CN112076689A

CN112076689A - 废旧轮胎热解炭黑造粒流化床

Info

Publication number: CN112076689A
Application number: CN202011068750.4A
Authority: CN
Inventors: 杨松
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-10-08
Filing date: 2020-10-08
Publication date: 2020-12-15

Abstract

本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及废旧轮胎热解炭黑造粒流化床。其特征是：包括集气室、旋风分离器组、流化床体、Y型返料器、蜗壳入口、出料弯管、干燥室、脉冲布袋收尘器、壁流器，壁流器包括环形流道、喷孔、输水环管，热解炭黑颗粒滚圆直径长大到沉降速度超过流化惰性尾气流通流速度后，在重力的作用下经出料弯管落入干燥室，干燥惰性尾气从干燥室底部侧支管进入对热解炭黑颗粒加热烘干，完成干燥工艺过程排放的干燥惰性尾气与集气室排放的流化惰性尾气一同混合共同排往脉冲布袋收尘器，为防止冷凝水与炭黑堵塞布袋，利用干燥惰性尾气余热加热流化惰性尾气，保持脉冲布袋收尘器工作温度在110℃以上。

Description

废旧轮胎热解炭黑造粒流化床

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及废旧轮胎热解炭黑造粒流化床。

背景技术

废旧轮胎是常见的固体废弃污染物，人们通过很多途径对其回收利用实现无害化处理，其中通过对废旧轮胎热解制备燃料油、碳黑就是解决方案之一，废旧轮胎热解后的固体产物包括热解碳及废钢丝，进一步需要对热解碳实施保护降温、除铁分离、破碎研磨等工艺方法以制取碳黑。中国发明专利（专利申请号为201910499620.7，专利名称为一种炭黑造粒机）公开了一种炭黑造粒机，其特征在于：包括相连接的混合挤压段机体和滚圆干燥段机体，混合挤压段机体和滚圆干燥段机体相连接处设有孔板；混合挤压段机体上设有炭黑入口和造粒水入口，滚圆干燥段机体上设有炭黑出口；所述的两段机体内设有高速轴，位于混合挤压段机体内的高速轴上设有低速轴，低速轴上设有搅齿和绞龙；位于滚圆干燥段机体内的高速轴上设有滚圆筒，滚圆筒朝向孔板的端面上设有刀片。该炭黑造粒机能够提高炭黑粒子的均匀度、减少炭黑造粒产生的细粉，并且可以控制炭黑粒子的粒径。中国发明专利（专利申请号为201920046303.5，专利名称为一种白炭黑造粒装置）公开了一种白炭黑造粒装置，其特征在于：包括通过进料口连接的进料漏斗（10）和造粒室（20），所述造粒室（20）顶部对称设置两个外接电机的搅拌棒（21），所述造粒室（20）顶部还对称设置至少两个外接水箱和水泵的水雾喷头（23），所述喷头（23）朝向搅拌棒（21）工作方向，所述造粒室（20）上端侧壁对称设置至少两个外接风机和加热装置的第一热风进口（22），所述第一热风进口（22）位于搅拌棒（21）工作区域上方，所述造粒室（20）侧壁上、搅拌棒（21）下方，铰接两块第一挡板（24），所述第一挡板（24）相互配合卡紧、在造粒室（20）上方形成密封空间，所述造粒室（20）侧壁上、其中一块第一挡板（24）下方，向下倾斜设置引料板（26），所述引料板（26）宽度与造粒室（20）相当，所述造粒室（20）内部、引料板（26）下方设置外接第一电机（31）的皮带输送机（30），所述皮带输送机（30）宽度为所述造粒室（20）宽度的4/5～9/10，所述引料板（26）的送料末端位于皮带输送机（30）的工作起始端上方；所述造粒室（20）侧壁上、皮带输送机（30）下方，铰接两块表面均布筛孔的可相互配合卡紧密封的第二挡板（32），所述筛孔大小与白炭黑预设粒径相同；所述造粒室（20）底部还设有出料口（34）。同时实现了快速造粒成型和颗粒干燥的功能；提供了一种造粒效果优异的白炭黑造粒装置。

现有技术一采用搅齿和绞龙滚圆干燥造粒，存在的问题就是粘结剂水难于均匀润湿炭黑颗粒，部分炭黑及细粉无法回收造粒。现有技术二公开了炭黑搅拌造粒和干燥过程，存在的问题依然是粘结剂水难于均匀润湿炭黑颗粒，部分炭黑及细粉无法回收造粒。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供废旧轮胎热解炭黑造粒流化床，其特征是：包括集气室、旋风分离器组、流化床体、Y型返料器、蜗壳入口、出料弯管、干燥室、脉冲布袋收尘器、壁流器，流化惰性尾气携带热解炭黑颗粒从蜗壳入口高速进入流化床体，出口速度20～25m/s，受离心力的作用，热解炭黑颗粒被甩往流化床体壁，并随流化惰性尾气风带螺旋上升。

壁流器包括环形流道、喷孔、输水环管，麦芽糖糊精水溶液经输水环管后进入流道变窄的环形流道，流速急剧增加，为防止高速水流冲刷损坏流道，流道设计为环形，高速水流经喷孔自上而下紧贴流化床体壁喷出，湿润并冲刷流化床体壁，及时清理粘附沉积层，热解炭黑颗粒沿流化床体壁螺旋上升的过程中被麦芽糖糊精水溶液湿润集聚成团，并在离心力的作用下沿流化床体壁滚圆，从流化惰性尾气流横截断面来观察，流化惰性尾气流形成圆周外围流速快、中心流速慢，外围较中心压力大的特征，驱使不断长大和滚圆的热解炭黑颗粒在摩擦碰撞中失去动能向中心聚集，流化惰性尾气与热解炭黑颗粒分离排向旋风分离器组，在这里流化惰性尾气与热解炭黑细粉再次分离，流化惰性尾气经集气室排放，细粉经Y型返料器返回流化床体继续造粒。

热解炭黑颗粒滚圆直径长大到沉降速度超过流化惰性尾气流通流速度后，在重力的作用下经出料弯管落入干燥室，干燥惰性尾气从干燥室底部侧支管进入对热解炭黑颗粒加热烘干，由于出料弯管中的热解炭黑成品颗粒形成料封，干燥惰性尾气不会经出料弯管窜出影响流化床体气流运动环境，完成干燥工艺过程排放的干燥惰性尾气与集气室排放的流化惰性尾气一同混合共同排往脉冲布袋收尘器，为防止冷凝水与炭黑堵塞布袋，利用干燥惰性尾气余热加热流化惰性尾气，保持脉冲布袋收尘器工作温度在110℃以上，脉冲布袋收尘器收集的炭黑细粉回收利用。

发明人发现，轮胎由外胎、内胎和垫带构成，外胎由胎体、胎面和胎圈三个主要部分组成，胎体由多层挂胶帘布按一定的角度贴合而成，帘布通常用高强钢丝、合成纤维挂胶制作；胎面与地面接触，常用耐热、耐剪切的胶料制作；胎圈的用途是使轮胎紧密的固定在轮辋上，胎圈主要由钢丝圈、三角填充胶、钢丝圈包布组成。按充气轮胎用途可分为轿车轮胎、载重轮胎、农业轮胎、工程轮胎、特种车辆轮胎、航空轮胎、摩托车轮胎、自行车胎，而回收的废旧轮胎通常为轿车轮胎、载重轮胎、农业轮胎、摩托车轮胎、自行车胎,其结构通常为斜交轮胎、子午线轮胎。废旧轮胎回收后用于建筑填料、公路填料、制备再生橡胶、热解制备燃料油及碳黑等用途。

发明人发现，废旧轮胎热解制备燃料油、碳黑工艺要求在真空、有惰性气体保护、乏氧的密闭环境中进行，目前投入工业化生产方法有反应釜热解法、回转反应炉热解法、立式塔热解法等。反应釜热解法虽然有整胎进料无需破碎的优点，但是其耗能高、成品得率低且无法实现连续生产的原因难以推广；回转反应炉热解法由于进出料较为困难、高温动密封容易泄露污染物等原因难以推广；立式塔热解法从热动力学角度来看无疑较前两种方法具有优势，物料自上而下的动力由重力提供，热空气自下而上与物料完成热交换，进出料和热交换较容易实施，再有立式塔为静设备，高温密封问题较容易解决，但是废旧轮胎热解过程中存在橡胶长链断链后重整为沥青胶状物与钢丝团堵塞出料通道的技术难题，且废旧轮胎表面进一步热解生成热解碳硬壳并阻止内部继续热解的技术难题，再有就是废旧轮胎导热系数较低导致的热解效率低的技术难题。

发明人发现，废旧轮胎热解以回收热解油和热解碳为主要目的，进一步制备燃料油、碳黑等产品，热解气如果作为主要产物无疑是不经济的，原因是提高热解气的得率需要更高热解温度（550～600℃）才能使分子量更大的热解油链烃断裂生成分子量较小的甲烷、乙烷、乙烯、丙烯等组分为主的热解气，更高热解温度使得一部分能源白白耗费在破坏分子链上，降解热解油生成的热解气易燃易爆且不易储存运输；再有为了降低热解反应炉造价及利于机械加工的要求，炉体材料选择Q345R钢材，考虑到Q345R钢材高温下的许用应力要求，即不超过475℃温度下使用，综合考虑上述因素，废旧轮胎的热解工艺温度设计为350～400℃，废旧轮胎热解的热源则是回收利用热解气燃烧产生的高温烟气，热解气为热解油经冷凝后常温下不凝可燃气体，低位热值17～54MJ/Nm³。由于传热效率、传热温差的要求，废旧轮胎热解气燃烧窑炉出口至立式热解塔体夹套、回转耙辊进口的烟气温度控制在550～560℃之间，经立式热解塔体、回转耙辊换热后排烟温度为410～420℃，传热平均温差为140℃，因此热解气燃烧窑炉能够对热解气燃烧产生的高温烟气温度进行调控，需要引入冷源与高温烟气混合，通过调整两者组分比例达到热解工艺所需的温度。

发明人发现，出于废旧轮胎热解工艺中物料平衡、水（蒸汽）平衡、能量平衡的要求，以及节约能源、减少排放、循环利用的总目标，热解气燃烧窑炉输出高温烟气经立式热解塔体、回转耙辊换热后的排放废气，氧含量已经降为3%以下，温度为410～420℃，由于回转耙辊的动密封高温工作条件下承压有限，设计的绝对压力为不超过105kPa，因此排放废气虽然有较高焓值却压力较低，其压力指标低于燃烧器二次风进口、热解气燃烧窑炉冷源入口112～118 kPa压力要求，无法直接回收利用。参照涡轮增压的工作原理，考虑排放废气压力较低，选择进气端压力损失较小的轴向进气、垂直向上排气方式，悬臂式转子结构，利用排放废气经静叶栅及动叶轮膨胀作功，热能转变为动叶轮旋转的机械能，动叶轮又带动行星增速器驱动压气涡轮，压气涡轮压送空气使之增压进入燃烧器，替代了燃烧器输送的预混空气所需的鼓风机，但是排放废气的进口绝对压力为105kPa，而排放废气出口直接连通烟囱，即废气透平的背压为大气压力101 kPa，进出口压力差不足以克服静叶栅及动叶轮的流道压力损失而造成动叶轮止转，因此需要设计一套蒸汽喷射泵通过较高压力蒸汽引射排放废气，使排放废气的出口压力降至50～55 kPa，那么废气透平进出口压力差达到52～57 kPa，动叶轮能够可靠的工作。蒸汽喷射泵的蒸汽来源为热解油冷凝产生饱和蒸汽，压力0.35～0.4MPa，蒸汽喷射泵出口的排放废气、蒸汽混合气将送至膨胀罐，膨胀罐内的不凝气即为惰性尾气，惰性尾气有三种用途，其一作为热解气燃烧窑炉的调节温度的冷源，其二作为热解气燃烧器调节过剩空气系数的气源，其三作为中段钟罩储仓吹扫所需的惰性保护气。

发明人发现，通过蒸汽喷射泵获得的惰性尾气根据热解炭黑造粒所需工作气体的要求加以调制，由于热解炭黑粉末不易流动，需要分散输送的流化惰性尾气：氧含量低于3%，温度82～85℃，工作压力4000～8000Pa；由于产品标准中有含水率的限制，需要干燥热解炭黑颗粒的干燥惰性尾气：氧含量低于3%，水分含量低于0.3g/m³，温度250～280℃。热解炭黑造粒黏结剂选择水，添加质量百分比为1～1.5%麦芽糖糊精溶于水作为热解炭黑造粒固结剂，增强热解炭黑颗粒强度，热解炭黑与麦芽糖糊精水溶液混合用量的质量比为1:1～1.2，麦芽糖糊精水溶液温度82～85℃。

发明人发现，造粒流化床包括集气室、旋风分离器组、流化床体、Y型返料器、蜗壳入口、出料弯管、干燥室、脉冲布袋收尘器、壁流器，流化惰性尾气携带热解炭黑颗粒从蜗壳入口高速进入流化床体，出口速度20～25m/s，受离心力的作用，热解炭黑颗粒被甩往流化床体壁，并随流化惰性尾气风带螺旋上升，壁流器包括环形流道、喷孔、输水环管，麦芽糖糊精水溶液经输水环管后进入流道变窄的环形流道，流速急剧增加，为防止高速水流冲刷损坏流道，流道设计为环形，高速水流经喷孔自上而下紧贴流化床体壁喷出，湿润并冲刷流化床体壁，及时清理粘附沉积层，热解炭黑颗粒沿流化床体壁螺旋上升的过程中被麦芽糖糊精水溶液湿润集聚成团，并在离心力的作用下沿流化床体壁滚圆，从流化惰性尾气流横截断面来观察，流化惰性尾气流形成圆周外围流速快、中心流速慢，外围较中心压力大的特征，驱使不断长大和滚圆的热解炭黑颗粒在摩擦碰撞中失去动能向中心聚集，流化惰性尾气与热解炭黑颗粒分离排向旋风分离器组，在这里流化惰性尾气与热解炭黑细粉再次分离，流化惰性尾气经集气室排放，细粉经Y型返料器返回流化床体继续造粒，热解炭黑颗粒滚圆直径长大到沉降速度超过流化惰性尾气流通流速度后，在重力的作用下经出料弯管落入干燥室，干燥惰性尾气从干燥室底部侧支管进入对热解炭黑颗粒加热烘干，由于出料弯管中的热解炭黑成品颗粒形成料封，干燥惰性尾气不会经出料弯管窜出影响流化床体气流运动环境，完成干燥工艺过程排放的干燥惰性尾气与集气室排放的流化惰性尾气一同混合共同排往脉冲布袋收尘器，为防止冷凝水与炭黑堵塞布袋，利用干燥惰性尾气余热加热流化惰性尾气，保持脉冲布袋收尘器工作温度在110℃以上，脉冲布袋收尘器收集的炭黑细粉回收利用。

相对于现有技术，本发明至少含有以下优点：通过蒸汽喷射泵获得的惰性尾气根据热解炭黑造粒所需工作气体的要求加以调制，实现废旧轮胎热解工艺中物料平衡、水（蒸汽）平衡、能量平衡的要求，以及节约能源、减少排放、循环利用的总目标。

附图说明

图1为本发明废旧轮胎热解炭黑造粒流化床的主视结构示意图。

图2为本发明废旧轮胎热解炭黑造粒流化床的A向结构示意图。

图3为本发明废旧轮胎热解炭黑造粒流化床的B局部放大结构示意图。

图4为本发明废旧轮胎热解炭黑造粒流化床的C局部放大结构示意图。

1－集气室 2－旋风分离器组 3－流化床体 4－Y型返料器

5－蜗壳入口 6－出料弯管 7－干燥室 8－脉冲布袋收尘器

9－环形流道 10－喷孔 11－输水环管 12－壁流器。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1、图2、图3、图4所示，废旧轮胎热解炭黑造粒流化床，其特征是：包括集气室1、旋风分离器组2、流化床体3、Y型返料器4、蜗壳入口5、出料弯管6、干燥室7、脉冲布袋收尘器8、壁流器12，流化惰性尾气携带热解炭黑颗粒从蜗壳入口5高速进入流化床体3，出口速度20～25m/s，受离心力的作用，热解炭黑颗粒被甩往流化床体3壁，并随流化惰性尾气风带螺旋上升。

壁流器12包括环形流道9、喷孔10、输水环管11，麦芽糖糊精水溶液经输水环管11后进入流道变窄的环形流道9，流速急剧增加，为防止高速水流冲刷损坏流道，流道设计为环形，高速水流经喷孔10自上而下紧贴流化床体3壁喷出，湿润并冲刷流化床体3壁，及时清理粘附沉积层，热解炭黑颗粒沿流化床体3壁螺旋上升的过程中被麦芽糖糊精水溶液湿润集聚成团，并在离心力的作用下沿流化床体3壁滚圆，从流化惰性尾气流横截断面来观察，流化惰性尾气流形成圆周外围流速快、中心流速慢，外围较中心压力大的特征，驱使不断长大和滚圆的热解炭黑颗粒在摩擦碰撞中失去动能向中心聚集，流化惰性尾气与热解炭黑颗粒分离排向旋风分离器组2，在这里流化惰性尾气与热解炭黑细粉再次分离，流化惰性尾气经集气室1排放，细粉经Y型返料器4返回流化床体3继续造粒。

热解炭黑颗粒滚圆直径长大到沉降速度超过流化惰性尾气流通流速度后，在重力的作用下经出料弯管6落入干燥室7，干燥惰性尾气从干燥室7底部侧支管进入对热解炭黑颗粒加热烘干，由于出料弯管6中的热解炭黑成品颗粒形成料封，干燥惰性尾气不会经出料弯管6窜出影响流化床体3气流运动环境，完成干燥工艺过程排放的干燥惰性尾气与集气室1排放的流化惰性尾气一同混合共同排往脉冲布袋收尘器8，为防止冷凝水与炭黑堵塞布袋，利用干燥惰性尾气余热加热流化惰性尾气，保持脉冲布袋收尘器8工作温度在110℃以上，脉冲布袋收尘器8收集的炭黑细粉回收利用。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.废旧轮胎热解炭黑造粒流化床，其特征是：包括集气室、旋风分离器组、流化床体、Y型返料器、蜗壳入口、出料弯管、干燥室、脉冲布袋收尘器、壁流器，流化惰性尾气携带热解炭黑颗粒从蜗壳入口高速进入流化床体，出口速度20～25m/s，受离心力的作用，热解炭黑颗粒被甩往流化床体壁，并随流化惰性尾气风带螺旋上升，壁流器包括环形流道、喷孔、输水环管，热解炭黑颗粒滚圆直径长大到沉降速度超过流化惰性尾气流通流速度后，在重力的作用下经出料弯管落入干燥室，干燥惰性尾气从干燥室底部侧支管进入对热解炭黑颗粒加热烘干，完成干燥工艺过程排放的干燥惰性尾气与集气室排放的流化惰性尾气一同混合共同排往脉冲布袋收尘器，为防止冷凝水与炭黑堵塞布袋，利用干燥惰性尾气余热加热流化惰性尾气，保持脉冲布袋收尘器工作温度在110℃以上，脉冲布袋收尘器收集的炭黑细粉回收利用。

2.根据权利要求1所述的废旧轮胎热解炭黑造粒流化床，其特征是：通过蒸汽喷射泵获得的惰性尾气根据热解炭黑造粒所需工作气体的要求加以调制，由于热解炭黑粉末不易流动，需要分散输送的流化惰性尾气：氧含量低于3%，温度82～85℃，工作压力4000～8000Pa；由于产品标准中有含水率的限制，需要干燥热解炭黑颗粒的干燥惰性尾气：氧含量低于3%，水分含量低于0.3g/m³，温度250～280℃。

3.根据权利要求1所述的废旧轮胎热解炭黑造粒流化床，其特征是：麦芽糖糊精水溶液经输水环管后进入流道变窄的环形流道，流速急剧增加，为防止高速水流冲刷损坏流道，流道设计为环形，高速水流经喷孔自上而下紧贴流化床体壁喷出，湿润并冲刷流化床体壁，及时清理粘附沉积层。

4.根据权利要求1所述的废旧轮胎热解炭黑造粒流化床，其特征是：热解炭黑颗粒沿流化床体壁螺旋上升的过程中被麦芽糖糊精水溶液湿润集聚成团，并在离心力的作用下沿流化床体壁滚圆，从流化惰性尾气流横截断面来观察，流化惰性尾气流形成圆周外围流速快、中心流速慢，外围较中心压力大的特征，驱使不断长大和滚圆的热解炭黑颗粒在摩擦碰撞中失去动能向中心聚集，流化惰性尾气与热解炭黑颗粒分离排向旋风分离器组，在这里流化惰性尾气与热解炭黑细粉再次分离，流化惰性尾气经集气室排放，细粉经Y型返料器返回流化床体继续造粒。

5.根据权利要求1所述的废旧轮胎热解炭黑造粒流化床，其特征是：由于出料弯管中的热解炭黑成品颗粒形成料封，干燥惰性尾气不会经出料弯管窜出影响流化床体气流运动环境。