CN108864477A - 一种废弃塑料混合水解装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废弃塑料混合水解装置及方法，包括：高压水解系统，配置为对废弃塑料进行水解处理；废弃塑料粉碎系统，配置为将废弃塑料粉碎并输送到高压水解系统中；配料泵送系统，包括混合器、高压泵送系统和预热系统，混合器与高压泵送系统连接，高压泵送系统与预热系统连接，预热系统与高压水解系统的进料口相连，配置为将水、母液和醇的配料从混合器泵送到预热系统，经预热后输送到高压水解系统中；本发明充分利用醇对于高分子塑料的降解特性，以及水作为绿色反应介质的特殊优势，将两者有机结合，共同作为废弃塑料的降解试剂，使废弃塑料在相对简单的体系中，以及相对较低的温度条件下就发生降解反应。

Description

一种废弃塑料混合水解装置及方法

技术领域

本发明涉及一种废弃塑料混合水解装置及方法，尤其涉及废弃塑料在高温高压条件下利用水和醇作为处理试剂进行降解的装置及处理方法，属于环境保护领域。

背景技术

从二十世纪初开始，人类就已进入高分子合成材料时代。其中，高分子塑料由于具有质轻、价廉、绝缘、隔热、耐腐烛、美观、实用、易加工成型等优异特性，大量代替金属、木材、纸张、陶瓷等材料，广泛应用于国民经济及生产生活的各个领域。随着塑料产品的应用范围不断扩张，废弃塑料的产生量急剧增长。这些很难自然降解的塑料垃圾己对城市、农村、海洋、湖泊等构成不同程度的污染，产生了波及全球的“白色污染”。不仅严重影响自然环境和市容卫生，造成“视觉污染”，而且对生态环境造成长期的潜在危害。目前，废弃塑料的处理已成为全球性的问题。

采用甲醇、乙醇、胺（氨）、苯、甲苯、二甲苯、四氢呋喃、二元醇等有机试剂在一定温度和压力条件下对废弃塑料进行降解处理，可以有效地将废弃塑料降解为有潜在利用价值的较小分子。但由于该类有机试剂成本较高，且其本身具有一定的环境危害性，如苯、二甲苯、四氢呋喃等试剂就是重要的环境污染物质。此外，由于废弃塑料组分复杂，降解后的产物亦呈现多种有机分子共存的状态，而这些有机分子将可能与所用的降解试剂发生相互作用，不利于降解后产物的分离使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供了一种废弃塑料在高温高压条件下采用水和醇混合试剂进行降解处理的装置及方法，使废弃塑料在相对简单的体系中，以及相对较低的温度条件下就发生降解反应，以解决现有技术存在的不足。

本发明的技术方案是：一种废弃塑料混合水解装置，包括：

高压水解系统，配置为对废弃塑料进行水解处理；

废弃塑料粉碎系统，其与高压水解系统的进料口连通，配置为将废弃塑料粉碎并输送到高压水解系统中；

配料泵送系统，包括混合器、高压泵送系统和预热系统，混合器与高压泵送系统连接，高压泵送系统与预热系统连接，预热系统与高压水解系统的进料口相连，配置为将水、母液和醇的配料从混合器泵送到预热系统，经预热后输送到高压水解系统中。

还包括减压分离系统，所述减压分离系统的进料端与所述高压水解系统的出料口连通，适于将水解后的产物减压分离为气体、液体和固体。

还包括吸收净化设备，所述吸收净化设备与所述减压分离系统连接，适于将经所述减压分离系统减压分离后的气体进行吸收净化处理。

还包括沉降处理设备，所述沉降处理设备与所述减压分离系统连接，适于将经所述减压分离系统减压分离后的液体和固体进行沉降处理。

还包括分离纯化设备，所述分离纯化设备与所述沉降处理设备连接，适于将经所述沉降处理设备处理后的液体进行分离纯化处理。

还包括循环输送系统，所述循环输送系统的进料端与所述分离纯化设备连接，而出料端与所述高压泵送系统连接，适于将经所述分离纯化设备分离后的母液循环输送给所述混合器。

所述高压水解系统为高压反应釜。

本发明还提供一种利用所述废弃塑料混合水解装置进行废弃塑料混合水解的方法，包括以下方法：

（1）水解物料进料

第一步：利用废弃塑料粉碎系统按要求对需要处理的废弃塑料进行粉碎处理，并将所得粉碎后的塑料颗粒进入到高压水解系统；

第二步：利用混合器将水、醇、循环母液按照一定质量比例进行混合；

第三步：利用高压泵送系统将水解反应所需要的水/醇/循环母液混合试剂进入到预热系统，经过预热系统预热后进入到高压水解系统；

（2）混合水解反应

第一步：开启高压水解系统的加热和搅拌设施，使高压釜反应器内部的温度达到设定值后保持恒定；

第二步：通过催化剂进口加入混合水解反应所需要的催化剂，加完后关闭催化剂进口，开始废弃塑料的混合水解反应；

第三步：废弃塑料的混合水解过程结束后，停止对高压水解系统进行加热，继续搅拌，使混合水解产物温度自然冷却至降温；

（4）反应物料分离

第一步：水解产物温度自然冷却后，停止高压水解系统的搅拌设施，并将其转入减压分离系统，通过减压阀将体系压力减至常压后，将气体分离出来，并通过吸收净化设备对所得气体进行处理后排空；

第二步：除去气体的剩余物料被引入到沉降处理设备，通过一定时间的沉降处理后将上清液进入分离纯化设备进行纯化处理，使目标降解产物得以纯化和收集，而剩下的母液通过循环输送系统输送到高压泵送系统中循环套用；

第三步：除去液体后的残余固体主要为无机固体残渣，通过填埋等常规方法对其进行处理。

本发明的有益效果是：本发明充分利用醇对于高分子塑料的降解特性，以及水作为绿色反应介质的特殊优势，将两者有机结合，共同作为废弃塑料的降解试剂，使废弃塑料在相对简单的体系中，以及相对较低的温度条件下就发生降解反应。经过降解处理后，目标降解组分得以纯化收集并回收利用，母液则循环套用，所产生的其他组分均实现妥善处理。与现有技术相比，本发明的具体优点如下：

（1）以水和醇的混合物作为废弃塑料的处理试剂，减少了甲醇、乙醇、胺（氨）、苯、甲苯、二甲苯、四氢呋喃、二元醇等传统有机试剂的用量，不但可以使废弃塑料在一定温度和压力条件下被降解为较小的分子而回收利用，还可以减少传统有机试剂对人体的危害和对环境造成二次污染。

（2）充分利用醇对高分子塑料的降解特性，以及水作为绿色反应介质的特殊优势，将两者有机结合，共同作为废弃塑料的混合水解试剂，使废弃塑料能够在相对简单的体系中，相对温和的温度条件下实现完全降解处理，有利于降解产品的纯化处理和水解过程的能耗控制，规模化应用性强。

（3）废弃塑料和混合水解试剂在高压水解反应器内部充分接触，在高温高压、搅拌、催化助剂等条件下进行快速的混合水解反应，并通过紧接着的自然降温过程也进一步提高了废弃塑料的降解效率，不但使装置的设备体系和结构简单，安全可控性好，而且有利于满足废弃塑料由于交联作用强而对于降解反应时间的较长要求。

（4）废弃塑料经过高压釜长时间高温高压混合水解以及自然降温并减压分离后，不但实现了废弃塑料的完全降解，而且使降解过程中所产生的各种物料得到妥善处理。其中，少量气态组分经过吸收净化后直接排空；固体残渣按照常规方法进行处理；液体物质中的目标降解组分根据实际需要进行纯化处理并收集，而剩下的母液则与醇、水按照一定的质量比例共同组成废弃塑料的混合水解试剂，实现循环套用。

附图说明

图1为根据本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍：

参考图1，根据本发明一种废弃塑料混合水解装置，包括：高压水解系统、废弃塑料粉碎系统和配料泵送系统。其中，高压水解系统是进行废弃塑料混合水解反应的主要场所，混合水解反应的时间可以根据具体的需要进行设定和调整；废弃塑料粉碎系统与高压水解系统的进料口连通，用于将废弃塑料粉碎并输送到高压水解系统中；配料泵送系统用于将水、母液和醇的配料经预热后输送到高压水解系统中。

优选地，高压水解系统为常规的高压反应釜，配置有搅拌、加热、催化剂进口、进料、出料、温度和压力监控等设施。其中，搅拌设施的作用在于使废弃塑料颗粒与水热流体充分接触并快速传质，以加速其降解反应；加热设施的作用在于保证高压釜反应器内的温度稳定，使得废弃塑料的降解反应在既定温度下进行；催化剂进口是用于催化剂进入到高压釜反应器内部的设施；进料口是与预热系统和废弃塑料粉碎系统相连接的设施，使得反应物料进入到高压釜反应器内部；出料口是与减压分离系统相连接的设施，使得混合水解后的反应物料进入到减压分离系统；温压监控是通过温度传感器和压力传感器实现的，以实时监控高压釜反应器内部的温度和压力。

在一个例子中，高压反应釜内部物料不应超过釜体有效容积的2/3。当反应物料在高压水解系统内部完成混合水解反应后，停止对高压水解系统的加热，并使反应物料自然冷却至50℃以下。

优选地，废弃塑料粉碎系统为一常规的固体材料粉碎机，其可以将废弃塑料粉碎到一定粒径范围，使得粉碎后的塑料颗粒不但可以方便地输送到高温高压条件下的高压水解系统，而且能够与高压水热流体充分接触并进行水解反应。

优选地，配料泵送系统包括混合器、高压泵送系统和预热系统混合器与高压泵送系统连接，高压泵送系统与预热系统连接，预热系统与高压水解系统的进料口相连，适于将水、母液和醇在混合器内配制成降解处理试剂，并用高压泵送系统泵送到预热系统，经预热后输送到高压水解系统中。优选地，高压泵送系统采用高压泵，而预热系统为电加热系统，例如管式电加热装置，其一端口与高压泵的出口连通，另一端口与一级高压水解系统的进料口连接，即与高压反应釜的进料口连接。如此，降解处理试剂从高压泵送系统泵送到预热系统，经预热后输送到高压水解系统中。

在一个例子中，高压泵送系统的输出压力可达到35兆帕，其实际工作压力可以根据具体需要进行设定和调控，输送速率范围为10毫升/分钟到100毫升/分钟，其实际输送速率可以根据具体需要进行设定和调节。

在一个例子中，预热系统可以分别将由高压泵送系统输送来的物料预热到600℃，其实际预热温度可以根据具体需要进行设定和调控。

在一个例子中，水、母液和醇按照一定的质量比例进入到混合器，其实际比例以及母液套用的次数根据具体需要确定。

为了将高温高压水解后的产物进行分离，在高压水解系统的出料口还连接有减压分离系统，以将水解后的产物减压分离为气体、液体和固体。优选地，在减压分离系统后还连接有吸收净化设备，以将经所述减压分离系统减压分离后的气体进行吸收净化处理。例如在气体分离出来后，经吸收净化设备通过吸收剂或净化剂对所得气体进行处理后排空，以降低废气对环境的污染。

优选地，在减压分离系统后还连接有沉降处理设备，以将经所述减压分离系统减压分离后的液体和固体进行沉降处理。沉降处理设备优选为沉降池，通过一定时间的沉降处理后可实现液体和固定的分离，其中上层为清液，而底部为固体残渣。在一个例子中，固体残渣按照常规方法进行处理，而上清液则根据实际需要对目标降解组分进行纯化和收集，便于其回收利用，

优选地，在沉降处理设备后还设置有分离纯化设备，以将经所述沉降处理设备处理后的液体进行分离纯化处理，即将液体分离为目标产物和母液。

优选地，在分离纯化设备后设置有循环输送系统，循环输送系统的进料端与所述分离纯化设备连接，而出料端与所述混合器的进料口连接，以将经所述分离纯化设备分离后的母液循环输送给所述混合器，实现母液的循环利用，降低废弃塑料分解的成本。循环输送系统可以为输送管道，也可以带有驱动装置，例如泵。

根据本发明一种利用所述废弃塑料混合水解装置进行废弃塑料混合水解的方法，包括以下步骤：

（1）水解物料进料

第一步：利用废弃塑料粉碎系统按要求对需要处理的废弃塑料进行粉碎处理，并将所得粉碎后的塑料颗粒进入到高压水解系统；

第二步：利用混合器将水、醇、循环母液按照一定质量比例进行混合，例如按1:1:0.25进行混合，混合时间设定为15分钟；

第三步：利用高压泵送系统将水解反应所需要的水/醇/循环母液混合试剂按设定速率，例如20毫升/分钟的速率进入到预热系统，预热系统的加热温度设定在一定温度，例如350℃，经过预热系统预热后的混合试剂进入到高压水解系统；

第四步：混合试剂进入高压水解系统的量达到规定量值后，停止混合试剂的高压泵送以及预热，使混合试剂停止进入到高压水解系统。

（2）混合水解反应

第一步：开启高压水解系统的加热和搅拌设施，使高压釜反应器内部的温度达到设定值，例如350℃后保持恒定；

第二步：通过催化剂进口加入混合水解反应所需要的催化剂，加完后关闭催化剂进口，开始废弃塑料的混合水解反应；

第三步：废弃塑料的混合水解过程结束后，停止对高压水解系统进行加热，继续搅拌，使混合水解产物温度自然冷却至降温；

（3）反应物料分离

第一步：水解产物温度自然冷却后，例如冷却至50℃以下时，停止高压水解系统的搅拌设施，并将其转入减压分离系统，通过减压阀将体系压力减至常压后，将气体分离出来，并通过吸收净化设备对所得气体进行处理后排空；

第二步：除去气体的剩余物料被引入到沉降处理设备，通过一定时间的沉降处理后将上清液进入分离纯化设备进行纯化处理，使目标降解产物得以纯化和收集，而剩下的母液通过循环输送系统输送到高压泵送系统中循环套用；

第三步：除去液体后的残余固体主要为无机固体残渣，通过填埋等常规方法对其进行处理。

本领域中，母液是指液体产物中的目标组分提取后的残留液体，是化工生产过程中的通用说法，因处理过程不同，母液也不相同。在本发明中，母液主要为含有极少量有机降解产物的醇水混合溶液，即在前期加入釜中的水和醇经过一系列过程后剩余部分，让其循环利用的目的在于节约水和醇的用量，以及使处理后的排放更为清洁。其与水、醇的比例要视具体情况而定，应不影响废弃塑料的处理效果和效率。本发明中，醇主要为甲醇、乙醇、异丙醇或乙二醇等。而混合水解的催化剂主要为氢氧化钠，氢氧化钾，碳酸钠，醋酸锌等物质，可根据情况选择。

本发明中废弃塑料经过高温高压水热降解以及降温减压分离后，气态组分进行吸收净化并直接排空，无机固体残渣按照常规方法进行处理，液态物质根据实际需要对目标降解组分进行纯化处理并收集，而剩下的母液返回到混合器实现循环套用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种废弃塑料混合水解装置，其特征在于，包括：

高压水解系统，配置为对废弃塑料进行水解处理；

废弃塑料粉碎系统，其与高压水解系统的进料口连通，配置为将废弃塑料粉碎并输送到高压水解系统中；

配料泵送系统，包括混合器、高压泵送系统和预热系统，混合器与高压泵送系统连接，高压泵送系统与预热系统连接，预热系统与高压水解系统的进料口相连，配置为将水、母液和醇的配料从混合器泵送到预热系统，经预热后输送到高压水解系统中。

2.根据权利要求1所述的废弃塑料混合水解装置，其特征在于：还包括减压分离系统，所述减压分离系统的进料端与所述高压水解系统的出料口连通，适于将水解后的产物减压分离为气体、液体和固体。

3.根据权利要求2所述的废弃塑料混合水解装置，其特征在于：还包括吸收净化设备，所述吸收净化设备与所述减压分离系统连接，适于将经所述减压分离系统减压分离后的气体进行吸收净化处理。

4.根据权利要求2所述的废弃塑料混合水解装置，其特征在于：还包括沉降处理设备，所述沉降处理设备与所述减压分离系统连接，适于将经所述减压分离系统减压分离后的液体和固体进行沉降处理。

5.根据权利要求4所述的废弃塑料混合水解装置，其特征在于：还包括分离纯化设备，所述分离纯化设备与所述沉降处理设备连接，适于将经所述沉降处理设备处理后的液体进行分离纯化处理。

6.根据权利要求5所述的废弃塑料混合水解装置，其特征在于：还包括循环输送系统，所述循环输送系统的进料端与所述分离纯化设备连接，而出料端与所述高压泵送系统连接，适于将经所述分离纯化设备分离后的母液循环输送给所述混合器。

7.根据权利要求1所述的废弃塑料混合水解装置，其特征在于：所述高压水解系统为高压反应釜。

8.一种利用权利要求7所述废弃塑料混合水解装置进行废弃塑料混合水解的方法，其特征在于，包括以下方法：

（1）水解物料进料

第一步：利用废弃塑料粉碎系统按要求对需要处理的废弃塑料进行粉碎处理，并将所得粉碎后的塑料颗粒进入到高压水解系统；

第二步：利用混合器将水、醇、循环母液按照一定质量比例进行混合；

第三步：利用高压泵送系统将水解反应所需要的水/醇/循环母液混合试剂进入到预热系统，经过预热系统预热后进入到高压水解系统；

（2）混合水解反应

第一步：开启高压水解系统的加热和搅拌设施，使高压釜反应器内部的温度达到设定值后保持恒定；

第二步：通过催化剂进口加入混合水解反应所需要的催化剂，加完后关闭催化剂进口，开始废弃塑料的混合水解反应；

第三步：废弃塑料的混合水解过程结束后，停止对高压水解系统进行加热，继续搅拌，使混合水解产物温度自然冷却至降温；

（4）反应物料分离

第一步：水解产物温度自然冷却后，停止高压水解系统的搅拌设施，并将其转入减压分离系统，通过减压阀将体系压力减至常压后，将气体分离出来，并通过吸收净化设备对所得气体进行处理后排空；

第二步：除去气体的剩余物料被引入到沉降处理设备，通过一定时间的沉降处理后将上清液进入分离纯化设备进行纯化处理，使目标降解产物得以纯化和收集，而剩下的母液通过循环输送系统输送到高压泵送系统中循环套用；

第三步：除去液体后的残余固体主要为无机固体残渣，通过填埋等常规方法对其进行处理。