一种PVC催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的工艺及装置

一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的工艺及装置
技术领域
1.本发明涉及pvc催化应用技术领域，具体为一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的工艺及装置。


背景技术：

2.塑料是以石油为原料，经过裂解、聚合等反应后生成的一种高分子材料，广泛应用于食品、包装行业。目前，大部分塑料制品由聚乙烯（pe）、聚丙烯（pp）、聚苯乙烯（ps）、聚氯乙烯（pvc）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）组成，其中pvc是第二大通用塑料，约占40%。塑料的平均使用寿命仅约为6-12个月，使用后常被随意丢弃，这不但会占用大量的土地，造成资源的严重浪费，而且给人类的生存环境带来巨大压力，因此其合理处置已成为一个迫在眉睫的问题。
3.目前，气化是广受关注的废弃塑料处置技术路线之一。在高温缺氧的环境下，塑料中的高分子链发生断裂、缩聚和环化等一系列复杂化学反应，生成氢气、烷烃和烯烃等小分子气态化合物，是具有重大经济和环保效益的一种利用途径。
4.当前，废塑料主要采用热解-催化重整制备富氢气体。然而，pvc含有约57%的氯，其在热解过程中会产生大量的无机氯（hcl）。hcl具有较强的腐蚀性，会对反应装置造成严重损害，同时还可能导致催化剂中毒失活，影响重整反应机理。基于此，国内外学者提出在pvc热解过程中添加碱/碱土金属作为固氯剂，通过物理/化学吸附将氯元素固定在固相中，但传统的槽式和管式反应器采用外部间接加热方式，易造成塑料受热不均，产生大量焦炭沉积于催化剂与固氯剂颗粒表面，覆盖活性中心，堵塞内部孔道，削弱反应活性，同时反应器内较低的气固混合强度减少了hcl与固氯剂反应几率，最终导致固氯效率较低。
5.此外，已有研究发现废塑料制富氢气体过程中，催化剂表面会同时出现无定形积碳和纤维状积碳（即碳纳米管，可制备超级电容材料）。无定形积碳是造成催化剂失活的主要原因，而纤维状积碳对催化活性的影响较小。传统的单一焙烧反应则将低附加值的无定形积碳和高附加值的纤维状积碳一并烧焦处理，降低了产品附加值，且催化剂颗粒极易团聚失活，可循环使用次数较少。
6.因此，如何提高固氯效率、延长催化剂使用寿命、提高产品附加值，这些都是亟待解决的重大问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的工艺及装置，以解决背景技术中提出的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的装置，包括螺旋给料机和热解气化仓，所述螺旋给料机的顶端连接有引射器，所述引射器的一端设置有固氯组件，所述固氯组件的一侧连接有热解气化仓，所述热解气化仓的顶端连接有旋风分离器，所述旋风分离器与螺旋给料机之间设置有第三调节阀和第二引
风机，所述旋风分离器的底端设置有颗粒气化仓，所述颗粒气化仓的底端连接有颗粒燃烧仓，所述颗粒燃烧仓和颗粒气化仓均与热解气化仓连接，所述颗粒燃烧仓的底端设置有纯氧送风机，所述颗粒燃烧仓的一侧设置有换热器，所述换热器远离颗粒燃烧仓的一侧设置有水泵。
9.优选的，所述固氯组件包括固氯仓、滤袋、出口集箱和第一调节阀，所述固氯仓内布置有若干滤袋，所述滤袋的出口连接有出口集箱，所述固氯仓的底端设置有第一调节阀，所述第一调节阀远离固氯仓的一端与热解气化仓连接。
10.优选的，所述热解气化仓的内侧铺设有镍基催化剂。
11.优选的，所述旋风分离器的顶端连接有气体出口，所述气体出口与螺旋给料机连接，所述旋风分离器的底端设置有固体出口，所述气体出口与螺旋给料机通过第三调节阀和第二引风机连接。
12.优选的，所述螺旋给料机采用倾斜布置，所述螺旋给料机的外部设置有加热夹套，所述夹套内流通有通过气体出口处导出的热合成气。
13.优选的，所述气体出口与换热器之间设置有第一引风机。
14.优选的，所述换热器与热解气化仓之间设置有第二调节阀。
15.一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的工艺，至少包括以下步骤：s1：将pvc送入螺旋给料机的内侧，在螺旋轴的作用下向前运动；s2：将旋风分离器内产生的热合成气体导出通过气体出口输入至螺旋给料机的加热夹套内侧；s3：在外部热源的加热作用下，使得螺旋给料机内的pvc逐渐熔融并释放出hcl气体；s4：在引射器内侧添加cao粉末，使得热合成气与hcl气体和cao粉末一起进入固氯仓内；s5：cao颗粒附着到滤袋表面形成滤饼，与缓慢通过滤袋的含hcl气体充分接触，从而提高hcl的去除效率，并使得尾气从出口集箱排出，获得富氢气体；s6：在固氯仓底部设置有第一调节阀，通过调节第一调节阀的开度改变进入热解气化仓内的颗粒质量，即为将滤袋上掉落下的cao及其氯化物导入热解气化仓的内侧；s7：通过热解气化仓内铺设的镍基催化剂，在合成气的流化作用下，从螺旋给料机排出的脱除hcl后的塑料熔融物、第一调节阀排出的颗粒和镍基催化剂颗粒一起发生热解气化反应，产生的合成气夹带部分固体颗粒进入旋风分离器内进行气固分离；s8：合成气从气体出口排出，经第三者调节阀、第二引风机的作用下，进入螺旋给料机的外夹套中，加热pvc，固体颗粒则经固体出口首先进入颗粒气化仓内，使得固体颗粒在重力的作用下逐渐向下移动；s9：经水泵送入的水在换热器内，与气体出口排出的部分热合成气进行间接换热，换热后产生的水蒸气与颗粒燃烧仓排出的热烟气一起进入颗粒气化仓内，与固体颗粒表面沉积的积碳发生气化反应；s10：气化反应后产生的气体进入热解气化仓内，气化反应后产生的固体颗粒则继续在颗粒燃烧仓内，与纯氧送风机送入的纯氧进行低温燃烧反应，去除颗粒表面沉积的无定形积碳，保留纤维状积碳，用于制作碳纳米管材料；
s11：燃烧产生的烟气则进入颗粒气化仓内作为气化介质，而反应后的固体颗粒则继续返回热解气化仓内，继续进行催化裂解反应，进而完成整个循环优选的，与纯氧送风机送入的纯氧进行低温燃烧反应的温度小于℃。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明通过将引射器与螺旋给料机相连，使螺旋给料机内pvc处于负压状态，其脱氯化氢温度降低，且氯化氢缓慢通过表面形成氧化钙滤饼的滤袋，反应充分，能有效提高hcl的去除效率；2、本发明通过对镍基催化剂依次进行气化、低温燃烧处理，去除镍基催化剂表面沉积的无定形积碳，保留纤维状积碳，用于制作碳纳米管，实现催化剂的高值化利用。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明整体的结构示意图。
19.图中：1、螺旋给料机；2、引射器；3、固氯仓；31、滤袋；32、出口集箱；33、第一调节阀；4、热解气化仓；5、旋风分离器；51、气体出口；52、固体出口；6、第一引风机；7、换热器；8、水泵；9、第二调节阀；10、颗粒气化仓；11、颗粒燃烧仓；12、纯氧送风机；13、第三调节阀；14、第二引风机。
实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例
21.本实例用于公开一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的装置，通过将引射器与螺旋给料机相连，使螺旋给料机内pvc处于负压状态，其脱氯化氢温度降低，且氯化氢缓慢通过表面形成氧化钙滤饼的滤袋，反应充分，能有效提高hcl的去除效率，避免了采用喷淋碱洗方式，即将脱除的hcl进行喷淋碱洗，会造成一定程度的热量浪费；采用原位固氯方式，即将脱除的hcl与碱性物质在槽式、管式或流化床式反应器内反应，会造成固氯效率较低，且通过对镍基催化剂进行气化、燃烧处理，去除镍基催化剂表面沉积的无定形积碳，保留纤维状积碳，用于制作碳纳米管，实现催化剂的高值化利用。
22.请参阅图1，一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的装置，包括螺旋给料机1和热解气化仓4，螺旋给料机1的顶端连接有引射器2，引射器2的一端设置有固氯组件，固氯组件的一侧连接有热解气化仓4，热解气化仓4的顶端连接有旋风分离器5，旋风分离器5与螺旋给料机1之间设置有第三调节阀13和第二引风机14，旋风分离器5的底端设置有颗粒气化仓10，颗粒气化仓10的底端连接有颗粒燃烧仓11，颗粒燃烧仓11和颗粒气化仓10均与热解气化仓4连接，颗粒燃烧仓11的底端设置有纯氧送风机12，颗粒燃烧仓11的一侧设置有换
热器7，换热器7远离颗粒燃烧仓11的一侧设置有水泵8。
23.固氯组件包括固氯仓3、滤袋31、出口集箱32和第一调节阀33，固氯仓3内布置有若干滤袋31，滤袋31的出口连接有出口集箱32，固氯仓3的底端设置有第一调节阀33，第一调节阀33远离固氯仓3的一端与热解气化仓4连接；热解气化仓4的内侧铺设有镍基催化剂；旋风分离器5的顶端连接有气体出口51，气体出口51与螺旋给料机1连接，旋风分离器5的底端设置有固体出口52，气体出口51与螺旋给料机1通过第三调节阀13和第二引风机14连接；螺旋给料机1采用倾斜布置，螺旋给料机1的外部设置有加热夹套，夹套内流通有通过气体出口51处导出的热合成气；气体出口51与换热器7之间设置有第一引风机6；换热器7与热解气化仓4之间设置有第二调节阀9。
实施例
24.本实施例用于在上述实施例的前提下进一步公开一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的工艺。
25.一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的工艺，至少包括以下步骤：s1：将pvc送入螺旋给料机1的内侧，在螺旋轴的作用下向前运动；s2：将旋风分离器5内产生的热合成气体导出通过气体出口51输入至螺旋给料机1的加热夹套内侧；s3：在外部热源的加热作用下，使得螺旋给料机1内的pvc逐渐熔融并释放出hcl气体；s4：在引射器2内侧添加cao粉末，使得热合成气与hcl气体和cao粉末一起进入固氯仓3内；s5：cao颗粒附着到滤袋31表面形成滤饼，与缓慢通过滤袋31的含hcl气体充分接触，从而提高hcl的去除效率，并使得尾气从出口集箱32排出，获得富氢气体；s6：在固氯仓3底部设置有第一调节阀33，通过调节第一调节阀33的开度改变进入热解气化仓4内的颗粒质量，即为将滤袋31上掉落下的cao及其氯化物导入热解气化仓4的内侧；s7：通过热解气化仓4内铺设的镍基催化剂，在合成气的流化作用下，从螺旋给料机1排出的脱除hcl后的塑料熔融物、第一调节阀33排出的颗粒和镍基催化剂颗粒一起发生热解气化反应，产生的合成气夹带部分固体颗粒进入旋风分离器5内进行气固分离；s8：合成气从气体出口51排出，经第三者调节阀13、第二引风机14的作用下，进入螺旋给料机1的外夹套中，加热pvc，固体颗粒则经固体出口52首先进入颗粒气化仓10内，使得固体颗粒在重力的作用下逐渐向下移动；s9：经水泵8送入的水在换热器7内，与气体出口51排出的部分热合成气进行间接换热，换热后产生的水蒸气与颗粒燃烧仓11排出的热烟气一起进入颗粒气化仓10内，与固体颗粒表面沉积的积碳发生气化反应；s10：气化反应后产生的气体进入热解气化仓4内，气化反应后产生的固体颗粒则
继续在颗粒燃烧仓11内，与纯氧送风机12送入的纯氧进行低温燃烧反应，去除颗粒表面沉积的无定形积碳，保留纤维状积碳，用于制作碳纳米管材料；s11：燃烧产生的烟气则进入颗粒气化仓10内作为气化介质，而反应后的固体颗粒则继续返回热解气化仓4内，继续进行催化裂解反应，进而完成整个循环与纯氧送风机12送入的纯氧进行低温燃烧反应的温度小于550℃。
26.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的装置，其特征在于：包括螺旋给料机（1）和热解气化仓（4），所述螺旋给料机（1）的顶端连接有引射器（2），所述引射器（2）的一端设置有固氯组件，所述固氯组件的一侧连接有热解气化仓（4），所述热解气化仓（4）的顶端连接有旋风分离器（5），所述旋风分离器（5）与螺旋给料机（1）之间设置有第三调节阀（13）和第二引风机（14），所述旋风分离器（5）的底端设置有颗粒气化仓（10），所述颗粒气化仓（10）的底端连接有颗粒燃烧仓（11），所述颗粒燃烧仓（11）和颗粒气化仓（10）均与热解气化仓（4）连接，所述颗粒燃烧仓（11）的底端设置有纯氧送风机（12），所述颗粒燃烧仓（11）的一侧设置有换热器（7），所述换热器（7）远离颗粒燃烧仓（11）的一侧设置有水泵（8）。2.根据权利要求1所述的一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的装置，其特征在于：所述固氯组件包括固氯仓（3）、滤袋（31）、出口集箱（32）和第一调节阀（33），所述固氯仓（3）内布置有若干滤袋（31），所述滤袋（31）的出口连接有出口集箱（32），所述固氯仓（3）的底端设置有第一调节阀（33），所述第一调节阀（33）远离固氯仓（3）的一端与热解气化仓（4）连接。3.根据权利要求2所述的一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的装置，其特征在于：所述热解气化仓（4）的内侧铺设有镍基催化剂。4.根据权利要求3所述的一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的装置，其特征在于：所述旋风分离器（5）的顶端连接有气体出口（51），所述气体出口（51）与螺旋给料机（1）连接，所述旋风分离器（5）的底端设置有固体出口（52），所述气体出口（51）与螺旋给料机（1）通过第三调节阀（13）和第二引风机（14）连接。5.根据权利要求4所述的一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的装置，其特征在于：所述螺旋给料机（1）采用倾斜布置，所述螺旋给料机（1）的外部设置有加热夹套，所述夹套内流通有通过气体出口（51）处导出的热合成气。6.根据权利要求5所述的一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的装置，其特征在于：所述气体出口（51）与换热器（7）之间设置有第一引风机（6）。7.根据权利要求6所述的一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的装置，其特征在于：所述换热器（7）与热解气化仓（4）之间设置有第二调节阀（9）。8.一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的工艺，用于权利要求1-7中任意一项所述的一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的装置，其特征在于：至少包括以下步骤：s1：将pvc送入螺旋给料机（1）的内侧，在螺旋轴的作用下向前运动；s2：将旋风分离器5内产生的热合成气体导出通过气体出口（51）输入至螺旋给料机（1）的加热夹套内侧；s3：在外部热源的加热作用下，使得螺旋给料机（1）内的pvc逐渐熔融并释放出hcl气体；s4：在引射器（2）内侧添加cao粉末，使得热合成气与hcl气体和cao粉末一起进入固氯仓3内；s5：cao颗粒附着到滤袋（31）表面形成滤饼，与缓慢通过滤袋（31）的含hcl气体充分接触，从而提高hcl的去除效率，并使得尾气从出口集箱（32）排出，获得富氢气体；s6：在固氯仓3底部设置有第一调节阀（33），通过调节第一调节阀（33）的开度改变进入热解气化仓（4）内的颗粒质量，即为将滤袋（31）上掉落下的cao及其氯化物导入热解气化仓
（4）的内侧；s7：通过热解气化仓（4）内铺设的镍基催化剂，在合成气的流化作用下，从螺旋给料机（1）排出的脱除hcl后的塑料熔融物、第一调节阀（33）排出的颗粒和镍基催化剂颗粒一起发生热解气化反应，产生的合成气夹带部分固体颗粒进入旋风分离器（5）内进行气固分离；s8：合成气从气体出口（51）排出，经第三者调节阀（13）、第二引风机（14）的作用下，进入螺旋给料机（1）的外夹套中，加热pvc，固体颗粒则经固体出口（52）首先进入颗粒气化仓（10）内，使得固体颗粒在重力的作用下逐渐向下移动；s9：经水泵（8）送入的水在换热器（7）内，与气体出口（51）排出的部分热合成气进行间接换热，换热后产生的水蒸气与颗粒燃烧仓（11）排出的热烟气一起进入颗粒气化仓（10）内，与固体颗粒表面沉积的积碳发生气化反应；s10：气化反应后产生的气体进入热解气化仓（4）内，气化反应后产生的固体颗粒则继续在颗粒燃烧仓（11）内，与纯氧送风机（12）送入的纯氧进行低温燃烧反应，去除颗粒表面沉积的无定形积碳，保留纤维状积碳；s11：燃烧产生的烟气则进入颗粒气化仓（10）内作为气化介质，而反应后的固体颗粒则继续返回热解气化仓（4）内，继续进行催化裂解反应，进而完成整个循环。9.根据权利要求8所述的一种pvc催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的工艺，其特征在于：与纯氧送风机（12）送入的纯氧进行低温燃烧反应的温度小于550℃。

技术总结
本发明公开了一种PVC催化裂解制取富氢气体和碳纳米管的工艺及装置，涉及PVC催化应用技术领域。本发明包括螺旋给料机和热解气化仓，螺旋给料机的顶端连接有引射器，引射器的一端设置有固氯组件，固氯组件的一侧连接有热解气化仓，热解气化仓的顶端连接有旋风分离器。本发明通过将引射器与螺旋给料机相连，使螺旋给料机内PVC处于负压状态，其脱氯化氢温度降低，且氯化氢缓慢通过表面形成氧化钙滤饼的滤袋，反应充分，能有效提高HCl的去除效率，且通过对镍基催化剂进行气化、燃烧处理，去除镍基催化剂表面沉积的无定形积碳，保留纤维状积碳，用于制作碳纳米管，实现催化剂的高值化利用。利用。利用。


技术研发人员：焦明鑫 杨宇 余浩 张晟基 何鹏泽
受保护的技术使用者：重庆科技学院
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/7/12