CN106397829B - 一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生方法，步骤1：将废橡胶进行破碎，筛选得到长度为5～8mm的橡胶粒；步骤2：通过超临界二氧化碳对筛选过的橡胶粒进行充分溶胀；步骤3：将溶胀后的橡胶粒进行机械剪切，破坏其交联网络结构，实现橡胶粒的断硫再生。本发明还提供了一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生装置，包括破碎机、反应釜、溶胀装置、机械剪切装置和控制器，所述破碎机和反应釜均与溶胀装置相连，所述溶胀装置和机械剪切装置相连，所述控制器与破碎机、反应釜、溶胀装置和机械剪切装置均相连。本发明无须事先加热，且仅通过干冰生成超临界二氧化碳和机械剪切就可以将废橡胶进行脱硫再生，无污染且节约了各种资源。

Description

一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生方法及装置
技术领域
本发明涉及废旧橡胶再生技术领域，尤其涉及一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生方法及装置。
背景技术
目前我国每年有上千万吨的废旧橡胶得不到充分利用，每年还要从国外进口几百吨的橡胶原料，因此迫切需要负有社会责任、具有环保持续性的解决方案。在众多的废橡胶再利用途径中，生产再生胶是一种非常有效的方式，即利用物理、化学或者生物等方法打开橡胶的三维交联网络，形成准线型化的可加工再生胶的过程。
如申请号为：200910079775.1的中国专利公开了一种硫化橡胶脱硫解聚再生的方法，将去除炭黑、填料的废旧硫化胶粉，在超临界二氧化碳条件下，使得脱硫试剂充分渗透到橡胶中，然后将溶胀的橡胶经机械剪切、真空热烘或平板模压，使橡胶脱硫还原。具体方法为：将粒度为60-80目的废旧硫化胶粉，除去炭黑、填料等小分子物质，置于高压反应釜中，加入脱硫试剂，用二氧化碳气体置换反应釜内的空气后，在加入一定量的干冰，使密闭釜内的二氧化碳密度保持在0.466-0.6g/cm3，逐步升温至150-170℃，在超临界状态下保温30-60mim，待反应釜自然冷却至室温再缓慢释放出其中的二氧化碳，得到溶胀的橡胶；将溶胀橡胶取出在140-160摄氏度温度下通过热辊剪切、真空热烘或平板模压的方法使橡胶脱硫还原。该申请中使用超临界的二氧化碳与脱硫剂的配合使得橡胶溶胀，及时脱硫剂已经十分普遍，但是仍存在化学污染的隐患，且该申请中二氧化碳对橡胶溶胀的作用不均匀，会影响下一步对橡胶的机械剪切，造成橡胶的脱硫不彻底。
又如申请号为：201510446102.0的中国专利公开了一种超临界流体辅助单螺杆橡胶再生机断硫再生方法，包括以下步骤：将废旧橡胶经破碎分离后得到的5～8mm的橡胶颗粒送入橡胶定量给料器中电磁加热至所需温度进行预热；上述加热后的橡胶颗粒加入单螺杆橡胶再生机内，在超临界流体环境中，橡胶颗粒受到热化学、超临界流体渗透和溶胀及单螺杆的强力剪切作用，促使其中含硫分子链选择性断裂，破坏其交联网络结构，实现橡胶颗粒的断硫再生；上述断硫再生橡胶经过橡胶过滤器过滤出去其中较大的橡胶颗粒后，进入再生橡胶颗粒制备系统中依次经过颗粒石蜡覆盖系统、颗粒水冷却器、颗粒干燥器后的得到的颗粒状再生橡胶产品，最后经过打包机包装入库。该申请中存在超临界流体对橡胶颗粒的溶胀不彻底，导致机械剪切不均匀等问题。
发明内容
为克服现有技术中存在的废弃橡胶脱硫不彻底，机械剪切不均匀等问题，
本发明提供了一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生方法及装置。具体技术方案如下：
一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生方法，
步骤1：将废橡胶进行破碎，筛选得到长度为5～8mm的橡胶粒；
步骤2：通过超临界二氧化碳对筛选过的橡胶粒进行充分溶胀；
步骤3：将溶胀后的橡胶粒进行机械剪切，破坏其交联网络结构，实现橡胶粒的断硫再生。
在此基础上，所述步骤2中通过在反应釜中加入干冰制成超临界二氧化碳。
本发明还提供了一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生装置，包括破碎机、反应釜、溶胀装置、机械剪切装置和控制器，所述破碎机和反应釜均与溶胀装置相连，所述溶胀装置和机械剪切装置相连，所述控制器与破碎机、反应釜、溶胀装置和械剪切装置均相连。
在此基础上，所述溶胀装置为筒状，所述溶胀装置上方设置有上开口，所述溶胀装置下方设置有下料口，所述破碎机与溶胀装置的上开口相连，所述下料口与机械剪切装置相连，所述溶胀装置两侧分别设置有进口和出口，所述出口处设置有抽气机，且出口处设置有过滤网，所述出口通过抽气机与进口相连，所述反应釜与溶胀装置的进口相连。
在此基础上，所述溶胀装置内部设置有多层筛网，多层所述筛网平行竖向设置，多层所述筛网的镂空孔直径小于橡胶粒的直径。
在此基础上，所述机械剪切装置包括驱动系统、喂料系统、温控系统和剪切系统，所述驱动系统与剪切系统相连，所述喂料系统与溶胀装置的下料口相连，所述驱动系统、喂料系统、温控系统和剪切系统均与控制器相连。
在此基础上，所述剪切系统包括剪切装置和剪切槽，所述剪切装置设置在剪切槽的上方，所述剪切槽中部设置有闸刀为分段剪切槽，所述闸刀的左侧为储备区，所述闸刀的右侧为剪切区，所述储备区的左端设置有物料推送装置，所述储备区与喂料系统相连，所述剪切区的右端一侧设置有行程开关，所述行程开关与闸刀相连。
在此基础上，所述物料推送装置包括推送板和弹簧，所述推送板竖向滑动设置在储备区内，所述弹簧的一端固定设置在储备区的左端，而另一端与推送板相连。
在此基础上，还包括加工装置，所述加工装置包括冷却设备和干燥设备，所述冷却设备和干燥设备依次相连，所述干燥设备与外部的运输通道相连。
在此基础上，所述干燥设备包括干燥通道和干燥称量设备，所述干燥称量设备包括固定称量装置和称量框，所述固定称量装置设置在干燥通道的左端上方，所述称量框设置在干燥通道的右端上方，所述称量框内设置有干燥器，所述干燥通道的中部下方设置有平衡块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供了一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生方法，首先将废橡胶进行破碎，筛选得到长度为5～8mm的橡胶粒；在通过超临界二氧化碳对筛选过的橡胶粒进行充分溶胀；最后将溶胀后的橡胶粒进行机械剪切，破坏其交联网络结构，实现橡胶粒的断硫再生。本发明无须事先加热，且仅通过干冰生成超临界二氧化碳和机械剪切就可以将废橡胶进行脱硫再生，无污染且节约了各种资源，安全快捷，再利用效果好，具环保、经济、可持续发展等多重益效。
2、本发明提供了一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生装置，其中的溶胀装置两侧分别设置有进口和出口，出口处设置有抽气机，溶胀装置内部设置有多层筛网，多层所述筛网平行竖向设置，多层所述筛网的镂空孔直径小于橡胶粒的直径。本发明通过设置抽气机将超临界二氧化碳重复利用，对橡胶粒进行充分的溶胀，对下步机械剪切做好准备，以保证每个橡胶粒都脱硫成功。
3、本发明中的剪切系统包括剪切装置和剪切槽，所述剪切装置设置在剪切槽的上方，所述剪切槽中部设置有闸刀为分段剪切槽，所述闸刀的左侧为储备区，所述闸刀的右侧为剪切区，所述储备区的左端设置有物料推送装置，所述储备区与喂料系统相连，所述剪切区的右端设置有行程开关，所述行程开关与闸刀相连。本发明通过剪切系统实现了自动增添剪切料，对剪切料进行分批次剪切，以保证剪切的质量，结构简单，安全快捷且低能耗。
4、本发明中的干燥设备包括干燥通道和称量设备，干燥设备包括干燥通道和干燥称量设备，所述干燥称量设备包括固定称量装置和称量框，所述固定称量装置设置在干燥通道的左端上方，所述称量框设置在干燥通道的右端上方，所述称量框内设置有干燥器，所述干燥通道的中部下方设置有平衡块。本发明在干燥的同时可以对橡胶粒进行称重和运输，同步操作，提高了工作效率且能够保证橡胶粒的干燥效果。
附图说明
图1是本发明一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生方法的流程示意图；
图2是本发明一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生装置中各个结构的连接示意图；
图3是本发明一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生装置中溶胀装置的结构示意图；
图4是本发明一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生装置中剪切槽的剖视图；
图5是本发明一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生装置中干燥设备的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
本发明披露了一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生方法，如图1所示，具体步骤如下：步骤1：将废橡胶进行破碎，筛选得到长度为5～8mm的橡胶粒，将橡胶粒的长度统一可以有助于机械剪切装置4对橡胶粒的批量剪切，能够大大提高工作效率；步骤2：通过超临界二氧化碳对筛选过的橡胶粒进行充分溶胀，本发明中优选超临界二氧化碳作为溶胀橡胶粒的介质，其中超临界二氧化碳作为一种超临界流体具有较好的溶解和传质性能，同时还具有低的粘度和高的扩散系数，其溶解和传质能力与有机溶剂甲苯相当。另外超临界二氧化碳流体还具有无毒、化学惰性、阻燃和价格低廉等优点，其超临界相对温和，很容易达到，在常态下二氧化碳为气态，很容易去除，不存在残留产物内部的问题。将超临界二氧化碳流体作为一种反应介质，随着浸泡在其中的硫化橡胶被溶胀，将橡胶粒中的交联网络增大，有助于机械剪切。进一步优选地，本实施例中通过在反应釜2中加入干冰制成超临界二氧化碳，干冰容易获得，且实现超临界二氧化碳方法简单。步骤3：在步骤2的基础上将溶胀后的橡胶粒进行机械剪切，破坏其交联网络结构，实现橡胶粒的断硫再生。本发明无须事先加热，且仅通过干冰生成超临界二氧化碳和机械剪切就可以将废橡胶进行脱硫再生，无化学溶剂造成的污染且节约了各种资源，安全快捷，再利用效果好，具环保、经济、可持续发展等多重益效，同时降低了成本又满足了可持续发展的要求。
本发明还披露了一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生装置，如图2所示，包括破碎机1、反应釜2、溶胀装置3、机械剪切装置4和控制器，所述破碎机1和反应釜2均与溶胀装置3相连，所述溶胀装置3和机械剪切装置4相连，所述控制器与破碎机1、反应釜2、溶胀装置3和械剪切装置均相连。其中破碎机1用于破碎废弃橡胶，将废弃橡胶破碎至统一的长度，如5～8mm，所述反应釜2用于将干冰转换成超临界二氧化碳，所述溶胀装置3将破碎机1破碎的橡胶粒和反应釜2中制成的超临界二氧化碳进行溶胀反应，以增大橡胶粒的交联结构，所述机械剪切装置4用于将橡胶粒的交联结构进行剪切，实现断硫再生。本装置能够实现一步到位全自动连续性废橡胶的断硫再生，转化率高，为全绿色技术，持续节能，降低了材料成本，有助于可持续发展。
如图3所示，本实施例中的溶胀装置3为筒状，所述溶胀装置3上方设置有上开口31，所述溶胀装置3下方设置有下料口32，所述破碎机1与溶胀装置3的上开口31相连，将破碎机1破碎后的橡胶粒从上开口31均匀输送至溶胀装置3内部，所述下料口32与机械剪切装置4相连，溶胀装置3将充分溶胀后的橡胶粒直接通过下料口32输送至机械剪切装置4内，所述溶胀装置3两侧分别设置有进口33和出口34，所述出口34处设置有抽气机，且出口34处设置有过滤网，所述出口34通过抽气机与进口33相连，所述反应釜2与溶胀装置3的进口33相连。所述溶胀装置3内部设置有多层筛网35，多层所述筛网35平行竖向设置，多层所述筛网35的镂空孔直径小于橡胶粒的直径。溶胀装置3的进口33有与反应釜2相连，超临界二氧化碳可以持续不断地进入溶胀装置3，且出口34处的抽气机会将进口33处的超临界二氧化碳引导至出口34处，将超临界二氧化碳按照特定方向扩散，均匀分布整个溶胀装置3。当破碎机1破碎后的物料从上开口31落下时，橡胶粒在抽气机的作用下均匀分布在多层筛网35上，反应釜2中的超临界二氧化碳持续不断进入溶胀装置3，且对橡胶粒充分接触，进行溶胀，抽气机将该超临界二氧化碳从进口33处引导至出口34，对橡胶粒充分溶胀后，再通过出口34进入进口33，再次进入溶胀装置3，实现将超临界二氧化碳的重复利用，对橡胶粒进行充分的溶胀，对下步机械剪切做好准备，以保证每个橡胶粒都脱硫成功。
本实施例中的机械剪切装置4包括驱动系统、喂料系统、温控系统和剪切系统，所述驱动系统与剪切系统相连，所述喂料系统与溶胀装置3的下料口32相连，所述驱动系统、喂料系统、温控系统和剪切系统均与控制器相连，控制器用于监控整个装置，优选地，控制器为PLC，所述驱动系统用于驱动剪切系统中的剪切装置对橡胶粒进行剪切，所述温控系统用于控制剪切系统中机械剪切需要的温度。
其中，剪切系统包括剪切装置和剪切槽41，所述剪切装置设置在剪切槽41的上方，该剪切装置为单螺杆橡胶再生机或者为热辊，可以用于将橡胶粒进行机械剪切的装置均可，优选地，本实施例中使用单螺杆橡胶再生机，其中工作温度为200～250℃，机械剪切再生时间为1～10min。另外，如图4所示，剪切槽41中部设置有闸刀411为分段剪切槽41，所述闸刀411的左侧为储备区412，所述闸刀411的右侧为剪切区413，所述储备区412的左端设置有物料推送装置，所述储备区412与喂料系统相连，即溶胀后的橡胶粒通过反应釜2的下料口32和喂料系统进入储备区412准备进行机械剪切，所述剪切区413的右端一侧设置有行程开关416，所述行程开关416与闸刀411相连。所述物料推送装置包括推送板414和弹簧415，所述推送板414竖向滑动设置在储备区412内，所述弹簧415的一端固定设置在储备区412的左端，而另一端与推送板414相连。橡胶粒进入储备区412和剪切区413的机械剪切同步进行，当剪切区413的橡胶粒剪切完毕后，直接通过输送带输送至下一操作，橡胶粒输送结束后，行程开关416不被触发，闸刀411打开，物料推送装置将橡胶粒推送至剪切区413，同时，喂料系统不断为储备区412增加物料，直至触碰至行程开关416，闸刀411放下，剪切区413的橡胶粒填充完毕，剪切装置对剪切区413的橡胶粒进行进行剪切。本发明通过剪切系统实现了自动增添剪切料，对剪切料进行分批次剪切，以保证剪切的质量，结构简单，安全快捷且低能耗。
本实施例中还包括加工装置5，所述加工装置5包括冷却设备和干燥设备51，所述冷却设备和干燥设备51依次相连，所述干燥设备51与外部的运输通道相连，所述冷却设备用于对刚经过机械剪切装置4剪切的橡胶粒进行冷却，随后通过干燥设备51对橡胶粒进行干燥，其中如图5所示，干燥设备51包括干燥通道511和干燥称量设备，所述干燥称量设备包括固定称量装置512和称量框513，所述固定称量装置512设置在干燥通道511的左端上方，所述称量框513设置在干燥通道511的右端上方，所述称量框513内设置有干燥器514，所述干燥通道511的中部下方设置有平衡块5112。所述固定称量装置512为如秤砣等具有固定质量的物体，本实施例中要求制备得到的颗粒状再生橡胶产品质量为3～25g/个，密度1～1.38g/cm3，操作人员可以根据橡胶粒的实际干燥程度选择不同质量的固定称量装置512。如图5所示干燥器514设置在称量框513的两侧壁上，且称量框513的底部为双开式活动板，经过冷却设备冷却的橡胶粒输送至称量框513中，通过干燥器514进行干燥，当干燥到一定程度时，干燥通道511倾斜，活动板打开，橡胶粒掉落在干燥通道511中随着干燥通道511倾斜运输出去。当经过冷却后的橡胶粒输送至称量框513中，由于重量重于固定称量装置512，干燥通道511的右端下沉，且在干燥器514对橡胶粒不断的干燥过程中，橡胶粒的质量减轻，干燥通道511的右端被左端的固定称量装置512翘起，此时，干燥到一定程度的橡胶粒随着干燥通道511运输至外部，完成废橡胶断硫再生。本发明在干燥的同时可以对橡胶粒进行称重和运输，同步操作，提高了工作效率且能够保证橡胶粒的干燥效果。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生装置，其特征在于：包括破碎机(1)、反应釜(2)、溶胀装置(3)、机械剪切装置(4)、加工装置(5)和控制器，所述破碎机(1)和反应釜(2)均与溶胀装置(3)相连，所述溶胀装置(3)和机械剪切装置(4)相连，所述控制器与破碎机(1)、反应釜(2)、溶胀装置(3)和械剪切装置均相连；所述溶胀装置(3)为筒状，所述溶胀装置(3)上方设置有上开口(31)，所述溶胀装置(3)下方设置有下料口(32)，所述破碎机(1)与溶胀装置(3)的上开口(31)相连，所述下料口(32)与机械剪切装置(4)相连，所述溶胀装置(3)两侧分别设置有进口(33)和出口(34)，所述出口(34)处设置有抽气机，且出口(34)处设置有过滤网，所述出口(34)通过抽气机与进口(33)相连，所述反应釜(2)与溶胀装置(3)的进口(33)相连；所述溶胀装置(3)内部设置有多层筛网(35)，多层所述筛网(35)平行竖向设置，多层所述筛网(35)的镂空孔直径小于橡胶粒的直径；所述机械剪切装置(4)包括驱动系统、喂料系统、温控系统和剪切系统，所述驱动系统与剪切系统相连，所述喂料系统与溶胀装置(3)的下料口(32)相连，所述驱动系统、喂料系统、温控系统和剪切系统均与控制器相连；所述剪切系统包括剪切装置和剪切槽(41)，所述剪切装置设置在剪切槽(41)的上方，所述剪切槽(41)中部设置有闸刀(411)为分段剪切槽(41)，所述闸刀(411)的左侧为储备区(412)，所述闸刀(411)的右侧为剪切区(413)，所述储备区(412)的左端设置有物料推送装置，所述储备区(412)与喂料系统相连，所述剪切区(413)的右端一侧设置有行程开关(416)，所述行程开关(416)与闸刀(411)相连；所述加工装置(5)包括冷却设备和干燥设备(51)，所述冷却设备和干燥设备(51)依次相连，所述干燥设备(51)与外部的运输通道相连；所述干燥设备(51)包括干燥通道(511)和干燥称量设备，所述干燥称量设备包括固定称量装置(512)和称量框(513)，所述固定称量装置(512)设置在干燥通道(511)的左端上方，所述称量框(513)设置在干燥通道(511)的右端上方，所述称量框(513)内设置有干燥器(514)，所述干燥通道(511)的中部下方设置有平衡块(5112)。
2.根据权利要求1所述的一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生装置，其特征在于：所述物料推送装置包括推送板(414)和弹簧(415)，所述推送板(414)竖向滑动设置在储备区(412)内，所述弹簧(415)的一端固定设置在储备区(412)的左端，而另一端与推送板(414)相连。
3.一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生方法，其特征在于：用于权利要求1的基于超临界二氧化碳的废橡胶再生装置，所述方法包括以下步骤：
步骤1：将废橡胶进行破碎，筛选得到长度为5～8mm的橡胶粒；
步骤2：通过超临界二氧化碳对筛选过的橡胶粒进行充分溶胀；
步骤3：将溶胀后的橡胶粒进行机械剪切，破坏其交联网络结构，实现橡胶粒的断硫再生。
4.根据权利要求3所述的一种基于超临界二氧化碳的废橡胶再生方法，其特征在于：所述步骤2中通过在反应釜(2)中加入干冰制成超临界二氧化碳。
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