一种成套的填埋场废塑料热解装置及方法与流程

本发明涉及废塑料处理领域，尤其涉及一种成套系统的、高效的填埋场废塑料热解装置。

背景技术：

根据美国科学促进会期刊的报告，预计在2050年，丢弃在垃圾填埋场和环境中的废弃塑料将超过130亿吨。与废塑料循环利用、焚烧等处理技术相比，废塑料热解技术具有处理量大、效益高和环境污染小等特点，更符合废弃物处理的资源化、无害化和减量化原则。但是，目前对于填埋场废塑料的处置缺乏完整系统的装置，如开采、分选、热解等步骤往往要通过多家企业将废塑料运往多地进行处置。在这个过程中，会造成处置效率降低、经济性降低等影响。

此外，在研究中发现，填埋场废塑料中成分较复杂，主要为有高密度聚乙烯(hdpe)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)等。这导致填埋场废塑料经过直接热解后得到的液体燃料是沸点较宽的烃类物质，其中汽油、柴油等轻质馏分含量不高且品质低。另有国外研究者发现，生物质与废塑料中的高密度聚乙烯、聚丙烯共热解具有明显的协同作用，在适合比例下共热解可以降低液相产物的相对分子质量，提高轻质液相产物产率，同时降低重质液相产物的氧含量，气体产物中的烯烃类物质明显降低。而且，我国是农业大国，生物质资源十分丰富，根据垃圾填埋场的选址要求，填埋场附近就会有大量稻草、麦草、蔗渣、芦苇资源。如果能充分利用生物质与废塑料共热解的优势，将其用于填埋场垃圾的热解处置则会提高废塑料处置的效率和产物的质量。

综上可知，寻找一种成套系统的、高效的装置能够利用起填埋场附近大量生物质资源，并针对各种材质高效率、高品质地进行废塑料热解产能显得很有必要。

技术实现要素：

本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种成套系统的、高效的填埋场废塑料热解装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种成套的填埋场废塑料热解装置，该装置包括风选机、板式输送机、塑料破碎机、静电分离装置、螺旋进料器、热解炉、蒸馏器和气相色谱-质谱联用仪；

所述板式输送机的进入端前连接有输送带，所述风选机安装在输送带上，包括风机和筛网，所述风选机在输送带一端安有风机，输送带另一端安有筛网，在风机的鼓风下，填埋场废塑料中的塑料薄膜被风吹到筛网一端落在输送带上，进入板式输送机，塑料薄膜内夹杂的重物被输送带输送到风机端落下并收集。所述板式输送机顶端装有喷嘴，底端装有污水收集器，从喷嘴喷出的水流对风选后的垃圾进行清洗，污水通过污水收集器收集；所述塑料破碎机安装在板式输送机的输出端，将风选后的垃圾破碎至静电分离装置所要求的粒度；

所述静电分离装置包括高压发生装置、静电分选机和接料斗；所述静电分选机包括接地旋转辊筒，所述接料斗上安装有可调节距离的设备挡板，所述高压发生装置产生高压静电对接地旋转辊筒放电，加上旋转辊筒的惯性，塑料被抛出到接料斗中，通过设置电晕电压、圆辊电压、调节设备挡板远近实现聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、高密度聚乙烯(hdpe)(密度约为0.941-0.965g/cm³)的分选。

所述热解炉中具有三个相互独立的热解区域，静电分选后的聚丙烯(pp)与生物质混合后通过螺旋进料器送入热解炉内第一热解区域，静电分选后的聚氯乙烯(pvc)中添加氧化钙作为氯吸附剂，混合后送入热解炉内第二热解区域，静电分选后的高密度聚乙烯(hdpe)与生物质混合后再加入zsm-5分子筛，送入热解炉内第三热解区域。

热解炉三个热解区域中的塑料热解后通入蒸馏器根据沸点的不同回收汽油、煤油、柴油三种能源。对回收的液相产物含量通过气相色谱-质谱联用仪进行分析，根据分析结果对热解炉中每个热解区域的热解物料比例进行调控。

进一步地，热解炉顶部设有管路与蒸馏器相连，管路上安装有气体洗涤器，蒸馏器出口经管道由气体洗涤器通回到热解炉。

进一步地，所述污水收集器具有污水净化功能，净化后的污水输送到喷嘴，可用于循环使用。

进一步地，所述生物质为从填埋场附近就地获取的秸秆、花生秧等。

进一步地，聚丙烯(pp)中加入生物质，质量占比为20-25％；聚氯乙烯(pvc)中氧化钙添加的质量分数为10-15％；高密度聚乙烯(hdpe)中生物质的质量占比为20-25％，催化剂为质量占比5-10％的zsm-5分子筛。

进一步地，风选机中的风机鼓风时风压1200-1500pa，风量8000m³/小时。

进一步地，塑料破碎机破碎粒度为0.25-1mm。

进一步地，静电分选装置电晕电压设置为-15～-20kv，圆辊电压设置为15～18kv，重复3次分选，每次分选出一种塑料，共分选出三种塑料。

进一步地，热解炉内温度为400-450℃。

本发明还提供了一种成套的填埋场废塑料热解装置的热解方法，该方法包括以下步骤：

(1)将填埋场开采的垃圾经振动筛、滚筒筛等步骤初步分选后送入风选机进行风选。风选后的垃圾进入板式输送机进行水洗处理，去除垃圾上附着的渣土，清洗后的垃圾由塑料破碎机破碎至静电分离装置所要求的粒度；

(2)静电分离装置利用不同塑料在高压电场内电性的差异而达到分选目的。具体为：通过高压发生装置产生高压静电对接地旋转辊筒放电，加上旋转辊筒的惯性，塑料被抛出到接料斗中，通过设置电晕电压、圆辊电压、调节设备挡板远近实现聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、高密度聚乙烯(hdpe)的分选。

(3)静电分选后的聚丙烯(pp)与生物质混合后通过螺旋进料器送入热解炉内第一热解区域，静电分选后的聚氯乙烯(pvc)中添加氧化钙作为氯吸附剂，混合后送入热解炉内第二热解区域，静电分选后的高密度聚乙烯(hdpe)与生物质混合后再加入zsm-5分子筛，送入热解炉内第三热解区域。

(4)热解炉三个热解区域中的塑料热解后通入蒸馏器根据沸点的不同回收汽油、煤油、柴油三种能源。对回收的液相产物含量通过气相色谱-质谱联用仪进行分析，根据分析结果对热解炉中每个热解区域的热解物料比例进行调控。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明提出了系统的填埋场废塑料热解装置，降低了废塑料需要多地多厂处置的限制，提高了热解系统的效率和产品质量；

2、在确保热解过程顺利进行的同时，对热解产生的合成气进行回热利用，提高系统能源利用率；

3、整个装置系统对于各填埋场废塑料处置具有较强的普适性，可在工程结束后运往其它填埋场继续投入使用；

4、整套装置系统包含产物分析，可将结果反馈到热解物料比例的选择上，能有效提高轻质油的品质及产率，降低了单一混合比例下热解产油品质的不稳定性。

5、装置系统完整、布置合理、热解产率及产品质量高，能提供一种系统热解处置填埋场废塑料的有力方式。

附图说明

图1为本发明提供的一种成套的填埋场废塑料热解装置示意图；

图中，1.风选机；2.污水收集器；3.板式输送机；4.喷嘴；5.塑料破碎机；6.高压发生装置；7.静电分选机；8.接料斗；9.螺旋进料器；10.热解炉；11.气体洗涤器；12.蒸馏器；13.气相色谱-质谱联用仪。

具体实施方式

以下结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种成套的填埋场废塑料热解装置，该装置包括风选机1、板式输送机3、塑料破碎机5、静电分离装置、螺旋进料器9、热解炉10、蒸馏器12和气相色谱-质谱联用仪13；

所述板式输送机3的进入端前连接有输送带，所述风选机1安装在输送带上，包括风机和筛网，分选时设置有轻质物出口和循环风口，所述所述风选机在输送带一端安有风机，输送带另一端安有筛网，在风机的鼓风下，填埋场废塑料中的塑料薄膜被风吹到筛网一端落在输送带上，进入板式输送机3，塑料薄膜内夹杂的重物被输送带输送到风机端落下并收集。风选机1中的风机鼓风时风压1200-1500pa，风量8000m³/小时。所述板式输送机3内均匀分布淋洗装置，顶端装有喷嘴4，底端装有污水收集器2，淋洗装置从喷嘴4喷出的水流对风选后的垃圾进行清洗，，用于洗去风选后垃圾上附着的渣土，污水通过污水收集器2收集；所述污水收集器2具有污水净化功能，净化后的污水输送到喷嘴4，可用于循环使用。所述塑料破碎机5安装在板式输送机3的输出端，将风选后的垃圾破碎至静电分离装置所要求的粒度；塑料破碎机5破碎粒度为0.25-1mm。

所述静电分离装置包括高压发生装置6、静电分选机7和接料斗8；所述静电分选机7包括接地旋转辊筒，所述接料斗8上安装有可调节距离的设备挡板，所述高压发生装置6产生高压静电对接地旋转辊筒放电，废旧塑料通过下料装置运送到旋转辊筒上面。塑料受电后通过接地旋转辊筒把电放到地下，加上旋转辊筒的惯性，塑料被抛出到接料斗8中，通过设置电晕电压、圆辊电压、调节设备挡板远近实现聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、高密度聚乙烯(hdpe)(密度约为0.941-0.965g/cm³)的分选。静电分选装置电晕电压设置为-15～-20kv，圆辊电压设置为15～18kv，重复3次分选，每次分选出一种塑料，共分选出三种塑料。

所述热解炉10中具有三个相互独立的热解区域，在热解时不会相互影响，静电分选后的聚丙烯(pp)与生物质混合后通过螺旋进料器9送入热解炉内第一热解区域，聚丙烯(pp)中加入生物质，质量占比为20-25％；静电分选后的聚氯乙烯(pvc)中添加氧化钙作为氯吸附剂，混合后送入热解炉内第二热解区域，聚氯乙烯(pvc)中氧化钙添加的质量分数为10-15％；静电分选后的高密度聚乙烯(hdpe)与生物质混合后再加入zsm-5分子筛，送入热解炉内第三热解区域，高密度聚乙烯(hdpe)中生物质的质量占比为20-25％，催化剂为质量占比5-10％的zsm-5分子筛。所述生物质为从填埋场附近就地获取的秸秆、花生秧等。热解炉10内温度为400-450℃。

所述热解炉10和蒸馏器12之间用管道连接，在蒸馏器12出口设置支路，一路用于收集蒸馏出的汽油、煤油、柴油三种液相产物，另一路将合成气通向热解炉10回热利用。热解炉10三个热解区域中的塑料热解后通入蒸馏器12，经气化、冷凝后，根据沸点的不同回收汽油、煤油、柴油三种能源。对回收的液相产物含量通过气相色谱-质谱联用仪13进行分析，得出三种产物的含量情况，根据分析结果对热解炉10中每个热解区域的生物质和塑料混合比例进行调控，保证全过程的油品质量及产率。热解炉10与蒸馏器12的管路上安装有气体洗涤器11，蒸馏器12出口经管道由气体洗涤器11通回到热解炉10。将蒸馏器12中的其余合成气由支路通往气体洗涤器净化气体后，继续通向热解炉，使整个系统装置更加高效。本发明中各设备之间的连接均为可装卸式。

本发明还提供了一种成套的填埋场废塑料热解装置的热解方法，该方法包括以下步骤：

(1)将填埋场开采的垃圾经振动筛、滚筒筛等步骤初步分选后送入风选机1，向风机方向运动，同时被风吹起与输送带逆向运动，筛网具有卸风的功能，垃圾中所含的砖头石块等重物无法被风吹动，随着输送带运动到风机一端落下并被收集。风选后的垃圾进入板式输送机3进行水洗处理，去除垃圾上附着的渣土，清洗后的垃圾由塑料破碎机5破碎至静电分离装置所要求的粒度；

(2)将破碎后的轻质垃圾送入静电分选机，会先对物料进行干燥，静电分离装置利用不同塑料在高压电场内电性的差异而达到分选目的。具体为：通过高压发生装置6产生高压静电对接地旋转辊筒放电，加上旋转辊筒的惯性，塑料被抛出到接料斗8中，当物料经过旋转的鼓筒带至电晕电极作用的高压电场中时，物料受到各种电力、离心力、重力的作用。通过设置电晕电压、圆辊电压、调节设备挡板远近实现聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、高密度聚乙烯(hdpe)的分选。

(3)静电分选后的聚丙烯(pp)与生物质混合后通过螺旋进料器9送入热解炉内第一热解区域，静电分选后的聚氯乙烯(pvc)中添加氧化钙作为氯吸附剂，混合后送入热解炉内第二热解区域，静电分选后的高密度聚乙烯(hdpe)与生物质混合后再加入zsm-5分子筛，送入热解炉内第三热解区域。

(4)热解炉10三个热解区域中的塑料热解后通入蒸馏器12根据沸点的不同回收汽油、煤油、柴油三种能源。对回收的液相产物含量通过气相色谱-质谱联用仪13进行分析，根据分析结果对热解炉10中每个热解区域的热解物料比例进行调控。

填埋场垃圾相比于原生垃圾具有更为明显的能源化利用优势，它基本不含厨余垃圾等可降解有机物，塑料类含量很高。但是，由于填埋场垃圾中氯和重金属含量高于原生垃圾，现有分选处理过程无法有效去除塑料类中富集重金属污染物的渣土，不利于之后热解等资源化利用方式。因此本发明对现有填埋场垃圾分选处理装置进行改进，在风选机后增加水洗工序，洗脱垃圾上附着的渣土，提高所得塑料类产物的纯度，并最终实现废塑料的高效能源化利用。

废塑料的主要成分有高密度聚乙烯(hdpe)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)等。其中hdpe在热解时，生成的小分子烃与生物质热解产物中的呋喃类物质通过双烯合成反应形成芳烃，小分子烯烃可在催化剂的作用下通过低聚反应、成环反应和芳构化反应转化为芳烃。聚丙烯与生物质以8：2的质量比混合热解时，两反应物间有较强的协同作用，可以增加产油率。pvc热解是通过链条剥离机理而发生的，会导致氯化氢(hcl)、氯化烯烃和氯化芳烃等有害氯化物的产生。通过在热解前添加10％的氧化钙或碳酸钙-碳复合物等氯吸附剂，可以在一定程度上去除hcl，降低产物油中氯含量。

这些研究均表明，不同材质塑料在热解时的最佳条件有所区别，若能对填埋场废塑料中不同材质塑料进行分离，并分别针对材质特性进行热解则能有效提高反应效率与产油率。因此本发明所提利用静电分选分离出填埋场废塑料的不同材质，并就地对不同材质塑料进行热解的成套装置有很大的应用前景。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。