一种熔融盐加热医疗废弃物或废旧塑料的热解方法与流程

1.本发明涉及塑料及生物质的能源化技术领域，尤其是一种熔融盐加热医疗废弃物或废旧塑料的热解方法。


背景技术：

2.医疗机构产生的药物性、损伤性、化学性、病理性和感染性五大类医疗耗材，主要是一次性注射器，一次性试管等，其组成主要是pp和pvc塑料；以及包括居民日常生活中的个人防护及消毒用品，主要是一次性防护口罩、酒精消毒棉和止血棉签等。这些医疗废弃物给部分城市原有的医疗废物处置系统带来了巨大的压力，如果得不到妥善的处理，有可能引发二次污染以及病毒扩散，并且会给生态安全带来潜在的风险。热解是一种成熟的资源热转换技术，应用于医疗废弃物的资源再利用可跳过或减少医疗废弃物的消毒步骤，在高温下直接杀死医疗废弃物上存在的病毒或细菌。并使医疗废弃物中的pp、pvc等塑料以及一次性防护口罩、酒精消毒棉和止血棉签等生物质在高温惰性环境下裂解成挥发分产物，经冷凝后最终的到气、液、固三相产物。其中医疗废弃物热解后的液体油中含有大量的碳氢化合物，且因塑料与生物质的共热解减少了液体油中含氧量，因此这种热解的液体产物可用作化工生产及液体燃料制作的原料并有效降低了医疗废弃塑料清洁处理的成本。但是医疗废弃塑料中的pvc塑料中含有大量的氯原子，在高温下裂解时会使产生的挥发分有一定的腐蚀性，因而需要花费额外的成本定期的对设备和管道进行维护。
3.医疗废弃塑料既包含pp、pvc等塑料资源，又含有口罩、棉签等生物质资源，因此医疗废弃物的热解反应可看作是生物质与塑料的共热解反应。两种反应物的热解温度区间很大，慢速加热不适用于医疗废弃物的热解，而快速加热能够使医疗废弃物中的两种反应物产生协同作用。但传统的热解反应通常使用电炉作为间接加热手段，这种间接加热的快速升温往往会在反应物中形成一个与热解挥发分移动方向相反的温度场，从而使挥发分发生严重的二次反应，不利于液体油的形成。而红外加热是一种直接加热方式，通过红外光波直接作用于反应物可实现医疗废弃物中两种物质的快速升温，并抑制逆温度场对医疗废弃物热解挥发分二次反应的促进作用。但是医疗废弃物中的生物质通常含有大量的水分，直接用于红外加热往往会浪费大量的电能。因此可利用电加热保温稳定的优点预先对医疗废弃物进行脱水反应，从而实现医疗废弃物中塑料与生物质的高效共热解。
4.熔融盐处理技术是1965年洛克韦尔国际公司提出的一种热解工艺，通过熔融盐作为反应介质强化对有机物的氧化性能和热传导率使得废弃物迅速裂解，因此该热解工艺可以高效分解有机废弃物。当熔融盐处理技术应用于医疗废弃塑料的热解反应时，熔融盐优良的导热性能可实现医疗废弃塑料的快速热解。另外pvc塑料在高温反应过程中释放的hci这类腐蚀性气体可以被熔融盐吸收，同时它还可以将其他无机物和金属保留在熔盐内，而且熔融盐中na、k、ca等碱金属可作为一种催化剂促进医疗废弃物的热解。另一方面随着清洁环保理论的逐渐兴起，太阳能加热技术也逐渐流行，将熔融盐作为一种导热剂用热解领域可实现对电能的消耗，另外熔融盐可作为一种额外的催化剂与导热剂进一步促进医疗废
弃物的热解并减少污染物的排放。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种熔融盐加热医疗废弃物或废旧塑料的热解方法，能够实现医疗废弃塑料的有效利用，减少医疗废弃塑料清洁处理与管道维护所需的成本并减少二次污染，并获得高品质的液体油，在医疗废弃物综合利用和可再生能源技术领域有广阔的应用前景。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种熔融盐加热医疗废弃物或废旧塑料的热解方法，包括如下步骤：
7.(1)熔融盐预处理，选取na2co3、k2co3和li2co3这3种碳酸盐进行破碎、研磨至40目以下，再按一定比例混合均匀；
8.(2)医疗废弃物或废旧塑料预处理，将选取的医疗废弃物或废旧塑料破碎至1～2mm；
9.(3)称取300g步骤(1)得到的熔融盐混合固体颗粒放入熔融盐储存罐；
10.(4)称取50g步骤(2)得到的医疗废弃物或废旧塑料固体颗粒或聚氯乙烯固体颗粒放入料仓中；
11.(5)用肥皂水检查整个装置的气密性，然后打开高压气瓶，旋拧安全阀控制3个气体质量流量计a、b、c的流速均为200ml/min，吹扫10min，使反应器保持惰性环境，最后旋拧安全阀控制气体流量计a的流速为0，气体流量计b的流速为50ml/min，气体流量计c的流速为100ml/min；
12.(6)调整上部凹面聚光板和下部反射板的角度与位置，使光线聚集在上部热解反应炉，待显示板显示温度达到200℃并保持稳定5min，启动电炉，10min后再打开下料阀1)开关将熔融盐下放至上部热解炉中；
13.(7)电炉继续加热上部热解炉使上部热解炉升温至400～800℃，保温10min后启动下部的加热炉；
14.(8)显示板显示下部热解炉温度为200～400℃时，打开下料阀2)开关将高温熔融盐下放至下部热解炉，同时打开料仓的出料开关将料仓中的医疗废弃物颗粒或聚氯乙烯颗粒下放至下部热解炉中，停留30min。
15.步骤(1)所述的熔融盐na2co3、k2co3和li2co3按比例为1：1：1。
16.步骤(4)所述的气体为用作吹出挥发分载气的氮气。
17.步骤(6)所述的凹面聚光板与反射板的位置与角度根据上部反应炉与电炉的位置来实时确定。
18.步骤(6)所述的上部热解炉温度根据熔融盐的组成与比例来确定。
19.步骤(7)所述下部热解炉的目标温度根据医疗废弃塑料的类型来选择。
20.步骤(7)所述的加热炉为电炉与红外加热炉两部分。
21.步骤(7)所述的医疗废弃塑料与熔融盐的热解反应，产生的塑料挥发分在载气的吹拂下进入u型冷凝管发生气液分离，气体产物经洗气后被气袋收集，所述液体油的组分经在线气相色谱实时检测与分析。
22.步骤(8)所述的下料阀下放的熔融盐温度为400～800℃。
23.一种适合于所述的熔融盐加热医疗废弃物或废旧塑料的热解方法的装置，组成构件包括供气系统、热解反应装置以及产物回收系统，组成构件的具体结构和连接关系为：
24.所述供气系统包括第一高压气瓶、第二高压气瓶、第三高压气瓶、安全阀、第一气体质量流量计、第二气体质量流量计、第二气体质量流量计、第一高压气瓶、第二高压气瓶、第三高压气瓶首先通过导气管与安全阀连接，再连接第一气体质量流量计、第二气体质量流量计、第二气体质量流量计，第一气体质量流量计通过导气管连接到热解反应装置中熔融盐储存罐的上部进气口，第二气体质量流量计通过导气管连接到热解反应装置中料仓的上部进气口，第二气体质量流量计通过导气管连接到解反应装置中下部热解炉的上部进料管中部进气口，
25.所述热解反应装置由熔融盐储存罐、第一下料阀、上部热解炉、凹面聚光版、电炉、反光板、第二下料阀、第一热电偶、第二热电偶、料仓、下部热解炉、第一加热炉、第二加热炉、热解区、石英棉、烧结板和控制器组成，所述熔融盐储存罐插入上部热解炉的上部中心孔，并通一个橡胶圈保持气密性，第一下料阀安装在熔融盐储存罐下的下料管上，第一下料阀的旋钮螺丝穿过在熔融盐储存罐的管体部分，两组凹面聚光版与反光板分别安装在上部热解炉的两侧，聚光版与反光板的位置与角度均可自由移动，电炉安装在上部热解炉的两侧，位置可上下水平移动，第一热电偶穿过上部热解炉炉底的一个孔，安装在上部热解炉上，上部热解炉的下部出料口插入下部热解炉的上部进料管中，两根管子紧密贴合，第二下料阀安装在下部热解炉的上部进料管上，下部热解炉的上部进料管中部外焊一根进气管，用于连接供气系统，第二热电偶穿过下部热解炉炉盖的一个孔，安装在下部热解炉上，第一热电偶、第二热电偶分别通过两根导线与控制器相连，料仓布置在下部热解炉的左上方，料仓的上部进料口通过导气管与供气系统中的第二气体质量流量计相连，料仓的下部出料口插入下部热解炉左上方的一个孔中并焊死，下部热解炉从上至下依次可分为热解区、石英棉和烧结板三个部分，第一加热炉为红外加热炉，第二加热炉为电炉，电炉和第一加热炉、第二加热炉也通过导线与控制器相连，下部热解炉的下部出气口与产物回收系统中u型冷凝管的上部进气口相连；
26.所述产物回收系统由u型冷凝管、冷却池、洗气瓶、干燥瓶、湿式流量计、气袋和在线气相色谱仪组成，所述u型冷凝管的上部进气口与热解反应装置中下部热解炉的下部出气口通过导气管相连，u型冷凝管放在冷却池中，u型冷凝管的右部出气口与洗气瓶的左部进气口相连，干燥瓶、湿式流量计和气袋依次用导气管相连，湿式流量计用于检测气体的体积，气袋用于收集气体，在线气相色谱仪安装在湿式流量计和气袋之间，用于实时监测和分析热解气组分变化。
27.本发明具有以下优点:
28.(1)医疗废弃物的热解属于其中的塑料(pp、pvc)与生物质(棉签、口罩、棉布)共热解，同时熔融盐的导热性强于医疗废弃物且熔融盐在反应时有较高的初始温度，故熔融盐能实现医疗废弃物中两种物质的快速加热，从而促进塑料与生物质的共热解协同作用并提热解焦油的品质与产率。
29.(2)利用了熔融盐的储能性，使太阳能成为熔融升温的一次加热方式，然后用电炉的作为二次保温方式以较低的能耗保持熔融盐的温度恒定，电炉与红外加热炉则为最终加热，最后高温的熔融盐作为热载体促进医疗废弃物的快速热解并吸收医疗废弃塑料中pvc
塑料热解时释放的hcl等腐蚀性气体产物，从而实现的能源与成本的节约。
30.(3)所选用的医疗废弃塑料，每年产量巨大具有廉价易得的优点，且热解工艺部分通过高温杀死医疗废弃塑料含有大量的细菌与病毒，从而节省其复杂且高昂的处理成本。
31.(4)选用的熔融盐现为碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂，其中的na

、k

、li

等碱金属离子对生物质与塑料的热解具有优越的催化性能，因此不需要额外的催化剂。
附图说明
32.图1为本发明所述的熔融盐加热医疗废弃物或废旧塑料的热解方法的工艺流程示意图。
33.图中标记为：供气系统1、第一高压气瓶101a、第二高压气瓶101b、第三高压气瓶101c、安全阀102、第一气体质量流量计103a、第二气体质量流量计103b、第二气体质量流量计103c、热解反应装置2、熔融盐储存罐201、第一下料阀202、上部热解炉203、凹面聚光版204、电炉205、反光板206、第二下料阀207、第一热电偶208a、第二热电偶208b、料仓209、下部热解炉210、第一加热炉211a、第二加热炉211b、热解区212、石英棉213、烧结板214、控制器215、产物回收系统3、u型冷凝管301、冷却池302、洗气瓶303、干燥瓶304、湿式流量计305、气袋306、在线气相色谱仪307。
具体实施方式
34.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
35.实施例1
36.如图1所示，本实施例为本发明所述的熔融盐加热医疗废弃物或废旧塑料的热解装置，包括供气系统1、热解反应装置2以及产物回收系统3，具体结构和连接关系为：
37.所述供气系统1包括第一高压气瓶101a、第二高压气瓶101b、第三高压气瓶101c、安全阀102、第一气体质量流量计103a、第二气体质量流量计103b、第二气体质量流量计103c、所述第一高压气瓶101a中的气体为n2，第二高压气瓶101b中的气体为co，所述第三高压气瓶101c中的气体为co2，第一高压气瓶101a、第二高压气瓶101b、第三高压气瓶101c首先通过导气管与安全阀102连接，再连接第一气体质量流量计103a、第二气体质量流量计103b、第二气体质量流量计103c，第一气体质量流量计103a通过导气管连接到热解反应装置2中熔融盐储存罐201的上部进气口，第三气体质量流量计103c通过导气管连接到热解反应装置2中料仓209的上部进气口，第二气体质量流量计103b通过导气管连接到解反应装置2中下部热解炉210的上部进料管中部进气口，连接供气系统1中各元件的导气管直径为6mm，材质为橡胶。
38.所述热解反应装置2分为两段式热解，由熔融盐储存罐201、第一下料阀202、上部热解炉203、凹面聚光版204、电炉205、反光板206、第二下料阀207、第一热电偶208a、第二热电偶208b、料仓209、下部热解炉210、第一加热炉211a、第二加热炉211b、热解区212、石英棉213、烧结板214和控制器215组成，所述熔融盐储存罐201插入上部热解炉203的上部中心孔，并通一个橡胶圈保持气密性，第一下料阀202安装在熔融盐储存罐201下的下料管上，第一下料阀202的旋钮螺丝穿过在熔融盐储存罐201的管体部分，凹面聚光版204与反光板206的数目均为2组，一块聚光版204和一块反光板206为一组，两组分别安装在上部热解炉203
的两侧，聚光版204与反光板206的位置与角度均可自由移动，电炉205安装在上部热解炉203的两侧，位置可上下水平移动，第一热电偶208a穿过上部热解炉203炉底的一个孔，安装在上部热解炉203上，上部热解炉203的下部出料口插入下部热解炉210的上部进料管中，两根管子紧密贴合，第二下料阀207安装在下部热解炉210的上部进料管上，下部热解炉210的上部进料管中部外焊一根进气管，用于连接供气系统，第二热电偶208b穿过下部热解炉210炉盖的一个孔，安装在下部热解炉210上，第一热电偶208a、第二热电偶208b分别通过两根导线与控制器215相连，料仓209布置在下部热解炉210的左上方，料仓209的上部进料口通过导气管与供气系统1中的第二气体质量流量计103b相连，所述料仓209的下部出料口插入下部热解炉210左上方的一个孔中并焊死，下部热解炉210从上至下依次可分为热解区212、石英棉213和烧结板214三个部分，第一加热炉211a为红外加热炉，第二加热炉211b为电炉，电炉205和第一加热炉211a、第二加热炉211b也通过导线与控制器215相连，下部热解炉210的下部出气口与产物回收系统3中u型冷凝管301的上部进气口相连。
39.所述产物回收系统3由u型冷凝管301、冷却池302、洗气瓶303、干燥瓶304、湿式流量计305、气袋306和在线气相色谱仪307组成。所述u型冷凝管301的上部进气口与热解反应装置2中下部热解炉210的下部出气口通过导气管相连，u型冷凝管301放在冷却池302中，冷却池302中的液体为乙二醇溶液，温度为
‑
20℃，u型冷凝管301的右部出气口与洗气瓶303的左部进气口相连，洗气瓶303的数目为3个，其中，药瓶装有丙酮，干燥瓶304、湿式流量计305和气袋306依次用导气管相连，干燥瓶304中装有蓝色的硅胶，湿式流量计305用于检测气体的体积，气袋306用于收集起体，在线气相色谱仪307安装在湿式流量计305和气袋306之间，用于实时监测和分析热解气组分变化。
40.实施例2
41.本实施例为本发明所述的熔融盐加热医疗废弃物或废旧塑料的热解方法的一个实例，包括如下步骤：
42.先将反应物预处理，选取na2co3、k2co3和li2co3三种碳酸熔融盐预，破碎、研磨至40目以下，再以1：1：1的比例混合均匀。医疗废弃物或聚氯乙烯的预处理则只需简单进行烘干，再破碎至1～2mm。将预处理好的的熔融盐固体颗粒称取300g放入熔融盐储存罐中201，医疗废弃塑料固体颗粒则称取50g放入料仓209中。用肥皂水检查整个装置的气密性，然后打开高压气瓶101，旋拧安全阀102控制第一气体质量流量计103a、第二气体质量流量计103b和第二气体质量流量计103c的流速均为200ml/min，吹扫10min，使反应器保持惰性环境，最后旋拧安全阀102控制第一气体流量计103a的流速为0，第二气体流量计103b的流速为50ml/min，第三气体流量计103c的流速为100ml/min。调整上部凹面聚光板204和反光板206的角度与位置，使光线聚集在上部热解反应炉203的炉底，待控制板215显示上部热解反应炉203的温度达200℃并保持稳定5min后，启动电炉205，10min时打开第一下料阀202的开关将熔融盐储存罐201中的熔融盐下放至上部热解炉203。电炉205继续加热上部热解炉203使上部热解炉203升温至500℃，保温10min，启动下部的加热炉211的红外加热炉211a或电炉211b。控制板215显示下部热解炉210温度为250℃时，打开第二下料阀207的开关将上部热解炉203中高温的熔融盐下放至下部热解炉210。同时打开料仓209的出料开关，将料仓209中的医疗废弃物颗粒或聚氯乙烯颗粒下放至下部热解炉210，停留30min，高温的熔融盐能使低温的医疗废弃物颗粒或聚氯乙烯颗粒实现快速升温。
43.热解反应装置2中产生的热解气氛被供气系统1中的载气吹入产物回收系统3中，并被产物回收系统3中的u型冷凝管301首次收集以及实现热解气与液体油的一次气液分离。一次分离后的热解气进入洗气瓶303，进行二次气液分离并除去其中的残留小分子液体。二次气液分离的热解气进入干燥瓶304中干燥后被气袋306收集，在线气相色谱仪307则用于实时在线监测和分析热解气组分变化。
44.最终得到的液体油产率为78.3％，热解气的产率为10.8％，线气相色谱仪307分析的气体组成为h217.2％、ch415.4％、co20.6％、co229.0％、c2h411.9％、c2h62.9％、c3h62.7％
45.实施例3
46.本实施例为本发明所述的熔融盐加热医疗废弃物或废旧塑料的热解方法的另一个实例，包括如下步骤：
47.先将反应物预处理，选取na2co3、k2co3和li2co3三种碳酸熔融盐预，破碎、研磨至40目以下，再以1：1：1的比例混合均匀。医疗废弃物或聚氯乙烯的预处理则只需简单进行烘干，再破碎至1～2mm。将预处理好的的熔融盐固体颗粒称取300g放入熔融盐储存罐中201，医疗废弃塑料固体颗粒则称取50g放入料仓209中。用肥皂水检查整个装置的气密性，然后打开高压气瓶101，旋拧安全阀102控制第一气体质量流量计103a、第二气体质量流量计103b和第二气体质量流量计103c的流速均为200ml/min，吹扫10min，使反应器保持惰性环境，最后旋拧安全阀102控制第一气体流量计103a的流速为0，第二气体流量计103b的流速为50ml/min，第三气体流量计103c的流速为100ml/min。调整上部凹面聚光板204和反光板206的角度与位置，使光线聚集在上部热解反应炉203的炉底，待控制板215显示上部热解反应炉203的温度达200℃并保持稳定5min后，启动电炉205，10min时打开第一下料阀202的开关将熔融盐储存罐201中的熔融盐下放至上部热解炉203。电炉205继续加热上部热解炉203使上部热解炉203升温至600℃，保温10min，启动下部的加热炉211的红外加热炉211a或电炉211b。控制板215显示下部热解炉210温度为250℃时，打开第二下料阀207的开关将上部热解炉203中高温的熔融盐下放至下部热解炉210。同时打开料仓209的出料开关，将料仓209中的医疗废弃物颗粒或聚氯乙烯颗粒下放至下部热解炉210，停留30min，高温的熔融盐能使低温的医疗废弃物颗粒或聚氯乙烯颗粒实现快速升温。
48.热解反应装置2中产生的热解气氛被供气系统1中的载气吹入产物回收系统3中，并被产物回收系统3中的u型冷凝管301首次收集以及实现热解气与液体油的一次气液分离。一次分离后的热解气进入洗气瓶303，进行二次气液分离并除去其中的残留小分子液体。二次气液分离的热解气进入干燥瓶304中干燥后被气袋306收集，在线气相色谱仪307则用于实时在线监测和分析热解气组分变化。
49.最终得到的液体油产率为71.9％，热解气的产率为13.6％，线气相色谱仪307分析的气体组成为h216.3％、ch415.0％、co19.3％、co231.2％、c2h412.0％、c2h63.4％、c3h63.0％
50.需要说明的是，上述实施例仅仅是实现本发明的优选方式的部分实施例，而非全部实施例。显然，基于本发明的上述实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都应当属于本发明保护的范围。