CN103298911B - 热反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热反应器，用于对废旧轮胎颗粒、硫化废料颗粒和废旧塑料颗粒及类似产物进行连续地热分解再循环。为了开发一种用于这种热解方法的连续工作的热反应器，该热反应器允许在没有附加的马达驱动的旋转式输送和混合装置或没有气动疏松装置的情况下使废旧轮胎颗粒、硫化废料颗粒和废旧塑料颗粒经受连续的热分解再循环，在本发明的范围内提出：该热反应器具有彼此竖直地布置的入口部件、加热区中间部件和出口部件；在加热区中间部件中在该热反应器中央布置有抽吸管，所述抽吸管的外周表面具有大量的用于导出所产生的短链的碳氢化合物蒸汽的孔和/或狭缝，并且彼此相叠布置的圆锥形钟罩套到所述抽吸管上，并且设置有用于从抽吸管中抽吸碳氢化合物蒸汽的装置；并且在加热区中间部件中在外壳上设置有多个径向布置的加热板，所述加热板彼此交错地布置在彼此相叠放置的加热层中。在本发明的范围内揭示，尽管这些材料的热传导差，但仍能够通过这样的竖直的热反应器在连续运行中对废旧轮胎颗粒、硫化废料颗粒和废旧塑料颗粒进行再循环，这是因为其经受均匀的搅拌和加热。

Description

热反应器
技术领域
本发明涉及一种热反应器，用于对废旧轮胎颗粒、硫化废料颗粒和废旧塑料颗粒及类似产物进行连续地热分解再循环，其中，该热反应器具有彼此竖直地布置的入口部件、加热区中间部件和出口部件。
背景技术
根据现有技术，对废旧轮胎颗粒、硫化废料颗粒和废旧塑料颗粒的有材料价值的再循环主要在旋转管反应器中进行，而很少在涡流层反应器、流化床反应器或夹带流反应器中进行，这是因为这些反应器仍处于开发阶段。所谓的井式反应器或竖直反应器目前主要作为换热器用于加热、烧结和冷却能自由流动的松散物料或者用于热解有机废料以产生替代燃料。根据WO2010/127664A1已知一种多级的、能量自给的且连续工作的热解方法以及一种用于实施该方法的装置，所述热解方法用于从能自由流动的高分子交联的有机化合物（尤其是从废旧轮胎颗粒、密封型材颗粒以及其它塑料颗粒）分级地回收材料和能量。为了开发根据前序部分的能量自给的连续工作的用于能自由流动的有机颗粒的热解方法，这里建议：这些颗粒从上至下依靠重力穿过竖直的多级的热解反应器，其中这些颗粒以可逐级区分地调节的范围在300°C至1200°C的工艺温度被加热和热解。由此，随后的热解蒸汽的分级冷凝实现油气化合物的回收，并且在下游马达驱动地应用热解气体产生热解过程所需的能量。
发明内容
本发明的目的在于，开发一种用于这样的热解方法的连续工作的热反应器，该热反应器允许在没有附加的马达驱动的旋转式输送和混合装置或气动疏松装置的情况下使废旧轮胎颗粒、硫化废料颗粒和废旧塑料颗粒经受连续的热分解再循环。
所述目的根据本发明通过如下方式解决，即：
●该热反应器具有彼此竖直地布置的入口部件、加热区中间部件和出口部件；
●在加热区中间部件中在热反应器中央布置有抽吸管，该抽吸管的外周表面具有大量的用于导出所产生的短链的碳氢化合物蒸汽的孔和/或狭缝，并且彼此相叠布置的圆锥形钟罩套到该抽吸管上，并且设置有用于从抽吸管中抽吸碳氢化合物蒸汽的装置，以及
●在加热区中间部件中在外壳上设置有多个径向布置的加热板，所述加热板彼此交错地布置在彼此相叠放置的加热层中。
在本发明的范围内揭示，尽管这些材料的热传导差，但仍能够通过这样的竖直热反应器在连续运行中使废旧轮胎颗粒、硫化废料颗粒和废旧塑料颗粒再循环，这是因为这些材料经受均匀的搅拌和加热。所述材料从上至下在贫氧且处于大气压之下的大气中穿过该竖直热反应器，并且所述材料在此热裂解为短链蒸汽状碳氢化合物和固体（焦炭），它们是很有价值的原材料。
在入口部件中，配量的材料进入到热反应器中。在加热区中间部件中，所产生的热分解产物在优选处于500°C至600°C之间的温度作用下分级地分离成固体和蒸汽，其中，碳氢化合物蒸汽在加热区中间部件中被抽吸并且随后以不同的成分凝结成油化合物和永久气体。在热分解过程中所积累的、焦炭状的固体在出口部件中聚集并且通过固体排出口从热反应器中抽出。
在本发明的范围内，在一个加热层中以及从一个加热层到相邻加热层交替地布置有短的和长的加热板。
该措施借助加热板的交错布置实现对材料的良好的搅拌和均匀的加热。
本发明的一个优选的扩展方案为，加热板能够插进热反应器的外壳中的相应尺寸的狭缝中并且能够从所述狭缝中取出。
这允许快速维护和快速更换损坏的加热板。
有利的是，所述加热板能够被电加热。
就此而言有利的是，设置有用于控制热反应器中的温度特性以及用于对每个加热板的温度进行单独调节的装置。
此外，本发明的一种方案为，用于从抽吸管中抽吸碳氢化合物蒸汽的装置构成为蒸汽排出接管，该蒸汽排出接管与缩聚单元连接。
附图说明
下文中借助附图阐释本发明。在附图中：
图1为根据本发明的热反应器在没有催化装置的情况下的纵截面；
图2为根据图1的热反应器的上部的横截面（截面A-A）；
图3为具有交错布置的加热板层的根据本发明的热反应器的外壳的展开图；
图4和视图A为电加热的换热板及其细节图；
图5为具有附加的催化装置的根据本发明的热反应器的纵截面。
具体实施方式
根据本发明，热反应器（1）实施为竖直的多件式的带有法兰的压力容器。由于其高温负载，所以该热反应器完全由耐热的钢或合金（例如1.4828、1.4841、AVESTA253MA、Nicrofer45TM）或者类似材料构成。
图1示出根据本发明的热反应器（1）的纵截面并表明该结构的基本原理。热反应器（1）（从上向下看）具有截锥形的入口部件（2），在该入口部件上连接有圆柱形的加热区中间部件（3），该加热区中间部件最后转到截锥形的出口部件（4）中。
为了最小化对于热分解技术而言不希望的氧向热反应器（1）中的渗透，根据本发明，颗粒通过材料进入系统（23）进出反应器（1）。所述材料进入系统优选包括耐压力冲击的具有可易拆卸的转子的分格轮闸门、经由变频器实现的转速调节装置以及惰化连接装置并与用于散装物料的闸阀相结合。
颗粒通过固体进入接管（6）从位于反应器（1）上方的颗粒储存容器配量地进入到热反应器（1）中。材料分配器（10）在反应器（1）的整个圆形横截面上均匀地分配颗粒。根据颗粒尺寸和材料种类，在热反应器（1）的内部构成堆积层柱，该堆积层柱受重力作用连续地从上向下运动通过热反应器（1）。颗粒柱由圆柱形外壳（14）、内部安装件（5）、交替地径向布置在外壳（14）上的长的和短的加热板（9）以及反应器（1）中的填料高度所限制，所述加热板伸进反应器（1）的内腔中。
通过径向布置加热板（9）以及通过将加热板交错地布置在相叠放置的加热层中，所述颗粒柱分成小的蛋糕块状的部段。一方面通过交错地布置长的和短的加热板（9），另一方面通过热反应器（1）的加热区中间部件（3）中的内部安装件（5），对颗粒进行良好的搅拌并由此同时对颗粒进行均匀的加热，所述内部安装件实施为挤压体和循环体并使热反应器（1）中的颗粒的速度特性相同化。
通过使颗粒与优选电加热的加热板（9）强制地且紧密地接触，可以将颗粒无极地加热至最高达950°C的可调的反应温度并使其热分解。通过过程引导系统（21）根据材料类型、颗粒尺寸及其热传导特性对反应温度进行控制。在此，可以通过反应器横截面以及整个加热区中间部件（3）的高度来改变热反应器（1）的温度特性并且可以对每个加热板（9）的温度进行单独调节。
通过γ填料水平测量和调节装置（15）来检测和调节热反应器（1）中颗粒的填料水平高度。同样通过过程引导系统（21）来自动检测和控制在预先设定反应温度时颗粒在热反应器（1）中的停留时间，并且由此自动检测和控制碳氢化合物的多重键的裂解程度。
在装入在热反应器（1）中心的中央抽吸管（11）上、在外周表面上存在大量孔和/或狭缝，所述孔和/或狭缝导出所产生的短链的碳氢化合物蒸汽。由此出现蒸汽到固体流的横向流动，也就是交叉流。抽吸开口通过套到抽吸管（11）上的彼此相叠布置的圆锥形的钟罩、所谓的内部安装件（5）来覆盖和遮蔽，由此不会一并抽吸出颗粒或灰尘。热分解过程中所产生的蒸汽可以通过所述钟罩的敞口底面进入抽吸开口并且通过该抽吸开口进入到抽吸管（11）中。之后，蒸汽借助平均为-50mbar至-75mbar的负压通过蒸汽排出口（8）到达缩聚单元（26），所述蒸汽在该缩聚单元中以不同的成分、粘度、热值凝结成油化合物并凝结成永久气体。
在热分解过程中由废旧轮胎颗粒所产生的约占45至52重量百分比的呈焦炭颗粒形式的固体成分包括约70%至90%的纯碳以及约10%至25%的无机填料，所述无机填料在生产过程中添加到新轮胎中。中等热值Hu为约23至30MJ/kg，并且中等BET表面为约80至120m2/g。焦炭颗粒聚集在截锥形的出口部件（4）中并且通过固体排出口（7）和与进料进入系统（23）相同构造的但设计用于高温的材料离开系统（24）输送到水冷冷却蛇管（25）、冷却到室温并临时储存在存储装置中。
在图2中示出根据本发明的在热反应器（1）内部的长的和短的加热板（9.1、9.2）的分配原理。加热板（9.1、9.2）在热反应器（1）周界上的划分间距t由待处理的颗粒材料的热传导性和颗粒尺寸来决定。
例如：
假设颗粒层中的最大热透深度为100mm，并且热反应器（1）的周长为4800mm，则得出加热板数量
n=4800mm：100mm=48个加热板。
划分角度αt为αt=360°：48个加热板=7.5°。
那么由结构所决定地，一个加热层需要24个长的和24个短的加热板（9.1；9.2）。加热板的整体数量和热功率根据用于换热器的常规设计规则来计算。
在图3中在外壳（14）的展开图中示出加热板（9.1、9.2）在加热层中的交错布置原理。可以良好地看出加热板（9.1、9.2）的交错布置。电加热的且径向固定在外壳（14）上的换热器板（9……9n）最佳地使热量进入颗粒中，这是因为不仅沿水平方向的换热器板（9……9n）的划分间距t、而且沿竖直方向的加热层的间距以及其交错的布置都取决于待处理的颗粒尺寸和颗粒种类进行设计，并由此产生很高的效率。
在图4中示出加热板（9.1、9.2）在外壳（14）上的固定。加热板（9.1、9.2）插进热反应器（1）的外壳（14）中的相应尺寸的狭缝中并且可以为了维护或更换而再个别地从热反应器（1）的外壳（14）中拔出。
在图5中示出根据本发明的一种热反应器（1），其可以对碳氢化合物蒸汽进行额外的催化处理。从原理上来讲，该热反应器（1）的结构和实施与图1所示相类似。只是对出口部件（4）做了如下修改，即在出口部件中存在附加的加热板列9，该加热板列保证所产生的蒸汽的温度为600°C。在出口部件（4.1）中示出用于催化剂的堆积层过滤器（22），在该堆积层过滤器中蒸汽在其产生位置上与催化剂颗粒处于直接接触。对于蒸汽的裂化过程所需的温度由过程引导系统（21）进行控制。在此重要的是，保持约为550°C的最低温度以及保持最小为50mbar的负压。
由于蒸汽的一些组分在约为450°C至500°C的温度下就开始凝结并且与在设备中形成的细小灰尘形成趋于焦炭化的质量，所以产生盖住通向缩聚设备（26）的蒸汽管路的危险。作为防止该现象的附加保护措施，具有完备的高温隔热结构的电加热的加热垫或加热丝是适合的。
在石油化学中常用的混合催化剂（例如SiO2/Al2O3、Cr2O3/Fe2O3以及沸石）已被证实为适于作为堆积层过滤器（22）的催化剂。
出于强度原因并且由于在运行状态下显著的纵向膨胀，在加热区中间部件（3）的上部、在抗拉强度最高的部位上，反应器（1）借助吊耳（17）悬挂。
根据本发明，热反应器（1）实施为带有法兰的形式并且划分为多个工艺阶段。该实施形式提供下述技术和工艺优点，例如更简单的制造、维修和更换的可能性、运输和安装过程中更好的搬运、以及热反应器（1）在利用待处理的产物、在产能扩大时更简单地进行修改和更简单地改变理想的最终产物的类型和分配方面的高度灵活性。
热反应器（1）的结构构造根据本发明被刻意非常简单地保持，并且通过实用的装置被便于修理地设计以进行维护和检修，例如在上方反应部件（2）中的入孔（12）和在下方反应部件（4）中的入孔（13），以及内部安装件（5）、材料分配器（10）和中央抽吸管（11）的可易于拆卸的结构。
借助所述热分解反应器实现环保的、无残留的且能量自给的再循环方法，该方法的突出特点在于，在利用待处理的颗粒尺寸、材料类型以及在产能扩大情况下更简单地进行修改和更简单地改变最终产物的划分类型和比例方面的高度技术灵活性，。
通过燃气发动机-发电机-单元中的马达驱动的发电（通常为BHKW）实现永久气体的自用，该永久气体包含30至45MJ/m3的低热值以及用于自身能量供给的平均为60的甲烷数，同时包括约占45至52重量百分比的呈颗粒和炭黑形式的纯碳（具有80至120m2/g的中等BET表面、约23至30HJ/kg的中等热值Hu）以及约占10至25重量百分比的无机填料的固体可以供给轮胎和/或橡胶工业中的再利用。
在热分解方法中在热反应器（1）和缩聚设备（26）中所释放的不同馏出物的热分解油可以供给炼油厂，供给塑料、染料或橡胶工业，供给燃油或燃料生产商，以及供给用于再处理的炭黑生产商。
附图标记列表
1   热反应器
2   入口部件
3   加热区中间部件
4   出口部件
5   内部安装件
6   固体进入接管
7   固体排出口
8   蒸汽排出口
9   加热板
10  材料分配器
11  中央蒸汽抽吸管
12  上方入孔
13  下方入孔
14  圆柱形外壳
15  填料水平测量和调节装置
16  惰化连接装置
17  吊耳
18  用于温度、压力和氧含量的测量-控制-调节装置
19  催化剂进口
20  催化剂出口
21  具有存储器-可编程控制装置（SPS）的过程引导系统（PLT）
22  堆积层过滤器
23  固体进入系统
24  固体离开系统
25  冷却蛇管
26  缩聚单元

Claims (6)

1.一种热反应器，用于对废旧轮胎颗粒、硫化废料颗粒和废旧塑料颗粒进行连续地热分解再循环，其中，
●该热反应器(1)具有彼此竖直地布置的入口部件(2)、加热区中间部件(3)和出口部件(4)；
其特征在于，
●在加热区中间部件(3)中在热反应器(1)中央布置有抽吸管(11)，所述抽吸管的外周表面具有大量的用于导出所产生的短链的碳氢化合物蒸汽的孔和/或狭缝，并且彼此相叠布置的圆锥形钟罩(5)套到所述抽吸管(11)上，并且设置有用于从抽吸管(11)中抽吸碳氢化合物蒸汽的装置，以及
●在外壳(14)的加热区中间部件(3)中设置有多个径向布置的加热板(9)，所述加热板彼此交错地布置在彼此相叠放置的加热层中。
2.根据权利要求1所述的热反应器，其特征在于，在一个加热层中以及从一个加热层到相邻加热层交替地布置有短的和长的加热板(9)。
3.根据权利要求1所述的热反应器，其特征在于，加热板(9)能够插进热反应器(1)的外壳(14)中的相应尺寸的狭缝中并且能够从所述狭缝中取出。
4.根据权利要求1所述的热反应器，其特征在于，加热板(9)能够被电加热。
5.根据权利要求1所述的热反应器，其特征在于，设置有用于控制热反应器(1)中的温度特性以及用于对每个加热板(9)的温度进行单独调节的装置(21)。
6.根据权利要求1所述的热反应器，其特征在于，用于从抽吸管(11)中抽吸碳氢化合物蒸汽的装置构成为蒸汽排出接管(8)，所述蒸汽排出接管与缩聚单元(26)连接。
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