CN109233349A - 微波裂解废旧轮胎联产炉法炭黑生产设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波裂解废旧轮胎联产炉法炭黑生产设备，包括炉法炭黑生产装置，该炉法炭黑生产装置包括反应器、高温空气预热器、余热锅炉、原料油预热器、收集系统、后部处理系统和炭黑尾气装置，还包括微波裂解装置和油气处理装置；微波裂解装置包括预处理段、裂解段和气固分离段，反应器的出料口连接裂解段的进料口，裂解段的出料口连接气固分离段的进料口，气固分离段的出气口分两路，一路连接裂解段的第一燃料进口；油气处理装置包括燃料混配器，气固分离段的出气口的另一路连接燃料混配器的燃料进口，燃料混配器的燃料出口连接反应器的燃料进口。本发明还公开了一种微波裂解废旧轮胎联产炉法炭黑生产方法。

Description

微波裂解废旧轮胎联产炉法炭黑生产设备及方法

技术领域

本发明涉及化工技术领域，特别是一种微波裂解废旧轮胎联产炉法炭黑生产设备及方法。

背景技术

据世界范围统计：橡胶类炭黑的消费量占炭黑总量的89.5％，其中轮胎用占67.5％。全球年增废胎15-20亿条，其中中国有3-4亿条，且呈现逐年增长之势。废轮胎橡胶具有很强的抗热、抗机械和抗降解性，降解时间长达数百年。

目前我国废旧轮胎以翻新、再生胶、胶粉再利用为主，产物附加值较低；裂解回收作为废旧轮胎资源化利用的方法之一，全世界已为此连续攻关了数十年，产生了诸多方法、数百个专利，作为热处理过程，国内外现有技术能耗高、产能低、产品回收利用率低，因此，至今没有一个方法实现工业化推广应用。

炭黑是轮胎及橡胶制品等诸多行业重要的补强剂、填充剂、改性剂，近年来炭黑企业为了降低生产成本，不断向产业链两端靠拢，然而，简单的延伸优势又无法满足日益增长的成本开支。与此同时，以橡胶为主要成分的废旧轮胎，又是一种可以再生利用的能源，围绕废旧轮胎及其填充物炭黑，如何衍生出一条循环经济和低碳经济的“绿色”产业链，对于节约石化能源和保护环境具有十分重要的意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种微波裂解废旧轮胎联产炉法炭黑生产设备及方法，为最大化的回收利用废旧轮胎中的能源及资源提供了一个很好的解决办法，实现了废弃物的高效资源化利用。本发明提供的方法使轮胎裂解与炉法炭黑生产的经济性、环保效果和安全保障价值得到了最大化。

本发明采用的技术方案是：

一种微波裂解废旧轮胎联产炉法炭黑生产设备，包括炉法炭黑生产装置，该炉法炭黑生产装置包括反应器、高温空气预热器、余热锅炉、原料油预热器、收集系统、后部处理系统和炭黑尾气装置，还包括微波裂解装置和油气处理装置；所述微波裂解装置包括预处理段、裂解段和气固分离段，所述预处理段的出料口连接裂解段的进料口，所述裂解段的出料口连接气固分离段的进料口，所述气固分离段的出气口分两路，一路连接裂解段的第一燃料进口；所述油气处理装置包括燃料混配器，所述气固分离段的出气口的另一路连接燃料混配器的燃料进口，所述燃料混配器的燃料出口连接反应器的燃料进口。

其中预处理段实现对废旧轮胎原料的分类、清洗除杂和将轮胎破解成块料，其几何尺寸符合要求的，裂解段具备胶块的热介质和微波联合加热胶块的功能，气固分离段主要由高温风机与带气密阀出料装置的固相物料阱构成，承接热解后形成的高温气相与固相并完成两相分离，通过高温风机将气相物料送至油气处理装置，通过气密阀连续将阱中固相物料取出并输送至后部处理系统，得到裂解炭黑和/或钢丝产品。

优选地，所述收集系统的炭黑尾气出口分两路，一路连接炭黑尾气装置的进气口，一路连接裂解段的第二燃料进口。

优选地，所述裂解段的第一燃料进口设有第一温度传感器，所述气固分离段的出气口与裂解段的第一燃料进口之间设有第一流量调节阀；所述裂解段的第二燃料进口设有第二温度传感器，所述收集系统的炭黑尾气出口与裂解段的第二燃料进口之间设有第二流量调节阀；所述反应器的燃料进口设有第三温度传感器，所述气固分离段的出气口与燃料混配器的燃料进口之间设有第三流量调节阀。

一种微波裂解废旧轮胎联产炉法炭黑生产方法，包括如下步骤：

a、对粗料轮胎进行预处理，得胶块；

b、对胶块进行裂解后分离出固相和气相，其中，固相为轮胎裂解炭黑和钢丝，气相为高温裂解油气；

c、将部分高温裂解油气回用做胶块裂解时的燃料，余下高温裂解油气燃料混配处理后送入炉法炭黑生产装置作燃料；

d、收集炉法炭黑生产副产的低热值尾气，将其回用做胶块裂解时的燃料。

优选地，步骤b还包括如下步骤：

前期在炉法炭黑未生产时，用高温裂解油气做裂解燃料；炉法炭黑生产后，可选择的用副产的低热值尾气替换高温裂解油气做裂解燃料，而将替换出的高温裂解油气也送入炉法炭黑生产装置作燃料。

优选地，还包括如下步骤：

监测胶块裂解时，高温裂解油气燃烧温度，根据高温裂解油气燃烧温度调节供胶块裂解用高温裂解油气的流量；监测胶块裂解时，副产的低热值尾气燃烧温度，根据低热值尾气燃烧温度调节低热值尾气的流量；监测炉法炭黑生产装置反应器的燃烧温度，根据反应器的燃烧温度调节进入燃料混配器的各组份燃料流量。

本发明的有益效果是：

1、实现废弃物资源化高效利用，解决废旧轮胎的废弃所带来的环境污染问题，同时能够最大限度地回收轮胎中的能源和资源，降低炉法炭黑生产的综合能耗。

2、弥补我国炭黑生产原料油和燃料不足的缺陷，尽可能使有限资源能够循环利用，促进社会的可持续发展，具有重要的战略意义。

附图说明

图1为本发明实施例中微波裂解废旧轮胎联产炉法炭黑生产设备的结构与流程原理示意图；

图2为本发明实施例用于已建炉法炭黑厂的改造流程示意图。

附图标记：1、微波裂解装置，1-1、预处理段，1-2、裂解段，1-3、汽固分离段，2-油气处理装置，2-1、燃料混配器，3-炉法炭黑生产装置，3-1、反应器，3-2、高温空气预热器，3-3、余热锅炉，3-4、原料油预热器，3-5、收集系统，3-6、后部处理系统，3-7、炭黑尾气装置，TE-101、第一温度传感器，FV-101、第一流量调节阀，TE-102、第二温度传感器，FV-102、第二流量调节阀，TE-103、第三温度传感器，FV-103、第三流量调节阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种微波裂解废旧轮胎联产炉法炭黑生产设备，包括炉法炭黑生产装置3，该炉法炭黑生产装置包括反应器3-1、高温空气预热器3-2、余热锅炉3-3、原料油预热器3-4、收集系统3-5、后部处理系统3-6和炭黑尾气装置3-7，还包括微波裂解装置1和油气处理装置2；所述微波裂解装置1包括分类、清洁、破解胶料功能的预处理段1-1、带微波裂解胶料功能的裂解段1-2和带高温风机与气密阀出料功能的气固分离段1-3，所述预处理段1-1的出料口连接裂解段1-2的进料口，所述裂解段1-2的出料口连接气固分离段1-3的进料口，所述气固分离段1-3的出气口分两路，一路连接裂解段1-2的第一燃料进口；所述油气处理装置2包括燃料混配器2-1，所述气固分离段1-3的出气口的另一路连接燃料混配器2-1的燃料进口，所述燃料混配器2-1的燃料出口连接反应器3-1的燃料进口。

具体地，所述收集系统3-5的炭黑尾气出口分两路，一路连接炭黑尾气装置3-7的进气口，一路连接裂解段1-2的第二燃料进口。

具体地，所述裂解段1-2的第一燃料进口设有第一温度传感器TE-101，所述气固分离段1-3的出气口与裂解段1-2的第一燃料进口之间设有第一流量调节阀FV-101；所述裂解段1-2的第二燃料进口设有第二温度传感器TE-102，所述收集系统3-5的炭黑尾气出口与裂解段1-2的第二燃料进口之间设有第二流量调节阀FV-102；所述反应器3-1的燃料进口设有第三温度传感器TE-103，所述气固分离段1-3的出气口与燃料混配器2-1的燃料进口之间设有第三流量调节阀FV-103。

轮胎经过预处理拆解后得到的细料轮胎，在微波裂解装置被热气流和微波同时加热，实现快速裂解。裂解产生的高温裂解油气组份与固相组份分离，其中固相进一步被加工成轮胎裂解炭黑和钢丝两种产品，作为商品出售；高温裂解油气被分为两股：第一股回用于微波裂解装置作裂解燃料用气、第二股股经燃料混配器，送入传统炉法炭黑生产装置的反应器作燃料。炉法炭黑反应器的高温烟气依次通过高温空气预热器、余热锅炉、原料油预热器，然后经过收集系统回收尾气，此尾气可选择的回用作微波裂解装置的燃料用气，最终实现废旧轮胎裂解与炉法炭黑联产。

废旧轮胎通过微波裂解装置完全回收轮胎裂解炭黑和钢丝两种固相产物，同时产生的烃类裂解油气经油气处理装置后全部用作裂解装置和炉法炭黑生产装置的燃料，燃烧尾气经成熟技术处理后达标排放。

上述烃类裂解油气用作炉法炭黑生产装置的燃料，其燃烧温度达1200℃～2000℃，远高于800℃且燃烧充分，不会形成二噁英等有害成份。

上述微波裂解轮胎产生的高温裂解油气作为燃料就地直接使用，使得裂解的工艺过程高度简化，微波裂解装置的工艺稳定性显著提高，生产的裂解炭黑品质大大优于普通裂解炭黑。

轮胎裂解油气热值都很高(～50MJ/t)，上述炉法炭黑生产装置使用高温裂解油气的燃料混配器，燃烧器采用双燃料系统，采用多点孔隙雾化进料，以提高燃料油入炉的燃烧扩散速度，使其与预热的空气在燃烧器内充分燃烧，提高燃料油燃烧效率，从而减少燃料油用量，降低炉法炭黑生产能耗。

上述炉法炭黑生产装置副产尾气回用，部份或全部代替上述第一股高温裂解油气，做微波裂解装置加热胶块的燃料。替换出的高温裂解油气与上述第二股高温裂解油气合并，送入炉法炭黑生产装置作燃料。该裂解油气燃烧效率优于普通燃料油，从而降低炉法炭黑生产综合能耗。

上述炉法炭黑生产装置，可选择地，会改变炭黑烟气的流向。其副产尾气会回流一部份，送至微波裂解装置。

上述微波裂解装置生产的高温裂解油气用作燃料油，将废旧轮胎裂解油气作为一种能源纳入炉法炭黑生产中，从而显著降低炉法炭黑生产成本，完全避免外销油气带来的一系列安全、环境保护、市场风险。

如图2所示，微波裂解废旧轮胎裂解联产炉法炭黑装置也可以用在已建炉法炭黑厂，其中，微波裂解装置和油气处理装置需要新建，已建炉法炭黑厂的燃料油供给系统和尾气利用、处理系统需适当改造。

实施例2

如图1所示，一种微波裂解废旧轮胎联产炉法炭黑生产方法，包括如下步骤：

a、对粗料轮胎进行预处理，得胶块；

b、对胶块进行裂解后分离出固相和气相，其中，固相为轮胎裂解炭黑和钢丝，气相为高温裂解油气；

c、将部分高温裂解油气回用做胶块裂解时的燃料，余下高温裂解油气燃料混配处理后送入炉法炭黑生产装置作燃料；

d、收集炉法炭黑生产副产的低热值尾气，将其回用做胶块裂解时的燃料。

具体地，步骤b还包括如下步骤：

前期在炉法炭黑未生产时，用高温裂解油气做裂解燃料；炉法炭黑生产后，可选择的用副产的低热值尾气替换高温裂解油气做裂解燃料，而将替换出的高温裂解油气也送入炉法炭黑生产装置作燃料。

因高温裂解油气热值远远高于副产尾气，且燃烧效率优于炉法炭黑生产装置使用的普通燃料油，能进一步降低炉法炭黑生产能耗；同时低热值的副产尾气也得到回收利用，从而降低炉法炭黑生产综合能耗，将更有益于能量利用并获取更大的经济价值。进一步的，可完全避免轮胎裂解油气外销带来的一系列安全风险、市场风险。

具体地，还包括如下步骤：

监测胶块裂解时，高温裂解油气燃烧温度，根据高温裂解油气燃烧温度调节供胶块裂解用高温裂解油气的流量；监测胶块裂解时，副产的低热值尾气燃烧温度，根据低热值尾气燃烧温度调节低热值尾气的流量；监测炉法炭黑生产装置反应器的燃烧温度，根据反应器的燃烧温度调节进入燃料混配器的各组份燃料流量。

如建立微波裂解4万吨/年废旧轮胎联产炉法炭黑设备一套，选用原料为带钢丝的废乘用轮胎，可获取符合HG/T 5459-2018《废旧轮胎裂解炭黑》要求的裂解炭黑产品1.4万吨、钢丝4000吨、高温裂解油气1.8万吨。高温裂解油气与炉法炭黑燃料油热当量为1.2，因此，相当于获取了炉法炭黑燃料油2.16万吨。

如建立微波裂解4万吨/年废旧轮胎联产炉法炭黑设备一套，选用原料为无钢丝的工程轮胎，可获取符合HG/T 5459-2018《废旧轮胎裂解炭黑》要求的裂解炭黑产品1.4万吨、高温裂解油气2.2万吨。高温裂解油气与炉法炭黑燃料油热当量为1.2，因此，相当于获取了炉法炭黑燃料油2.64万吨。

废轮胎裂解只是一种固废物处置技术，而有效利用才是关键。本发明将轮胎裂解和炭黑联产，节能效益是综合的。经测算，实施例推广后，全国潜在可消化处理300万吨废旧轮胎，在获得具有实用价值的105万吨轮胎裂解炭黑的同时，还可获得30万吨钢丝、高温裂解油气140万吨，可替代炉法炭黑生产用燃料油168万吨；或者无钢丝时，可获得高温裂解油气165万吨，可替代炉法炭黑生产用燃料油198万吨，社会效益非常显著、经济价值十分可观。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种微波裂解废旧轮胎联产炉法炭黑生产设备，包括炉法炭黑生产装置，该炉法炭黑生产装置包括反应器、高温空气预热器、余热锅炉、原料油预热器、收集系统、后部处理系统和炭黑尾气装置，其特征在于，还包括微波裂解装置和油气处理装置；所述微波裂解装置包括对废旧轮胎进行分类、清洗除杂和破解成块的预处理段、通过热气和微波联合加热胶块的裂解段和由高温风机与带气密阀出料装置的固相物料阱构成的气固分离段，所述预处理段的出料口连接裂解段的进料口，所述裂解段的出料口连接气固分离段的进料口，所述气固分离段的出气口分两路，一路连接裂解段的第一燃料进口；所述油气处理装置包括燃料混配器，所述气固分离段的出气口的另一路连接燃料混配器的燃料进口，所述燃料混配器的燃料出口连接反应器的燃料进口。

2.根据权利要求1所述的微波裂解废旧轮胎联产炉法炭黑生产设备，其特征在于，所述收集系统的炭黑尾气出口分两路，一路连接炭黑尾气装置的进气口，一路连接裂解段的第二燃料进口。

3.根据权利要求3所述的微波裂解废旧轮胎联产炉法炭黑生产设备，其特征在于，所述裂解段的第一燃料进口设有第一温度传感器，所述气固分离段的出气口与裂解段的第一燃料进口之间设有第一流量调节阀；所述裂解段的第二燃料进口设有第二温度传感器，所述收集系统的炭黑尾气出口与裂解段的第二燃料进口之间设有第二流量调节阀；所述反应器的燃料进口设有第三温度传感器，所述气固分离段的出气口与燃料混配器的燃料进口之间设有第三流量调节阀。

4.一种微波裂解废旧轮胎联产炉法炭黑生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、对粗料轮胎进行预处理，得胶块；

b、对胶块进行裂解后分离出固相和气相，其中，固相为轮胎裂解炭黑和钢丝，气相为高温裂解油气；

c、将部分高温裂解油气回用做胶块裂解时的燃料，余下高温裂解油气燃料混配处理后送入炉法炭黑生产装置作燃料；

d、收集炉法炭黑生产副产的低热值尾气，将其回用做胶块裂解时的燃料。

5.根据权利要求4所述的微波裂解废旧轮胎联产炉法炭黑生产方法，其特征在于，步骤b还包括如下步骤：

前期在炉法炭黑未生产时，用高温裂解油气做裂解燃料；炉法炭黑生产后，可选择的用副产的低热值尾气替换高温裂解油气做裂解燃料，而将替换出的高温裂解油气也送入炉法炭黑生产装置作燃料。

6.根据权利要求5所述的微波裂解废旧轮胎联产炉法炭黑生产方法，其特征在于，还包括如下步骤：

监测胶块裂解时，高温裂解油气燃烧温度，根据高温裂解油气燃烧温度调节供胶块裂解用高温裂解油气的流量；监测胶块裂解时，副产的低热值尾气燃烧温度，根据低热值尾气燃烧温度调节低热值尾气的流量；监测炉法炭黑生产装置反应器的燃烧温度，根据反应器的燃烧温度调节进入燃料混配器的各组份燃料流量。