CN112080301A - 废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法。其特征是：设计自然循环蒸馏塔和自然循环精馏塔来完成上述工艺过程，首先以170℃饱和蒸汽为加热介质，采用自然循环蒸馏塔脱除沸点温度170℃以下的易挥发组分，沸点温度170℃以上的难挥发组分送入自然循环精馏塔；接下来以180℃饱和蒸汽为加热介质，采用自然循环精馏塔脱除沸点温度180℃以上的难挥发组分，从塔顶获得的馏出液为纯的沸点温度170～180℃柠檬油精产品。

Description

废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法。

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，从废旧轮胎热解油中制取柠檬油精无疑是废旧轮胎热解产物高值利用的途径之一。中国发明专利（专利申请号为200510036930.3，专利名称为一种废轮胎真空催化裂解制取柠檬油精、燃油和碳黑的方法及装置）公开了一种废轮胎真空催化裂解制取柠檬油精、燃油和碳黑的方法及装置，其特征在于，包括如下步骤：将废轮胎颗粒与催化剂加入真空催化裂解反应器(1)中，反应温度450～500℃，真空度3500～4000Pa，反应时间20～25分钟，在所述条件下废轮胎颗粒发生催化裂解反应，产生的混合气体经一级、二级冷凝器将有机蒸气和水蒸汽冷凝为液体并收集后的液体产品为柠檬油精、燃油和水的混合物，残留于真空催化裂解反应器中的固体产物为碳黑和催化剂的混合物， 液体产品经简单分离提纯后制取出柠檬油精、燃油和碳黑。中国发明专利（专利申请号为201911295641.3，专利名称为利用废轮胎加压热解制备热解油及柠檬烯的方法）公开了利用废轮胎加压热解制备热解油及柠檬烯的方法，其特征在于，该方法是将破碎后的废轮胎置于热解反应器中，连续通入预设流量的保护气体，控制反应压力在0.5～2.0Mpa，加热使废轮胎充分热解，收集热解产物得到含柠檬烯的热解油。本发明同时提供了一种柠檬烯的制备方法，在利用前述方法制备得到含柠檬烯热解油后，经分离提纯得到柠檬烯。本发明通过控制废轮胎热解反应在合适压力区间内进行，有效提高热解油中柠檬烯的质量占比，使得与同温度下的常压及真空热解相比，热解油产物中的柠檬烯浓度显著增加。

现有技术一废轮胎真空催化裂解制取柠檬油精、燃油和碳黑的方法及装置对废旧轮胎裂解制备柠檬油精、燃油、碳黑提出了解决方案，但是没有公开制备柠檬油精装置的详细技术细节；现有技术二废轮胎加压热解制备热解油及柠檬烯的方法也是没有公开制备柠檬油精的详细技术细节。

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制备柠檬油精工艺方法，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，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组件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，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。

步骤四，废旧轮胎热解油主要来源于橡胶中胶体分子链热解后有机物、有机添加剂及其热解产物、生产过程中添加的操作油，是一种宽沸点的复杂混合物，热解油是高密度、高热值、低闪点、低黏度的重质油，按馏程划分，小于200℃的轻质馏分质量收率约20%，200～350℃的中质馏分质量收率约40%，大于350℃的重质馏分质量收率约40%，通过常压蒸馏获得的170～180℃馏分为柠檬油精，即利用柠檬油精与其他组分的挥发性差别，采取多次平衡过程，把多组分的混合物分离合格的柠檬油精，考虑到节约能源的目的，采用是先轻后重的工艺流程，由自然循环蒸馏塔先脱除沸点170℃以下的轻组分再进一步由自然循环精馏塔脱除沸点180℃以上的重组分，获得柠檬油精成品,那么我们可以设计自然循环蒸馏塔和自然循环精馏塔来完成上述工艺过程，首先以170℃饱和蒸汽为加热介质，采用自然循环蒸馏塔脱除沸点温度170℃以下的易挥发组分，沸点温度170℃以上的难挥发组分送入自然循环精馏塔；接下来以180℃饱和蒸汽为加热介质，采用自然循环精馏塔脱除沸点温度180℃以上的难挥发组分，从塔顶获得的馏出液为纯的沸点温度170～180℃柠檬油精产品。

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，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。热解油气冷凝器设计了二级冷凝器、自然水循环回路，二级冷凝器包括初级管板式冷凝器、次级管板式冷凝器、旋风分离器、回流器、U型液封回流管，初级管板式冷凝器、次级管板式冷凝器管箱内的管束也是自然水循环回路的上升管，热解油气自下而上沿初级管板式冷凝器、次级管板式冷凝器壳程流动，初级管板式冷凝器包括初级管程上接管、初级壳程上接管、初级壳程下接管、初级管程下接管、布液盘、初级冷凝液出口，次级管板式冷凝器包括次级管程上接管、次级壳程上接管、次级壳程下接管、次级管程下接管、次级冷凝液出口，热解油气从初级壳程下接管、初级壳程上接管、次级壳程下接管、次级壳程上接管依次流动冷凝进入旋风分离器，为防止热解气串流，初级冷凝液出口设计有挡堰板，旋风分离器底部设计有U型液封，初级冷凝分离的热解油汇集到初级冷凝液出口，次级冷凝分离的热解油与旋风分离的热解油全部汇集到回流器，再经U型液封回流管输送至布液盘，布液盘包括布气板、分液盖板，布气板上的喷嘴与分液盖板气孔一一对应，布液盘覆盖初级壳程下接管进口，热解气从布气板上的喷嘴喷出，经分液盖板气孔流出时引射热解油回流液混合并传质传热，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。自然水循环回路包括锅筒、联箱、下降管、上升管，冷却水从联箱输注，经初级管程下接管、次级管程下接管流经上升管与壳程的热解油气换热生成蒸汽与水混合物，再经初级管程上接管、次级管程上接管注入锅筒实现蒸汽与水分离，水从下降管返回联箱，完成水自然循环的同时生产出工作蒸汽备用。

发明人发现，废旧轮胎热解油主要来源于橡胶中胶体分子链热解后有机物、有机添加剂及其热解产物、生产过程中添加的操作油，是一种宽沸点的复杂混合物，热解油是高密度、高热值、低闪点、低黏度的重质油，按馏程划分，小于200℃的轻质馏分质量收率约20%，200～350℃的中质馏分质量收率约40%，大于350℃的重质馏分质量收率约40%，通过常压蒸馏获得的170～180℃馏分为柠檬油精，即利用柠檬油精与其他组分的挥发性差别，采取多次平衡过程，把多组分的混合物分离合格的柠檬油精，考虑到节约能源的目的，采用是先轻后重的工艺流程，由自然循环蒸馏塔先脱除沸点170℃以下的轻组分再进一步由自然循环精馏塔脱除沸点180℃以上的重组分，获得柠檬油精成品,那么我们可以设计自然循环蒸馏塔和自然循环精馏塔来完成上述工艺过程，首先以170℃饱和蒸汽为加热介质，采用自然循环蒸馏塔脱除沸点温度170℃以下的易挥发组分，沸点温度170℃以上的难挥发组分送入自然循环精馏塔；接下来以180℃饱和蒸汽为加热介质，采用自然循环精馏塔脱除沸点温度180℃以上的难挥发组分，从塔顶获得的馏出液为纯的沸点温度170～180℃柠檬油精产品。塔这种气液传质设备按塔内件的结构特点分为两大类：填料塔、板式塔。板式塔以塔板作为气液传质的基本构件，气体或蒸汽以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，塔内气液两相逐级接触，进行传质，气液两相各组分的浓度沿塔高呈阶梯式的变化；填料塔属微分接触型的气液传质设备，基本的传质单元是填料，液体在填料表面呈膜状向下流动时，气体作为连续相自下而上流动，气液两相间的传质通过填料表面的液膜进行，两相各组分的浓度沿塔高呈连续的变化，塔分离混合物工艺都是采用回流液和上升气，在塔中形成气液逆流接触，上升气体中的难挥发组分不断冷凝，同时它又不断接收从上向下流的回流液中气化出来的易挥发组分，因此在其上升过程中，其中易挥发组分的含量不断提高，从塔的顶部可以得到纯度较高的易挥发组分产品，另一方面回流液其下流过程中，其中的易挥发组分不断气化，同时它又不断接收上升蒸汽中冷凝下来的难挥发组分，所以其中难挥发组分的含量不断提高，在塔的底部可以得到纯度较高的难挥发组分产品。

发明人发现，塔的缺点之一就是其高度通常受厂房建筑物的限制，自然循环蒸（精）馏塔就能很好的解决这个问题，将自然循环蒸（精）馏塔分为提馏段和精馏段两部份，提馏段的自然循环的回流液与精馏段的塔顶冷凝回流液实现了双回流，从而使塔顶得到纯度较高的易挥发组分，塔底得到纯度较高的难挥发组分，由此提高了塔效率，提馏段与精馏段因为可以设计在平行平面上，使得塔气液两相多次平衡过程无须安排在同一高度上，实质上降低了塔的高度和造价。

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，废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法 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为本发明废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法的主视结构示意图。

图2为本发明废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法的A大样结构示意图。

图3为本发明废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法的B大样结构示意图。

图4为本发明废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法的C局部放大结构示意图。

图5为本发明废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法的D局部放大结构示意图。

图6为本发明废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法的E局部放大结构示意图。

图7为本发明废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法的F大样结构示意图。

图8为本发明废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法的G大样结构示意图。

图9为本发明废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法 的H局部放大结构示意图。

图10为本发明废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法的I大样平铺结构示意图。

图11为本发明废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法的J局部放大结构示意图。

图12为本发明废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法的K局部放大结构示意图。

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－自然循环蒸馏塔 88－自然循环精馏塔。

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所示，废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法，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，立式热解塔Ⅱ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组件26中的不同压力级别的工作流体来源 ，也可作为废气透平84的冷却蒸汽，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85等装置的工作流体要求。

步骤四，废旧轮胎热解油主要来源于橡胶中胶体分子链热解后有机物、有机添加剂及其热解产物、生产过程中添加的操作油，是一种宽沸点的复杂混合物，热解油是高密度、高热值、低闪点、低黏度的重质油，按馏程划分，小于200℃的轻质馏分质量收率约20%，200～350℃的中质馏分质量收率约40%，大于350℃的重质馏分质量收率约40%，通过常压蒸馏获得的170～180℃馏分为柠檬油精，即利用柠檬油精与其他组分的挥发性差别，采取多次平衡过程，把多组分的混合物分离合格的柠檬油精，考虑到节约能源的目的，采用是先轻后重的工艺流程，由自然循环蒸馏塔87先脱除沸点170℃以下的轻组分再进一步由自然循环精馏塔88脱除沸点180℃以上的重组分，获得柠檬油精成品,那么我们可以设计自然循环蒸馏塔87和自然循环精馏塔88来完成上述工艺过程，首先以170℃饱和蒸汽为加热介质，采用自然循环蒸馏塔87脱除沸点温度170℃以下的易挥发组分，沸点温度170℃以上的难挥发组分送入自然循环精馏塔88；接下来以180℃饱和蒸汽为加热介质，采用自然循环精馏塔88脱除沸点温度180℃以上的难挥发组分，从塔顶获得的馏出液为纯的沸点温度170～180℃柠檬油精产品。

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 (5)

1.废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法，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；步骤三，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组件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，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；步骤四，废旧轮胎热解油主要来源于橡胶中胶体分子链热解后有机物、有机添加剂及其热解产物、生产过程中添加的操作油，是一种宽沸点的复杂混合物，热解油是高密度、高热值、低闪点、低黏度的重质油，按馏程划分，小于200℃的轻质馏分质量收率约20%，200～350℃的中质馏分质量收率约40%，大于350℃的重质馏分质量收率约40%，通过常压蒸馏获得的170～180℃馏分为柠檬油精，那么我们可以设计自然循环蒸馏塔和自然循环精馏塔来完成上述工艺过程，首先以170℃饱和蒸汽为加热介质，采用自然循环蒸馏塔脱除沸点温度170℃以下的易挥发组分，沸点温度170℃以上的难挥发组分送入自然循环精馏塔；接下来以180℃饱和蒸汽为加热介质，采用自然循环精馏塔脱除沸点温度180℃以上的难挥发组分，从塔顶获得的馏出液为纯的沸点温度170～180℃柠檬油精产品。

2.根据权利要求1所述的废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法，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所述的废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法，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所述的废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法，其特征是：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。

5.根据权利要求1所述的废旧轮胎热解制备柠檬油精工艺方法，其特征是：利用柠檬油精与其他组分的挥发性差别，采取多次平衡过程，把多组分的混合物分离合格的柠檬油精，考虑到节约能源的目的，采用是先轻后重的工艺流程，由自然循环蒸馏塔先脱除沸点170℃以下的轻组分再进一步由自然循环精馏塔脱除沸点180℃以上的重组分，获得柠檬油精成品。

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