CN112055741A - 从可再循环轮胎和/或橡胶制品获得含碳材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及从橡胶产品，主要是再循环的轮胎，回收原料的领域。一种从可再循环的轮胎和/或橡胶产品获得含碳材料的方法，所述方法包括：在切碎机中将再循环的轮胎和/或橡胶产品机械粉碎；向反应器供应进料，并通过形成蒸气产物和固体残余物在橡胶的热解温度下进行热解；从所述反应器连续去除气态热解产物，随后将液体产物冷凝到液体馏分的冷凝塔中，从所述反应器卸载所述固体残余物并冷却所述残余物；将所述冷却的残余物进给到破碎机中，并粗碎所述固体残余物并在磁选机中从所述粉碎的固体残余物去除金属；其特征在于，在机械粉碎之前，将金属胎圈从所述再循环的轮胎移除；在将所述进料进给到所述反应器中之前，在所述进料中引入到结焦抑制剂中，其量为所述进料重量的3至20％，并且由固体结焦抑制剂成分和液体结焦抑制剂成分聚甲基硅氧烷组成，所述固体结焦抑制剂成分作为选自由以下各项组成的群组的热塑性线性聚合物的任何组合：聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯，其量为所述阻聚剂重量的0.5至1.0％；所述反应器中的所述物料的热解是从所述反应器的主要工作区中的350℃到所述反应堆的出口处的600℃的热解温度下执行的；执行在所述磁选机中从粉碎的固体残余物去除金属，直到金属含量不大于所述固体残余物的总质量的0.1％，此后将所述固体残余物进行处理并在250至350℃的温度下在蒸汽室内用过热蒸汽活化，且所述活化的固体残余物在旋涡磨机中研磨；所述固体残余物的两级分类在空气淘析器中进行，细粒部分从所述空气淘析器送入电质量分类器进行进一步的细分类，且将大粒部分筛分送入料斗，且进一步送入热炉，其中去除残留的碳，且产生附加的产物(作为矿物成分)，或送入所述旋涡磨机以进行重新研磨，其中将所述电质量分类器中的所述固体残余物的细粒部分分为小于45μkm的部分F1(F1<45μkm)和大于45μkm(F2>45μkm)的部分F2；将大于45μkm的F2部分(F2>45μkm)的固体残余物粉末从所述电质量分类器返回到所述旋涡磨机中，以进行重复的细磨；将小于45μkm的粉末部分F1(F1<45μkm)从所述电质量分类器送到储存料斗，然后送到包装机或造粒机。接下来，将预包装的产品送给消费者或仓库。技术成果：从可再利用的轮胎和/或橡胶产品获得含碳材料，所述含碳材料适用于制造新轮胎和/或橡胶产品。

Description

从可再循环轮胎和/或橡胶制品获得含碳材料的方法
技术领域
本发明涉及从橡胶产品再循环和回收原料的领域。当再循环磨损的汽车轮胎或其他橡胶产品以获得含碳材料和其他产物时，可使用本发明。
背景技术
作为人类活动产物的旧轮胎和各种橡胶制品会对环境造成严重影响。此外，它们在环境污染中的份额很高。
再循环利用过的产物是在再循环时减少环境污染并获得回收的新材料以进一步用于制造新产物的重要领域。
橡胶产品是重要的原料来源，其中磨损的轮胎占这种类型的第二原料的90％。
然而，轮胎在其使用过程中提供耐久性、长寿命和安全性的特性使旧轮胎难以再循环。
通过形成气态产物和固体残余物使用热解来再循环汽车轮胎和其他橡胶制品已变得广泛。
气态热解产物被用作能源，并且轮胎重量的至多30％的固体碳残余物是最常见的二次废物。
因此，在环境上重要且在经济上相关的问题是提供有效的再循环技术，其中可从热解的固体残余物获得含碳产物，并且含碳产物可用于制造新轮胎。
从废旧轮胎提取炭黑和碳氢化合物的已知方法包括将轮胎分成小于1.5英寸的碎片；将片段在反应容器中热解以在750至1800华氏度的温度下热解，并在氧气受限的烃蒸气中以1至20PSIA的压力热解90分钟，以获得固相和气相；在所述反应容器中从所述气相的一部分获得单独的高沸点冷凝物工艺流；将一部分冷凝液蒸馏回指定的片段；分馏指定气相的第二部分以获得热解油和气；在将固相从反应容器排出后进行热解处理，所述方法包括：在喷射磨机中用供应的空气流进行破碎；使离开磨机的气流通过机械分离器，以产生废物颗粒的废物流和包含炭黑颗粒的空气流；使带有炭黑颗粒的空气流通过旋风分离器，以去除80至90％的相对粗糙的炭黑颗粒，并得到包含相对精细的炭黑颗粒的稀薄产物的气流[《Process for recovering carbon black and hydrocarbons from used tires》"US4250158A"(INTENCO INC)(US)C01B31/02；C09C1/48；10.02.1981][1]。
由磨损的轮胎制造炭黑和碳氢化合物的另一种已知方法包括：将轮胎切成碎片；在热解反应容器中在足以使片段解离成气相和固相的温度、压力和反应时间下对片段进行热解；将固相的一部分再循环回反应器中；指定的热解阶段包括对内部装有熔融盐的容器中的碎片进行间接内部加热；从固相获得炭黑；以及处理指定的蒸汽碳氢化合物产生阶段[“Process for recovering carbon black and hydrocarbons from used tires”US4284616A(INTENCO INC)(US)C01B31/02；C01B31/00；C09C1/48；08/18/1981][2]。
已知方法的缺点在于，在再循环期间获得的含碳材料具有低表面活性，并且无法用作制造新轮胎的填充剂。
另外，它具有许多负杂质。
将这种材料用作填充剂无法为新轮胎提供所需的强度和操作性能。
从目的、技术本质和成果上最接近的方法是从可再循环轮胎和/或橡胶产品获得含碳材料的方法，所述方法包括：
在研磨机中机械粉碎再循环的轮胎和/或橡胶产品并获得进料；
将破碎的轮胎元件的炉料馈送到反应器中并通过形成气态产物和固体残余物进行热解；
从反应器连续去除气态热解产物，随后将液体产物冷凝成液体部分的冷凝塔，从反应器排出固体残余物并将固体残余物在料斗冷却器中冷却；
在破碎机中粗碎固体残余物，随后在磁选机中去除金属US7416641B2(DENISONGILBERT W(US)；FEDERAL RECYCLING TECHNOLOGY,INC(US))C10B 21/20；26.08.2008][3]。
在已知方法[3]中，处理热解中的固体残余物并产生含碳材料，在热解后未经处理的技术碳在喷射磨机中进行研磨并在气动系统中进行清洁。
此方法的缺点在于，所获得的含碳材料具有低表面活性并且包含大量杂质，所述杂质会在制造新的汽车轮胎时排除在生产新的汽车轮胎时使用所获得的含碳材料作为填充剂，因为它会降低其强度和运行特性。
发明内容
本发明的目的是开发一种再循环利用过的轮胎和/或橡胶产品的方法，使用所述方法将消除有害杂质，增加含碳材料的表面活性，这将允许在制造新轮胎时使用获得的含碳材料作为填充剂。
此目的通过从可再循环的轮胎和/或橡胶制品获得含碳材料的方法来得以实现。
在切碎机中将再循环的轮胎和/或橡胶产品机械粉碎并获得进料；
向反应器供应所述进料并通过形成蒸气产物和固体残余物进行热解；
从所述反应器连续去除气态热解产物，随后将液体产物冷凝到液体馏分的冷凝塔中，卸载所述固体残余物并冷却所述残余物；
粗碎所述固体残余物并在磁选机中从所述粉碎的固体残余物去除金属，根据本发明
在机械粉碎之前，将金属胎圈从所述再循环的轮胎移除；
在将所述进料供应到所述反应器中之前，在所述进料中引入结焦抑制剂，其量为所述进料重量的3至20％，并且由聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯和液体抑制剂成分聚甲基硅氧烷组成，其量为所述阻聚剂重量的0,5至1,0％，所述反应器中的所述物料的热解是从所述反应器的主要工作区中的350℃到所述反应堆的出口处的600℃的热解温度下执行的；
执行在所述磁选机中从粉碎的固体残余物去除金属，直到金属含量不大于所述固体残余物的总质量的1,0％，此后将所述固体残余物进行处理并在250至350℃的温度下在蒸汽室内用过热蒸汽活化，且所述固体残余物在旋涡磨机中研磨；
所述固体残余物的两级分类在空气淘析器中进行，细粒部分从所述空气淘析器送入电质量分类器进行进一步的细分类，且将大粒部分筛分送入料斗，且进一步送入热炉，其中去除残留的碳，且产生附加的目标产物(作为矿物成分)，或送入所述旋涡磨机以进行重新研磨，其中
将所述电质量分类器中的所述固体残余物的细粒部分分为小于45μkm的部分F(F1<45μkm)和大于45μkm(F2>45μkm)的部分F2；
将大于45μkm的F2部分(F2>45μkm)的固体残余物粉末从所述电质量分类器返回到所述旋涡磨机中，以进行重复的细磨。
将小于45μkm的粉末部分F1(F1<45μkm)从所述电质量分类器送到储存料斗，然后送到包装机或造粒机。
通过改进进料的制备，优化热解工艺和从粉碎的固体残余物去除金属，优化用于固态残余物的活化、细磨、金属分类和去除的最终加工工艺流程而获得的方法杂质，可得到具有高表面活性的含碳材料，并减少有害杂质的含量，从而又可在生产新轮胎时将其用作填充剂，因为它提供了其强度和操作因素的所需水平。
附图说明
此外，通过参照附图对本发明的实施方式进行详细说明来解释本发明，所述附图表示用于产生含碳材料的设施的图解，所述设施包含：
1.胎圈去除机
2.切碎机
3.固体成分抑制剂料斗
4.固体成分抑制剂给药设备
5.液体成分抑制剂料斗
6.液体成分抑制剂给药设备
7.输送机
8.热解反应器
9.液体部分冷凝塔
10.液体部分料斗
11.固体热解残余物给药设备
12.冷却料斗
13.输送机
14.破碎机
15.磁选机
16.金属储存料斗
17.金属探测器
18.汽化室
19.旋涡磨机
20.空气淘析器
21.料斗
22.电质量分类器
23.储存料斗
24.用于包装碳粉材料的设备
25.造粒机
26.用于包装含碳材料的颗粒的设备
27.热炉
下文描述了从可再循环的轮胎和/或橡胶制品获得含碳材料的方法。
在轮胎胎圈去除机1上从再循环的轮胎去除金属胎圈，从而消除了其破碎和去除破碎零件的花费。
然后，将可循环的轮胎和/或橡胶产品馈送到切碎机2以获得进料。
固体结焦抑制剂成分也通过固体成分抑制剂给药设备4从固体成分抑制剂料斗3馈送到切碎机2。
从切碎机2将破碎的含橡胶原料和结焦抑制剂的固体成分馈送到输送机7的进料斗中。
结焦抑制剂的液体成分通过液体成分抑制剂给药设备6从液体成分抑制剂料斗5馈送到输送机7的进料斗。
结焦抑制剂占进料重量的3至20％，并由固体和液体成分组成。
进料的固体成分是选自以下群组的热塑性线性聚合物的任何质量组合：聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚苯乙烯。
液体成分是聚甲基硅氧烷，其量为抑制剂总重量的0,5至1,0％。
结焦抑制剂的使用允许在热解反应器8中的热解期间显著或完全消除焦炭在碳颗粒上的形成，所述热解反应器8提供了具有高表面活性的含碳材料的产生。
所制备的进料与结焦抑制剂一起通过输送机7馈送到热解反应器8中。
热解反应器8中的热解在反应器的主要操作区中在350℃且在反应器的出口处最高600℃的温度下进行。
这提供了进料的有效热分解，并获得具有给定含量的挥发性成分的固体残余物。
在热解的过程中，从热解反应器8连续去除气态产物，随后在流体部分冷凝塔9中冷凝液体产物。
固体残余物通过固体热解残余物给药设备11排放到冷却料斗12，固体残余物在所述冷却料斗12中冷却至环境温度。
气态产物的冷凝物被送至液体部分料斗10，且可燃气体被馈送到热解反应器8的热解炉进行燃烧并保持最佳热解温度。
固体残余物由输送机13从冷却料斗12输送至破碎机14，以将其粗碎成1至5mm的部分，然后将其输送至磁选机15。在磁选机15中，从粉碎的固体残余物去除金属，直至金属含量占固体残余物总重量的0,1％。压碎的固体残余物中的金属的量由金属探测器17控制。
大于固体残余物总重量的0,1％的金属含量无法为使用这种含碳材料制造的橡胶提供其标准化操作因素中的一个，诸如“橡胶老化”。
金属从磁选机15送到金属储存料斗16，并且将破碎的固体残余物馈送到汽化室18。
在汽化室18中，固体残余物在250至350℃的温度下被过热蒸汽活化。
这样可提供对来自残留炉渣的碳颗粒的表面和孔的最终清洁，从而增加有效活性表面。
然后，将活化的固体残余物馈送到旋涡磨机19中进行细磨，此后将细磨的活化的固体残余物馈送到空气淘析器20中的两级分类。
从空气淘析器20将细且轻的部分馈送到电质量分类器22以进行细分类，并且将粗且重的部分送到料斗21。
从料斗21中筛出的进料被馈送到：
-热炉27，在其中去除残留的碳并获得其他目标产物——由氧化锌(ZnO)和氧化钴(Co2O3)组成的矿物成分；
-或旋涡磨机19，以进行反复的细磨(再循环)。
然后，在电质量分类器22中对小于45μkm的部分F1(F1<45μkm)和大于45μkm的部分F2(F2>45μkm)进行最终的细分类。
实验已表明，含碳材料中的颗粒大于45μkm的颗粒(F1<45μkm)的存在不允许获得具有制造轮胎所需的强度特性的橡胶。
将大于45μkm的F2部分(F2>45μkm)的固体残余物粉末从电质量分离器22送到旋涡磨机19，以进行重复的细磨。
将小于45μkm的市售含碳材料的部分F1(F1<45μkm)的固体残余物粉末馈送到存储存料斗23，然后馈送到造粒机25和用于包装碳粉材料24的设备，然后馈送到用于包装含碳材料的颗粒的设备。
预包装的含碳材料被送到消费者或仓库。
具体实施方式
在轮胎胎圈去除机1上从再循环的轮胎去除金属胎圈。然后，将可再循环的轮胎和/或橡胶产品进给到切碎机2以进行破碎。同时，通过固体成分抑制剂给药设备4，还将固体抑制剂成分以其总重量的10至12％的量从固体成分抑制剂料斗3进给到切碎机2。
固体抑制剂成分以薄膜产物的聚乙烯和聚丙烯废料的形式表示。
通过输送机7将破碎的含橡胶原料进给到热解反应器8，其中通过液体成分抑制剂给药设备6，从液体成分抑制剂料斗5进给占所装载的聚乙烯和聚丙烯废物的总质量的1％的量的液态聚甲基硅氧烷。
所制备的进料由输送机7送到由炉气加热的具有两个加热区的旋转热解反应器8。
热解反应器8的主加热区中的温度保持在370℃，在热解反应器8的出口处保持在-600℃，这充分提供了液态和气态热解产物的释放。
在热解的过程中，将气态产物从热解反应器8连续去除，随后将液体产物在液体部分冷凝塔9中冷凝，并且将固体残余物通过固体热解残余物给药设备11排出并送入冷却料斗12中进行冷却。
将气态产物的冷凝物进给到液体部分料斗10中，并且将可燃气体进给到热解反应器8的炉中以燃烧并在热解反应器8中保持最佳热解温度。
接下来，将冷却料斗12中的热解固体残余物冷却至50℃，此后将所述固体残余物通过输送机13输送到破碎机14，以初步粗碎成小于5mm的粒度，然后输送到两级磁选机15以便将铁去除到由金属探测器17控制的指定含量(不大于0,1％)。
固体残余物中的分离出的含铁成分被送到金属储存料斗16。
接下来，在汽化室18中以温度为300℃的过热蒸汽流处理固体残余物的含碳成分，且然后将所述含碳成分冷却至40℃并进给到旋涡磨机19中进行细磨。
在细磨之后，将来自旋涡磨机19的含碳材料进给到空气淘析器20，在所述空气淘析器20中将重矿物成分部分地去除。
然后，将粉末状产物进给到电质量分类器22，在所述电质量分类器22中对小于45μkm的部分F1(F1<45μkm)和大于45μkm的部分F2(F2>45μkm)进行最终的细分类。
大于45μkm的F2部分(F2＞45μkm)的固体残余物粉末从电质量分离器22返回到旋涡磨机19，以进行重复细磨。
由于电质量分类器22中的细分类，获得了部分F1的固体残余物的粉末，其小于45μkm(F1＜45μkm)。
因此，获得平均粒径为5至10μm的含碳材料，所述含碳材料被进给到储存料斗23，然后被进给到用于包装碳粉材料24的设备中的包装或进给到造粒机25。
预包装的产物被交付给消费者或仓库。
根据ASTM方法获得的测试样品中的含碳材料的质量指标如下：
碘吸附值，g/kg(D1510). 78,4，
氮吸附总面积(NSA)，m2/g(D6566) 64,5，
根据CTAB的比表面积，m2/g(D3765) 66,0，
吸油量，cm3/100g(D2714) 81,2，
着色力，单位(D3265) 60,1，
甲苯萃取物的透光率，％(D1618) 98,0，
pH值，单位(D1512) 8,9.
基于丁苯橡胶SBR-1500的标准橡胶的物理力学测试和实验结果40wt.，包括获得的含碳材料如下：
伸长时的标称应力300％，MPa 12,0，
标称抗拉强度，MPa 18,0，
伸长率％ 423，
抗撕裂，kN/m 42，
肖氏硬度，任意单位 60.
含有标准炭黑和所得含碳材料的混合物的轮胎橡胶胎体测试样品的物理和机械因素显示出几乎相同的结果。
给定证据和信息已证明所提议的由磨损的轮胎和/或橡胶产品产生含碳材料的方法的工业适用性，此时获得的含碳材料可有效地使用，并在制造新轮胎和橡胶产品时完全代替低活性等级的标准炭黑，并部分地代替半活性等级。

Claims (1)

1.一种用于从再循环的轮胎和/或橡胶制品获得含碳材料的方法，所述方法包括：
在切碎机中将再循环的轮胎和/或橡胶产品机械粉碎；
向反应器供应进料并通过形成蒸气产物和固体残余物进行热解；
从所述反应器连续去除气态热解产物，随后将液体产物冷凝成液体馏分的冷凝塔，卸载所述固体残余物并冷却所述残余物；
粗碎所述固体残余物并在磁选机中从所述粉碎的固体残余物去除金属，
其特征在于，
在机械粉碎之前，将金属胎圈从所述再循环的轮胎移除；
在将所述进料供应到所述反应器中之前，在所述进料中引入结焦抑制剂，其量为所述进料的3至20重量％，并且由聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯和液体抑制剂成分聚甲基硅氧烷组成，其量为所述阻聚剂重量的0,5至1,0％，所述反应器中的所述物料的热解是从所述反应器的主要工作区中的350℃到所述反应堆的出口处的600℃的热解温度下执行的；
执行在所述磁选机中从粉碎的固体残余物去除金属，直到金属含量不大于所述固体残余物的总质量的1,0％，此后将所述固体残余物进行处理并在250至350℃的温度下在蒸汽室内用过热蒸汽活化，且所述固体残余物在旋涡磨机中研磨；
所述固体残余物的两级分类在空气淘析器中进行，细粒部分从所述空气淘析器送入电质量分类器进行进一步的细分类，且将大粒部分筛分送入料斗，且进一步送入热炉，其中去除残留的碳，且产生附加的目标产物(作为矿物成分)，或送入所述旋涡磨机以进行重新研磨，其中
将所述电质量分类器中的所述固体残余物的细粒部分分为小于45μkm的部分F(F1<45μkm)和大于45μkm的部分F2(F2>45μkm)；
将大于45μkm的F2部分(F2>45μkm)的固体残余物粉末从所述电质量分类器返回到所述旋涡磨机中，以进行重复的细磨；
将小于45μkm的粉末部分F1(F1<45μkm)从所述电质量分类器送到储存料斗，然后送到包装机或造粒机。
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