用于废聚苯乙烯催化裂解制苯乙烯的管式裂解反应器

摘要

本发明公开了一种用于废聚苯乙烯催化裂解制苯乙烯的管式裂解反应器，包括：一个顶部设有进出料管、底部设有固相出料机构、外部设有加热装置的管式壳体；一个垂直安装在所说的壳体中的轴向搅拌装置，搅拌装置与底部的固相出料机构之间设有固体残渣沉降分离空间，搅拌装置的搅拌轴与固相出料机构相连接，搅拌装置的转动将带动固相出料机构的转动；一个设置在壳体顶部与轴向搅拌装置相连接的动力装置。本发明的废聚苯乙烯催化裂解制苯乙烯的连续裂解反应器，结构简便，工程措施可靠、易于实施，苯乙烯单体回收率高，能量利用合理，裂解效率高，综合技术经济性能优越，特别适用于废弃聚苯乙烯的大规模回收利用，经济效益和社会效益显著。

说明书

技术领域

本发明涉及一种反应器，尤其涉及一种废聚苯乙烯催化裂解制苯乙烯的管式裂解反应器。

技术背景

随着塑料工业的飞速发展，塑料的使用量越来越大，但其回收利用却很少。废旧塑料的污染问题越来越引起世界各国的高度重视。聚苯乙烯是一种常见和用途比较广泛的热塑性塑料，产量在塑料中仅次于聚氯乙烯、聚乙烯居第三位。广泛用于玩具、装成材料、包装和保温材料等。聚苯乙烯在水和泥土中多年不腐烂，因此，聚苯乙烯的大量使用也带来了废旧聚苯乙烯污染。如果焚烧处理又会造成大气污染。聚苯乙烯的二次使用质量也较差。因此催化裂解法分解废弃聚苯乙烯为世界各国研究者所重视。

美国专利5072068描述了间歇式裂解还原废弃聚苯乙烯材料回收苯乙烯单体的方法，在此法中应用金属氧化物为催化剂，同时在裂解器底部加入金属添加物，当裂解器温度达到250℃时，向裂解器中连续加入颗粒度为3-5mm的废弃聚苯乙烯颗粒；然后继续升温，当温度达到350℃时，引出裂解气体；继续升温，并保持温度于450-550℃，直到裂解器中聚苯乙烯完全被分解。当裂解后，裂解气体进入负压蒸馏釜，最终得到占加入原料量90％的蒸馏液。回收的苯乙烯占到加入原料量的70-75％。在此方法中，间歇式地裂解聚苯乙烯，裂解器反复的升温降温，使得过程的能耗大为增加，生产成本极高，也难以实现大规模工业化。另外，由于此方法需要加入固体催化剂，同时废弃聚苯乙烯也含有少量固体杂质，同时裂解过程有少量焦生成，间歇式生产需要不断的清除固体残渣，既造成了环境污染，又大大增加了劳动强度。

日本专利JP49099326揭示一种通过热解聚苯乙烯制取苯乙烯单体的方法，在此方法中，通过向载有聚苯乙烯苯溶液的热解反应器通入过热蒸汽，在铜颗粒催化剂的作用下，在300℃热解制苯乙烯单体。苯乙烯的收率达到58.35％。在此方法中，需要用大量的芳香族化合物作为溶解聚苯乙烯的溶剂，是十分昂贵的，也难以实现大规模工业化，另外苯乙烯的回收率也过低，使得回收过程缺乏经济性。

中国专利申请号94100072.9描述了一种锚式搅拌器和具有可升降式出料装置的反应釜，用可升降式出料装置间歇式生产，仍然需要不断的清除固体残渣，既造成了环境污染，又大大增加了劳动强度。

从以上专利披露的技术可看出，聚苯乙烯催化裂解制苯乙烯单体的关键设备是裂解反应器，以上专利技术都没有很好地解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是公开一种用于废聚苯乙烯催化裂解制苯乙烯的管式裂解反应器，以克服现有技术存在的上述诸多缺陷。

本发明的外加热搅拌管式裂解反应器，包括：

一个顶部设有进出料管、底部设有固相出料机构、外部设有加热装置的管式壳体；

一个垂直安装在所说的壳体中的轴向搅拌装置，搅拌装置与底部的固相出料机构之间设有固体残渣沉降分离空间，搅拌装置的搅拌轴与固相出料机构相连接，搅拌装置的转动将带动固相出料机构的转动；

一个设置在壳体顶部与轴向搅拌装置相连接的动力装置。

本发明的管式裂解反应器是这样运行的：

废聚苯乙烯以及其他辅料由管式壳体顶部的进出料管连续地进入反应器，动力装置带动搅拌装置转动，外部的加热装置加热反应器内的物料，通过强烈的搅拌，使聚苯乙烯熔融裂解，裂解气由进出料管逸出反应器，同时用于预热加入的废聚苯乙烯，废聚苯乙烯中的固体杂质以及裂解过程中生成的焦在所说的固体残渣沉降分离空间沉降后通过底部的固相出料机构连续地排出反应器。

本发明的废聚苯乙烯催化裂解制苯乙烯的连续裂解反应器，结构简便，工程措施可靠、易于实施，苯乙烯单体回收率高，达到70-85％(以100％聚苯乙烯投料量计)，能量利用合理，裂解效率高，综合技术经济性能优越，特别适用于废弃聚苯乙烯的大规模回收利用。本发明提供了一种解决废弃聚苯乙烯环境污染和有效回收利用的方法，经济效益和社会效益显著。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，

本发明的外加热搅拌管式裂解反应器，包括：

一个顶部设有进出料管13、底部设有固相出料机构12、外部设有加热装置的管式壳体6；

一个垂直安装在所说的壳体6中的轴向搅拌装置7，搅拌装置7与底部的固相出料机构12之间设有固体残渣沉降分离空间2，搅拌装置7的搅拌轴701与固相出料机构12相连接，搅拌装置7的转动将带动固相出料机构12的转动；

一个设置在壳体6顶部与轴向搅拌装置7相连接的动力装置1。

所说的轴向搅拌装置7优选采用刮壁式搅拌桨，包括搅拌轴701和两端与壳体6的内壁密切配合的桨叶702，以防止裂解液粘壁；

所说的固相出料机构12包括管壳1201和设置在管壳1201内的挤出螺杆11，挤出螺杆11与搅拌轴701相连接；

此外，所说的外部加热装置可以是一个与反应器壳体6相联而组成的夹套，也可以电加热设备；

按照本发明，壳体6的顶部还可设有一个裂解气出料管14，以使裂解气能够流畅地逸出反应器；

按照本发明优选的技术方案，为了强化裂解反应器的外部传热，此裂解反应器采用大高径比，高径比一般为3∶1～20∶1，优选5∶1～10∶1；可大大增加传热比表面积，确保了裂解反应热的供给，以保证最终的裂解反应效果。

本发明的裂解反应器，由于采用大高径比，可能带来搅拌轴701和挂壁式搅拌浆702机械稳定性方面的问题，所以在壳体6的下部设置了用于搅拌轴701下端定位的轴承8，搅拌轴701穿过轴承8而与下部的挤出螺杆11通过机械方法相连接，轴承8与支撑杆9焊接在一起，并通过支撑杆9与壳体6的底部通过机械方法连接在一起，此支撑杆至少有2个，并优选按照反应器中心轴线周向均匀布置。