【《热解反应处理PVC塑料的反应器综述》3100字】

热解反应处理PVC塑料的反应器综述1.反应器作用介绍进行热解的反应器是对整个热解反应过程有十分重要的影响的一部分，这影响了热解反应速度以及最产物的种类和数量。目前研究者主要在反应器的选择和技术设计上进行研究突破，各类型的反应器的研究大都在致力于减小反应时气体在反应器内停留的时间、增大各部分传热的效率、加工更大粒径的反应物等方面。所以我们可以得出反应器应具有传热效率高、产物停留时间短和易于放大等特点。2.反应器的分类和近年发展现在我们常用的几种反应器分别为：固定床反应器、旋转锥式反应器、流化床式反应器。下面将介绍这几种反应器的作用效果以及发展经过和目前现状。①首先是固定床反应器，固定床反应器中反应的催化剂和加热介质混合，这样可能会导致催化剂阻塞、烧结以及不能完全接触等缺点，得到许多含有废渣的油料，这样让工业放大受阻。而且塑料和催化剂一般是分开加热在固定床的半间歇反应器中，然而我们知道催化剂最合适的温度一般要比热解塑料的温度要高，这样就会导致塑料热解不充分[34]。樊征兵等人发明了一种用于生物质与废旧塑料共热解的一体化固定床反应器[35]，首先这个反应器结构是体化的集成的，构成比较简单，但能够最大的利用空间；其次仪表、放入反应物和收集产物的开口都在这台设备的同一侧，所以让操作员的操作、技术员的监控和与其他工艺设备连接更加方便。Masuda等人还研制了一种两段反应的固定床反应器，这样的反应器能够提高产物的品质，更加充分反应。图10两段反应的固定床反应器[36]②下面是旋转锥反应器，它是由荷兰特温特大学在1989到1993年最早进行研制的。最早进料量极少，仅为10kg/h，是一个不折不扣的小型装置，后由荷兰的BTG集团设计出了进料量更大的一种装置，是进料量为50kg/h的闪速热解液化装置。旋转锥反应器的基本原理很容易理解，就是将生物质颗粒、沙石和化学性质不活泼的气体加入到反应锥中。这时颗粒会和旋转锥中经过预热的沙石一块靠着锥壁，不断上升。在这个过程中，生物质能够和热砂充分反应进行热解，并变成热解蒸汽，这些蒸汽再通过管道进入分离器，然后分离生物炭最后在冷凝器中进行冷凝形成生物油。沈阳农业大学购入这种装置，处理量可达26.4kg/h。在温度600℃且分离器温度500℃、旋转锥的转动频率10HZ时产品中生物油和不凝性气体和热解碳的比例为53.37%、21.45%和25.16%。东北林业大学蒋念勇等经过对以前反应器的研究和改进，研制出了ZKR-600型旋转锥主反应器，还有处理能力大约在600kg/h的试验品。③流化床反应器可以高效传送能量和输送物质，能够让加热速率更高，产出分子量小的物质和提高所得液体的占比，所以我们可以知道，流化床反应器可以更好的促进热解反应进行。流化床反应器的作用机理是在管状的容器中，颗粒状的固体床料在多孔分布板上，就像水可以带动小颗粒移动一样，反应器中的流体能够让固体颗粒也流动起来，我们通常把这种情况叫做流态化。流化床可以让气、固混合得更为充分同时让温度分布更加均匀等可圈可点之处。目前我们在热解领域应用比较多的几种流化床反应器分别是：鼓泡流化床反应器、喷动流化床反应器、循环流化床反应器，下面将有简单介绍。(1)鼓泡流化床反应器鼓泡流化床反应器能够经底部沸腾的传热介质进行快速热解，结构相对简单的同时技术相对成熟，也能够易于放大，这些都成为了这项装置不可多得的优点。西班牙的费诺萨联合集团和英国的韦尔曼公司研发出了性能较高的中试装置（过程开发中用来考察化上过程的操作，或用于进行基础研究的装置，以表明过程的可行性和确定安全放大系数、过程或过程设计的基本可常性，减少和避免过程中的风险），刘宇等研制出了反应能力在50kg/h的规格较小的装置，经过用电进行加热，用石英砂来当做加热的一个介质，加入二氧化碳以及氮气，实验结果显示生物质和塑料共热解的燃料油的最高产率能达到58.23%。然而，他们研制出的反应器对反应物的颗粒大小的要求相对严格。当颗粒的直径相对比较大的时候，流态化气体很难把生成的含炭物质带走，这会导致二次反应被加剧，降低我们所想要的产物收率。范晓旭等人通过将循环流化床和鼓泡流化床对比，他们发现鼓泡床内压力大部分都汇集在流化床的底部且存在密相区较为明显，这就导致了反应物料不均匀的分布、处理成本增加、传热效率低等问题，与此同时MohamedH.Shedid等人在环形鼓泡流化床上增加了一个圆柱形电加热装置，对装置的传热性能进行研究。王立军等后来在对MohamedH.Shedid等人的所得结果进行了进一步研究，尝试改进鼓泡流化床的一些缺点。(2)喷动流化床反应器喷动流化床反应器是喷动床技术与化床技术结合后的产物，喷动流化床反应器能够形成喷动循环以此可以增大传热的效率，其对加入的反应物颗粒大小要求并不严格而且易放大。喷动床底部的环隙区能够让流化气流进入来加快环隙区内的反应物料颗粒的流化过程，这样可以除掉位于环隙区底部的死区。喷动流化床一般是用石英砂当做是流化介质，石英砂的优点是：效果较好、传热的效率较高并且成本低廉。陈明强等人首创了有机玻璃冷模试验装置，此装置内径有150mm，其在反应器下部有90°倒锥体的柱锥形导向管，这样别出心裁的设计对装置整体性能有较高提升，进料速率为5kg/h，在温度为480℃的条件下，液体的产率最高能够达到72.5%。中国科技大学生物质洁净能源试验室的朱锡峰等人经过实验，研制出了一种小型试验装置，其在一个小时内能够处理15~20kg的反应物料。(3)循环流化床反应器这一类反应器能够将旋风分离器把热解气中的塑料以及生物质产生的含碳物质和杂质分开再进行燃烧，这样热解炭能够继续燃烧以此为反应器提供能量，构成循环，高效利用能量。循环流化床具有结构紧凑、热量损失小等优点，但是其操作过程复杂，在热解过程中空气易从燃烧室进入反应器。Ensyn公司第一次创新性的在循环传输床中的燃烧室用沙石直接给塑料加热，沙石和塑料的热解产物都会被吹出反应器，这个时候旋风分离器将可以把热解气体中的包含杂质和含炭物质分离，并放进燃烧室，每小时能够处理4000kg的塑料或者其他生物质材料，效率非常高。希腊可再生能源中心开发了一种新型的循环流化床热解装置，其可以串联燃烧室和流化床反应器让产生的生物炭给反应提供能量，取得了良好的实验效果，能够提高对能量的利用效率。中国科学院广州能源研究所的戴先文等人再进行了一些创新，他们的实验装置把循环流化床当做主体，循环介质选取的是石英砂，研究了对不同粒径的塑料颗粒，他们的实验结果显示:该装置当温度在500℃上下，添加物料速度5kg/h的时候，液体产率最高，能达到63%[37]。3.具体应用①1997年，英国开始通过BP法来热解塑料，反应器是砂子流化床，在熔融后，反应器能够把塑料放入流化床当中，当反应温度为400到600℃时，进行热解反应，热解产物中的气体先混合，得到的混合物再进入冷凝装置，把气体和液体分离开来进行收集。但是我们不得不承认，BP法无法较好的处理那些氯元素含量相对比较高的废塑料，氯的含量需要控制在2%以内，其总量要控制在5ppm内，反应形成的的HCI要利用Na2CO3以及NaHCO3等碱性物质来回收，反应剩余的残渣会留在反应器中，最后流化床中沙子和残渣都可以作为废弃物进而进行处理。该方法最大的特色是用砂子流化床而非固定床。由于废塑料不容易进行传热，这导致热解时反应温度每部分不一样，让反应时间更长，对塑料热解的工业化进行有一定阻碍;而且经过熔融处理的塑料粘器壁，这样反应时液态物质流动以及连续排出受到严重阻碍，同时还会降低反应器寿命[38]。②Luo[39]等人用，用密度较高的PVC催化热解制取燃料油。实验结果显示使用细粉颗粒流化床的液体产物的比例高出固定床反应器9个百分点以上。浙江大学的肖刚等人通过实验对流化床的如何高效脱氯进行了