一种新型废塑料裂解反应釜的研究与设计

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反应釜是废塑料裂解过程中的关键设备之-，到目前为止，关于反应釜的研究很多，国外的有恒温式搅拌釜、流化床式反应釜和管式反应釜。恒搅拌反应釜根据运行的连续性可分为间歇式和连续式，间歇式反应釜工作不连续，能耗较高，生产效率低，频繁开停炉存在安全隐患，所以该工艺现在基本已淘汰；连续式反应釜虽然解决了连续进料、反应传热、连续排渣3个主要问题，提高了反应的安全性和效率，但是在塑料裂解过程中会产生大量的重油和石蜡，这些产品利用率低。流化床具有良好的传热、传质性能，且反应停留时间短，加热效率高，但是国内外流化创应器大多处于试验研究阶段，工业化成功案例较少 ，而且反应过程中容易出现灰渣黏结成块的情况，导致失流化”故障，裂解油气中含尘率较高，设备管理复杂，投资较大，尚未形成成熟的流化床裂解制油工艺flI。国内的反应釜以专利为最多，主要有文献闭发明的离心刮板成膜热裂解反应装置，该专利主要描述的是-种螺旋加热反应釜装置，该反应釜分为三大部分：低温反应区、高温反应区和碳化区，然而本装置有-个最大的缺点在于废塑料的受热不均匀，造成裂解后生成的产物比重无法控制。文献目发明的-种废塑料炼油裂解釜，虽然提供了-种结构简单、传热面积大且物料受热均匀的卧式废塑料炼油裂解釜，但是它无法克服间断生产这个弊端，因为它在排碳过程中需要停机，利用专门的清理机构进行炭黑的清理，这样会造成巨大的热量浪费。

针对 目前国内外反应釜存在的诸多问题，设计了-种新型的废塑料裂解反应釜，为实现废塑料回收设备小型化、连续生产、提高油品质量、减少能耗等奠定了基矗2反应釜的结构形式废塑料裂解原理分为四种：热解法、催化裂解法、热解-催化改质法和催化热解-催化改质 。反应釜的设计采用了热解-催化改质法，热解-催化改质法是指先将废塑料加热熔融裂解，然后将热裂解气通人到催化罐中进行催化改质的方法。这种方法与其他三种相比，不但会产生优质的油品，而且催化剂的反复使用率最高，从而节约成本，所以这种方法应用的最为广泛。

根据废塑料裂解原理，可以设计反应釜结构，如图 1所示。

反应釜结构由反应釜外壳、搅拌器和刮板三部分组成，搅拌器需要电机驱动，刮板固定在搅拌器上，跟随搅拌器-起转动。

反应釜的工作原理是从注塑机出来的熔融废塑料，沿搅拌来稿日期：2012-03-24基金项目：产品包装与物流广东普通高校重点实验室开放基金资助(2011005)；高校青年教师培养资助计JI(B.37-0109-11-003)作者简介：丁亚峰(1987-)，男，河南许昌人，硕士，研究方向：环保机械、机械设计等；黄秀玲，(1978-)，女，山东青岛人，博士，讲师，研究方向：环保机械、包装技术等第1期 丁亚峰等：-种新型废塑料裂解反应釜的研究与设计 21器流下，通过右边的刮板将其摊薄，由于反应釜底部具有非常高的温度，熔融塑料又很薄，所以废塑料会瞬间汽化裂解 ，变成气态 ，从而进人到催化剂罐中，进行改质。反应釜中的刮板由两部分组成，其功能不同。右边的那部分用来摊薄熔融废塑料，有局部视图可以看出，它与反应釜底部有-定的间距；左边部分是用来清理裂解产物碳黑，与反应釜底部没有间距，由于反应釜底部有-定的倾角，炭黑会由于重力的作用滑动到反应釜底部侧面，通过出碳口排出反应釜。

1反应釜外壳；2搅拌器；3刮板；4出碳口图 1反应釜的平面结构图Fig.1 The Plane Structure Of Reactor反应釜的优点在于：(1)利用刮板的方式，克服了停机清理炭黑的弊端，实现了连续的生产。

(2)由于熔融废塑料被摊平后会瞬间被裂解气化，所以不会出现结碳现象。

3反应釜机械结构的设计在我国目前的废塑料垃圾中，聚乙烯(PE)占46%，聚丙烯(PP)占 28%，聚苯乙烯(ps)占 18%，这三种废塑料是最常见的[51。

3.1反应釜的技术参数反应釜设计之前，首先要明确-些技术参数，这些相关的技术参数有：-天的工作时间T，-天处理废塑料的量 ，反应釜底部的温度。由于要求反应釜能够连续生产并能实现快速裂解，所以根据实际生产需要确定T为 20h，M为 1t，反应釜底部的温度根据数据进行确定，如表 1所示。由表 1可以看出常见的几种废塑料裂解温度-般都在(450 500)%之间，所以反应釜底部的温度要设计为500%。

表 1常见的几种废塑料裂解温度及其产物Tab.1 The Pyrolysis Temperature and Productof Several Common Waste Plastics3.2反应釜的结构设计3.2.1反应釜底部倾角的设定废塑料裂解会产生大概为(5-10)%碳粉和残渣，如果不及时把这些残渣清理出反应釜，不但影响裂解的速度，而且无法实现连续生产，所以要对反应釜设置-定的倾角，使得残渣在重力和刮板的综合作用下沿反应釜的边缘被及时清理出去，并便于收集。倾角的存在不但可以减少内部体积，使得能量损失减少，而