CN111019684A - 一种内热式逆流热解工艺方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内热式连续自动化热解新工艺；应用于废轮胎、废塑料、秸秆、废机油等废旧有机物热解，以制取燃料油、炭黑、燃料气和化工原料。包括热解分馏器，所述热解分馏器从原料进口到排出可分为三段：低温预热冷凝段、高温热解段及冷却段。本发明提供了一种传热效率高、投资少、生产效率高，节能环保的新工艺。

Description

一种内热式逆流热解工艺方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种内热式连续自动化热解新工艺；应用于废轮胎、废塑料、秸秆、废机油等废旧有机物热解，以制取燃料油、炭黑、燃料气和化工原料。
背景技术
目前废轮胎、废塑料等有机物热解均为外热式，设备投资高、生产效率低、能耗高、经济效益不好，造成废旧有机物被大量积存废弃，既浪费了资源又污染环境。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种传热效率高、投资少、生产效率高且节能环保的内热式逆流热解工艺方法及其装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种内热式逆流热解装置，包括热解分馏器，所述热解分馏器从原料进口到排出可分为三段：低温预热冷凝段、高温热解段及冷却段。
进一步地，所述热解装置还包括原料加工输送系统、油品加工回收系统、燃烧换热器及尾渣分离加工系统；所述热解分馏器分别与原料加工输送系统、油品加工回收系统、燃烧换热器及尾渣分离加工系统相连。
更进一步地，所述原料加工输送系统包括切块机及与切块机相连的进料器，所述进料器的出口与热解分馏器进料口相连。
所述加工回收系统包括与热解分馏器排气口相连的冷凝器、脱硫脱硝器、风机及集气罐；所述冷凝器与脱硫脱硝器相连，脱硫脱硝器的出口与风机相连，通过风机加压通气，脱硫脱硝器的出口与集气罐的入口相连。
所述燃烧换热器的入口与集气罐的出口相连，燃烧换热器的出口与热解分馏器相连。
所述油品加工回收系统包括冷凝分馏器，该冷凝分馏器与热解分馏器相连。
所述钢丝炭黑分离器及与钢丝分离器相连的炭黑粉磨机；钢丝炭黑分离器的入口与热解器排渣口相连。
更进一步地，所述钢丝炭黑分离器采用磁性分离器；所述燃烧换热器采用管式加热炉、陶瓷换热器或蓄热式换热炉，加热温度为300～800℃。
更进一步地，所述热解分馏器自身分馏出的重质和渣油回流到热解装置高温区重新热解；热解原料为废轮胎、废橡胶、废塑料、废油、秸秆中的任意一种或几种。
更进一步地，热解原料经切块机切割成块状，通过进料器送入热解分馏器热解后，产生的尾渣经钢丝分离器分出钢丝后，炭渣经粉磨机制成炭黑产品；原料热解油气经冷凝分馏器分成重油、柴油、汽油及化工产品，送至冷凝净化器进一步冷凝、净化成产品油；不凝气体经过冷凝器进一步冷凝回收油品、净化，然后经脱硫脱硝器脱硫、脱硝，风机加压供气和缓冲储气罐后，一部分热解气和助燃空气预热后供燃烧换热器燃烧加热，另一部分热解气被换热后，作为热解循环载气进入热解分馏器，和热解原料换热，被冷却后从排气口排出，还有一部分气体用于冷却热解后的尾渣。
一种内热式逆流热解工艺方法，包括以下步骤。
步骤1、将热解载气从热解装置的高温热解段进入、从低温段排出。
步骤2、将热解原料从进料口向排渣口输送过程中，与热解载气逆流直接换热、热解。
进一步地，所述热解载气包括热解产生的不凝气体氢气、甲烷、乙烯、乙烷、二氧化碳、氮气的任意一种或几种的混合气。
进一步地，还包括。
步骤3：原料热解完成后，被热解装置尾部通入的冷却气冷却后排出。
步骤4、冷却气与尾渣逆流直接换热后，与热解载气混合参与热解过程。
进一步地，所述步骤2中，原料热解产生的油气在热解装置内冷凝、分馏成不同组分的油品。
与现有技术相比本发明有益效果。
本发明提供了一种传热效率高、投资少、生产效率高，节能环保的新工艺。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明热解系统示意图。
图2是本发明热解工艺流程图。
图3是本发明炭黑钢丝分离器结构示意图。
图4是本发明进料器结构示意图。
图5是本发明热解分馏器结构示意图。
图3中，1为分离器进料口、2为主破碎齿辊、3为副破碎齿辊一、4为副破碎齿辊二、5为电磁辊、6为炭黑仓、7为钢丝仓。
图4中，11为上料口、12为分料翻板阀、13为A仓上密封阀、14为B仓上密封阀、15为下料口双面密封阀、16为出料口。
图5中，21为进料口、22为筒体、23为叶片、24为热解区间测温点、25为滤油孔、26为分馏集油槽、27为进气环道、28为热解气体温度传感器及压力表、29为排渣口、210为排渣测温点、211为冷却气体进气口、212为排气口、213为排气温度传感器及压力表、214为驱动电机。
具体实施方式
如图1、2所示，作为一种具体实施例。
热解器本体从原料入口到尾渣排出分为低温预热冷凝段、高热解段和冷却段三部分，经过清洗的原料切制成20~200m块状，由进料装置从进料口加入热解器低温段，向高温段输送中被逆向流动的高温热载气加热、热解，被冷却气冷却后从排渣口排出，将炭黑与钢丝分离后，炭渣经旋风粉磨机制成炭黑产品，油气经冷凝、分馏后输送到冷凝净化系统加工成油产品和化工产品。
循环热解气体为氢气H2、甲烷CH4、乙烯C2H4、乙烷C2H6、二氧化碳CO2、一氧化碳CO、水蒸气H2O、丙烯C3H6、丙烷C3H8的混合气体或单体气体，被加热到300~800℃后，由热解器高温段进气环道进入热解器，与热解原料逆向流动、直接换热冷却，然后从排气口排出，再经过冷却、除杂、脱硫、脱氮和加压处理后，一部分加热后用做热解循环载气，另一部分供燃烧换热系统燃烧供热。
热解产生的油气随循环热解气进入低温冷凝区，与热解原料逆流充分接触时逐渐冷凝、分馏、沉降，经热解器下部的滤油孔流入集油槽，分类收集、净化成油品；未冷凝的油气随热解循环气从排气口排出，经冷却、冷凝回收。
优选地，热解原料经切块机1切割成块状，通过进料器2送入热解分馏器3热解后，产生的尾渣经钢丝分离器12分出钢丝后，炭渣经粉磨机12制成炭黑产品；原料热解油气经冷凝分馏器9分成重油、柴油、汽油及化工产品，送至冷凝净化器11进一步冷凝、净化成产品油；不凝气体经过冷凝器4进一步冷凝到11回收油品、净化，然后经脱硫脱硝器5脱硫、脱硝，风机6加压供气和缓冲储气罐7后，一部分热解气和助燃空气预热后供燃烧换热器8燃烧加热，另一部分热解气被换热后，作为热解载气从进气口进入热解分馏器3，和热解原料换热，被冷却后从排气口排出，还有一部分热解气进入热解器尾部冷却炭渣后，被加热参与热解。
如图3所示，该炭黑钢丝分离器属于磁性分离器，内含钢丝的炭黑从分离器进料口1进入分离机，在主破碎辊2和副破碎辊一3、副破碎辊二4的齿形辊面的挤压揉碾下，经过高温热解后酥脆的炭黑与钢丝脱离，向下落入炭黑料仓6，钢丝被电磁辊5磁力吸附进入钢丝料仓7上部，电磁辊5经过特殊设计制成靠炭黑仓侧有磁力而转到钢丝仓侧后无磁力，钢丝便与辊脱离进入钢丝仓7。实现了炭黑与钢丝的分离的连续进行。
如图4所示，进料器：原料由受料斗1进入A仓，此时B料仓排料，当B仓原料放空时，上部分料翻板阀2打到A料仓上进料口位置，关闭A料仓上密封阀3，A料仓下密封口双面密封阀5打到B料仓下密封口处，封闭B仓下料口，此时A料仓内物料从下料口6排出；再打开B料仓上密封口4后，原料从上料斗进入B料仓。如此A、B料仓交替进料、出料，在进料口和出料口密封状态下实现了连续进料出料。
A、B料仓上部料仓密封口在分料翻板阀关闭状态下关闭，避免了带料关闭夹料、卡料现象，确保密封；下部双面密封阀仅在料仓空状态下关闭，也避免了夹料、卡料现象。
本进出料密封装置的上密封阀3、4和下料口双面密封阀的阀盖具有挡料和密封双重功能，用耐磨材料制成；阀座安装软体密封圈与阀盖耐磨密封面一起实现密封。
如图5所示，所述热解分馏器包括具有进料口的筒体22，所述筒体22内设置有主轴，主轴上设置有螺旋式叶片23，筒体22尾部设置有排渣口29；所述筒体22上还设置有热解载气进气环道27、所述进气环道27上的热解载气进气孔、所述筒体22上设置有热解载气排气口212。
所述热解载气进气环道27设置于进料口21一侧，所述热解载气排气口212设置于进料口21另一侧。所述进料口21位于所述热解载气进气环道27一侧，所述排渣口29位于进气环道27另一侧；且所述进气环道27另一侧还设置有冷却气体进气口211。
所述叶片由驱动电机214驱动旋转，完成筒体22内进料的运输。
所述热解载气进气环道27上设置有热解气体温度传感器及压力表28。
所述筒体22的筒壁上设置有多个热解区间测温点24。
所述筒体22上、所述进气环道27一侧设置有分馏集油槽26。
所述筒体22上、所述进气环道一侧还设置有滤油孔25，滤油孔下方设置有分馏集油槽26。
所述热解载气排气口上还设置有用于排气温度传感器及压力表213。
所述排渣口设置有排渣测温点210。
具体地，在热解分馏器内热解循环载气与热解原料逆向直接换热、冷却后，从排气口排出。热解原料从进料口进入热解分馏器，在螺旋叶片向尾部输送过程中逐渐被预热、热解，热解完成后的尾渣被冷却气逆流直接换热、冷却，部分热解循环气体作为冷却气与尾渣换热、加热后，与高温热载气混合参与热解循环。热解产生的油气由循环载气带入低温区，与原料块直接换热、冷凝、分馏、沉降成各组分的油品，经滤油孔流入集油槽。
更具体地，如图5，热解原料从热解器头部进料口21进入热解器低温预热冷凝段，螺旋叶片在传动装置214驱动下，将原料向尾部输送，经预热、热解、冷却，从排渣口29排出。循环热解载气由高温段进气环道27进入热解器高温热解段，沿螺旋通道向低温区流动，与原料逆流换热后从排气口212排出。热解产生的油气被热解循环气迅速带入低温区原料块中冷凝、分馏、富集、沉降，经滤油孔25进入集油槽26。常温冷却气从冷却气进口211进入冷却段，将高温尾渣冷却后在进气环道27处与循环载气混合参与热解，通过进气温度和压力28、热解区间温度24、排气温度压力213、排渣测温点210等参数的自动检测、调节，保持热解过程的安全、稳定进行。
作为一种具体实施例，热解分馏器从头部进料口到尾部排渣口分成低温预热冷凝段、高温热解段和冷却段三部分。
热解原料从进料口进入螺旋热解器低温段，在螺旋叶片驱动下移向高温热解段，与逆向流动的高温热解载气充分接触，逐渐预热、热解，经过高温区热解完成后，剩余的尾渣进入冷却段，被尾部进入的冷却气体逆流直接冷却，经排渣口排出。循环载气和尾渣的显热被最大限度的回收利用，大幅度降低了热解能耗，与常规热解方式相比节能40%。
热解产生的油气被循环载气带入低温区原料块空隙中，被逐渐冷凝成油滴附着在料块上，并按温度区间分馏成不同的组分；料块上的油滴不断聚集、向下沉降，同时随料块向高温区移动、升温，汽化后又被循环载气带入低温区冷凝、分馏、沉降。在低温冷凝区，热解油气、油滴、料块之间不断进行着气、液、固三相间的传热、传质和油滴的分馏、富集，从下部滤油孔进入各组分集油槽中，实现热解过程中直接冷凝分馏出油品，而且可以显著增加高附加值组分D-L柠檬烯的收得率。
循环热载气为热解产生的不凝气体氢气H2、甲烷CH4、乙烯C2H4、乙烷C2H6、一氧化碳CO、二氧化碳CO2的混合气体，被加热到300℃~600℃后，由热解器高温段进气环道进入热解器，与冷却段气体混合，沿螺旋环道向低温区流动、从排气口排出，经过冷却、除杂、脱硫、脱氮处理后，作为循环热解载气加热后从进气环道进入热解器高温热解段，一部分做为冷却气体从进入热解器冷却段与尾渣直接换热，与高温循环气混合参与热解过程，另一部分用于燃烧加热循环载气。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内热式逆流热解装置，包括热解分馏器，其特征在于，所述热解分馏器从原料进口到排出可分为三段：低温预热冷凝段、高温热解段及冷却段。
2.根据权利要求1所述的一种内热式逆流热解装置，其特征在于：所述热解装置还包括原料加工输送系统、油品加工回收系统、燃烧换热器及尾渣分离加工系统；所述热解分馏器分别与原料加工输送系统、油品加工回收系统、燃烧换热器及尾渣分离加工系统相连。
3.根据权利要求2所述的一种内热式逆流热解装置，其特征在于：所述原料加工输送系统包括切块机及与切块机相连的进料器，所述进料器的出口与热解分馏器进料口相连；
所述加工回收系统包括与热解分馏器排气口相连的冷凝器、脱硫脱硝器、风机及集气罐；所述冷凝器与脱硫脱硝器相连，脱硫脱硝器的出口与风机相连，通过风机加压通气，脱硫脱硝器的出口与集气罐的入口相连；
所述燃烧换热器的入口与集气罐的出口相连，燃烧换热器的出口与热解分馏器相连；
所述油品加工回收系统包括冷凝分馏器，该冷凝分馏器与热解分馏器相连；
所述钢丝炭黑分离器及与钢丝分离器相连的炭黑粉磨机；钢丝炭黑分离器的入口与热解器排渣口相连。
4.根据权利要求3所述的一种内热式逆流热解装置，其特征在于：所述钢丝炭黑分离器采用磁性分离器；所述燃烧换热器采用管式加热炉、陶瓷换热器或蓄热式换热炉，加热温度为300～800℃。
5.根据权利要求1所述的一种内热式逆流热解装置，其特征在于：所述热解分馏器自身分馏出的重质和渣油回流到热解装置高温区重新热解；热解原料为废轮胎、废橡胶、废塑料、废油、秸秆中的任意一种或几种。
6.根据权利要求4所述的一种内热式逆流热解装置，其特征在于：热解原料经切块机切割成块状，通过进料器送入热解分馏器热解后，产生的尾渣经钢丝分离器分出钢丝后，炭渣经粉磨机制成炭黑产品；原料热解油气经冷凝分馏器分成重油、柴油、汽油及化工产品，送至冷凝净化器进一步冷凝、净化成产品油；不凝气体经过冷凝器进一步冷凝回收油品、净化，然后经脱硫脱硝器脱硫、脱硝，风机加压供气和缓冲储气罐后，一部分热解气和助燃空气预热后供燃烧换热器燃烧加热，另一部分热解气被换热后，作为热解循环载气进入热解分馏器，和热解原料换热，被冷却后从排气口排出，还有一部分气体用于冷却热解后的尾渣。
7.内热式逆流热解工艺方法，其特征在于：步骤1、将热解载气从热解装置的高温热解段进入、从低温段排出；
步骤2、将热解原料从进料口向排渣口输送过程中，与热解载气逆流直接换热、热解。
8.根据权利要求7所述的内热式逆流热解工艺方法，其特征在于：所述热解载气包括热解产生的不凝气体氢气、甲烷、乙烯、乙烷、二氧化碳、氮气的任意一种或几种的混合气。
9.根据权利要求7所述的内热式逆流热解工艺方法，其特征在于：还包括：
步骤3：原料热解完成后，被热解装置尾部通入的冷却气冷却后排出；
步骤4、冷却气与尾渣逆流直接换热后，与热解载气混合参与热解过程。
10.根据权利要求7所述的内热式逆流热解工艺方法，其特征在于：所述步骤2中，原料热解产生的油气在热解装置内冷凝、分馏成不同组分的油品。
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