[发明专利]氢氧燃烧法直接加热裂解废聚烯烃的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及废聚烯烃裂解领域，具体地，本发明涉及一种氢氧燃烧法直接加热裂解废聚烯烃的装置及方法。

背景技术

聚烯烃属用途广泛的大宗塑料产品。有资料显示，2011年中国的塑料消费量已达到占世界消费总量1/4强的近6000万吨，成为世界第一大塑料消费国。与此同时，由于塑料制品尤其是塑料包装的使用寿命普遍较短，大量废塑料造成了日益严重的“白色污染”。废塑料中，以聚乙烯和聚丙烯为代表的聚烯烃的占比通常可达60～70％，废聚烯烃的处理因此成为废塑料处理中的一个主要方面。

填埋、焚烧和回收利用是目前国内外废塑料处理的主要方法。填埋和焚烧处理虽在多数国家仍占有较高份额，但随着废塑料量的逐年增长和环保管理的日益严格，填埋和焚烧处理开始受到挑战。填埋的土地成本日益昂贵，在某些地方甚至根本无地可选；焚烧因有毒烟气的排放而受到周围居民的抵制。

废聚烯烃的回收利用是可持续利用石油资源的一种最佳方式。将废聚烯烃通过高温裂解回收单体烯烃不仅能实现石油烃资源的循环利用，也有望扩大裂解原料来源，在一定程度上缓解当前大型乙烯装置普遍存在的原料不足问题。

烃类热裂解是目前制取小分子烯烃的主流方法。高反应温度和短停留时间有利于提高烯烃产率并减少副产物的生成，这就要求对裂解反应施加很高强度的热量供给。从传热的角度，热裂解可分为直接加热裂解(Directly heated pyrolysis)和间接加热裂解(Indirectly heated pyrolysis)，前者指热源不经传热介质将热量直接传给裂解原料，后者则需通过传热介质(反应管壁)向裂解原料传递热量。采用管式裂解炉的蒸汽裂解(Steam cracking)技术是间接加热裂解的典型代表，绝大多数小分子烯烃都是采用此法生产的。作为蒸汽裂解技术的核心，管式裂解炉技术经过长期的不断改进，性能已近完善。出于减少因炉管内壁结焦导致的传热恶化和压降增大的原因，石脑油仍是占主导地位的裂解原料。

出于扩大裂解原料来源的目的，近年来人们对裂解技术提出了多种改进，其中既有间接加热裂解技术，也有直接加热裂解技术。

美国专利US7744747B2、US7578929B2、US6743961B2等公布的裂解技术的特点在于可将原油等重质原料用于蒸汽裂解，但均需前处理工艺将其中的轻质馏分蒸发出来，再用裂解炉对轻质馏分进行裂解。这在一定程度上摆脱了原油加工流程对裂解工序的束缚，但实际使用的裂解原料仍是原油中的轻质馏分，实质上并未扩大裂解原料的来源。美国专利US4136015和US4256565公布的裂解技术的特点在于将高温燃烧气体用作热载气体，采用直接加热裂解重质油。此类技术虽然能在裂解装置中直接裂解重油甚至原油，但是为了实现热载气体与裂解原料的高效混合和快速裂解，往往需要借助复杂的装置或其他技术手段。

近来有人提出选择性氢燃烧技术，将间接加热改为直接加热，使得热裂解反应在绝热反应器中进行，不需要外加热源。比如中国专利CN 101875591A，该技术借助选择性氢燃烧催化剂，将氢气、氧气和烃类原料混合物流引入氢催化燃烧装置，使其中的氢气进行催化燃烧反应，将物流加热，加热后的物流进入绝热反应装置发生热裂解反应。该技术需要多级氢催化燃烧装置和绝热反应装置串联以提高烯烃产率，而且情燃烧需要借助催化剂，必然增加了成本，且过程不好控制。

出于裂解废聚烯烃回收单体烯烃的目的，近年来也提出了多种一步法和两步法裂解技术。

美国专利US532691/5136117公布的裂解废塑料回收单体乙烯的方法为典型的一步法裂解，此法将加热至高温的固体颗粒与废聚烯烃颗粒直接接触，使之快速升温裂解。为了获得高升温速率和较好的混合传热效果，此法对原料的粒度有严格要求。中国专利CN95110364.4、美国专利US5639937和US5731483等公布的裂解废塑料回收单体烯烃的方法则属两步法裂解，即首先在较低的裂解温度下，将固体废塑料转化为液体裂解原料；第二步为高温裂解，将液体原料裂解为小分子烯烃。上述专利中，第二步高温裂解均采用传统的管式裂解炉，这对第一步产生的液体裂解原料有相当严格的要求，一般需将液体裂解原料控制在相当于石脑油馏分的范围内。

发明内容