一种碳氢原料耦合废弃PVC和LCD共热解提取InCl3的装置与方法

一种碳氢原料耦合废弃pvc和lcd共热解提取incl3的装置与方法
技术领域
1.本发明涉及pvc快速热解技术与废弃液晶显示屏的能源化技术领域，尤其是一种碳氢原料耦合废弃pvc和lcd共热解提取incl3的装置与方法。

背景技术：

2.金属铟具有不易氧化、强可塑性、耐酸、耐碱、耐磨等优良的物理化学性质。随着人们对铟及铟的各种化合物的性质认识不断加深，铟的用途逐渐扩大，主要应用于国防军事、航空航天、光电信息等高科技领域。在自然界中，铟没有独立的矿床，分布量小且分散，其主要作为杂质伴生在锌、铅等金属矿石中，提取的原料多是品位极低的伴生矿物的冶炼烟尘、炉渣、浸出渣等副产品。目前主要采用还原挥发法、真空蒸馏法和化学法提取，工艺复杂、成本较高。另外，三氯化铟incl3是生产铟锡氧化物ito和合成有机铟系列化合物的基本原料，全球约75％的铟用于生产ito靶材，这种材料广泛应用于液晶显示器(lcd)。随着科学技术的进步，电子产品淘汰速度加快，产生大量废弃lcd，其中铟的品位普遍高于从伴生矿石冶炼副产品中铟的品位，说明从废弃lcd中回收金属铟比从冶炼副产品中回收铟更加容易，工艺相对简单、提铟成本更低。据统计，lcd报废量在500万台/年左右，并以每年3-5％的速度快速增长。但目前对lcd资源化的研究都没有对金属铟的回收做特别的研究。
3.pvc作为广泛应用的工程塑料，分子中含有58％的氯，空气中遇热易产生二噁英类物质，使得应用焚烧、热解等技术处理pvc时，对人和环境造成很大的危害。研究表明pvc可以用来热解制取hcl，所以采用pvc作为氯化氢的释放源，并以此为氯化剂氯化回收lcd中的金属铟，既能有效回收利用废弃lcd，又可以降低对环境的污染。氯化冶金是利用金属氯化物低沸点、高挥发性从复杂多相金属矿石或低品位矿石提取有价金属的一种方法。而由于hcl腐蚀性高、对设备要求较高、不易运输、难贮存、高污染等原因，使得其作为氯化剂成本高昂且易污染环境。
4.通过热解pvc来提供氯源，进一步与lcd中的in2o3反应来提取incl3，不仅解决了hcl作为氯化剂难以运输与储存的问题，而且有效利用lcd中的金属铟进行资源回收。在pvc与lcd共热解过程中，pvc释放氯源的温度与incl3的释放温度存在差异，这会导致氯的利用率以及incl3的回收率的下降，而采用红外快速热解装置能够解决两者温度差异带来的影响。因此碳氢原料耦合pvc与废弃液晶显示屏(lcd)共热解提取incl3的清洁高效多联产关键技术在生产大量的incl3同时也能降低氯排放，对于清洁利用具有一定意义。
5.为实现上述的共热解效果，有必要设计一套新型的碳氢原料耦合pvc与废弃液晶显示屏(lcd)共热解提取incl3的装置与方法。

技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种碳氢原料耦合废弃pvc和lcd共热解提取incl3的装置与方法，以解决上述背景中金属铟难以提取和以hcl作为氯化剂高成本且易污染环境的问
题，实现pvc与lcd共热解和产物的分离收集，通过pvc与lcd共热解时的协同作用生产incl3、焦油、热解气以及热解半焦。同时热解装置采用红外热解与电热解耦合，在pvc和lcd的高值化利用的同时，减少了两种资源的浪费和对环境的污染以及高昂的处理成本。
7.为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种碳氢原料耦合废弃pvc和lcd共热解提取incl3的装置，该装置包括热解系统和冷凝系统，
8.所述热解系统包括电加热器、红外加热器和自动升降反应系统，所述电加热器与红外加热器通过焊接竖直并列放置，电加热区与红外加热区在同一竖直面，所述自动升降系统由导线、电机、皮带、导轨、卡梢、滑动器、电子锁扣、伸缩反应炉、弹、滑轮和控制面板组成，所述电机安装在导轨顶端，所述导轨竖直焊接在热解器的左侧，所述卡梢焊接于导轨上半部分，所述滑动器嵌套在导轨上，所述电子锁扣安装在卡梢左侧，所述伸缩反应炉通过其下部断面与滑动器卡杆接触支撑，所述伸缩导气管通过第一段橡胶管与反应炉下部相连，所述弹和滑轮焊接在导轨底端，弹上端连接滑动器，所述电机、滑动器与滑轮均通过皮带相连，皮带绕过电机的转动棍在其两侧分别榫卯滑动器的小滑轮与滑轮，所述加热器、电机、电子锁扣均通过导线与控制面板相连；
9.所述热解系统中的电加热器用于pvc与lcd共热解时热量的持续供应，所述热解系统的红外加热器用于pvc与lcd共热解前的热量供应，利用其快速加热升温的优势使pvc与lcd同一时间共热解，所述自动升降系统用于整个热解过程中伸缩反应炉的调节，所述自动升降系统的运作机制为首先由控制面板启动电机，电机通过皮带带动滑动器在导轨上移动，伸缩反应炉在滑动器卡杆的支撑下也向上移动，同时伸缩导气管第二段逐渐伸出、弹被逐渐拉伸，当滑动器碰到卡梢时，滑动器插梢嵌入电子锁扣锁紧，此时反应炉稳固于电加热区，伸缩导气管第二段全部伸出，热解反应完时，控制面板通过程序解开电子锁扣，伸缩反应炉与滑动器在弹与重力的作用下沿导轨向下滑动至底部，同时伸缩导气管第二段收缩，反应炉置于红外热解区；
10.所述冷凝系统包括常温冷凝和低温冷凝，所述常温冷凝是将两端塞有石英棉的u型管置于空气中冷凝，所述低温冷凝由冷凝池、u型管、冷却罐、循环制冷泵组成，所述常温冷凝的u型管左端通过导管与伸缩导气管下端相连，所述低温冷凝的u型管通过导管连接在常温冷凝管后侧，所述低温冷凝的u型管置于冷凝池中，所述冷凝池中的液体为乙二醇，所述循环制冷泵、冷却罐与冷凝池依次通过导管相连在同一水平上；
11.所述常温冷凝用于冷凝收集共热解产生的incl3，所述低温冷凝用于冷凝收集热解产生的焦油。
12.所述滑动器由小滑轮、插梢和卡杆组成，所述滑动器主体中心穿孔且孔直径与导轨相同，所述小滑轮为圆柱形且表面带有与皮带契合的锯齿，从滑动器左侧伸出，所述插梢为长条形且两端设有半圆形凹槽，所述卡杆为长直杆。
13.所述卡梢形状为圆柱体且中心穿孔，孔的直径与导轨直径一致。
14.所述电子锁扣为智能锁扣，呈柱体形且内设与插梢契合的锁扣。
15.所述伸缩反应炉由反应炉与伸缩反应管组成，所述反应炉为圆柱与圆锥组合成的石英管，且圆柱直径大于圆锥直径从而在交界处形成断面，所述伸缩反应管由三段导管嵌套而成，第一段为硅胶管，二三段为直径不同的钢管，第二段嵌套在第三段中，反应时第二段可以自由伸缩。
7、湿式流量计3-8、气袋3-9。
具体实施方式
36.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。
37.首先需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.实施例1
39.如图1所示，本实施例为本发明所述本发明所述碳氢原料耦合废弃pvc与废弃lcd共热解提取incl3的装置，组成构件包括热解系统1、供气系统2和冷凝系统3，组成构件的具体结构和连接关系为：
40.所述热解系统1包括料仓1-1、开关阀1-2、外壳1-3、导线1-4、热电耦1-5、电机1-6、皮带1-7、保温壳1-8、电阻丝1-9、支撑杆1-10、卡梢1-11、电子锁扣1-12、导轨1-13、红外加热管1-14、伸缩反应炉1-15、反应炉1-16、石英棉1-16-1、筛板1-16-2、滑动器1-17、小滑轮1-17-1、插梢1-17-2、卡杆1-17-3、弹1-18、滑轮1-19、伸缩导气管1-20、控制面板1-21以及炉盖1-22，
41.所述料仓1-1下部连接开关阀1-2，所述开关阀1-2下部通过导管与反应域1-16相通，所述电机1-6安装在支撑杆1-10的上端，所述电机1-6通过皮带1-7、滑轮1-19、小滑轮1-17-1带动滑动器1-17上下移动，所述热电偶1-5、电机1-6、电子锁扣1-12、电阻丝1-9、红外加热管1-14通过导线1-4与控制面板1-21相连，所述外壳1-3包裹整个红外热解系统1，所述伸缩反应炉1-15下部内置反应域1-16，所述炉盖1-22盖在伸缩反应炉1-15上部，所述的反应炉1-16包括石英棉1-16-1与筛板1-16-2，所述支撑杆1-10上安装有用于滑动器1-17移动的导轨1-13和用于限制滑动器1-17向上移动的卡梢1-11以及用于锁扣住插梢1-17-2、固定滑动器1-17的电子锁扣1-12，所述电子锁扣1-12与卡梢1-11在同一水平，所述支撑杆1-10上还安装有用于拉回滑动器1-17的弹1-18，所述滑动器1-17包括小滑轮1-17-1、插梢1-17-2和卡杆1-17-3，所述卡杆1-17-3紧固在伸缩反应炉1-15的断面，用于上下移动伸缩反应炉1-15，所述保温壳1-8包裹住电阻丝1-9、红外加热管1-14，所述电阻丝1-9与保温壳1-8组成电反应炉，所述红外加热管1-14与保温壳1-8组成红外反应炉，
42.所述的供气系统2包括高压氮气瓶2-1、减压阀2-2、气体质量流量计2-3，它们依次用内径8mm的导气管连接，所述高压氮气瓶2-1先连接减压阀2-2，所述减压阀2-2再连接气体质量流量计2-3，所述气体质量流量计2-3通过8mm导气管连接红外反应器1的炉盖1-22上部进气口。
43.所述的冷凝系统3包括u型三氯化铟收集管3-1、制冷泵3-2、冷却罐3-3、冷凝池3-4、u型液体收集管3-5、洗气瓶3-6、干燥瓶3-7、湿式流量计3-8以及气袋3-9，所述的制冷泵3-2、冷却罐3-3、冷凝池3-4在同一水平，三者用内径为8mm的导管依次首尾连接，所述制冷泵3-2连接冷却罐3-3，所述冷凝池3-4再连接制冷3-2泵，所述u型三氯化铟收集管3-1内塞有石英棉3-1-1用于收集三氯化铟，所述u型三氯化铟收集管3-1左端进气口连接红外热解气的导气管1-20，右部的出气口与u型液体收集管3-5进气口相连，所述的u型液体收集3-5
管置于冷凝池中，所述的u型液体收集管3-5右部出气口连接洗气瓶3-6，所述洗气瓶3-6连接干燥瓶3-7，所述干燥瓶3-7连接湿式流量计3-8，所述湿式流量计3-8连接气袋3-9。
44.热解时，打开开关阀1-2，先将一定比例的废弃pvc与废弃lcd粉末放到料仓1-1中，连接各管道，检查气密性，在控制面板1-21调节升温程序，控制面板1-21通过导线1-4控制热电偶1-5、电机1-6、电子锁扣1-12、电阻丝1-9、红外加热管1-14的工作，打开供气系统2中的高压氮气瓶瓶2-1，通过减压阀2-2控制气体流速为300ml/min，持续时间为10min，排尽空气，调节减压阀2-2控制气体流速为100ml/min，保持惰性气氛，程序控制电阻丝1-9加热伸缩反应炉1-15，此时的滑动器1-17的插梢1-17-2被电子锁扣1-12锁住，使卡杆1-17-3将伸缩反应炉1-15的限制在电加热中，实现持续的共热解，程序控制电子锁扣1-12松开插梢1-17-2，同时由于弹1-18的拉力与伸缩反应炉1-15本身重力使滑动器1-17在支撑杆1-10的导轨1-13上向下移动，滑动器1-17的卡杆1-17-3下拉至红外加热区，红外加热区的红外加热管1-14在程序控制下实现反应域1-16的快速升温，反应炉1-16产生的共热解挥发分在载气的作用下依次通过1-16-1石英棉、筛板1-16-2和伸缩导气管1-20进入冷凝系统3，最终达到收集三氯化铟、焦油和热解气的目的。
45.特别说明的是，本发明所述高压氮气瓶瓶2-1、减压阀2-2、气体质量流量计2-3、湿式流量计3-8，均为通用标准件或者从事本领域的相关技术人员熟知的部件，这些部件或仪器均可以查询相关手册或标准得知。
46.实施例2
47.本实施例为本发明所述的碳氢原料耦合废弃pvc和lcd共热解提取incl3的方法，具体操作步骤如下：
48.(1)首先对废弃lcd进行脱硅处理，将饱和naoh溶液加热，达到设定温度80℃后加入一定量的废弃lcd玻璃基板粉末，同时用磁力搅拌器搅拌0.5h，然后冷却、冲洗、抽滤，至残渣中na2o含量低于0.2％，
49.(2)将准备好的废弃pvc与废弃lcd粉末按11:1比例混合均匀后加入料仓，炉体最初处于热解反应器的红外热解区；
50.(3)依次连接高压氮气瓶、热解系统、冷凝系统、洗气瓶、干燥瓶、气袋，并检查气密性、调节气体流速以及设定热解反应器的目标温度为350℃；
51.(4)启动红外加热器以及制冷泵，废弃pvc与废弃lcd在高温下热解时发生协同作用并生成挥发分经载气带出；
52.(5)待红外热解区达到目标温度350℃时，启动电加热器达到目标温度350℃后，启动传动装置将炉体送至电热解区域保留30-40min至反应完全，同时关闭红外加热装置；
53.(6)挥发分在产物分离加工系统内被分离成incl3、液态油和热解气后分别收集；
54.(7)原料反应完全后，关闭电加热器，启动传动装置将炉体送回红外热解区；
55.(8)重复上述步骤进行连续反应，同时收集炉体中的半焦。
56.步骤(4)中所述的载气为n2，载气速率为100-150ml/min，所述制冷泵的温度为-20℃～-40℃。
57.本发明的主要目的是提供一种碳氢原料耦合废弃pvc与废弃lcd(废弃lcd)共热解提取incl3的装置与方法，可以实现废弃显示屏的循环利用，降低氯化冶铟的难度，提高提取效率，并且有效解决了工艺成本和简化了工艺流程。
58.本发明可以有多种实施例，在不背离本发明精神及实质的情况下，对本发明的公开做出相应的形状、尺寸的改变都应属于本发明的权利要求的保护范围。

技术特征：

1.一种碳氢原料耦合废弃pvc和lcd共热解提取incl3的装置，其特征在于，该装置包括热解系统和冷凝系统，所述热解系统包括电加热器、红外加热器和自动升降反应系统，所述电加热器与红外加热器通过焊接竖直并列放置，电加热区与红外加热区在同一竖直面，所述自动升降系统由导线、电机、皮带、导轨、卡梢、滑动器、电子锁扣、伸缩反应炉、弹、滑轮和控制面板组成，所述电机安装在导轨顶端，所述导轨竖直焊接在热解器的左侧，所述卡梢焊接于导轨上半部分，所述滑动器嵌套在导轨上，所述电子锁扣安装在卡梢左侧，所述伸缩反应炉通过其下部断面与滑动器卡杆接触支撑，所述伸缩导气管通过第一段橡胶管与反应炉下部相连，所述弹和滑轮焊接在导轨底端，弹上端连接滑动器，所述电机、滑动器与滑轮均通过皮带相连，皮带绕过电机的转动棍在其两侧分别榫卯滑动器的小滑轮与滑轮，所述加热器、电机、电子锁扣均通过导线与控制面板相连；所述热解系统中的电加热器用于pvc与lcd共热解时热量的持续供应，所述热解系统的红外加热器用于pvc与lcd共热解前的热量供应，利用其快速加热升温的优势使pvc与lcd同一时间共热解，所述自动升降系统用于整个热解过程中伸缩反应炉的调节，所述自动升降系统的运作机制为首先由控制面板启动电机，电机通过皮带带动滑动器在导轨上移动，伸缩反应炉在滑动器卡杆的支撑下也向上移动，同时伸缩导气管第二段逐渐伸出、弹被逐渐拉伸，当滑动器碰到卡梢时，滑动器插梢嵌入电子锁扣锁紧，此时反应炉稳固于电加热区，伸缩导气管第二段全部伸出，热解反应完时，控制面板通过程序解开电子锁扣，伸缩反应炉与滑动器在弹与重力的作用下沿导轨向下滑动至底部，同时伸缩导气管第二段收缩，反应炉置于红外热解区；所述冷凝系统包括常温冷凝和低温冷凝，所述常温冷凝是将两端塞有石英棉的u型管置于空气中冷凝，所述低温冷凝由冷凝池、u型管、冷却罐、循环制冷泵组成，所述常温冷凝的u型管左端通过导管与伸缩导气管下端相连，所述低温冷凝的u型管通过导管连接在常温冷凝管后侧，所述低温冷凝的u型管置于冷凝池中，所述冷凝池中的液体为乙二醇，所述循环制冷泵、冷却罐与冷凝池依次通过导管相连在同一水平上；所述常温冷凝用于冷凝收集共热解产生的incl3，所述低温冷凝用于冷凝收集热解产生的焦油。2.根据权利要求1所述的碳氢原料耦合废弃pvc和lcd共热解提取incl3的装置，其特征在于，所述滑动器由小滑轮、插梢和卡杆组成，所述滑动器主体中心穿孔且孔直径与导轨相同，所述小滑轮为圆柱形且表面带有与皮带契合的锯齿，从滑动器左侧伸出，所述插梢为长条形且两端设有半圆形凹槽，所述卡杆为长直杆。3.根据权利要求1所述的碳氢原料耦合废弃pvc和lcd共热解提取incl3的装置，其特征在于，所述卡梢形状为圆柱体且中心穿孔，孔的直径与导轨直径一致。4.根据权利要求1所述的碳氢原料耦合废弃pvc和lcd共热解提取incl3的装置，其特征在于，所述电子锁扣为智能锁扣，呈柱体形且内设与插梢契合的锁扣。5.根据权利要求1所述的碳氢原料耦合废弃pvc和lcd共热解提取incl3的装置，其特征在于，所述伸缩反应炉由反应炉与伸缩反应管组成，所述反应炉为圆柱与圆锥组合成的石英管，且圆柱直径大于圆锥直径从而在交界处形成断面，所述伸缩反应管由三段导管嵌套而成，第一段为硅胶管，二三段为直径不同的钢管，第二段嵌套在第三段中，反应时第二段
可以自由伸缩。6.根据权利要求1所述的碳氢原料耦合废弃pvc和lcd共热解提取incl3的装置，其特征在于，所述控制面板由触摸屏、急停按钮和电源开关组成。7.一种碳氢原料耦合废弃pvc和lcd共热解提取incl3的方法，其特征在于，具体操作步骤如下：(1)首先对废弃lcd进行脱硅处理，配置饱和的naoh溶液并加热，达到设定温度80℃后加入一定量的废弃lcd玻璃基板粉末，同时用磁力搅拌器搅拌0.5h，然后冷却、冲洗、抽滤，至残渣中na2o含量低于目标浓度为0.2％；(2)将准备好的废弃pvc与废弃lcd粉末按11:1比例混合均匀后加入料仓，炉体最初处于热解反应器的红外热解区；(3)依次连接氮气瓶、热解系统、冷凝系统、洗气瓶、干燥瓶、气袋，并检查气密性、调节气体流速以及设定热解反应器的目标温度为350℃；(4)启动红外加热器以及制冷泵，废弃pvc与废弃lcd在高温下热解时发生协同作用并生成挥发分经载气带出；(5)待红外热解区达到目标温度350℃，启动电加热器达到目标温度后，启动自动升降系统将炉体送至电热解区保留30-40min至反应完全，同时关闭红外加热装置；(6)挥发分在产物分离收集系统内被分离成incl3、液态油和热解气后分别收集；(7)原料反应完全后，关闭电加热器，启动自动升降系统将炉体送回红外热解区；(8)重复上述步骤进行连续反应，同时收集炉体中的半焦。8.根据权利要求7所述的碳氢原料耦合废弃pvc和lcd共热解提取incl3的方法，其特征在于，步骤(4)所述载气为n2，载气速率为100-150ml/min，所述制冷泵的温度为-20℃～-40℃。

技术总结

一种碳氢原料耦合废弃PVC和LCD共热解提取InCl3的装置与方法，所述装置由热解系统和冷凝系统组成，所述热解系统分为电加热、红外加热和自动升降反应系统三部分，电加热用于共热解热源的持续供应，红外加热用于废弃PVC与LCD的快速共热解，自动升降反应系统用于调控反应热解区。所述冷凝系统由两根U型管组成，一根置于常温下用于收集InCl3，另一根置于冷凝池中由循环制冷泵保持零下低温用于收集焦油。所述方法利用废弃PVC热解产生的HCl作为氯源与废弃LCD中的In2O3反应生成InCl3，高温状态下InCl3为气态，利用载气将其吹出至冷凝U型管收集。本发明不仅解决了HCl难运输与储存的问题，还将废弃LCD作为铟源，实现了资源循环利用，改善了环境。善了环境。善了环境。