專利名稱：由廢塑料連續(xù)地制備汽油、煤油和柴油的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般而言涉及一種用于由廢塑料連續(xù)制備汽油、煤油和柴油的方法和系統(tǒng)。具體地說，本發(fā)明涉及一種用于連續(xù)制備汽油、煤油和柴油的方法和系統(tǒng)，它包括脫氫和分解廢塑料，接著使得到的廢塑料進(jìn)行流化催化裂化，而且它是特別適合用于小型設(shè)備之中。本發(fā)明可以獲得高份數(shù)的汽油基餾分，而且從環(huán)境保護(hù)和資源回收角度來說也是特別有利的。
背景技術(shù)：
從環(huán)境保護(hù)和能源回收角度來說，廢塑料回收是目前世界范圍內(nèi)受人普遍關(guān)注的話題，而且，已經(jīng)通過多種不同方式在進(jìn)行研究。作為這類廢塑料回收的一個領(lǐng)域，從廢塑料回收燃料已經(jīng)得到大家的公認(rèn)。
常規(guī)的從廢塑料回收燃料的方法主要能夠生產(chǎn)煤油、柴油和/或它們的混合物。但是，由于存在與方法和設(shè)備相關(guān)的技術(shù)問題，如廢塑料原料的預(yù)處理、裂化、分餾和精制等，還沒有利用廢塑料生產(chǎn)汽油特別是汽車汽油的報導(dǎo)。
汽油(gasoline)通常是指揮發(fā)性易燃的液態(tài)烴，它們是通過原油的重整蒸餾、聚合、催化裂化和烷基化等而制備得到的。在許多國家中，關(guān)于汽油的辛烷值、蒸餾特性和有害物如鉛或硫成分的允許含量，法律上有明確的規(guī)定。具體地說，辛烷值和蒸餾特性是用于汽車內(nèi)燃機(jī)燃料的最重要的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在油精制廠中制備的汽油符合所述法律規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，是通過結(jié)合具有低的或高的辛烷值的低沸點或高沸點餾分到由流化催化劑裂化單元(FCCU)制得的產(chǎn)物和一種由在原油的常壓蒸餾下制得的石腦油的加氫裂化的高沸點餾分的重整工藝中得到的產(chǎn)物組成的混合產(chǎn)物中而制得的。為此，利用廢塑料生產(chǎn)汽油要符合所述質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是很困難的。
廢塑料(它們是一種高分子量的聚合物)，當(dāng)它們進(jìn)行簡單的熱分解時，存在這樣的問題，就是由于它們的分解特性，它們主要產(chǎn)生一種蠟餾分，只有少量的汽油、煤油和輕油，或沒有汽油、煤油和輕油生成。
因此，作為上述問題的解決方案，人們提出采用固體酸作為催化劑進(jìn)行熱分解。但是，這些方法的一個不足之處在于主要生成C1-C3廢氣和C8-C25煤油和柴油的混合油餾分，而具有4-25個碳原子為主要成分的油類餾分不能高收率地制得。其結(jié)果是廢塑料的回收僅限于得到混合油。
除了這個不足外，上述的熱分解方法還存在另一個問題，即積炭和聚合物(它們是在廢塑料熔體的催化裂化過程中形成的)直接在催化劑表面形成阻擋層，這樣就會發(fā)生嚴(yán)重的催化劑中毒現(xiàn)象，從而很快地降低催化劑活性。為此，采用一種方法，其中，一種簡單的熱分解氣態(tài)油(gaseous oil)通過使所述氣態(tài)油流過一個填充有催化劑的固定床反應(yīng)器進(jìn)行部分裂化和異構(gòu)化。但是，這種方法存在一個問題，就是，由于所述固定床內(nèi)溫度低于所述熱分解區(qū)的溫度，所以反應(yīng)轉(zhuǎn)化率是很有限的。而且，在這種方法中，由于催化劑中毒現(xiàn)象，催化劑的再生和更新需要很高的費用，并且是非常復(fù)雜的。由于存在這些不利因素，這種方法在工業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用是有限的。此外，這種方法生產(chǎn)的汽油餾分相對較低，所以不能認(rèn)為它適合于汽油的生產(chǎn)。
發(fā)明的描述本發(fā)明的第一個目的，是提供由廢塑料連續(xù)制備汽油、煤油和柴油的方法，它能夠以高份數(shù)地制備高質(zhì)量的汽油基餾分(gasoline-based fraction)。
本發(fā)明的第二個目的，是提供連續(xù)制備汽油、煤油和柴油的方法，由于其對廢塑料的有效回收，所以有利于環(huán)境保護(hù)。
本發(fā)明的第三個目的，是提供用于按照上述第一和第二目的所述方法連續(xù)制備汽油、煤油和柴油的系統(tǒng)。
根據(jù)用來完成本發(fā)明第一目的的一種優(yōu)選方面，提供了連續(xù)制備汽油、煤油和柴油的方法，包括以下步驟使廢塑料進(jìn)行第一催化反應(yīng)，在脫氫同時進(jìn)行分解；使脫氫后和分解的廢塑料熔體(melt)進(jìn)行流化催化裂化，以高份數(shù)制得汽油基餾分；分餾出所得物質(zhì)為汽油基餾分、煤油餾分、和柴油餾分。
根據(jù)用來完成本發(fā)明第二個目的的另一種優(yōu)選方面，提供了連續(xù)制備汽油、煤油和柴油的方法，它還包括在上述用來完成所述第一和第二目的的方式中提及的分餾步驟之后的所述汽油基油餾分的重整步驟。
根據(jù)用來完成上述第一和第二目的的另一種優(yōu)選方面，提供了連續(xù)制備汽油、煤油和柴油的方法，它還包括下述步驟在所述重整步驟之后，使重整后的汽油基餾分進(jìn)行低壓氣體分離；對來自分餾步驟的煤油和柴油和來自低壓氣體分離步驟的重整的汽油基餾分分別地進(jìn)行精制；以及根據(jù)對其進(jìn)行的儀器分析結(jié)果，添加至少一種添加劑到所述精制后的汽油基油餾分中，使得所得到的汽油基餾分具有符合法律規(guī)定的辛烷值和蒸餾特性。
根據(jù)用來完成本發(fā)明上述第三個目的的另一種優(yōu)選方面，提供了用來從廢塑料連續(xù)制備汽油、煤油和柴油的系統(tǒng)，它包括一個流化床催化劑裂化裝置，廢塑料熔體和氧化鋁硅酸鹽固體酸催化劑顆粒向下引入到其中，并進(jìn)行裂化和異構(gòu)化，從其下部將蒸汽(steam)注入器產(chǎn)生的蒸汽注入到其中，以蒸發(fā)存在于催化劑表面上的未蒸發(fā)的氣態(tài)油，而且，它經(jīng)由一個位于其上部的壓力控制裝置與一個分餾塔連通；一個旋風(fēng)分離器，它設(shè)置在所述流化催化塔的外部，是用來在下落到所述下部的催化劑顆粒中僅分選出希望尺寸的催化劑顆粒；以及一個鎳-鉬催化劑再生器，它包括一個空氣注入器和一個廢氣壓力控制器，用來再生從所述旋風(fēng)分離器中傳送來的催化劑，并將再生后的催化劑返回到所述流化催化裂化裝置中。
根據(jù)用來完成本發(fā)明第三個目的的另一個優(yōu)選方面，提供了一種用于連續(xù)制備汽油、煤油和柴油的系統(tǒng)，除了在上面所述系統(tǒng)中提及的裝置(elements)之外，它還包括一個反應(yīng)器，用來使所述廢塑料熔體與一種鎳或鎳合金催化劑推進(jìn)器進(jìn)行接觸，以在分解所述廢塑料熔體的同時進(jìn)行脫氫，所述反應(yīng)器與所述流化催化裂化裝置和所述催化劑再生器是連通的。
根據(jù)用來完成本發(fā)明第三個目的的另一種優(yōu)選方面，提供了一種用來連續(xù)制備汽油、煤油和柴油的系統(tǒng)，除了上面所述系統(tǒng)中提及的裝置之外，它還包括一個重整超強(qiáng)酸催化劑的貯存罐；一個第一高速混合器，用來混合所述汽油基餾分與所述重整催化劑；和一個重整反應(yīng)器。
附圖的簡要說明本發(fā)明的其它目的和方式，通過參照附圖，可由下述對實施方案的說明變得更加清楚，其中

圖1所示為圖示說明本發(fā)明所述連續(xù)方法的流程圖；和圖2所示為圖示說明本發(fā)明所述的系統(tǒng)。
實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式本發(fā)明所述系統(tǒng)適于連續(xù)制備方式，它具有下述的構(gòu)造裝置第一，廢塑料原料預(yù)處理和熔化裝置，以及任選性地雜質(zhì)清除裝置。
第二，第一反應(yīng)器，用來在分解所述廢塑料熔體時進(jìn)行脫氫。
第三，第二反應(yīng)器，用來使所述脫氫和分解后的廢塑料熔體進(jìn)行流化催化裂化，從而以相對高份數(shù)地制備得到汽油基餾分、煤油餾分和柴油餾分。
第四，Aspen分餾塔，它可以是任選包括的，對有效和精確分離具有過程波動削弱作用。
第五，第三反應(yīng)器，用來重整將要轉(zhuǎn)化的所述汽油基餾分為高辛烷值的汽油基餾分。
第六，沉淀分離罐，它是任選包括的，用來分別除去存在于所述汽油基餾分、煤油餾分和柴油餾分中的各種添加劑，使得所述添加劑含量低于法律規(guī)定的正常值。
第七，混合器，它是任選包括的，用來提供符合法律規(guī)定的汽油，是通過間歇或連續(xù)地對所述汽油基餾分進(jìn)行儀器分析，然后按照所得到的分析結(jié)果通過混合所述油餾分與一種混合原料，使所述油餾分的辛烷值和蒸餾特性符合法律所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。
根據(jù)本發(fā)明，所述從廢塑料連續(xù)制備汽油、煤油和柴油的方法是有利的，這是因為煤油和柴油餾分(它們是由分餾塔中的催化裂化氣態(tài)油的餾分中得到的)富含在異構(gòu)化餾分中，這是由于它們在流化催化裂化步驟中已經(jīng)重整至相當(dāng)?shù)乃健?br> 為此，所述煤油和柴油餾分的凝固點降低，這樣，在具有相對高使用頻率的冬季或寒冷地區(qū)在運輸和貯存方面就不會有問題。而且，它們符合燃料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)在參照附圖將對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。為了便了說明，參考圖1及圖2。
圖1所示為圖示說明本發(fā)明一種實施方式的連續(xù)制備汽油、煤油和柴油的方法的流程圖，圖2所示為圖示說明本發(fā)明系統(tǒng)的示意圖。現(xiàn)在將按照工藝步驟順序?qū)Ω綀D進(jìn)行說明。
首先，進(jìn)行預(yù)處理，它由粉碎和分選步驟、熔化步驟和雜質(zhì)沉淀步驟組成。在所述粉碎和分選步驟中，收集的廢塑料被粉碎為易于運輸和熔化的碎片大小，雜質(zhì)被分選出來并被除去。所述粉碎廢塑料的大小對于本發(fā)明不是關(guān)鍵性的。所述廢塑料的粉碎速率，例如，可為約1000kg廢塑料/hr，當(dāng)然，它會根據(jù)粉碎設(shè)備的規(guī)模而變動。
其間，此處所用術(shù)語“廢塑料”都是表示天然和合成的樹脂。所述廢塑料優(yōu)選地是指熱塑性樹脂，但是，不排除熱固性樹脂。更優(yōu)選地，所述廢塑料包括但不限于聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等。
接著，在熔化步驟中，所述粉碎廢塑料被螺旋進(jìn)料器輸送到原料熔化裝置1和2中，在該處所述粉碎和分選后的廢塑料進(jìn)行熔化。在圖2所示的實施方式中，在第一次熔化所述廢塑料碎片時，所述廢塑料熔體在第一熔化裝置中采用由發(fā)動機(jī)81旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器83進(jìn)行攪拌。接著，所述熔體進(jìn)行脫水使之水含量約為10％或更低，之后升溫到150℃。之后，所述熔體被螺旋進(jìn)料器42引入到第二熔化裝置2中，并進(jìn)一步升溫到約340-360℃，在其中進(jìn)行第二次熔化。第二次熔化后的廢塑料被引入到一個原料熔化罐3中。泥土和細(xì)小雜質(zhì)等(它們沉積在所述原料熔化罐的底部)，采用卸料螺旋44從所述系統(tǒng)中除去。
所述廢塑料在所述熔化罐3中進(jìn)行熔化，使得其完全均勻化。在所述雜質(zhì)沉淀步驟中，所述均勻的廢塑料混合物通過采用旋轉(zhuǎn)泵51被輸入到一個沉淀罐5中，所述罐5維持在約340-360℃的溫度，且在其底部是傾斜的。在所述沉淀罐5中，泥土和細(xì)小雜質(zhì)等沉淀出來并被除去。其間，所述采用旋轉(zhuǎn)泵51進(jìn)行運輸?shù)膹U塑料熔體，通過采用來自第一外部循環(huán)加熱器4的熱量補(bǔ)償損失的熱量，使其維持在約350℃。如果所述廢塑料的粉碎速率為如上所述的速率，則所述熔體的輸送速率，舉例來說，可為約5,000升/分鐘(LPM)，但是，它也可變動。沉積在所述沉淀罐4底部上的泥土和雜質(zhì)，采用卸料螺旋43從所述系統(tǒng)中除去。所述沉淀罐5也可配置有一個加熱器(圖中未畫出)。
接著，進(jìn)行脫氫和分解步驟(第一催化反應(yīng)步驟)。在此步驟中，所述廢塑料熔體(雜質(zhì)已經(jīng)通過上述的預(yù)處理步驟被除去)，經(jīng)由一個計量泵52，以固定流速(對于上述的粉碎速率來說，約15-18LPM)被引入到第一反應(yīng)器中。使所述輸入的廢塑料熔體在350-370℃與由發(fā)動機(jī)82旋轉(zhuǎn)的催化劑推進(jìn)器86(優(yōu)選地為一種由鎳或鎳合金制成的推進(jìn)器)進(jìn)行接觸，從而進(jìn)行脫氫和分解。而且，從反應(yīng)活性和產(chǎn)量角度來說，控制推進(jìn)器轉(zhuǎn)速/推進(jìn)器/流速(例如，對于上述粉碎速率來說，180rpm/8-葉片-4段盤式渦輪機(jī)/5cm/min上升流)是優(yōu)選的，這樣可使得流速的反應(yīng)片斷低于10-20μm。在所述第一反應(yīng)器中原料的停留時間在約20-35分鐘的范圍內(nèi)。
特別地，所述推進(jìn)器優(yōu)選具有多段渦輪葉片類型，這樣可使得所述廢塑料原料流維持在活塞流。擋板和盤狀孔可有利地用作維持活塞流的輔助元件。
所述鎳合金催化劑在高溫如約350-370℃下進(jìn)行聚合物的脫氫反應(yīng)，并同時在其弱點進(jìn)行聚合物的裂化反應(yīng)。在此步驟中，由于實際上熱裂化或催化裂化不再發(fā)生，所以，也不會發(fā)生由于在催化劑表面上形成阻擋層而引起的催化劑中毒問題。
經(jīng)此脫氫和分解步驟，所述原料被還原到分子量為其1/8-1/12的水平。
向所述第一反應(yīng)器中的供熱是通過操作泵53與第二外部循環(huán)加熱器7而實現(xiàn)的。加熱器85也可安裝在所述第一反應(yīng)器6的外部。
接著，將所述廢塑料熔體原料(它經(jīng)過所述第一催化反應(yīng)，即所述脫氫反應(yīng)和分解反應(yīng)步驟)進(jìn)行流化催化裂化。被高壓泵54輸送的原料與由催化劑再生器8輸送的催化劑，在位于流化催化裂化管10a的一個狹窄空間內(nèi)劇烈地進(jìn)行反應(yīng)，其溫度維持在500-550℃。在按此方式進(jìn)行反應(yīng)時，所述原料以10kg/cm2壓力和約15-18LPH的流速(對于上述粉碎速率來說)被輸入到所述流化催化裂化裝置10(第二反應(yīng)器)中。所述原料的反應(yīng)在所述流化催化裂化裝置10中進(jìn)行完全，同時所述催化劑向下落到所述流化催化裂化裝置的底部。在此反應(yīng)中，所述原料一旦與所述催化劑接觸就立即被裂化，然后其體積膨脹約18倍。與此膨脹的同時，它快速地擴(kuò)散到所述催化劑的孔隙中，進(jìn)一步地進(jìn)行裂化和異構(gòu)化。
至于用于上述反應(yīng)中的催化劑，常規(guī)的氧化鋁-氧化硅(SiO2-Al2O3)固體酸催化劑是優(yōu)選的，但不限于此。低分子量氣體(它在約500-550℃的溫度發(fā)生裂化)，與催化劑內(nèi)部的廣大孔隙表面進(jìn)行接觸，同時按第二反應(yīng)進(jìn)行重整和芳構(gòu)化。
所述原料流過所述流化催化反應(yīng)器的時間，由擴(kuò)散速率所決定。而且，優(yōu)選的是所述催化劑從所述上部向下引入，這是因為它可明顯地降低設(shè)備費用，同時，它對于使設(shè)備尺寸小型化也是有利的。
所述催化劑和氣態(tài)油(它們流過所述流化床)，在所述第二反應(yīng)器10中相互分離開來。在此操作時，優(yōu)選控制熱平衡和物料平衡，使得90％或更多所述原料最終得到裂化。這類控制對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。
所述氣態(tài)油部分(它沒有從所述催化劑表面除去)，采用由蒸汽發(fā)生器11制得的蒸汽的蒸發(fā)進(jìn)行蒸發(fā)，并以摩爾比為14％供料到所述第二反應(yīng)器10的下部。其結(jié)果是，低于10％的所述氣態(tài)油未被蒸發(fā)。
在距離所述流化催化裂化裝置10(作為第二反應(yīng)器)上方的位置處，設(shè)置一個廢氣壓力控制裝置93。該壓力控制裝置用來主要保持所述裂化裝置10的壓力處在高于所述分餾塔10下部(與所述裂化裝置連通的部分)的壓力的水平，從而防止來自所述分餾塔10的逆流。
在距離所述流化催化裂化裝置10(作為第二反應(yīng)器)下部的位置處，設(shè)置一個噴射器(圖中未畫出)，用來以約5kg/cm2的壓力噴射空氣。該噴射器用來輸送所述裂化裝置10中下落的催化劑顆粒到與催化劑再生器8相連的旋風(fēng)分離器90中。從該外部旋風(fēng)分離器90中，形成為橋狀的所述催化劑粉末被排放到貯存容器91中并被移走，但是剩余的催化劑顆粒被輸入到溫度范圍約460-490℃的所述催化劑再生器8之中。
向所述催化劑再生器8中，以19.7kg/min.的流速將空氣引入(它是根據(jù)熱平衡對于上述粉碎量情形而定的流速)，并維持在約650℃，同時氧化留在所述催化劑中的所有積炭。所述催化劑的循環(huán)數(shù)量由所述熱平衡決定。也就是說，除了初始加熱之外，不再加熱。對于上述粉碎速率來說，所述催化劑數(shù)量的循環(huán)數(shù)量約100-105升/分鐘。其間，不依賴于所述熱平衡和物料平衡的溫度控制，由于不完全再生的催化劑，可能會導(dǎo)致流化床的反應(yīng)效率降低，或者由于高溫可能導(dǎo)致所述催化劑再生器8的破裂現(xiàn)象。所述催化劑再生器8可由Ni-Mo合金制成，例如Incolloy 800 HT，它可以商購得到。
在所述催化劑再生器8的下部，設(shè)置一個具有遮斷功能的格柵，并連接到一個空氣分配器上。所述格柵和所述空氣分配器是以這樣的方式進(jìn)行設(shè)計的，使得它們可提供足夠的壓力，以應(yīng)付所述催化劑再生器8的頂部。所述格柵具有空氣孔，它們的直徑為1.5mm，且數(shù)目約1800個。在距離所述催化劑再生器8的上部的位置處，設(shè)置有一個外部旋風(fēng)分離器90和一個廢氣壓力控制裝置92。所述廢氣壓力控制裝置92用來維持所述催化劑再生器8中壓力在高于所述流化催化裂化裝置10和所述分餾塔12的下部(該部分與所述裂化裝置10連通)中壓力的水平，從而防止來自所述分餾塔12和所述催化裂化裝置10的逆流。
其后，進(jìn)行分餾步驟。在此分餾步驟中，從所述第一反應(yīng)器6的上部排出的氣態(tài)油和在所述流化催化裂化裝置10(作為第二反應(yīng)器)中裂化和異構(gòu)化的氣態(tài)油，在所述分餾塔12中進(jìn)行氣-液接觸。經(jīng)此氣-液接觸后，所述氣態(tài)油被分離為煤油餾分、柴油餾分和汽油基餾分。就該分餾塔來說，塔板數(shù)和塔盤類型決定了精確的分離效率。對于上述粉碎速率來說，可以采用具有直徑為600mm、塔板數(shù)為21和泡罩型的分餾塔。每個排放管道具有一個泵，且每種餾分控制在精確計算的溫度。所述煤油餾分控制在160-200℃的溫度，所述柴油餾分控制在240-320℃，來自所述分餾塔底部的液化油控制在350-380℃。來自所述分餾塔12底部的所述液化油流出物，在保持分餾塔12處于穩(wěn)定水平的同時，采用泵61將其返回到所述第一反應(yīng)器6。
來自所述分餾塔12的下部和中部的所述柴油餾分和煤油餾分流出物，分別地采用泵50和58，如此輸送進(jìn)行精制步驟。
同時，來自所述分餾塔12上部的所述8汽油基餾分流出物，將要通過重整步驟。所述汽油基油餾分，按一定的回流比在所述分餾塔12中進(jìn)行循環(huán)，同時通過氣-液接觸方式在汽油基餾分循環(huán)罐13中貯存一段時間。接著，來自所述罐13的底部產(chǎn)物采用泵57循環(huán)到所述分餾塔12中，收集的汽油基餾分在25℃進(jìn)行冷凝，并貯存在緩沖罐14中。由所述緩沖罐14的上部排出的低壓氣體，被輸送到一個低壓氣體收集器(一個液體接觸器)中，在其中進(jìn)行分離。
同時，來自所述緩沖罐14的汽油基餾分，采用泵61被輸送到預(yù)熱器15中，在其中，它被預(yù)熱到90-120℃的溫度。接著，所述預(yù)熱后的餾分通過第一高速混合器16，與一種經(jīng)由泵62從重整催化劑貯存罐95中輸送來的重整催化劑一起，進(jìn)行分散和攪拌，從而使之均化。將這類均化的混合物進(jìn)行異構(gòu)化，并輸送到重整反應(yīng)器17(作為第三反應(yīng)器)中，例如，對于上述粉碎速率情形來說，流速為8-12LPM。
所述重整催化劑為超強(qiáng)酸催化劑，優(yōu)選為HCl、AlCl3或SbCl3，所述汽油基餾分與所述超強(qiáng)酸催化劑，以摩爾比為1/50-1/100的混合比進(jìn)行混合。所述超強(qiáng)酸催化劑在約90-120℃溫度時，由于強(qiáng)酸作用，引發(fā)產(chǎn)生所述汽油餾分的雙鍵，將所述汽油餾分轉(zhuǎn)化為仲碳正離子，接著轉(zhuǎn)化為叔碳正離子，從而引導(dǎo)所述汽油餾分進(jìn)行異構(gòu)化反應(yīng)。在此過程中，所述轉(zhuǎn)化明顯地受所述催化劑分散程度的影響。但是，所述催化劑顆粒尺寸過小也存在問題，因為它會提高所述催化劑的損失因子數(shù)，從而會導(dǎo)致產(chǎn)物污染。其結(jié)果是，所述顆粒尺寸和分離時間相互呈緊密聯(lián)系的關(guān)系。
由于所述重整步驟是在強(qiáng)酸條件下進(jìn)行的，所以，第三反應(yīng)器17需要是由耐腐蝕材料制成的。在所述第三反應(yīng)器17中，所述催化劑和所述重整汽油餾分由于其比重而被分離開，而所述分離時間是由所述計算的沉積速度決定的。所述分離時間對于上述粉碎速率情形來說約為40分鐘。所述分離和沉淀的催化劑，以200-300cc/min的速率連續(xù)地進(jìn)行循環(huán)，并周期性地補(bǔ)充損失的部分。
來自所述第三反應(yīng)器17(作為所述重整反應(yīng)器)的酸性蒸汽流出物，溶解在一個酸洗滌器21的水中進(jìn)行洗滌，接著采用泵66將其輸送到中和罐22中，在其中它被中和。
同時，如上所述汽油基餾分(所述重整餾分)流過一個冷卻器18，并與經(jīng)由泵64輸送的水，在一個高速混合器19中以約1∶1的比值均勻地混合。
將所述均勻混合物靜置，并在第一精制罐20中進(jìn)行相分離。接著，下部含水層(酸溶解于其中)采用泵68排出，并輸送到中和罐22中并在其中進(jìn)行中和。
然后，進(jìn)行低壓氣體分離步驟。在一個低壓氣體分離塔23中，從所述汽油基餾分循環(huán)罐14和所述第一精制罐20中上部排出的氣體，和由泵67從所述第一精制罐20的油層輸送出的所述重整汽油餾分，進(jìn)行氣-液接觸，被分離為重整的油餾分和氣體。所述分離后的氣體被輸送到氣液分離罐24中，而所述分離后的重整油餾分采用泵69被輸送到酸混合器25中。
此后，在所述流化催化裂化步驟中分離的所述完全重整的油餾分(作為所述汽油基餾分)和煤油和柴油餾分，被輸送到第一精制步驟。
所述重整汽油基餾分或分餾的煤油和柴油餾分，分別地進(jìn)行冷凝并與由泵70所輸送的酸溶液(例如，1-2mol％的硫酸溶液)在所述酸混合器25中進(jìn)行混合。之后，所述混合物被輸送到第二精制罐26(作為沉淀和分離罐)中，接著進(jìn)行冷凝，并與由泵71輸送的堿性溶液(例如3-5mol％氫氧化鈉溶液)在堿混合器(alkali-mixer)中進(jìn)行混合。之后，所述混合物輸送到第三精制罐28(作為沉淀和分離罐)中。所采用的酸溶液在中和后將其處理掉，而所采用的冷凝堿性溶液在被純化后重新利用。所述第二和第三精制罐26和28，是以這樣的方式進(jìn)行設(shè)計的，使得它們能分離三相體系，以除去位于所述油餾分層(作為上層)之下的中間層和下層并具有多種溶解的添加劑的酸或堿性冷凝物。例如，在所述中間層和下層，可分別地配置一個排放閥。
所述煤油和柴油餾分(它們經(jīng)過上述的精制步驟)，輸送到各自的貯存罐(圖中未畫出)，并作為最終產(chǎn)物貯存于其中。一種替代方案是，這些餾分經(jīng)由添加劑混合步驟和第二精制步驟而被貯存，如下所述。所述貯存的油餾分分別地易于用作燃料油。
同時，所述第一精制油餾分(作為所述汽油基餾分)，它已經(jīng)經(jīng)過上述的精制步驟，貯存在汽油基餾分緩沖罐29和30中。在本發(fā)明中，盡管沒有具體限定上述緩沖罐的數(shù)目，但是，采用多個緩沖罐如兩個或多個緩沖罐，當(dāng)考慮到連續(xù)工藝的特點時，從過程效率角度來說是優(yōu)選的。
對貯存在所述汽油基餾分緩沖罐29和30中的第一精制油餾分進(jìn)行監(jiān)測。在此監(jiān)測中，所述油餾分采用合適的儀器分析裝置如氣相色譜對其成分進(jìn)行分析。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，將用來控制辛烷值和蒸餾特性的添加劑，以合適比例與所述油餾分進(jìn)行混合，從而得到符合法律規(guī)定的汽油。
安裝用來貯存所述添加劑的罐，包括抗氧化劑貯存罐31、高辛烷值添加劑(如C4輕質(zhì)高辛烷值添加劑和C4重質(zhì)高辛烷值添加劑等)的貯存罐32和33、用于低沸點和低辛烷值添加劑(如輕質(zhì)低辛烷值直鏈餾分C5-C7飽和烴和輕質(zhì)低辛烷值直鏈餾分C5-C7正烷烴等)的貯存罐34以及用于低沸點高辛烷值添加劑(如甲基叔丁基醚等)的貯存罐35。
根據(jù)第一精制油餾分的成分分析結(jié)果，將希望數(shù)量的所述第一精制油餾分采用泵77輸送到混合器(blender)36中，同時將希望數(shù)量和種類的添加劑從所述添加劑罐31、32、33、34和/或35，經(jīng)由各自的泵72、73、74、75和/或76，輸送到所述混合器36中。所輸送的添加劑在所述混合器36中與所述第一精制油餾分進(jìn)行混合，從而使所述油餾分符合法律規(guī)定。
接著，將來自所述混合器36的混合汽油輸送到第二精制步驟。對于第二精制步驟來說，所述混合汽油被輸送到第四精制罐37中，并在其中因其比重而進(jìn)行分離。所述分離后的汽油過濾流過一個過濾器38，之后，所述過濾后的汽油流到一個填充有活性炭的吸收器，在其中它被脫色。接著，所得到的汽油貯存在一個汽油貯存罐40中。
在所述從廢塑料制備汽油、煤油和柴油的方法和系統(tǒng)中，所述廢塑料中聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等原則上是以盡可能穩(wěn)定比例引入的，因為聚合物的混合比對于產(chǎn)物質(zhì)量具有一定的影響。在這點上，所述聚合物的混合配方由分析結(jié)果確定。作為參考，這種混合制備步驟也可應(yīng)用于現(xiàn)有的油精制廠中，而且它是一種基本的汽油制備方法。
而且，混合原料可增至多達(dá)十種，針對每種具體情形，根據(jù)多種參數(shù)如季節(jié)和所述進(jìn)料原料的混合比等，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行選擇。以這樣方式添加所述混合原料使產(chǎn)物的蒸餾特性符合法律規(guī)定是特別重要的。當(dāng)聚苯乙烯以很大數(shù)量添加時，例如含有顯著數(shù)量的C7-C8芳烴成分，優(yōu)選是降低C9芳烴成分的添加量，同時混合相對大量的C5餾分，從而控制所述辛烷值。
所述汽油基餾分(它已經(jīng)經(jīng)過本發(fā)明所述重整步驟)，其平均辛烷值約為85-90，但是，當(dāng)加入所述混合原料時，此平均辛烷值可提高到93-96的水平。
而且，在本發(fā)明所述制備方法和系統(tǒng)中，對100重量份廢塑料(作為所述原料)的預(yù)處理，可制得39-42重量份的汽油基餾分、9-12重量份煤油餾分、9-11重量份柴油餾分、7-11重量份廢氣和8-11重量份廢棄成分。
下述表1例證性說明了一種采用本發(fā)明制備的汽油基餾分制備汽油的混合物的實例。
表1成分(混合原料)辛烷值 混合比 重量辛烷值重整餾分 85-90 70％ 59.5-63C4成分 94 5％ 4.7C9芳烴成分 117 10％ 11.7MTBE 115 15％ 17.25總量 93.15-96.40MTBE甲基叔丁基醚由上述說明可以清楚地看出，本發(fā)明提供了從廢塑料連續(xù)制備汽油、煤油和柴油的方法和系統(tǒng)。這種方法和系統(tǒng)適用于所述流化催化裂化方式，其中，第一催化反應(yīng)后的原料和催化劑顆粒在向下移動時相互進(jìn)行接觸，并包括所述循環(huán)催化劑的重整。因此，本發(fā)明具有高的轉(zhuǎn)化率，同時可有效地避免由于催化劑中毒現(xiàn)象引起的問題。而且，本發(fā)明可工業(yè)化應(yīng)用于小規(guī)模設(shè)備，不只適用于大規(guī)模設(shè)備。此外，本發(fā)明可允許以相對高份數(shù)制備所述汽油餾分，而且極大地有利于廢棄資源回收和環(huán)境保護(hù)。
盡管為例證目的，已經(jīng)對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行了說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白，多種改進(jìn)、添加和替代也是可能的，只要不脫離如所附權(quán)利要求書中所述的本發(fā)明的范圍和精神則可。
權(quán)利要求
1.由廢塑料連續(xù)制備汽油、煤油和柴油的方法，包括以下步驟使廢塑料熔體進(jìn)行第一催化反應(yīng)，其中所述廢塑料熔體與鎳或鎳合金催化劑接觸進(jìn)行脫氫同時進(jìn)行分解；使所述脫氫和分解的廢塑料熔體進(jìn)行流化催化裂化，作為第二催化反應(yīng)，其中，所述廢塑料熔體和氧化鋁硅酸鹽固體酸催化劑向下被引入到流化催化裂化裝置中；分餾所述裂化的原料為汽油基餾分、煤油餾分和柴油餾分。
2.權(quán)利要求1所述方法，其中所述第一催化反應(yīng)步驟是在350-370℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。
3.權(quán)利要求2所述方法，其中，在所述第一催化反應(yīng)中所述廢塑料熔體的流速控制為使得對于該流速的反應(yīng)片斷為10-20μm。
4.權(quán)利要求1所述方法，其中所述流化催化裂化步驟是在500-550℃的溫度進(jìn)行的。
5.權(quán)利要求4所述方法，還包括在所述流化催化裂化步驟之后，向所述流化催化裂化裝置底部中引入蒸汽步驟，從而蒸發(fā)存在于催化劑顆粒表面上的未蒸發(fā)的氣態(tài)油。
6.權(quán)利要求1所述方法，還包括以下步驟收集來自所述流化催化裂化裝置中的向下引入的催化劑顆粒；使所收集的催化劑顆粒與空氣進(jìn)行混合；和使所得到的混合物與鎳-鉬催化劑在620-680℃的溫度進(jìn)行接觸，從而通過氧化反應(yīng)除去保留在所述催化劑顆粒上的積炭。
7.權(quán)利要求1所述方法，還包括以下步驟在所述第一催化反應(yīng)之前，通過粉碎和熔化所述廢塑料對所述廢塑料進(jìn)行預(yù)處理；和在所述廢塑料中沉淀雜質(zhì)。
8.權(quán)利要求7所述方法，其中所述熔化步驟包括先熔化所述廢塑料以維持其水分含量為10％或更低，接著熔化所述廢塑料以升高其溫度到340-360℃的范圍，且所述雜質(zhì)沉淀步驟是在340-360℃的溫度范圍進(jìn)行的。
9.權(quán)利要求1所述方法，還包括采用超強(qiáng)酸催化劑HCl、AlCl3或SbCl3重整所述汽油基餾分步驟，作為第三反應(yīng)步驟。
10.權(quán)利要求9所述方法，其中所述汽油基餾分以摩爾比為1/50-1/100與所述超強(qiáng)酸催化劑進(jìn)行混合。
11.權(quán)利要求9所述方法，還包括以下步驟使來自所述第三催化反應(yīng)中的汽油基餾分和所述催化劑與水進(jìn)行混合；使所得到的混合物進(jìn)行靜置；和排放并中和所得到的混合物的含水層。
12.權(quán)利要求9所述方法，還包括以下步驟在所述第三催化反應(yīng)步驟之后，采用氣-液接觸方式，使所述重整的汽油基餾分進(jìn)行低壓氣體分離。
13.權(quán)利要求1或12所述方法，還包括以下步驟使來自所述分餾步驟的煤油和柴油餾分，以及來自所述低壓氣體分離步驟的所述重整汽油基餾分，分別與酸進(jìn)行混合；從各自的餾分中分離出所述酸；使所述各自的餾分與堿進(jìn)行混合；和從所述各自的餾分中分離出所述堿，從而使各自的餾分得到精制。
14.權(quán)利要求13所述方法，還包括以下步驟通過儀器分析，對來自所述精制步驟的所述汽油基餾分進(jìn)行監(jiān)測；和根據(jù)所述儀器分析結(jié)果，向所述汽油基餾分中加入添加劑，從而使所述汽油基餾分具有符合法律規(guī)定的辛烷值和蒸餾特性。
15.權(quán)利要求14所述方法，其中所述添加劑選自抗氧化劑；C4輕質(zhì)高辛烷值添加劑和/或C4重質(zhì)高辛烷值添加劑；C5-C7飽和烴低沸點和低辛烷值添加劑和/或C5-C7正鏈烷烴低沸點和低辛烷值添加劑；甲基叔丁基醚低沸點高辛烷值添加劑；和它們的混合物。
16.用來由廢塑料連續(xù)制備汽油、煤油和柴油的系統(tǒng)，它包括流化床催化裂化裝置，所述廢塑料熔體和氧化鋁硅酸鹽固體酸催化劑顆粒，從其頂部向下引入到其中，并進(jìn)行裂化和異構(gòu)化，并從其下部將蒸汽注入到其中，以蒸發(fā)存在于催化劑表面上的未蒸發(fā)的氣態(tài)油，所述流化催化裂化經(jīng)由設(shè)置在距離其頂部位置的壓力控制裝置與分餾塔相連通；旋風(fēng)分離器，設(shè)置在所述流化催化塔的外部，是用來在下落到流化催化裂化器下部的催化劑顆粒中僅分選出希望尺寸的催化劑顆粒；由鎳-鉬制成的催化劑再生器，它包括空氣注入器和廢氣壓力控制器，用來再生從所述旋風(fēng)分離器中傳送來的催化劑，并將再生后的催化劑返回到所述流化催化裂化裝置中。
17.權(quán)利要求16所述系統(tǒng)，還包括反應(yīng)器，在其中，所述廢塑料熔體與由鎳或鎳合金催化劑制成的葉輪進(jìn)行接觸，以將所述廢塑料熔體進(jìn)行脫氫并同時分解，所述反應(yīng)器與所述流化催化裂化裝置和所述催化劑再生器是連通的。
18.權(quán)利要求17所述系統(tǒng)，還包括與所述反應(yīng)器是連通的廢塑料熔化裝置、加熱器和用來除去所述廢塑料中雜質(zhì)的沉淀罐，所述加熱器和所述沉淀罐是設(shè)置在所述廢塑料熔化裝置的外部。
19.權(quán)利要求16所述系統(tǒng)，其中所述流化催化裂化裝置的上部和下部相互是連通的，所述裂化裝置的上部與汽油基餾分循環(huán)罐和緩沖罐是連通的，所述裂化裝置的中間部分與煤油餾分精制裝置是連通的，所述裂化裝置的下部與柴油餾分精制裝置是連通的。
20.權(quán)利要求17所述系統(tǒng)，其中所述分餾塔為具有泡罩塔盤型的Aspen分餾塔。
21.權(quán)利要求19所述系統(tǒng)，還包括預(yù)熱器，用來加熱來自所述緩沖罐的汽油基餾分流出物；貯存罐，用于貯存超強(qiáng)酸重整催化劑；和第一高速混合器，用來混合來自所述預(yù)熱器的汽油基餾分與來自所述重整催化劑貯存罐的重整催化劑。
22.權(quán)利要求21所述系統(tǒng)，還包括重整反應(yīng)器，來自所述高速混合器的混合物被輸入到其中，它是用來重整所述汽油基餾分；第二高速混合器，用來使所述重整汽油基餾分與水進(jìn)行混合；和第一精制罐，用作相分離器，它與所述第二高速混合器是連通的。
23.權(quán)利要求19或22所述系統(tǒng)，還包括液體接觸器，用來使來自所述第一精制罐的所述重整汽油基餾分進(jìn)行氣-液接觸，以分離出低壓氣體；酸混合罐和酸分離罐，用來分別精制來自所述分餾塔的煤油和柴油餾分和來自所述液體接觸洗滌器的汽油基餾分；和堿混合罐和堿分離罐，它們與所述酸分離罐是連通的。
24.權(quán)利要求23所述系統(tǒng)，還包括至少一個混合器，用來根據(jù)對所述汽油基餾分的儀器分析結(jié)果，添加多種添加劑到來自所述堿分離罐的汽油基餾分流出物中，使得所述汽油基餾分具有符合法律規(guī)定的辛烷值和蒸餾特性，和至少一個與所述混合器連通的添加劑混合罐，用來貯存所述添加劑。
25.權(quán)利要求24所述系統(tǒng)，還包括過濾器，用來過濾其中已經(jīng)添加有添加劑的汽油基餾分；和活性炭吸收器，用來對所述汽油基餾分進(jìn)行脫色。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由廢塑料連續(xù)地制備汽油、煤油和柴油的方法和系統(tǒng)。這種方法包括以下步驟使廢塑料熔體進(jìn)行第一催化反應(yīng)，其中所述廢塑料熔體與鎳或鎳合金催化劑接觸進(jìn)行脫氫同時分解；使所述脫氫和分解的廢塑料熔體進(jìn)行流化催化裂化，作為第二催化反應(yīng)，從而以高份數(shù)地制備汽油基餾分；分餾所述裂化的原料得到汽油基餾分、煤油餾分和柴油餾分；重整所述汽油基餾分以制備高辛烷值的汽油。本發(fā)明可適用于小規(guī)模設(shè)備，不只適用于大規(guī)模設(shè)備。而且，本發(fā)明可允許以高份數(shù)和有效方式從所述廢塑料制備得到汽油，從而有利于資源回收和環(huán)境保護(hù)。
文檔編號B29B17/00GK1451034SQ00819355
公開日2003年10月22日 申請日期2000年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月20日
發(fā)明者郭鎬俊 申請人:郭鎬俊