CN107384458A - 一种高温热解反应器及废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高温热解反应器，包括反应器本体、胶粉喷管、喷嘴、混合器、冷却装置、激冷气喷嘴等。本发明还公开一种废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统，应用了所述的高温热解反应器，还包括废轮胎破碎系统、输送系统、飞灰过滤器、吸收冷却塔、炭黑收集系统、油气冷却分离系统、尾气回收系统。本发明还公开一种废旧轮胎热解制油、制炭黑的方法，应用了所述的废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统。本发明采用高温喷射混合快速热解的方式，实现废旧轮胎粉的充分混合热解，具有工艺过程简单，设备结构紧凑，投资少，油品质量好等特点。

Description

一种高温热解反应器及废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统和 方法

技术领域

本发明属于环保化工领域，具体为一种高温热解反应器及废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统和方法。

背景技术

目前废旧轮胎热解处理工艺主要包括催化热解、真空热解、加氢热解和自热热解等，采取的反应器形式包括移动床、固定床、流化床、回转窑等。各种工艺对原料预处理和粒径都有严格要求，得到的产物也各不相同。

移动床热解工艺以加拿大Laval 大学的真空移动床最具代表性，废旧轮胎预处理好后在真空条件下进入移动床，通过移动床的外壁传热，原料实现移动过程中的热解，热解蒸汽通过洗涤塔捕捉油蒸汽，可燃气通过真空泵送入燃烧器燃烧；而炭黑产物从出口出来通过真空出料口进入冷却器冷却后通过泵送入料场。该工艺可以连续给料，反应温度为480-520℃，反应压力一般低于10Kpa，可以回收钢丝、热解油和炭黑。然而采用该工艺采用外热式加热，热效率低，并且原料夹带钢丝进料，热解出料设计复杂，并且钢丝通过高温后变性，回收价值下降，同时炭黑为块状物，需要后续粉碎才能利用。

浙江大学开发的流化床热解工艺中利用热解过程可燃气作为气体载体，在预热管中加热后送入流化床热解反应器，与预处理好的原料接触，发生热解反应产生热解气和炭黑，再经过两级旋风分离和两道L 阀送入流化床反应器。然而该工艺中采用气体热载体，需要气体载体的加热、分离、喷淋，工艺流程复杂，并且流化床工艺存在控制复杂的问题。

因此，现有的轮胎快速热解技术有待进一步改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温热解反应器及废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统和方法，采用高温喷射混合快速热解的方式，实现废旧轮胎粉热量的混合热解，具有工艺过程简单，设备结构紧凑，投资少，油品质量好等特点。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明的高温热解反应器，包括反应器本体、胶粉喷管、混合器、冷却装置、胶粉入管，所述的反应器本体为直型的塔体，所述的反应器本体内沿其纵向设有依次连通的胶粉喷管、混合器、反应管道；所述的胶粉喷管内设有喷嘴，所述的喷嘴对准混合器的入口，所述的混合器的出口与反应管道的上端连通；所述的反应管道的下端设有冷却装置和出口管；所述的反应器本体上端设有烟气输送管，所述的烟气输送管垂直伸入反应器本体内，其烟气出口对准喷嘴的出口位置；所述的反应器本体的顶部设有胶粉入管，所述的胶粉入管的下端与胶粉喷管的上端连通。

进一步，所述的出口管垂直于反应器本体设置，出口管的前端与反应管道的下端连通。

进一步，所述的冷却装置包括激冷气喷嘴，所述的激冷气喷嘴垂直伸入反应器本体的反应管道下端内，其出口正对准出口管。

进一步，所述的混合器为文丘里混合器。

进一步，所述的反应器本体长度为5~20米。

本发明还提供一种废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统，应用了所述的高温热解反应器，还包括废轮胎破碎系统、输送系统、飞灰过滤器、吸收冷却塔、炭黑收集系统、油气冷却分离系统、尾气回收系统，所述的废轮胎破碎系统的出口端与输送系统的入口连接，所述的输送系统的出口与胶粉入管连接；所述的出口管与飞灰过滤器的下部连接，所述的飞灰过滤器的下部通过管路与炭黑收集系统连接，飞灰过滤器的上端与吸收冷却塔的连接；所述的吸收冷却塔的上端出口与油气冷却分离系统的入口连接，下端出口与重油贮罐连接；所述的油气冷却分离系统的出口与尾气回收系统连接。

进一步，所述的输送系统包括胶粉贮罐、中间贮罐、胶粉发送罐，所述的胶粉贮罐的入口与废轮胎破碎系统的出口连接，所述的中间贮罐的入口与胶粉贮罐的出口连接，所述的胶粉发送罐的入口与中间贮罐的出口连接，胶粉发送罐的输出端与高温热解反应器的输入端连接。

进一步，所述的炭黑收集系统包括炭黑接收罐、炭黑放料罐、炭黑冷却机，所述的炭黑接收罐的入口通过管路与飞灰过滤器的下端出口连接，所述的炭黑放料罐的入口与炭黑接收罐的出口连接，所述的炭黑冷却机的入口与炭黑放料罐的出口连接，所述的炭黑冷却机的出口连接加工包装系统。

进一步，所述的油气冷却分离系统包括一级冷却器、二级冷却器、油气分离器，所述的一级冷却器的入口与吸收冷却塔的上端输出口连接，所述的二级冷却器的入口与一级冷却器的出口连接，所述的油气分离器的入口与二级冷却器的出口连接，油气分离器的出口与尾气回收系统的入口连接。

进一步，所述的尾气回收系统包括尾气脱毒塔、气体增压机、燃料气贮罐，所述的尾气脱毒塔的出口经过气体增压机与燃料气贮罐的入口连接。

进一步，还包括热风炉，所述的热风炉的入口与燃料气贮罐的出口连接，热风炉的出口与烟气输送管连接。

本发明还提供一种废旧轮胎热解制油、制炭黑的方法，应用了所述的废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统，包括以下步骤：

A、将废旧轮胎进行破碎，去除轮胎的钢丝、纤维后，再细碎得到20-60目的细胶粉；

B、细胶粉经喷嘴喷出，同时烟气输送管中输送高温烟气，细胶粉与高温烟气共同进入混合器，在混合器中充分混合后进入反应管道中在无氧条件下快速热解生成油气和炭黑；

C、油气和炭黑在反应管道的下端经由冷却装置冷却后，通过出口管送出至后序工序。

优选地，所述的后序工序包括油气和炭黑在飞灰过滤器中分离，分离后的油气经过冷却后分离出重油组分和轻油组分；所述的轻油组分进一步冷分离得到轻质油、废水、尾气，轻质油和废水经过精滤后送至各自储罐，尾气经过回收后燃烧升温至1000℃以上，送至高温热解反应器提供热量；分离后的炭黑经冷却及超细磨加工后形成炭黑产品。

优选地，所述的高温烟气的温度为800℃以上。

优选地，所述的细胶粉粒度为0.5mm以下，细胶粉通过惰性气体或者氮气作为载气经喷嘴喷出的速度为4~6米/秒。

本发明的有益效果为：

本发明在反应器本体的顶部设有胶粉喷嘴，胶粉喷入，直接与从侧面进入的高温烟气充分混合，热解速度快，反应时间不超过2秒，提高反应速率，反应更快、更彻底，从而提高工作效率；在反应器的底部设有冷却装置，使得进入反应器本体的燃气温度能够更高，进一步加快热解速度，然后通过冷却装置使气体快速冷却到合适温度进入下一工序。本发明的结构比现有技术更为简单，反应速度和效率均有很大提升。

本发明的废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统和方法，设备结构紧凑流畅，利用气体增压机能够对高温热解反应器进行抽气，打入燃料气贮罐，再与尾气一起送到热风炉，这样使得高温热解反应器内形成微负压状态，更加有利于热解；采用高温飞灰过滤器，在高温条件下对炭黑和油气进行过滤分离，无需另外增加冷却设备，降低成本；本发明将尾气经过装有填料的尾气脱毒塔后，除掉尾气中的硫化氢及其他含硫的气体，得到净化的气体在热风炉燃烧升温，为反应器提供热量进行热解，做到系统自给自足，进一步降低成本，减少排放。

本发明的反应方法在以惰性气体或氮气作为载气将细胶粉喷入反应器，使得细胶粉更为分散均匀，便于与高温烟气混合，并且使得细胶粉获得较高的初速，同时是的整个反应腔与氧隔绝，在高温绝氧下进行反应。

优选的，本发明细胶粉粒度控制在0.5mm以下，这能够进一步保证整个反应的速度和效率。

本发明采用高温喷射混合快速热解的方式，实现废旧轮胎粉的充分混合热解，具有工艺过程简单，设备结构紧凑，投资少，油品质量好等特点，对国家提倡的废旧轮胎环保处理利用有着积极意义。

附图说明

图1为本发明的高温热解反应器的结构示意图；

图2为本发明的工艺流程图；

图中各序号和名称如下：

1-反应器本体；2-废轮胎破碎系统；3-飞灰过滤器；4-吸收冷却塔；5-热风炉；

11-胶粉喷管；12-混合器；13-冷却装置；14-胶粉入管；15-反应管道；16-喷嘴；18-烟气输送管；19-激冷气喷嘴；

21-胶粉贮罐；22-中间贮罐；23-胶粉发送罐；

31-炭黑接收罐；32-炭黑放料罐；33-炭黑冷却机；

41-一级冷却器；42-二级冷却器；43-油气分离器；

51-尾气脱毒塔；52-气体增压机；53-燃料气贮罐。

具体实施方

下面通过结合附图具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，本发明的高温热解反应器，包括反应器本体1、胶粉喷管11、混合器12、冷却装置、胶粉入管14，反应器本体1为直型的塔体，反应器本体1内沿其纵向设有依次连通的胶粉喷管11、混合器12、反应管道15；胶粉喷管11内设有喷嘴16，喷嘴16对准混合器12的入口，混合器12的出口与反应管道15的上端连通；混合器12为文丘里混合器；反应管道15的下端设有冷却装置13和出口管17；反应器本体1上端设有烟气输送管18，烟气输送管18垂直伸入反应器本体1内，其烟气出口对准喷嘴16的出口位置；反应器本体1的顶部设有胶粉入管14，所述的胶粉入管14的下端与胶粉喷管11的上端连通。出口管17垂直于反应器本体1设置，出口管17的前端与反应管道15的下端连通。冷却装置13包括激冷气喷嘴19，激冷气喷嘴19垂直伸入反应器本体1的反应管道15下端内，其出口正对准出口管17。本发明的高温热解反应器的反应器本体1长度为5~20米。

如图2所示，本发明的废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统，应用了上述高温热解反应器，还包括废轮胎破碎系统2、输送系统、飞灰过滤器3、吸收冷却塔4、炭黑收集系统、油气冷却分离系统、尾气回收系统，轮胎破碎系统2的出口端与输送系统的入口连接，输送系统的出口与胶粉入管14连接；出口管17与飞灰过滤器3的下部连接，飞灰过滤器3的下部通过管路与炭黑收集系统连接，飞灰过滤器3的上端与吸收冷却塔4的连接；吸收冷却塔4的上端出口与油气冷却分离系统的入口连接，下端出口与重油贮罐连接；油气冷却分离系统的出口与尾气回收系统连接。输送系统包括胶粉贮罐21、中间贮罐22、胶粉发送罐23，胶粉贮罐21的入口与废轮胎破碎系统2的出口连接，中间贮罐22的入口与胶粉贮罐21的出口连接，胶粉发送罐23的入口与中间贮罐22的出口连接，胶粉发送罐23的输出端与高温热解反应器2的输入端连接。炭黑收集系统包括炭黑接收罐31、炭黑放料罐32、炭黑冷却机33，炭黑接收罐31的入口通过管路与飞灰过滤器3的下端出口连接，炭黑放料罐32的入口与炭黑接收罐31的出口连接，炭黑冷却机33的入口与炭黑放料罐32的出口连接，炭黑冷却机33的出口连接加工包装系统。油气冷却分离系统包括一级冷却器41、二级冷却器42、油气分离器43，一级冷却器41的入口与吸收冷却塔4的上端输出口连接，所述的二级冷却器42的入口与一级冷却器41的出口连接，所述的油气分离器43的入口与二级冷却器42的出口连接，油气分离器43的出口与尾气回收系统的入口连接。尾气回收系统包括尾气脱毒塔51、气体增压机52、燃料气贮罐53，尾气脱毒塔51的出口经过气体增压机52与燃料气贮罐53的入口连接。还包括热风炉5，热风炉5的入口与燃料气贮罐53的出口连接，热风炉5的出口与烟气输送管18连接。

本发明的废旧轮胎热解制油、制炭黑的方法，应用了上述的废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统，包括以下步骤：

A、将废旧轮胎进行破碎，去除轮胎的钢丝、纤维后，再细碎得到20-60目的细胶粉，细胶粉粒度为0.5mm以下；

B、气体增压机52对高温热解应器进行抽气，使得反应管道内形成微负压状态；细胶粉以氮气作为载气经喷嘴16喷出，喷出的速度为4~6米/秒；同时烟气输送管18中输送高温烟气，高温烟气的温度为800℃以上；细胶粉与高温烟气共同进入混合器12，在混合器12中充分混合后进入反应管道15中在无氧条件下快速热解生成油气和炭黑；

C、油气和炭黑在反应管道15的下端经由冷却装置13冷却后，通过出口管17送出至后序工序。

后序工序包括油气和炭黑在飞灰过滤器3中分离，分离后的油气经过冷却后分离出重油组分和轻油组分；所述的轻油组分进一步冷分离得到轻质油、废水、尾气，轻质油和废水经过精滤后送至各自储罐，尾气经过回收后燃烧升温至1000℃以上，送至高温热解反应器提供热量；分离后的炭黑经冷却及超细磨加工后形成炭黑产品。

Claims (14)

1.一种高温热解反应器，包括反应器本体（1）、胶粉喷管（11）、混合器（12）、冷却装置（13）、胶粉入管（14），其特征在于：

所述的反应器本体（1）为直型的塔体，所述的反应器本体（1）内沿其纵向设有依次连通的胶粉喷管（11）、混合器（12）、反应管道（15）；所述的胶粉喷管（11）内设有喷嘴（16），所述的喷嘴（16）对准混合器（12）的入口，所述的混合器（12）的出口与反应管道（15）的上端连通；所述的反应管道（15）的下端设有冷却装置（13）和出口管（17）；

所述的反应器本体（1）上端设有烟气输送管（18），所述的烟气输送管（18）垂直伸入反应器本体（1）内，其烟气出口对准喷嘴（16）的出口位置；

所述的反应器本体（1）的顶部设有胶粉入管（14），所述的胶粉入管（14）的下端与胶粉喷管（11）的上端连通。

2.根据权利要求1所述的高温热解反应器，其特征在于：所述的出口管（17）垂直于反应器本体（1）设置，出口管（17）的前端与反应管道（15）的下端连通。

3.根据权利要求2所述的高温热解反应器，其特征在于：所述的冷却装置（13）包括激冷气喷嘴（19），所述的激冷气喷嘴（19）垂直伸入反应器本体（1）的反应管道（15）下端内，其出口正对准出口管（17）。

4.根据权利要求1所述的高温热解反应器，其特征在于：所述的反应器本体（1）长度为5~20米。

5.一种废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统，应用了如权利要求1所述的高温热解反应器，还包括废轮胎破碎系统（2）、输送系统、飞灰过滤器（3）、吸收冷却塔（4）、炭黑收集系统、油气冷却分离系统、尾气回收系统，其特征在于：所述的废轮胎破碎系统（2）的出口端与输送系统的入口连接，所述的输送系统的出口与胶粉入管（14）连接；所述的出口管（17）与飞灰过滤器（3）的下部连接，所述的飞灰过滤器（3）的下部通过管路与炭黑收集系统连接，飞灰过滤器（3）的上端与吸收冷却塔（4）连接；所述的吸收冷却塔（4）的上端出口与油气冷却分离系统的入口连接，下端出口与重油贮罐连接；所述的油气冷却分离系统的出口与尾气回收系统连接。

6.根据权利要求7所述的废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统，其特征在于：所述的输送系统包括胶粉贮罐（21）、中间贮罐（22）、胶粉发送罐（23），所述的胶粉贮罐（21）的入口与废轮胎破碎系统（1）的出口连接，所述的中间贮罐（22）的入口与胶粉贮罐（21）的出口连接，所述的胶粉发送罐（23）的入口与中间贮罐（22）的出口连接，胶粉发送罐（23）的输出端与高温热解反应器（2）的输入端连接。

7.根据权利要求5所述的废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统，其特征在于：所述的炭黑收集系统包括炭黑接收罐（31）、炭黑放料罐（32）、炭黑冷却机（33），所述的炭黑接收罐（31）的入口通过管路与飞灰过滤器（3）的下端出口连接，所述的炭黑放料罐（32）的入口与炭黑接收罐（31）的出口连接，所述的炭黑冷却机（33）的入口与炭黑放料罐（32）的出口连接，所述的炭黑冷却机（33）的出口连接加工包装系统。

8.根据权利要求5所述的废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统，其特征在于：所述的油气冷却分离系统包括一级冷却器（41）、二级冷却器（42）、油气分离器（43），所述的一级冷却器（41）的入口与吸收冷却塔（4）的上端输出口连接，所述的二级冷却器（42）的入口与一级冷却器（41）的出口连接，所述的油气分离器（43）的入口与二级冷却器（42）的出口连接，油气分离器（43）的出口与尾气回收系统的入口连接。

9.根据权利要求5所述的废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统，其特征在于：所述的尾气回收系统包括尾气脱毒塔（51）、气体增压机（52）、燃料气贮罐（53），所述的尾气脱毒塔（51）的出口经过气体增压机（52）与燃料气贮罐（53）的入口连接。

10.根据权利要求5所述的废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统，其特征在于：还包括热风炉（5），所述的热风炉（5）的入口与燃料气贮罐（53）的出口连接，热风炉（5）的出口与烟气输送管（18）连接。

11.一种废旧轮胎热解制油、制炭黑的方法，其特征在于，应用了如权利要求5-10任一项所述的废旧轮胎热解制油、制炭黑的系统，包括以下步骤：

A、将废旧轮胎进行破碎，去除轮胎的钢丝、纤维后，再细碎得到20-60目的细胶粉；

B、细胶粉经喷嘴（16）喷出，同时烟气输送管（18）中输送高温烟气，细胶粉与高温烟气共同进入混合器（12），在混合器（12）中充分混合后进入反应管道（15）中在无氧条件下快速热解生成油气和炭黑；

C、油气和炭黑在反应管道（15）的下端经由冷却装置（13）冷却后，通过出口管（17）送出至后序工序。

12.根据权利要求11所述的废旧轮胎热解制油、制炭黑的方法，其特征在于：

所述的后序工序包括油气和炭黑在飞灰过滤器（3）中分离，分离后的油气经过冷却后分离出重油组分和轻油组分；所述的轻油组分进一步冷分离得到轻质油、废水、尾气，轻质油和废水经过精滤后送至各自储罐，尾气经过回收后燃烧升温至1000℃以上，送至高温热解反应器提供热量；分离后的炭黑经冷却及超细磨加工后形成炭黑产品。

13.根据权利要求11所述的废旧轮胎热解制油、制炭黑的方法，其特征在于：所述的高温烟气的温度为800℃以上。

14.根据权利要求11所述的废旧轮胎热解制油、制炭黑的方法，其特征在于：所述的细胶粉粒度为0.5mm以下，细胶粉经喷嘴（16）喷出的速度为4~6米/秒。