CN101171323B - 热解轮胎的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于热解废轮胎的方法和装置，其中使用热解气体燃烧所得的烟气将整个轮胎在隧道式炉内直接加热。此过程产生热能、碳黑和矿物油；冷却的烟气在释放入大气之前脱除硫氧化物。

Description

热解轮胎的方法和装置 
技术领域
本发明涉及热解废轮胎的方法及其实施装置且适合于在轮胎回收中来产生热能、碳黑和矿物油。所得到的碳黑可以用来生产橡胶制品，以及矿物油-作为这种制品生产中的燃料或软化剂。 
背景技术
文件GB2303859公开了整体处理或切块处理的轮胎热解方法，将轮胎在水平通道的热解炉(pyroliser)内间接地加热到200℃-1000℃，优选300℃-800℃的温度，将装在移动式小车内的轮胎送入热解炉。当轮胎被加热时，其热分解且可获得热解气体、由热解气体排出的矿物油蒸汽以及固态碳。此过程分三个阶段：加热轮胎、自身热解过程以及冷却所获得的固态碳。通过燃烧部分热解气体获得热烟气可实现间接加热。接收的热解气体被脱除硫氧化物。 
GB2303859文件也显示了轮胎热解装置，其包括形成为水平炉通道的热解炉，装有轮胎的小车放置在其中。用热烟气将通道从外部加热。移动式屏障(screen)将热解炉分成加热和热解区以及冷却固态碳区。热解装置包括用于燃烧热解气体的燃烧器、用于脱除烟气中硫氧化物的设备、用于分离矿物油的冷凝器、以及用于从所获得的碳产品中移去金属线的磁场系统。 
已知的方法和装置采用间接加热轮胎，这受到热解炉的壁的影响，为此所释放的废气温度较高，这是能量损失增加的原因。而且，加热到高温的热解炉壁会使热解中所获得的碳氢化合物裂化，这导致产量下降且碳产品的质量降低。 
发明的公开 
准备解决的技术问题在于增加通过热解回收废轮胎中的能量效率，同时提高所得到的固态碳残渣的质量，以便其适合于用作橡胶工业的碳黑。 
通过采用热解整个轮胎的方法可以解释本发明，该方法中，整个轮胎被加热到400-950℃的温度并进行热解。最终可获得热解气体、由热解气体排出的矿物油蒸汽以及固态碳。在冷却热解气体时分离出矿物油。热解所需要的热量由热解气体燃烧所得到的烟气来供应。此过程中所获得的硫氧化物被分离出。 
根据本发明，所述方法的典型特征是：轮胎由横向逆流的烟气直接加热，烟气具有600-950℃的初始温度，以650-750℃为主，并且烟气中加入浓度15-40％的蒸汽，优选浓度18-30％。在此过程中可获得热解气体，将所获得的热解气体冷却到150-300℃的温度，之后将冷却分成两股流。一股流另外冷却到80-100℃的温度，因而包含在该流中的部分矿物油冷凝，之后该流与另一未冷却的热解气体流再次混合。所获得的气体正在被燃烧，只有部分热烟气被用于热解，且冷却后的气体被脱除硫氧化物并被释放到大气中。所获得的固态碳提供适合用于橡胶工业的碳黑。 
根据本发明，实现所述方法的装置包括形成为炉通道的水平热解炉，装有轮胎的小车在炉通道内移动，热解炉自身由移动式屏障分成加热和热解区以及冷却碳黑区。所述装置还提供了用于燃烧热解气体的燃烧器、用于脱除烟气中硫氧化物的设备以及用于分离矿物油的冷凝器。 
根据本发明，所述装置的典型特征是：热解炉是绝热的，小车具有竖直分隔部分(partition)，小车放置在路轨上且密封到热解炉壁。用于输送和排放气体的通道以及能使气体横向流过热解炉的通道位于热解炉的两侧。所有通道通过均匀分布在其侧壁的孔连接到热解炉。在这些壁内构造长度不小于单个小车长度的密实壁。通过密实壁和小车的竖直部分来形成加热和热解区、冷却碳黑区以及预热区、吹空气区和分离碳黑区。用于排放冷却烟气的通道连接到烟囱。供应预热区烟气的通道连接到从冷却碳黑 区排放烟气的通道。将烟气送入冷却碳黑区的通道通过烟道连接到烟囱。末端带喷洒器的供水管道也连接到此烟道。热解气体通道穿过烟道连接到带有燃烧器的燃烧室，热解气体阀门安装在烟道上。由直接冷却器和换热器组成的用于分离矿物油的冷凝设备连接在阀门的两侧。带有燃烧器的燃烧室直接连接到锅炉，锅炉继而连接到用于将高温气体送入热解炉的通道以及也连接到接触式燃料节省器(contact economizer)。该燃料节省器也连接到用于脱除烟气中的硫氧化物的设备，此设备继而连接到烟囱。该装置还包括空气加湿器，其连接到第一风机、连接到带有燃烧器的燃烧室、以及连接到接触式燃料节省器。吹空气区通过供气通道连接到第二空气风机。此区也连接到空气排放通道，且后者连接到烟囱。按照执行该装置的一个优选模式，小车具有与底板和竖直分隔部分连接的外形。按照热解炉的截面来成形此分隔部分且用与“铰链”连接并被拉杆拉紧的板密封到热解炉。每个小车都有轮子。装入小车的轮胎直径的水平轴与热解炉的轴垂直。轮胎被优选由膨胀金属板(expanded metal sheet)制成的撑条(strut)支撑并靠支架稳定。 
与通过壁加热相比，热解轮胎的方法及装置的优势在于轮胎加热由气体直接完成，这减少了能源消耗。在气体混合物中加入蒸汽并降低热解炉的温度减少了裂化对热解所获产物的数量和质量的多方面的不利影响，以及可以重新利用装置内的蒸汽。该装置对于热解整个轮胎特别有效，因为给用于将轮胎送入热解炉的小车设置了不允许压碎轮胎的设施。当轮胎因加热而软化时，轮胎的受热面不会减少。 
附图说明
通过附图来展示本发明，其中： 
图1显示了按照实施本发明模式的装置的流程图。 
图2显示了小车的前视图。 
图3显示了小车的侧视图。 
实施本发明的最佳方式 
如图1所显示的，根据本发明的轮胎热解装置的实施例包括热解炉2，其提供了绝热的水平炉通道。小车1在热解炉内的路轨上运行。所述装置还包括带有燃烧器的燃烧室33、锅炉34、接触式燃料节省器42、空气加湿器40、直接冷却器29、换热器24、风机19、39、56以及泵26和38。小车1由形成车架(frame)的外形构成，如图2和图3所显示的。由致密金属板制成的底板12和位于小车1后部的竖直分隔部分50与该车架相连接。按照热解炉2的截面来形成此分隔部分，且向小车1移动的相反方向倾斜的板51将所述分隔部分密封到热解炉壁。板51通过“铰链”与小车1连接且由拉杆拉紧。每个小车1都有车轮52。小车装有轮胎49，轮胎49的直径的水平轴与热解炉2的轴垂直。轮胎49由膨胀金属板制成的撑条54来支撑且靠管子制成的支架53稳定。用于将气体输送到热解炉和用于从热解炉排放气体的通道4、5、6、8、9、10、11和57以及用于实现气体横向移动的通道7位于热解炉的侧部。通道4、5、6、7、8、9、10、11和57的高度与热解炉2的高度一样。通道4、5、6、7、8、9、10、11和57由位于其壁上的均匀分布的孔连接到热解炉，这是那些通道常见的情况。相邻的通道7之间以及相邻的通道6和7，7和8之间，热解炉2的壁形成为密实壁3。以上所提到的相邻通道之间的距离等于1.05的小车长度。由相对的密实壁3和竖直分隔部分50形成分区以将热解炉2分成五个区：预热区58、加热和热解区59、冷却碳黑区60、吹空气区61和分离碳黑区62。一个密实壁3和一个竖直分隔部分50确保改变穿过轮胎49的气流。分离碳黑区62连接到储料仓13。储料仓13也与用于从装置中排出碳黑的线路17连接。通道4用来排放冷却的烟气，且其通过冷却烟气的第二烟道(gas duct)21连接到冷却烟气的第一烟道44，所述第一烟道44连接到烟囱(stack)63。烟气阀门45安装在冷却烟气的第一烟道44上。通道5用来将烟气送入轮胎预热区58且连接到通道10以用于通过冷却烟气的第三烟道14排放冷却碳黑区60的烟气。通道9用来将烟气送入冷却碳黑区60且通过第四烟道20连接到冷却烟气的第一烟道44，此连接点之前，其连接到冷却烟气的第二烟道21。末端带喷洒器的输送水的供水管道64连接到第四烟道20的末端。风机19连接到冷却烟气的第二烟道21。 热解气体通道6通过第一热解烟道28连接到带有燃烧器的燃烧室33。热解气体阀门31和热解气体风机56在带有燃烧器的燃烧室33之前连接到烟道28。带有燃烧器的燃烧室33直接连接到锅炉34。锅炉34通过用于热烟气的烟道36连接到通道8，通道8用来将热烟气送入热解炉2。分别用来将热解气体输送和排放到直接冷却器29的烟道65和32连接到位于第一热解烟道28上的热解气体阀门31的两侧。冷却器29还连接到用于排放凝析油的管道27。管道27还连接到用于将热凝析油和冷凝析油分别输送和排放到换热器24的管道25和30。泵26安装在热凝析油输送管道25上。分别用来输送冷水和排放热水的管道22和23也连接到换热器24。空气加湿器40通过第一风道(air duct)55连接到第一供气风机39。空气加湿器40还通过第二风道35连接到带有燃烧器的燃烧室33，且通过冷却循环水管道37连接到接触式燃料节省器42，水泵38安装在冷却循环水管道37上。空气加湿器40还通过热水管道41连接到接触式燃料节省器42。接触式燃料节省器42也通过第五烟气管道43在烟气阀门45之前连接到用于排放烟气的第一烟道(smoke stack)44。接触式燃料节省器42还通过第六烟道(flue stack)46连接到用于脱除烟气中硫氧化物的设备47。设备47继而也通过第七烟道48在烟气阀门45之后连接到用于将烟气排放到烟囱63的第一烟道44，但是在该位置之前，烟道连接到冷却烟气的第四烟道20。吹空气区61通过供气通道11连接到二级风道16，且通过二级风道16-连接到第二空气风机15。吹空气区61还连接到排气通道57，排气通道57连接到第三风道18。排气通道57与冷却烟气的第二烟道21连接之后，其连接到排放烟气的第一烟道44。 
工业应用 
以上描述以下述的方式来实现： 
预先清洗和烘干的轮胎49装在小车1上的撑条54上。装载的小车被送入热解炉2，且通过板51将其密封到热解炉的壁。烟气被送入热解炉2，与装载有轮胎49的小车1逆流，热解炉2入口段的温度保持在650℃。烟气含有25％的蒸汽。预先冷却过的气体从锅炉34出来，并沿着热烟气烟 道36，穿过用于将热气送入热解炉2的通道8的穿孔壁以横向逆流送到轮胎49。他们按以下模式进行：穿过轮胎49到达气体通道7的第一通路(pass)-实现气体的横向运动。从气体通道7，穿过轮胎49到达相对的通道7再次实现气体的横向运动，且再次到达最后的通道7，连续实现气体的横向运动。从通道7并穿过轮胎49，气体进入热解气体通道6。当气体移动穿过轮胎时，他们冷却到170℃。在该温度下，穿过热解气体通道6并穿过第一热解烟道28，所获得的热解气体离开热解炉2。第一热解烟道28的部分气体通过热解气体阀门31转移到直接冷却器29，在这里他们借助循环冷却热解油被冷却到85℃。气体携带的部分油在冷却过程中凝结且通过排放凝析油的管道27从装置中分离。处理过的气体与未处理过的热解气体混合并穿过热解气体风机56被送入带有燃烧器的燃烧室33。已经在直接冷却器29中凝结的热解油穿过凝析油泵26被送入到换热器24，在这里用水将其间接冷却到87℃。已经用于冷却的水沿着冷却水输送管道22被输送到换热器24且沿着管道23以80℃的温度被排出换热器24。使用过的热量可用于家用或区域供热。 
与含有24％蒸汽的预热空气流混合并通过第二风道35从加湿器40供给的热解气体在带有燃烧器的燃烧室33内被点燃并燃烧。燃烧过的烟气被送入锅炉34，在这里，他们排放热量以用于蒸汽生产。部分燃烧过的烟气在他们最终冷却之前在锅炉34内分离，且以650℃的温度穿过热烟气烟道36进入热解炉2。剩余烟气以110℃的温度离开锅炉34且在烟气阀门45的帮助下沿着烟气管道43转移进入接触式燃料节省器42。在接触式燃料节省器42那里，用加热高达67℃的冷却循环水清洗他们。在接触式燃料节省器内冷却过的烟气穿过第六烟道46进入用于脱除烟气中硫氧化物的设备47，之后前行通过第七烟道48并穿过烟囱63被排入大气。 
接触式燃料节省器内的加热过的水被送入空气加湿器，其以逆流方式加热第一供气风机39输送的空气，将空气加热到温度66.5℃且加湿到25％。以那样的温度和湿度含量，加热过的空气穿过第二风道35被送到带有燃烧器的燃烧室33中的燃烧器。 
将准备经受热解的轮胎49装入小车1且进入第一分离区的路轨上。 从那里，他们穿过轮胎预热区58，在此区烟气将他们加热到60℃的温度。已经在此处被冷却到温度110℃的烟气穿过冷却烟气的第二烟道21被送到烟囱63。轮胎预热区58借助相对的屏障3之间的第二分离区与加热和热解区59分离。当用热烟气处理轮胎时，在此处理过程中其转化为热解气体，热解轮胎。该过程中所获得的液态热解产物的蒸汽和热解气体与烟气混合并作为热解气体穿过热解气体通道6排出。轮胎的金属线以及碳黑和在轮胎生产中加入和包含在他们中的其他填料保留在小车1中。暴露到输送烟气的高温和高湿度含量下，碳黑被提纯并变得适合用于橡胶工业-二次用于橡胶制品的生产中。当小车1穿过热解炉2时，每一个相应的小车1进入下一个分离区3。从那里，其穿过冷却小车和冷却碳黑区60且借助通过第四烟气管道20输送的烟气冷却到110℃的温度。通过末端带喷洒器的供水管道64注入分散良好的水以改进烟气的冷却。沿着烟道14冷却到95℃温度的那些气体进入轮胎预热区58。 
接着是第四分离区3，小车1进入区61以被第二空气风机15输送的空气吹。加热的空气流穿过第三风道18被送入烟囱63。冷却的小车1穿过第五分离区3。从第五分离区3，小车1进入区62以用来分离碳黑。将碳黑从小车移去并送入储料仓13，碳黑通过线路17从热解炉排出以用于分离金属线和随后的研磨。小车1重新装载清洗和干燥过的轮胎49并再次送入热解炉2。 
处理2.2吨的轮胎可获得约770公斤的碳黑和约900kWh蒸汽形式的热量。当以提炼部分热解油作为最终产物时，所获得的热的量就相应减少。 

Claims (5)

1.一种用于热解整个轮胎的方法，其中所述轮胎被加热到400-950℃的温度并热解，产生热解气体、所述热解气体释放的矿物油蒸汽以及固态碳，同时所述矿物油在所述热解气体的冷却下被分离、所述热解所要求的热量由燃烧所述热解气体获得的烟气供应，以及处理期间所获得的硫氧化物被去除，所述方法的特征在于：用烟气将所述轮胎以横向逆流直接加热，所述烟气具有600-950℃的初始温度，并在所述烟气中加入浓度为15-40％的蒸汽，同时获得热解气体，将所获得的热解气体冷却到温度150-300℃，冷却之后，它们被分成两股流，一股流被另外冷却到温度80-100℃，包含在此流中的部分矿物油冷凝，之后将此流与另一未冷却的热解气体流混合，以及燃烧所获得的热解气体，只有一部分热烟气用于热解，且冷却之后，剩余的烟气被脱除硫氧化物并被释放入大气，以及所述所获得的固态碳提供适用于橡胶工业的碳黑。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述烟气具有650-750℃的初始温度。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，在所述烟气中加入浓度为18-30％的蒸汽。
4.一种用于实施权利要求1所述方法的装置，所述装置包括形成水平炉通道的热解炉，其中设有装载轮胎的移动小车以及将所述热解炉分成加热和热解区以及冷却碳黑区的移动式屏障，所述装置还包括用于燃烧热解气体的燃烧器、用于脱除烟气中的硫氧化物的设备以及用于分离矿物油的冷凝设备，所述装置的特征在于：所述热解炉(2)是绝热的，且所述小车(1)具有竖直分隔部分(50)，所述小车被放置在路轨上并密封到所述热解炉的壁，且用于输送和排放气体的通道(4、5、6、8、9、10和57)和用于实现气体横向移动穿过所述热解炉(2)的通道(7)位于所述热解炉的两侧，以及所有通道通过均匀地分布在其侧壁的孔与所述热解炉(2)连接，长度不小于小车(1)长度的密实壁(3)也形成在这些壁内，且借 助相对的所述密实壁(3)和所述竖直分割部分(50)形成分区，将所述热解炉(2)分成加热和热解区(59)和冷却碳黑区(60)、以及预热区(58)、吹空气区(61)和分离碳黑区(62)，用于排放冷却的烟气的通道(4)连接到烟囱(63)；用于将烟气送入所述预热区(58)的通道(5)连接到从所述冷却碳黑区(60)排放烟气的通道(10)，用于将烟气送入冷却碳黑区(60)的通道(9)通过烟道与烟囱(63)连接，末端带喷洒器的供水管道(64)也连接到此烟道，以及用于热解气体的通道(6)通过气体管道连接到带有燃烧器的燃烧室(33)，热解气体阀门(31)安装在所述气体管道上，且由直接冷却器(29)和换热器(24)组成的分离矿物油的冷凝设备连接在所述热解气体阀门(31)的两侧，且所述带有燃烧器的燃烧室(33)直接连接到锅炉(34)，所述锅炉一方面与用于将热气送入所述热解炉(2)和接触式燃料节省器(42)的通道(8)连接，且所述接触式燃料节省器(42)也连接到用于脱除烟气中的硫氧化物的设备(47)，所述用于脱除烟气中的硫氧化物的设备(47)继而连接到所述烟囱(63)，还设计有空气加湿器(40)，其连接到所述第一风机(39)、连接到所述带有燃烧器的燃烧室(33)、以及连接到所述接触式燃料节省器(42)，所述吹空气区(61)通过供气通道(11)连接到第二空气风机(15)，且另一方面所述吹空气区(61)也连接到用于空气排放的通道(57)，且所述用于空气排放的通道(57)继而连接到所述烟囱(63)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述小车(1)具有与底板(12)和竖直分隔部分(50)连接的外形，且所述竖直分隔部分(50)按照所述热解炉(2)的截面而成形且借助与“铰链”连接并被拉杆拉紧的板(51)密封到所述热解炉的壁，每个小车(1)都设计有轮子(52)，且装入所述小车(1)的轮胎的直径的水平轴与所述热解炉(2)的轴基本垂直，所述轮胎(49)被优选由膨胀金属板制成的撑条(54)支撑且靠支架(53)稳定。 
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