CN112080299A - 废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法。其特征是：链辊回转滚筒研磨获得的热解碳粒径为41～57μm，如果进一步采用循环流化床气流粉碎机超细粉碎，粒径达到0.5～1μm，由于热解碳颗粒在高速气流中碰撞破碎，颗粒表面较机械剪切破碎更为光滑，粒径更小，活性更高，更容易被橡胶胶料包覆浸润，因此同等CTAB法比表面积下的硫化胶拉伸强度、撕裂强度、耐磨性较高。

Description

废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法。

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。中国发明专利（专利申请号为02112328.4，专利名称为用于废轮胎裂解回收工业碳黑和燃料油的立式裂解塔）公开了用于废轮胎裂解回收工业碳黑和燃料油的立式裂解塔，其特征在于，它具有密闭立式塔体，在塔体上端设有上刮料搅拌装置、轮胎进料口及裂解气出口，塔体内依次设有上部空心加热圆盘、下部空心冷却圆盘，并分别与塔体外侧的烟道气分配系统、冷却水进出口集箱相通，在塔体下设有下刮料搅拌装置及塔底碳黑出口。该裂解塔操作弹性大，裂解性能好，运转连续可靠，且劳动强度小，是一种性能良好的热裂解设备。其主要特点如下：1)能耗小；2)调节控制方便，适应性强；3)操作密闭，无杂质进入，无裂解气泄漏，品质与安全有保证；4)设备重量轻，采用立式结构，占地面积小；5)运转稳定，操作方便。中国发明专利（专利申请号为201610787571.3，专利名称为废旧轮胎热裂解装置）公开了废旧轮胎热裂解装置，包括废旧轮胎破碎装置、热裂解炉、油气回收系统、烟气排放系统、固料回收系统，热裂解炉，设有炉体，炉体内设有竖向设置的炉膛，炉体外设有保温外壳，炉体的上部设有进料口、烟气排放口和油气出口，炉体的下部设有与固料回收系统相接的固料出料口；烟气排放口通过排烟管与烟气排放系统相接，油气出口通过油气排管与油气回收系统相接；炉膛内设有封闭的炉床体，炉床体上端设有与进料口相接的内进料管，以及与油气出口相接的内油气管，炉膛内壁与炉床体之间的过烟室，烟气排放口与过烟室相通，炉体下端设有与固料出料口相接的内出料管；炉体下部设有与过烟室相通的燃烧室；炉床体的中心部设有旋转芯轴，炉床体内由上至下设有若干层物料室，所述的旋转芯轴上设有伸入到各个物料室内的炒拌装置，相邻物料室之间设有炉节，所述炉节包括中间轴管及上、下环形盘片，上、下环形盘片的内沿与中间轴管的上下沿对接，上、下环形盘片的外沿与炉床体壁对接，上、下环形盘片之间设有中间环形隔板，中间环形隔板的外环面与炉膛内壁连接，上环形盘片的外沿与中间环形隔板之间设有上出烟窗口，下环形盘片的外沿与中间环形隔板之间设有下进烟窗口，中间环形隔板的内环面与中间轴管的外管壁之间设置为过烟气道，炉节上设有连通上下物料室的下料通道，下料通道设置在中间轴管与旋转芯轴之间的炉节为内落料形炉节；下料通道设置在靠近外沿的上、下环形盘片之间的炉节为外落料形炉节，内落料形炉节和外落料形炉节间隔设置，炒拌装置包括与旋转芯轴固定的若干炒片臂，沿炒片臂的下表面设有朝向下料通道设置的炒片；固料回收系统设有夹套式螺旋冷却输送机，夹套式螺旋冷却输送机包括带水冷式夹套的外壳，外壳内设有螺旋输送机构，外壳的进料口与热裂解炉炉体的固料出料口对接，外壳的出料口处设有对辊式破碎机，外壳的出料口下方设有橡胶输送带，橡胶输送带的下部设有磁铁，橡胶输送带的出料端设有钢丝接料斗；橡胶输送带的上方设有吸碳引风机，吸碳引风机的吸碳嘴正对橡胶输送带设置，吸碳引风机的排风管与除尘系统相接。

现有技术一用于废轮胎裂解回收工业碳黑和燃料油的立式裂解塔对废旧轮胎裂解制备燃料油、碳黑连续生产提出了解决方案，但是没有公开回收裂解油气的详细技术细节；现有技术二废旧轮胎热裂解装置类似外加热套、内置搅拌器的反应釜工作原理，炉膛内壁与炉床体之间的过烟室通高温烟气对炉床体加热，通过旋转芯轴和炒片臂对废旧轮胎胶块进行炒拌，为增加热交换面积，上、下环形盘片设计了过烟气道通高温烟气，缺点就是内含钢丝的胶块在热解过程中形成粘稠的含钢丝团球的混合物粘附堵塞下料通道等一切流道，从而使热解过程停止。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法，其特征是：步骤一，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。

步骤二，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，出于废旧轮胎热解工艺中物料平衡、水平衡、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。

步骤三，惰性尾气进一步冷却到常温并脱除水分的惰性不凝气，氧含量低于3%，水分含量低于0.3g/m³，温度20～25℃，而热解碳从热解反应炉排出的温度为350～400℃，可用惰性不凝气作为热解碳破碎研磨的保护冷却工作气体，利用链辊破碎研磨后热解碳颗粒与废钢丝的沉降速率的明显差别，采用惰性不凝气将上述两者分离，链辊回转滚筒研磨获得的热解碳粒径为41～57μm，如果进一步采用循环流化床气流粉碎机超细粉碎，粒径达到0.5～1μm，由于热解碳颗粒在高速气流中碰撞破碎，颗粒表面较机械剪切破碎更为光滑，粒径更小，活性更高，更容易被橡胶胶料包覆浸润，因此同等CTAB法比表面积下的硫化胶拉伸强度、撕裂强度、耐磨性较高，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，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，工作压力0.35～0.4MPa蒸汽在拉瓦尔喷咀中加速形成超音速射流，蒸汽经过喷咀的出口到扩压管入口之间的混合室，由于蒸汽流处于高速而出现一个负压区，从而引射废气透平的排放废气，使排放废气的出口压力降至50～55 kPa，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。引射的排放废气被卷吸至混合室与工作蒸汽混合，而后逐渐形成单一均匀的混合流体，经过扩压管减速压缩到一定的背压后排出，而混合流体的压缩阶段，即扩压管中的两股流体一边继续进行能量交换，一边逐渐压缩，将动能转化为压力能，并将混合流体排出蒸汽喷射泵。因此蒸汽喷射泵可以根据热解气燃烧器参混气体和热解气燃烧窑炉冷源气体的要求调节不同的压力混合流体，将混合流体收集起来送入膨胀罐，膨胀罐输送出的惰性尾气一路可以直接供热解气燃烧器作为参混气体使用，另一路冷凝后供热解气燃烧窑炉作为冷源气体使用。

发明人发现，立式热解塔产出的热解油的温度为350～400℃，需要冷凝、分馏后加以利用，冷凝通常通过间壁式换热器实现，冷源一般选择冷却水，冷却水吸收热能转化为蒸汽，而多级冷凝产生的不同品质蒸汽加以利用，可作为多级蒸汽喷射器（泵）中的不同压力级别的工作流体来源，也可作为废气透平的冷却蒸汽，达到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。

发明人发现，针对上述技术难题，本申请设计了回转耙辊，所述回转耙辊包括回转耙辊体、进气轴头、排气轴头，进气轴头与排气轴头分别设计在回转耙辊体的下端和上端，回转耙辊体、进气轴头、排气轴头绕同一中心轴回转。所述进气轴头、排气轴头内孔通450～500℃高温烟气，从内孔向外依次设计隔热瓦、迷宫冷却槽、轴承位，所述迷宫冷却槽包括螺旋盘管、汽水混合室、波纹板，螺旋盘管固定在汽水混合室内壁，冷却水从螺旋盘管进入汽水混合室受热蒸发汽化，沸腾产生的气泡撞击螺旋盘管、波纹板迅速破裂为更为细小的气泡，从而使气泡在冷却水中均匀分布，换言之就是避免水汽导热系数相差过大导致室壁金属局部过热产生蠕变。所述回转耙辊体外表面类螺旋线排布耙钉，通过调整耙钉与回转耙辊体断面的夹角，¾数量的耙钉随回转耙辊体旋转向胶块施加向下的推力，¼数量的耙钉随回转耙辊体旋转向胶块施加向上的推力，耙钉对胶块施加向下的推力帮助沥青胶状物与钢丝团顺利出料，两种耙钉的合力对胶块形成搓切作用，搓碎热解碳硬壳使胶块继续热解，同时搅动胶块堆积层形成空隙，热解油气能够从堆积层空隙逸出，热解油气向上流动的过程中与胶块传质传热，这种气液固传质传热效率远远超过回转耙辊体与胶块固固传导热效率。所述回转耙辊体内两端安装有十字支撑架，十字支撑架通过管轴将螺旋叶片固定，高温烟气沿螺旋叶片形成的通道螺旋上升，均匀加热回转耙辊体，避免高温烟气无法流经回转耙辊体死角造成鼓包的问题。

发明人发现，回转耙辊体、进气轴头、排气轴头均选用Q345R钢卷制，回转耙辊体、进气轴头、排气轴头分别卷制后应达到Ⅱ级焊缝标准；将螺旋叶片焊接固定在管轴上，整体与十字支撑架拼装送入回转耙辊体卷制筒体内，为防止筒体因焊接局部变形，十字支撑架应采用点焊定位后段焊固定在回转耙辊体内，最后用封头将回转耙辊体两端封堵；进气轴头、排气轴头卷制筒体内埋隔热瓦、外固定螺旋盘管，然后将汽水混合室外盖板焊合，将波纹板安装完毕后应进行水压试验，1.0MPa压力下应保证迷宫冷却槽无渗漏现象。将进气轴头、排气轴头与回转耙辊体连接后回火，再以回转耙辊体的筒体为加工基准，用落地车床车加工进气轴头、排气轴头的轴承位，从而保证回转耙辊体、进气轴头、排气轴头的同轴度；最后将耙钉一一固定在回转耙辊体筒体外表面上，耙钉在回转耙辊体外表面符合类螺旋线排布要求，调整耙钉与回转耙辊体断面的夹角，¾数量的耙钉的夹角为9～16º，方向斜向上，¼数量的耙钉的夹角为9～20º，方向斜向下。

发明人发现，惰性尾气进一步冷却到常温并脱除水分的惰性不凝气，氧含量低于3%，水分含量低于0.3g/m³，温度20～25℃，而热解碳从热解反应炉排出的温度为350～400℃，可用惰性不凝气作为热解碳破碎研磨的保护冷却工作气体，利用链辊破碎研磨后热解碳颗粒与废钢丝的沉降速率的明显差别，采用惰性不凝气将上述两者分离。

发明人发现，链辊回转滚筒研磨获得的热解碳粒径为41～57μm，如果进一步采用循环流化床气流粉碎机超细粉碎，粒径达到0.5～1μm，性能指标满足《废旧轮胎裂解炭黑》HG/T5459-2018标准，部分指标达到N330炭黑标准，能替代部分功能性炭黑使用，由于热解碳颗粒在高速气流中碰撞破碎，颗粒表面较机械剪切破碎更为光滑，粒径更小，活性更高，更容易被橡胶胶料包覆浸润，因此同等CTAB法比表面积下的硫化胶拉伸强度、撕裂强度、耐磨性较高。

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℃。

相对于现有技术，本发明至少含有以下优点：第一，为保证废旧轮胎进料装置处于真空、有惰性气体保护、乏氧的密闭环境中，设计三段式钟罩进料机构的解决方案，顾名思义就是通过钟罩密封将进料机构隔离出初段钟罩储仓、中段钟罩储仓、末段钟罩储仓，废旧轮胎破碎为3～4cm大小胶块，通过提斗小车机构送至初段钟罩储仓暂存，经中段钟罩储仓以惰性尾气吹扫挤出携带空气，再经末段钟罩储仓抽离惰性尾气至真空状态；第二，废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法产出的热解油的温度为350～400℃，需要冷凝、分馏后加以利用，冷凝通常通过间壁式换热器实现，冷源一般选择冷却水，冷却水吸收热能转化为蒸汽，而多级冷凝产生的不同品质蒸汽加以利用，可作为多级蒸汽喷射器（泵）中的不同压力级别的工作流体来源，也可作为废气透平的冷却蒸汽，达到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；第三，为保证废旧轮胎热解后热解炭出料装置处于真空、有惰性气体保护、乏氧的密闭环境中，出料装置的动密封应能解决出料盘体高温热膨胀轴向变形、受热不均径向窜动、密封材料摩擦耗损的技术问题，动密封选择机械密封结构形式，动环摩擦副设计在出料盘体上，静环摩擦副设计为楔型，楔型摩擦环通过螺旋弹簧轴向补偿解决轴向变形的问题，通过将摩擦副设计为楔型和交叠叶片弹簧弹性变形实现径向补偿；第四，采用冷凝工艺将废旧轮胎热解油气分离为常温下易于保存运输的热解油及常温下不凝可燃气体即热解气，同时高品质回收利用冷却水产生的余热蒸汽，余热蒸汽还需要满足蒸汽喷射泵等装置的工作流体要求；第四，由于利用次级管板式冷凝器、旋风分离器回流的热解油冷凝液作为冷却介质，从而减少冷凝器的换热面积、降低设备投资，而且这种全回流的方式有利于回收热解气携带油颗粒、提高了热解油的得率。

附图说明

图1为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法的主视结构示意图。

图2为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法的A大样结构示意图。

图3为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法的B大样结构示意图。

图4为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法的C局部放大结构示意图。

图5为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法的D局部放大结构示意图。

图6为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法的E局部放大结构示意图。

图7为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法的F大样结构示意图。

图8为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法的G大样结构示意图。

图9为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法的H局部放大结构示意图。

图10为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法的I大样平铺结构示意图。

图11为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法的J局部放大结构示意图。

图12为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法的K局部放大结构示意图。

图13为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法的L旋转大样结构示意图。

Ⅰ－进料系统 Ⅱ－立式热解塔 Ⅲ－出料系统 Ⅳ－热解油气冷凝器

Ⅴ－热解气燃烧窑炉

1－提斗小车机构 2－三段式钟罩进料机构 3－自称量小车

4－滑轮牵引组件 5－提升轨道 6－初段钟罩储仓

7－中段钟罩储仓 8－末段钟罩储仓 9－初段料斗体 10－上钟罩

11－上钟罩座 12－吊杆 13－销轴组件 14－中段料斗体

15－中钟罩 16－中钟罩座 17－吊链 18－转球组件

19－内外隔仓组件 20－尾气回收缓冲罐 21－末段料斗体

22－下钟罩 23－下钟罩座 24－吊线 25－拉杆组件

26－多级蒸汽喷射器组件 27－一级喷射器 28－二级喷射器

29－三级喷射器 30－中间冷凝器 31－末级喷射器 32－上轴承座

33－立式热解塔体 34－支承足 35－回转耙辊 36－下轴承座

37－回转耙辊体 38－进气轴头 39－排气轴头 40－隔热瓦

41－轴承位 42－迷宫冷却槽 43－螺旋盘管 44－汽水混合室

45－波纹板 46－耙钉 47－管轴 48－螺旋叶片 49－十字支撑架。

50－水箱 51－动环摩擦副 52－静环摩擦副 53－螺旋弹簧压紧装置

54－水冷排管 55－出料盘体 56－板片 57－外圈 58－内圈

59－楔型摩擦环 60－排汽孔 61－压注水道 62－铰链 63－联系孔 64－交叠叶片弹簧 65－水循环机械密封 66－牛头铲刀出料组件

67－无轴螺旋叶片 68－铲刀 69－牛头出料口 70－二级冷凝器

71－水循环回路 72－初级管板式冷凝器 73－次级管板式冷凝器

74－旋风分离器 75－回流器 76－U型液封回流管 77－锅筒

78－联箱 79－下降管 80－上升管 81－燃烧器 82－压气涡轮

83－行星增速器 84－废气透平 85－蒸汽喷射泵 86－膨胀罐

87－链辊回转滚筒 88－链辊 89－循环流化床气流粉碎机。

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、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13所示，废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法，其特征是：步骤一，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。

步骤二，由于传热效率、传热温差的要求，废旧轮胎热解气燃烧窑炉Ⅴ出口至立式热解塔体33夹套、回转耙辊37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Ⅴ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，出于废旧轮胎热解工艺中物料平衡、水平衡、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33、回转耙辊37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37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81二次风进口、热解气燃烧窑炉Ⅴ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83驱动压气涡轮82，压气涡轮82压送空气使之增压进入燃烧器81，替代了燃烧器81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84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85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84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85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85出口的排放废气、蒸汽混合气将送至膨胀罐86，膨胀罐86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Ⅴ的调节温度的冷源，其二作为热解气燃烧器81调节过剩空气系数的气源，其三作为中段钟罩储仓7吹扫所需的惰性保护气。

步骤三，惰性尾气进一步冷却到常温并脱除水分的惰性不凝气，氧含量低于3%，水分含量低于0.3g/m³，温度20～25℃，而热解碳从热解反应炉排出的温度为350～400℃，可用惰性不凝气作为热解碳破碎研磨的保护冷却工作气体，利用链辊88破碎研磨后热解碳颗粒与废钢丝的沉降速率的明显差别，采用惰性不凝气将上述两者分离，链辊回转滚筒87研磨获得的热解碳粒径为41～57μm，如果进一步采用循环流化床气流粉碎机89超细粉碎，粒径达到0.5～1μm，由于热解碳颗粒在高速气流中碰撞破碎，颗粒表面较机械剪切破碎更为光滑，粒径更小，活性更高，更容易被橡胶胶料包覆浸润，因此同等CTAB法比表面积下的硫化胶拉伸强度、撕裂强度、耐磨性较高，通过蒸汽喷射泵85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℃。

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 (6)

1.废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法，其特征是：步骤一，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；步骤二，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，出于废旧轮胎热解工艺中物料平衡、水平衡、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，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，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；步骤三，惰性尾气进一步冷却到常温并脱除水分的惰性不凝气，氧含量低于3%，水分含量低于0.3g/m³，温度20～25℃，而热解碳从热解反应炉排出的温度为350～400℃，可用惰性不凝气作为热解碳破碎研磨的保护冷却工作气体，利用链辊破碎研磨后热解碳颗粒与废钢丝的沉降速率的明显差别，采用惰性不凝气将上述两者分离，链辊回转滚筒研磨获得的热解碳粒径为41～57μm，如果进一步采用循环流化床气流粉碎机超细粉碎，粒径达到0.5～1μm，由于热解碳颗粒在高速气流中碰撞破碎，颗粒表面较机械剪切破碎更为光滑，粒径更小，活性更高，更容易被橡胶胶料包覆浸润，因此同等CTAB法比表面积下的硫化胶拉伸强度、撕裂强度、耐磨性较高。

2.根据权利要求1所述的废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法，其特征是：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。

3.根据权利要求1所述的废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法，其特征是：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。

4.根据权利要求1所述的废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法，其特征是：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。

5.根据权利要求1所述的废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法，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℃。

6.根据权利要求1所述的废旧轮胎制备热解炭黑工艺方法，其特征是：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℃。

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