首先在旋风分离器内分离其中所含的半焦，分离出来的半焦由半焦回收槽收集，经过旋风分离的气体产物再经过冷凝器冷凝，气体产物中的焦油组分受冷凝结，得到的焦油进入焦油回收槽收集，气体产物再经过浸在冰水浴池里的丙酮洗瓶收集未被冷凝器冷凝出来的焦油，最后气体经过湿式流量计后在集气仓内收集，集气仓与气相色谱分析仪连接在线分析气体成分。

所述气体流量为200ml/min～300ml/min。

所述外部加热器的温度的为500～900℃，所述气体预热器的温度为200～300℃，所述蒸汽发生器的温度为120～150℃，所述混合预热器的温度为300℃。

所述废机油与催化剂的混合比例为10：0.4～10：0.8，所述催化剂为直径1～3mm的金属氧化物或过度金属氧化物，如Fe₂O₃。在催化剂的作用下催化热解废机油，可以得到高品质的焦油，所使用的催化剂还可为经过预处理后粒径为1至3mm的赤泥、膨润土，不仅可以实现废机油的催化热解，而且还能达到以废治废的目的，在处理废机油的同时也处理了废物。

本发明的有益效果在于：

1、能够实现废机油的无害化处理，得到高品质的焦油与热解气。

2、本装置可在反应器本体温度上升到预定温度后再进料，实现废机油的快速受热，有利于焦油的产生。

3、实现连续进料，废机油处理量大。

4、本装置内设有中心轴与搅拌叶片，废机油在热解过程中受热均匀，热解完全、效率高以及产物产率高，并且在搅拌叶片的作用下反应器本体不易发生堵塞。

5、催化剂与废机油混合进料，接触面积大，原位催化热解废机油。

6、产物回收效率高，气体产物先进过旋风分离器除去半焦等杂质，焦油经过冷凝器和丙酮洗瓶得到高效回收，最后可在线分析气体产物的成分。

附图说明

图1为本发明所述的废机油热解装置的结构示意图。

图2为本发明所述的废机油热解装置的反应器本体、中心轴以及搅拌叶片结构示意图。

图3为本发明所述的废机油热解装置的中心轴的结构示意示意图。

图4为本发明所述的废机油热解装置的搅拌叶片结构示意图。

图中标记为：气瓶1、气体质量流量计2、气体预热器3、水槽4、平流泵5、蒸汽发生器6、混合预热器7、电机8、原料槽9、进料器10、外部加热器11、石英棉12、反应器本体13、中心轴14、搅拌叶片15、压力表16、温度显示表17、出料收集槽18、旋风分离器19、半焦回收槽20、冷凝器21、焦油回收槽22、冰水浴池23、丙酮洗瓶24、湿式流量计25、集气仓26、气相色谱分析仪27，轴承28，出料阀29。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。

首先需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图1到图4所示，本发明所述的一种废机油热解装置，组成元件包括供气系统、进料系统、热解反应系统、产物检测和回收系统。组成元件的具体结构和连接关系为：

所述供气系统包括气瓶1、气体质量流量计2、气体预热器3、水槽4、平流泵5、蒸汽发生器6以及混合预热器7，它们之间均通过直径为3～5mm的不锈钢导气管连接，所述气瓶1与气体质量流量计2连接，气体质量流量计2通过导气管与气体预热器3连接，水槽4与平流泵5连接，平流泵5与蒸汽发生器6连接，蒸汽发生器6与气体预热器3出口管道连接，气体预热器3的出口管道与混合预热器7连接，混合预热器7通过管道连接到反应器本体13内。

所述进料系统包括原料槽9和进料器10，原料槽9的底端直接与进料器10焊接，进料器10的末端为直径10mm的不锈钢管直接通入反应器本体13内，再与反应器本体13连接的地方焊接以保证气密性。

所述热解反应系统包括外部加热器11、反应器本体13、电机8、中心轴14以及搅拌叶片15。所述反应器本体13与进料器10焊接，所述固定搅拌叶片15固定在中心轴14上，中心轴14与电机8连接，反应器本体13被外部加热器11包覆在其中心，在外部加热器11加热壁与反应器本体13外壁中间有一层石英棉12，中心轴14与反应器本体13中间通过轴承28连接，中心轴14与轴承28的连接方式为过渡配合。

所述产物检测与回收系统包括压力表16、温度显示表17、出料收集槽18、出料阀29、旋风分离器19、半焦回收槽20、冷凝器21、焦油回收槽22、冰水浴池23、丙酮洗瓶24、湿式流量计25、集气仓26以及气相色谱分析仪27，压力表16位于反应器本体13的右侧上端，压力表16与反应器本体13焊接，温度显示表17与热电偶连接，热电偶位于反应器本体13的外壁。出料收集槽18位于热解反应系统的右下方，与反应器本体13通过一根焊接有出料阀29且直径为10mm的不锈钢管焊接。旋风分离器19、冷凝器21、丙酮洗瓶24、湿式流量计25，集气仓26以及气相色谱分析仪27依次通过直径5mm的硅胶管连接，半焦回收槽20位于旋风分离器19的下端，半焦回收槽20通过直径20mm的不锈钢管与旋风分离器19连接，焦油回收槽22位于冷凝器21的下端，焦油回收槽22通过直径5mm的硅胶管与冷凝器21连接。丙酮洗瓶24置于冰水浴池23内。集气仓26与气相色谱分析仪27连接进行在线分析气体成分。

所述反应器本体13为直径200mm，长350mm，厚5mm，材质为不锈钢，在其左侧面的上方具有一直径为10mm的孔，用于与进料器10焊接，在左侧面下方具有一直径为5mm的气孔，用于与进气的管道焊接，在其左侧面中间有一直径60mm的孔，用于焊接轴承28，轴承28的外径60mm，内径40mm；在反应器本体13右上方和右下方均具有直径10mm的孔，上方的孔用于连接出气管道，下方的孔用于连接到出料仓，在反应器本体13右侧面上方具有一直径5mm的气孔，用于与压力表16焊接，反应器本体13被外部加热器11包覆在其中心，在外部加热器11加热壁与反应器本体13外壁中间具有一层厚5mm的石英棉12。

所述中心轴14直径为40mm，长280mm，材质为实心不锈钢，中心轴14的最左端具有长50mm的六棱柱，用与电机8咬合，中心轴14上从左端开始在90mm、180mm、270mm处每一个位置具有两个对称的外径为10mm的螺丝孔，用于固定搅拌叶片15，中心轴14与电机8的连接方式为棱形咬合。

所述搅拌叶片15材质均为不锈钢，所有尺寸及形状均相同，长60mm，厚3mm，宽40mm，在宽度方向上中点处焊接有外径为10mm螺杆，用于与中心轴14上的螺丝孔连接。

实施例2

一种适合于所述废机油热解装置的热解方法，根据实施例1所述的连接方式将废机油热解装置连接，气瓶1内的气体优选为氮气，即在氮气气氛下热解废机油，取气体流量200ml/min，首先检查装置的气密性，关闭出料阀29，将气体预热器3的温度调节到300℃，蒸汽发生器6的温度调节到120℃，混合预热器7的温度为300℃，外部加热器11的温度为500℃，当所有调节的温度上升到调节温度后，打开电机8，再将500ml废机油加入原料槽9，废机油经进料器10进入反应器本体13开始热解反应，得到的产物中焦炭约56.4％，焦油约33.8％，气体产物约占9.2％。

实施例3

一种适合于所述废机油热解装置的热解方法，根据实施例1所述的连接方式将废机油热解装置连接，气瓶内的气体优选为氮气，即在氮气气氛下热解，取氮气流量200ml/min，首先检查装置的气密性，关闭出料阀29，将气体预热器3的温度调节到300℃，蒸汽发生器6的温度调节到120℃，混合预热器7的温度为300℃，外部加热器11的温度为600℃，当所有调节的温度上升到调节温度后，打开电机8；催化剂为Fe₂O₃粉末，将Fe₂O₃研磨至1～3mm，催化剂与废机油500ml混合进料，废机油与催化剂的比例为10：0.4，得到热解产物中焦炭约47.5％，焦油约45.4％，气体产物约7.1％。

工作原理及过程：

一种废机油热解装置和热解方法，首先打开气瓶1，并调节气体质量流量计2控制流量，气体先进入反应器将反应器本体内的空气除尽，打开外部加热器11、气体预热器3、蒸汽发生器6、混合预热器7并分别调节温度，调节温度完成后，待温度均上升到目标温度后即可开始进料；将废机油与催化剂装入原料槽9，打开平流泵5，水槽4内的水经平流泵5和蒸汽发生器6后进入混合预热器7混合并预热，机油与催化剂从进料器10进入已经处于状态的反应器本体13内开始热解反应，与此同时，电机8带动搅拌中心轴14及搅拌叶片15旋转，在搅拌叶片15的作用下废机油均匀快速受热并开始发生热解反应，废机油中的大分子有机物受热分解为小分子烷烃、烯烃以及芳香烃等，催化剂的存在降低了大分子断裂所需的活化能从而加快分解速度；热解气体产物首先在旋风分离器19内分离其中所含的半焦，分离出来的半焦由半焦回收槽20收集，经过旋风分离的气体产物再经过冷凝器21冷凝，气体产物中的焦油组分受冷凝结，得到的焦油进入焦油回收槽22收集，气体产物再经过浸在冰水浴池23里的丙酮洗瓶24收集未被冷凝器冷凝出来的焦油，最后气体经过湿式流量计25后在集气仓26内收集，集气仓26与气相色谱分析仪27连接在线分析气体成分。

特别说明的是，本发明所述气瓶1、气体质量流量计2、气体预热器3、平流泵5、蒸汽发生器6、混合预热器7、进料器10、压力表16、温度显示表17、旋风分离器19、冷凝器21、湿式流量计25、气相色谱分析仪27以及出料阀29，均为通用标准件或者从事本领域的相关技术人员熟知的部件，这些部件或仪器均可以查询相关手册或标准得知。本发明的主要目的是提供了一种废机油热解装置和热解方法，可以连续进料，催化剂与废机油混合进料原位催化热解废机油获得高品质的热解产物，无害化处理废机油的同时回收能源。

特别说明的是，本发明所述水槽4、原料槽9、出料收集槽18、半焦回收槽20、焦油回收槽22以及集气仓26材质均为不锈钢，它们尺寸大小可根据试剂进料量大小来取最优尺寸。