一种废塑料的处理方法和装置与流程

本发明涉及一种废塑料的处理方法和装置，涉及废塑料加工利用。

背景技术：

1、废塑料是指民用、工业中使用过且最终淘汰或替换下来的塑料，废塑料的不当处理会造成严重的白色污染。目前，对废塑料的处理方法包括物理回收、化学回收和能量回收，其中，物理回收也称机械回收，一般是将废塑料通过分拣破碎成型后重新生产塑料制品，但该方法对原料分拣精细度要求较高，重新生产的塑料制品质量较差，回收利用的次数有限；能量回收是以焚烧的方式回收热量，但燃烧过程中会产生大量有害气体，造成二次污染；化学回收是通过裂解或气化技术，将废塑料中的有机成分转化成小分子烃，化学回收具有如下优势：1)化学回收可以处理混合、污损或经多次物理再生后的废塑料，原料的选择范围较广；2)化学再生塑料与以化石原料生产的“一次塑料”品质相当，可应用于对质量、卫生状况和性能要求更高的医疗、食品等领域；3)能将废塑料转化为化工原料，进而再次生产塑料，实现真正的循环利用；4)相对于能量回收，化学回收相可碳减排较少，因此，化学回收作为废塑料回收处理的方法之一。

2、废塑料裂解是指以废塑料为原料，经高温热解或催化裂解后得到裂解油，裂解油经过精制，用于生产清洁燃料或化工原料，实现废塑料的回收。化学回收处理原料主要为不能进行物理回收或者经过多次物理回收的混合废弃物，成分复杂、来源多元化且含有大量污杂物，这些杂质对裂解过程以及裂解油的品质有着重大影响。

3、随着聚氯乙烯的普遍应用以及塑料加工过程中含氯改性剂的使用，废塑料中不可避免地会含有氯元素，在裂解过程中会生成大量的氯代烃，会对下游单元造成设备腐蚀、催化剂中毒以及氯化铵堵塞等问题，因此，需要对废塑料裂解过程中产生的氯进行脱除，使得裂解产物中的氯含量控制在一定范围内。

4、催化裂化是炼油工业中最重要的二次加工过程，fcc催化剂作为催化裂化的重要组成部分，失活或者发生破碎的fcc催化剂即为fcc废催化剂，随着石油资源的重质化和劣质化，fcc催化剂的置换周期明显缩短，催化剂及工艺成本显著提高，而且废催化剂中含有的有害重金属及催化剂悬浮颗粒会对土壤、水以及空气造成一定的污染，如何对fcc废催化剂进行有效的回收利用，也是本领域技术人员持续关注的热点之一。

技术实现思路

1、本发明提供一种废塑料的处理方法，用于提高裂解油的收率，降低裂解油中的氯含量，减轻后续精制的压力和负荷，满足下游工序对裂解产物馏程及性质的要求限制，同时实现fcc废催化剂的回收利用。

2、本发明还提供一种废塑料的处理装置，用于实现上述处理方法。

3、本发明第一方面提供一种废塑料的处理方法，采用依次连通的挤出单元、第一裂解单元和第二裂解单元进行，所述挤出单元包括排气口，所述第一裂解单元包括气体输入口和气体输出口，所述第二裂解单元内部装载有fcc废催化剂，所述处理方法包括如下步骤：

4、对废塑料进行预处理，并将预处理后的废塑料输入至挤出单元进行挤出处理，将挤出处理过程中产生的气体经所述排气口排出；

5、将所述挤出单元输出的第一物料输入至第一裂解单元内进行第一裂解处理，所述第一裂解处理在无氧条件下进行，通过所述气体输入口向所述第一裂解单元内输入保护气体，对所述第一物料进行吹扫，并通过所述气体输出口排出所述第一裂解处理过程中的气体；所述第一裂解单元内的温度为220-380℃，并至少包括两个温区，靠近输入口一侧的温区的温度低于靠近输出口一侧的温区的温度，且相邻两个温区的温差不低于20℃；

6、将所述第一裂解单元输出的第二物料输入至第二裂解单元进行第二裂解处理，所述第二裂解单元内的温度为420-550℃，第二裂解处理后得到处理产物。

7、本发明提供的方法，使用连续式反应器对废塑料依次进行挤出处理以及两段裂解处理，相比釜式间歇反应器，有助于降低操作难度，提高稳定性；具体处理过程中，首先对废塑料进行预处理，去除废塑料表面的杂质和油脂，接着将废塑料输入至挤出单元内进行挤出处理，处理过程中，废塑料会分解释放部分氯化氢，并通过排气口及时排出；最后，对第一物料依次进行第一裂解处理和第二裂解处理，并且在第一裂解处理过程中，通过分区升温的方式，控制废塑料中含氯化合物逐渐分解，并搭配保护气体吹扫，避免分解出的hcl气体与废塑料裂解产物重新结合再次生成有机氯化物；第二裂解处理主要对废塑料进行深度裂解，同时第二裂解处理在fcc废催化剂催化下进行，不仅能够对废塑料进行催化裂解，提高废塑料的裂解能力，而且能够有效吸附废塑料裂解过程中产生的hcl以及其他杂质如硅、fe等，避免hcl与裂解产物重新结合生成有机氯，实现hcl及有机氯的吸附脱除，并实现fcc废催化剂的回收利用。因此，通过本发明提供的方法，可提高裂解油的收率，降低裂解油中的氯含量，减轻后续精制的压力和负荷，满足下游工序对裂解产物馏程及性质的要求限制，同时实现fcc废催化剂的回收利用。

8、在一种具体实施方式中，该处理方法采用依次连通的挤出单元、第一裂解单元和第二裂解单元进行，第一裂解单元和第二裂解单元可以为相互独立的反应单元，也可以为同一反应单元内的不同分区，其中，挤出单元包括排气口，第一裂解单元包括气体输入口和气体输出口，第二裂解单元内部装载有fcc废催化剂，以下对处理过程进行详细阐述：

9、步骤1、对废塑料进行预处理，并将预处理后的废塑料输入至挤出单元进行挤出处理；

10、废塑料包括化学工业中使用过的袋、桶、纺织工业中的容器，家电行业中的包装材料，建筑行业中的建材、管材，罐装工业中的收缩膜，食品加工中的包装袋，农业中的地膜，汽车分解料，也可以是生活垃圾等；主要成分包括聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)中的一种或两种，还可以包括聚氯乙烯(pvc)，但考虑到废塑料裂解产物的品质及加工需要，废塑料中pvc含量不高于20％，进一步地，pvc含量不高于10％，例如1％、2％、3％、5％、8％、10％。

11、首先对废塑料进行预处理，预处理包括破碎处理和清洗处理，具体地，可采用常规的破碎机，将废塑料破碎为20-50mm的塑料片状或颗粒；清洗处理可在沉淀池内进行水洗，以去除附着在废塑料表面的泥浆、金属杂质和油脂，具体地，废塑料和水的质量比为1：10-10：1，清洗后的废塑料经过滤后干燥，干燥后的废塑料水含量控制在3％以下。

12、其次，将预处理后的废塑料输入至挤出单元内进行挤出处理，输入过程可采用自动输入或手动输入，本发明对此不做进一步限制。挤出处理可在挤出机内进行，挤出机温度控制在120-220℃，具体地，挤出机可分为加料段、压缩段和挤出段，其中，加料段的温度控制在120-180℃，使得废塑料进入挤出机软化但不在螺杆上产生粘连，压缩段和挤出段的温度控制在180-220℃，使得废塑料全部熔融为流动态，同时，在该温度下，确保废塑料中的pvc达到初步分解温度，分解部分pvc；挤出机的螺杆转速可根据后续裂解反应空速进行调整。

13、当废塑料中包括pvc时，pvc在挤出处理过程中会初步分解并释放出hcl，因此，需要将挤出处理过程中产生的气体经排气口排出。此外，为了吸收释放出的hcl，避免环境污染，可对挤出处理过程中产生的气体进行收集并吸收至吸收液中，吸收液可以是naoh溶液，也可以是石灰乳等ph≥7的溶液。

14、步骤2、将所述挤出单元输出的第一物料输入至第一裂解单元内进行第一裂解处理；

15、采用连续反应的方式，将步骤1处理结束后的第一物料输入至第一裂解单元内进行第一裂解处理，第一裂解单元可以为卧式反应炉，第一裂解单元内的温度控制为220-380℃，主要用于分解废塑料中的部分pvc，进一步地，第一裂解单元内的温度控制为250-350℃。

16、在第一裂解处理过程中，为了使废塑料裂解产生的hcl脱除，第一裂解处理在保护气体吹扫下进行，具体地，通过所述气体输入口向所述第一裂解单元内输入保护气体，对第一物料进行吹扫，并通过所述气体输出口排出所述第一裂解处理过程中的气体，以降低分解物与hcl再次结合生成有机氯的机会，也避免hcl和水蒸汽结合生成盐酸对装置造成腐蚀，保护气体可以为n2。

17、为了吸收第一裂解处理过程中释放出的hcl避免环境污染，将第一裂解处理过程中产生的气体输入至吸收液中，所述吸收液的ph≥7。

18、为了使得废塑料能缓慢分解而且能在保护气体吹扫下及时脱除hcl，所述第一裂解单元内至少包括两个温区，温区沿第一裂解单元输入口一侧至输出口一侧依次分布，且靠近输入口一侧的温区的温度低于靠近输出口一侧的温区的温度，相邻两个温区的温差不低于20℃；例如，从第一裂解单元输入口至输出口一侧，共包括第一温区、第二温区和第三温区，第一温区的温度为t1，第二温区的温度为t2，第三温区的温度为t3，220℃≤t1＜t2＜t3≤380℃，且t2-t1≥20℃，t3-t2≥20℃。

19、步骤3、将所述第一裂解单元输出的第二物料输入至第二裂解单元进行第二裂解处理；

20、采用连续反应的方式，将第一裂解处理结束后的第二物料输入至第二裂解单元进行第二裂解处理，第二裂解单元可以为卧式反应炉，第二裂解单元内的温度控制为420-550℃，并保持无氧或缺氧环境，主要用于pe、pp等其他废塑料裂解，同时也有部分未完全分解的pvc。

21、为了提高废塑料的裂解能力并对第二裂解过程中产生的hcl及其他杂质进行吸附脱除，防止hcl与裂解产物重新结合生成有机氯，第二裂解处理在fcc废催化剂的环境下进行，所述fcc废催化剂为废弃的fcc催化剂。考虑到fcc废催化剂的使用效率，所述fcc废催化剂的使用次数不高于4次。

22、第二裂解单元处理后即可得到废塑料的处理产物，处理产物可进入其他单元进行加工或切割为不同的馏分与其他馏分油进行混炼加工，具体根据本领域常规技术手段以及实际需要进行即可；例如，对处理产物进行气液分离，气相成分经冷凝脱酸分离得到低碳烃，液相成分进入下游精制工艺，分成汽油馏分、柴油馏分、尾油馏分，还可以分成更细的馏分段，馏分段的温度区间根据需要设定。

23、综上，本发明提供的方法，对废塑料依次进行预处理、挤出处理以及两段裂解处理，并且在挤出处理和第一裂解处理过程中，排出产生的气体，在第二裂解处理过程中使用fcc废催化剂，可提高裂解油的收率，降低裂解油中的氯含量，减轻后续精制的压力和负荷，满足下游工序对裂解产物馏程及性质的要求限制，同时实现fcc废催化剂的回收利用。

24、本发明第二方面提供一种实现上述任一所述方法的装置，所述装置包括预处理单元、挤出单元、第一裂解单元、第二裂解单元和加热单元，其中：

25、所述预处理单元用于对废塑料进行预处理；

26、所述挤出单元包括物料输入口和物料输出口，所述挤出单元的物料输入口用于输入预处理后的废塑料，所述挤出单元的物料输出口与所述第一裂解单元的输入口连通，所述第一裂解单元的输出口与所述第二裂解单元的输入口连通，所述第二裂解单元的输出口用于输出处理产物；

27、所述挤出单元还包括排气口，用于排出挤出处理过程中产生的气体；

28、所述第一裂解单元包括物料输送器、气体输入口和气体输出口，所述物料输送器用于输送第一裂解单元内的物料至输出口，所述气体输出口用于向所述第一裂解单元内输送保护气体，所述气体输出口用于排出第一裂解过程中的气体；

29、所述第二裂解单元内设置有催化剂存储器，所述催化剂存储器内部存储有fcc废催化剂；

30、所述加热单元用于控制所述第一裂解单元和第二裂解单元内的温度，并实现第一裂解单元内包括至少两个温区。

31、在一种具体实施方式中，图1为本发明一实施例提供的处理装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括预处理单元、挤出单元1、第一裂解单元21、第二裂解单元22和加热单元，以下对各个单元进行详细阐述：

32、预处理单元用于对废塑料进行预处理，具体地，预处理单元包括破碎单元和清洗单元，分别用于对废塑料进行破碎和清洗，破碎单元具体为破碎机，清洗单元可以为沉淀池。

33、挤出单元1包括物料输入口和物料输出口，预处理单元处理后的废塑料通过物料输入口进入挤出单元1，可以理解，预处理单元可以和挤出单元1连通，使预处理后的废塑料直接进入挤出单元1，也可以分别设置，通过人工或机器将预处理单元处理后的废塑料搬运至挤出单元1进行挤出处理。

34、挤出单元1具体可以为带有排气口的挤出机。此外，为了吸收释放出的hcl，避免环境污染，该装置还包括吸收单元，吸收单元与排气口连通，用于吸收挤出单元排出的hcl。

35、挤出单元1的物料输出口与第一裂解单元21的输入口连通，第一裂解单元21的输出口与第二裂解单元22的输入口连通，使得挤出处理后的废塑料连续通过第一裂解单元21和第二裂解单元22进行裂解。图2为本发明一实施例提供的第一裂解单元和第二裂解单元的结构示意图，图3为本发明又一实施例提供的第一裂解单元和第二裂解单元的结构示意图，如图2、3所示，第一裂解单元21和第二裂解单元22可以为两个独立的裂解单元，也可以一个裂解单元内的两个分区，第一裂解单元21和第二裂解单元22可以为卧式反应炉。

36、由于进入第一裂解单元21内的第一物料为粘稠膏状，第一裂解单元21内设置有物料输送器212，用于输送第一裂解单元21内的物料至输出口，物料输送器212可以为螺旋桨，推动物料按一定速度沿着螺旋桨前进，并从输出口输出。

37、加热单元与第一裂解单元21连接，用于控制第一裂解单元21内的温度，并实现第一裂解单元21内包括至少两个温区；例如，继续参考图2，通过加热单元对第一裂解单元21进行加热，使第一裂解单元21内包括三个温区，第一温区的温度为t1，第二温区的温度为t2，第三温区的温度为t3，三个温区的温度要求如前所述。

38、为了使pvc裂解产生的hcl排出，所述第一裂解单元21设置有气体输入口213和气体输出口214，气体输入口213用于向第一裂解单元21内输送保护气体，气体输出口214用于收集第一裂解处理过程中的气体。

39、为了避免第一裂解单元输出的气体环境污染，气体输出口214与吸收单元连通，吸收单元内存储有吸收液，用于吸收气体输出口214排出的气体。

40、第二裂解单元22的输入口与第一裂解单元21的输出口连通，第二裂解单元22内设置有催化剂存储器221，催化剂存储器221和第二裂解单元22的轴向方向重叠，并保持一定的转速，推动第二裂解单元22内的物料向输出口方向移动。

41、所述催化剂存储器221内部存储有fcc废催化剂，对第二裂解单元22内的物料进行裂解，并对第二裂解过程中产生的hcl及有机氯进行吸附脱除，还可实现fcc废催化剂的利用，降低废塑料处理成本。

42、进一步地，所述催化剂存储器221的内径为d1，第二裂解单元22的内径为d2，1/2≤d1/d2≤2/3，在实现催化剂与有机氯结合的基础上，避免废塑料结焦堵塞fcc废催化剂存储器。

43、此外，所述第二裂解单元22内设置有清洁器222和废料输出口223，所述清洁器222设置在第二裂解单元22的内壁，所述废料输出口223设置在第二裂解单元22靠近出口的底壁，用于排出第二裂解处理过程中产生的废渣；清洁器323具体可以为刮板，清除残留在第二裂解单元22内的残渣，并通过废料输出口223排出，一般在5-10h排渣一次。

44、考虑到裂解过程的连续化，避免fcc废催化剂装卸影响废塑料的处理进程，可以设置并联的裂解单元，两个裂解单元内均装载有fcc废催化剂，一开一备，当需要对fcc废催化剂进行更换时，使用备用的裂解单元进行废塑料处理；具体地，当第一裂解单元21和第二裂解单元22相互独立时，可以设置两个并联的第二裂解单元22，当需要更换fcc废催化剂时，将第一裂解单元21的输出口与备用的第二裂解单元22连通，当第一裂解单元21和第二裂解单元为同一反应器的不同分区时，则需要设置并联的反应器，当需要更换fcc废催化剂时，将挤出单元1的物料输出口与备用的第一裂解单元和第二裂解单元连通，使用备用的第一裂解单元和第二裂解单元进行废塑料的处理。

45、上述装置还可包括气液分离单元，气液分离单元的输入口与第二裂解单元的输出口连通，用于对第二裂解单元22输出的处理产物进行气液分离，气液分离单元输出的气相可冷凝脱酸，分离出低碳烃，液相可进行分馏处理，例如，分成汽油馏分、柴油馏分、尾油馏分，还可以分成更细的馏分段，本发明对此不做进一步限定。

46、综上，本发明提供的装置，可用于废塑料的处理，并提高裂解油的收率，降低裂解油中的氯含量，减轻后续精制的压力和负荷，满足下游工序对裂解产物馏程及性质的要求限制，同时实现fcc废催化剂的回收利用。