[0001] 本发明涉及废塑料处理技术领域，尤其涉及一种废塑料催化裂解装置和使用方法。

[0002] 随着全球塑料工业的迅猛扩张，塑料制品已深入我们生活的方方面面，极大地便利了人类的生产与生活。然而，这一繁荣背后隐藏着严峻的环境挑战——废塑料的处理与
资源化利用问题日益凸显，成为制约可持续发展的重大障碍。据统计，每年全球产生的废塑
料量呈指数级增长，若不及时有效处理，将对自然生态系统造成不可逆转的损害。

[0003] 传统的废塑料处理方式，如填埋和焚烧，虽然在一定程度上缓解了废塑料堆积的压力，但其弊端也显而易见。填埋处理需要占用大量宝贵的土地资源，且塑料在自然环境中
难以降解，长期累积可能对土壤结构和地下水造成污染。焚烧处理虽能减少塑料体积，但过
程中产生的有害气体和颗粒物对空气质量构成威胁，同时焚烧产生的热能若不能有效回收
利用，也是一种能源浪费。

[0004] 为了寻求更加高效、环保的废塑料处理方案，科研人员不断探索新的技术路径。其中，废塑料裂解技术因其能够将废塑料转化为高附加值的化学品或燃料而受到广泛关注。
然而，现有裂解技术在实际应用中仍面临诸多挑战：裂解效率受原料种类、粒径分布、反应
条件等多重因素影响，难以保持稳定高效；裂解产物种类繁多，分离提纯难度大，导致产物
纯度不高，影响后续利用价值；裂解过程中能耗较高，且部分技术可能产生二次污染，如废
水、废气等，需额外投入进行治理。

[0005] 此外，裂解产物的分离与回收机制的不完善也是制约技术发展的瓶颈之一。许多裂解技术未能形成闭环系统，导致资源流失严重，经济效益不佳。

[0006] 因此，有必要提供一种废塑料催化裂解装置和使用方法，以解决上述技术问题。

[0034] 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。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0035] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的
具体实施例的限制。

[0036] 在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有
说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

[0037] 在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在
本申请中的具体含义。

[0038] 如图1和图3所示，本发明提供了一种废塑料催化裂解装置，包括：依次连接的三股撞击流进料器1、下行床反应器2、循环流化床3、回燃装置4、多流型提升管5、一级分离罐6、
二级分离罐7以及连接一级分离罐6与三股撞击流进料器1的循环管路，其中：

[0039] 三股撞击流进料器1上设有三股进料管，三股撞击流进料器1内设有撞击室，三股进料管包括：废塑料进料管、第一催化剂进料管和第二催化剂进料管，第一催化剂进料管和
第二催化剂进料管内设有催化剂；

[0040] 三股进料管用于分别输入废塑料、第一催化剂和第二催化剂至撞击室内，催化剂为Fe‑Zr/ZSM‑5催化剂。

[0041] 下行床反应器2用于接收混合后的物料进行反应，下行床反应器2内部设有静态改流体结构；撞击室用于实现物料的撞击混合，撞击室内设有撞击角度和撞击面，静态改流体
结构包括：多层交错布置的挡板，一级分离罐5和二级分离罐6均设有过滤层；二级分离罐6
的底部设有排灰管。

[0042] 需要说明的是：

[0043] 本发明提供的多组件反应及分离系统，其核心在于三股撞击流进料器的设计，实现了废塑料与Fe‑Zr/ZSM‑5催化剂的高效撞击混合。Fe‑Zr/ZSM‑5催化剂以其优异的催化活
性和选择性，有效促进了废塑料的裂解反应，生成高价值的裂解产物。同时，下行床反应器
内的静态改流体结构如多层交错布置的挡板，进一步增强了物料与催化剂之间的传质传热
效率，提升了裂解反应的效果。这种高效的混合与反应机制，不仅缩短了反应时间，还提高
了反应效率和产物质量，为废塑料的资源化利用奠定了坚实基础。

[0044] 除了高效的混合反应机制外，本发明的另一大亮点在于其多级分离与回收系统。一级分离罐和二级分离罐通过过滤层对裂解产物进行精细分离，有效提高了目标产物的纯
度和回收率。特别是二级分离罐底部的排灰管设计，便于定期清理固体残留物，保障了系统
的连续稳定运行。此外，连接一级分离罐与三股撞击流进料器的循环管路，实现了未完全反
应的物料或催化剂的循环再利用，提高了资源利用率，减少了废物排放。这一系列设计不仅
降低了生产成本，还符合绿色化工和可持续发展的理念，为环保事业贡献了一份力量。

[0045] Fe‑Zr/ZSM‑5催化剂作为有机固废快速热解的热载体和催化剂，酸性适中、传质和扩散速率较快且具有一定择形效应。与热裂解相比，液体收率提高了10‑25％，热解油气中
C5‑C12轻组分选择性提高≥50％。催化剂在提升管烧焦过程中可实现高效再生，经100次循
环使用后催化性能无明显衰减，单次循环过程中磨损产生的细粉外排造成的损失量≤
0.1％，催化剂成本低于3万元/吨。

[0046] 如图2‑图3所示，一种废塑料催化裂解装置的使用方法，包括以下步骤：

[0047] S1：在温度为15‑25℃情况下，以500g/min总进料量将废塑料和催化剂送入三股撞击流进料器1，形成混合物料，废塑料和催化剂的质量比范围在1‑3:1‑3，混合时间范围在5‑
10min；

[0048] S2：进入下行床反应器2，混合物料在静态改流体结构作用下进行反应25‑35min,反应温度在350‑450℃；

[0049] S3：进入循环流化床3中处理，可燃气体送入回燃装置4燃烧，循环流化床3的温度范围在250‑350℃，处理时间在30‑40min，回燃装置4温度范围在800‑1000℃,燃烧时间在5‑
15min；

[0050] S4：通过多流型提升管5向上输送至一级分离罐6初步分离；

[0051] S5：可回收部分送回三股撞击流进料器1内再利用，不可回收部分导入二级分离罐7内处理并通过排灰管排出，一级分离罐6，二级分离罐7的处理温度在25‑30℃。

[0052] 需要说明的是：

[0053] 在步骤S1中，通过精确控制进料温度(15‑25℃)和进料速度(500g/min)，结合废塑料与催化剂的适宜质量比(1‑3:1‑3)，确保了混合物料在三股撞击流进料器中的均匀混合。
短暂的混合时间(5‑10min)内即能达到良好的混合效果，为后续的高效反应奠定了基础，废
塑料为聚乙烯(PE)作为实验原料，其粒径控制在5‑10mm。

[0054] 在步骤S2中，混合物料在下行床反应器内，在静态改流体结构的作用下，于适宜的反应温度(350‑450℃)和时间内(25‑35min)进行反应。这种设计有效促进了废塑料的裂解，
提高了反应效率和产物质量，聚乙烯(PE)作为实验原料，其粒径控制在5‑10mm能够确保进
料顺畅。

[0055] 在步骤S3中，循环流化床对裂解产生的可燃气体进行初步处理，随后将其送入高温回燃装置(800‑1000℃)进行充分燃烧，燃烧时间控制在5‑15min内。这不仅减少了有害气
体的排放，还回收了热能，提高了能源利用率。

[0056] 在步骤S4中，通过多流型提升管将反应产物输送至一级分离罐进行初步分离，随后将可回收部分送回三股撞击流进料器再利用，实现了资源的最大化利用。二级分离罐则
进一步处理不可回收部分，并通过排灰管安全排出，避免了环境污染。

[0057] 在步骤S5中，一级和二级分离罐在较低的温度(25‑30℃)下操作，这不仅保护了分离材料免受高温损害，还延长了设备的使用寿命，同时确保了分离效果的稳定性和可靠性。

[0058] 整个系统流程协同工作，实现了从废塑料预处理、催化裂解、气体处理到产物分离的全程高效控制。通过精确控制各步骤的操作条件和参数，显著降低了能耗和生产成本，提
高了整体经济效益。

[0059] 实施例一：

[0060] S1：按照废塑料与催化剂的质量比1:1称取适量原料和催化剂，废塑料：选用聚乙烯(PE)作为实验原料，其粒径为8mm；在室温20℃下，通过三股撞击流进料器的废塑料进料
管、第一催化剂进料管和第二催化剂进料管，以500g/min的总进料量同时送入废塑料和催
化剂，控制混合时间为8min，确保物料在撞击室内充分混合；

[0061] S2：混合后的物料进入下行床反应器，在静态改流体结构的作用下进行反应。设定反应温度为400℃，反应时间为30min。此阶段内，废塑料在催化剂的作用下发生裂解反应，
生成裂解产物；

[0062] S3：裂解产生的可燃气体进入循环流化床进行初步处理，随后被送入回燃装置。设定循环流化床的温度为300℃，处理时间为35min。回燃装置温度控制在900℃，燃烧时间为
10min，确保可燃气体完全燃烧，减少有害排放

[0063] S4：裂解产物通过多流型提升管输送至一级分离罐进行初步分离；

[0064] S5：设定一级分离罐的处理温度为28℃，将可回收部分(烃类化合物)通过循环管路送回三股撞击流进料器内再利用；不可回收部分(固体残留物)则导入二级分离罐内进一
步处理。设定二级分离罐的处理温度同样为28℃，最终通过排灰管安全排出。

[0065] 总的来说在废塑料处理中实现了高效裂解与转化、环保减排、资源高效利用及工艺稳定可靠等多重目标。通过三股撞击流进料器的精确混合与下行床反应器中静态改流体
结构的优化作用，废塑料在催化剂的助力下迅速裂解，生成丰富的裂解产物。同时，系统内
的循环流化床与回燃装置协同工作，确保了可燃气体的完全燃烧，大幅减少了有害排放。此
外，裂解产物中的可回收部分被有效分离并送回进料器内再利用，不仅降低了生产成本，还
促进了资源的最大化利用。整个处理流程设计合理，各组件协同高效，确保了工艺的稳定性
和可靠性，为废塑料资源化利用提供了经济、环保且高效的解决方案。

[0066] 以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围
并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。