CN112080303B - 废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法 - 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系统的运行方法。其特征是：采用气流超细粉碎，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。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。

Description

废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法

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系统的运行方法。

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，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。中国发明专利（专利号为CN201610216687.1，专利名称为球磨机）公开了一种球磨机，其特征在于：所述球磨机包括能够旋转的筒体以及设置在该筒体上的进料口和出料口，其特征在于，所述球磨机还包括加钢球装置，该加钢球装置包括从所述出料口伸入至所述筒体中的加钢球管道以及用于支撑固定该加钢球管道的支撑架。本发明提供的球磨机在加入钢球时并不需要使球磨机停止运行，更不需要拆开检修孔，从而也不存在需要频繁拆卸检修孔而加大高空作业风险的问题。也就是说，本发明提供的球磨机可以实现在球磨机运行的情况下向球磨机的筒体中添加钢球，操作容易、方便而且安全实用。

现有技术一废旧轮胎热裂解装置通过夹套式螺旋冷却输送机对热解碳实施保护降温，缺点就是废钢丝容易卡入螺旋叶片与螺旋输送机壳的间隙内造成螺旋输送机抱死；在出料口处设有对辊式破碎机破碎热解碳，通过橡胶输送带的下部设有磁铁除掉热解碳中废钢丝，采用吸碳引风机实现热解碳粉末与废钢丝的分离，缺点就是需要很大的密闭空间来防止粉尘污染环境。现有技术二如果应用到本技术领域需要从热解碳颗粒和钢丝混合物中分离钢球，并将通过加钢球管道送入球磨机，将很难保证连续生产的要求。

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系统的运行方法，其特征是：步骤一，将链辊回转滚筒的进料罩箱进口密闭，出料罩箱出口开放，吹扫器将惰性不凝气输入筒体，吹扫时间1～2小时，同时启动驱动齿轮组件驱动筒体匀速回转，转速1.5～2.5r/min，将出料罩箱出口关闭½，测试筒体与进料罩箱、出料罩箱的机械密封工作状态，确保粉尘污染物不外泄；采用惰性不凝气吹扫循环流化床气流粉碎机的气流粉碎器、循环流化床返料器，启动主动轴按25%、50%、75%、100%设计转速测试一级主动叶轮、一级差动叶轮、二级主动叶轮、二级差动叶轮的动平衡，对应叶轮质量分布不均匀而产生离心力应进行校正，校正方法可通过对通流孔大小调整予以实施，动平衡校正完成后将热解碳颗粒注入立管的½高度，关闭混气锥入口通道，从出口围壳侧支路引出的流化风经流化风室、风帽注入，热解碳颗粒料柱形成的料封能够正常工作，气流经循环流化床体、振动式袋滤器正常排出，无气流穿透料封对振动式袋滤器形成干扰；使用流化惰性尾气吹扫造粒流化床的旋风分离器组、流化床体，检查Y型返料器应无窜流，使用干燥惰性尾气吹扫干燥室，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℃。

步骤二，热解碳与废钢丝自进料罩箱内的斜板滑落到筒体内，随筒体回转从首端向尾端移动，筒体内自由放置一条链辊，链辊由多组冷硬铸铁辊筒联结而成，两两冷硬铸铁辊筒之间通过球铰、锚链连接，球铰、锚链外覆盖波纹管防止废钢丝侵入，链辊通过锚链固定在进料罩箱上，跟随筒体回转自由滚动，每组冷硬铸铁辊筒可独立工作，出现废钢丝聚集成团后其中一组冷硬铸铁辊筒无法紧贴筒体使两者工作面失效的状况下，不会影响相邻冷硬铸铁辊筒继续有效的工作，两两冷硬铸铁辊筒之间的空间可容纳废钢丝起到容屑槽的作用，热解碳在冷硬铸铁辊筒与筒体之间的工作面碾压研磨形成的颗粒物随筒体回转上升扬起和下落沉降的过程中与惰性不凝气传质传热，当热解碳颗粒与废钢丝最后移动到筒体尾端时，设计在筒体尾端的导流板将热解碳颗粒与废钢丝扬起¾筒体高度抛落，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，在筒体通流的惰性不凝气将热解碳颗粒携带经出料罩箱送至袋式捕集器捕集，废钢丝落入出料罩箱内。

步骤三，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，料仓中的热解碳颗粒流动性较差，需要压缩惰性不凝气分散导入进口围壳，同时压缩惰性不凝气喷嘴引射的循环流化床返料器返回的粗热解碳颗粒经混气锥喷射到进口围壳与料仓中的热解碳颗粒混合，混合气流经进口围壳流道的导引均匀分布扑向一级静叶栅，一级静叶栅镶嵌紧固在工作围壳内，混合气流通过一级静叶栅窄喉处后，混合气流加速至超音速，此时一级主动叶轮、一级差动叶轮在主动轴驱动下高速旋转，对混合气流做功增压的同时其流道导引气流反复转折、持续冲击、压缩碰撞，热解碳颗粒在高速气流引导下相互碰撞、摩擦、剪切破碎为超细颗粒，一级主动叶轮、一级差动叶轮叶根气流冲角相差1～2º，除了增加气流转折强度外，保持动平衡、降低主动轴振动与提高轴承箱使用寿命也是考虑因素，一级主动叶轮、一级差动叶轮设计有通流孔供混合气流通流，二级静叶栅、二级主动叶轮、二级差动叶轮工作原理同上，出口围壳内设计有涡轮风扇，将混合气流排向循环流化床返料器。

步骤四，循环流化床体对输入混合气流起扩压匀速的作用，混合气流经循环流化床体进入振动式袋滤器后，合格的超细热解碳颗粒随混合气流滤过后捕集归仓，不合格的粗热解碳颗粒落入立管内堆积一定高度形成料柱，立管内粗热解碳颗粒料柱形成的静压力驱动其通过U型返料弯管输往混气锥，料柱堆积越高移动的速度越快，使得立管内粗热解碳颗粒收纳排出量两者实现平衡，料柱保持一定高度并形成料封，从出口围壳侧支路引出的流化风经流化风室、风帽对粗热解碳颗粒实施分散流化，并持续将粗热解碳颗粒经U型返料弯管输送到混气锥。

步骤五，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。

步骤六，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，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，因此我们可以设计链辊回转滚筒来实现以上目的。链辊回转滚筒包括吹扫器、进料罩箱、筒体、链辊、托辊组件、驱动齿轮组件、出料罩箱、袋式捕集器、导流板，筒体由托辊组件承托，在驱动齿轮组件驱动下匀速回转，转速1.5～2.5r/min，筒体倾斜夹角1～2º，筒体首端、尾端分别伸入进料罩箱及出料罩箱，筒体与进料罩箱、出料罩箱设计有机械密封防止热解碳颗粒泄漏，筒体内自由放置一条链辊，链辊由多组冷硬铸铁辊筒联结而成，两两冷硬铸铁辊筒之间通过球铰、锚链连接，球铰、锚链外覆盖波纹管防止废钢丝侵入，链辊通过锚链固定在进料罩箱上，跟随筒体回转自由滚动，每组冷硬铸铁辊筒可独立工作，出现废钢丝聚集成团后其中一组冷硬铸铁辊筒无法紧贴筒体使两者工作面失效的状况下，不会影响相邻冷硬铸铁辊筒继续有效的工作，两两冷硬铸铁辊筒之间的空间可容纳废钢丝起到容屑槽的作用，使废钢丝不能积聚成团并持续向筒体尾端移动，吹扫器将惰性不凝气输入筒体，热解碳在冷硬铸铁辊筒与筒体之间的工作面碾压研磨形成的颗粒物随筒体回转上升扬起和下落沉降的过程中与惰性不凝气传质传热，当热解碳颗粒与废钢丝最后移动到筒体尾端时，设计在筒体尾端的导流板将热解碳颗粒与废钢丝扬起¾筒体高度抛落，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，在筒体通流的惰性不凝气将热解碳颗粒携带经出料罩箱送至袋式捕集器捕集，废钢丝落入出料罩箱内。

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，循环流化床气流粉碎机包括气流粉碎器、循环流化床返料器，气流粉碎器包括压缩惰性不凝气喷嘴、混气锥、进口围壳、一级静叶栅、一级主动叶轮、一级差动叶轮、二级静叶栅、二级主动叶轮、二级差动叶轮、工作围壳、涡轮风扇、出口围壳、轴承箱、主动轴，料仓中的热解碳颗粒流动性较差，需要压缩惰性不凝气分散导入进口围壳，同时压缩惰性不凝气喷嘴引射的循环流化床返料器返回的粗热解碳颗粒经混气锥喷射到进口围壳与料仓中的热解碳颗粒混合，混合气流经进口围壳流道的导引均匀分布扑向一级静叶栅，一级静叶栅镶嵌紧固在工作围壳内，混合气流通过一级静叶栅窄喉处后，混合气流加速至超音速，此时一级主动叶轮、一级差动叶轮在主动轴驱动下高速旋转，对混合气流做功增压的同时其流道导引气流反复转折、持续冲击、压缩碰撞，热解碳颗粒在高速气流引导下相互碰撞、摩擦、剪切破碎为超细颗粒，一级主动叶轮、一级差动叶轮叶根气流冲角相差1～2º，除了增加气流转折强度外，保持动平衡、降低主动轴振动与提高轴承箱使用寿命也是考虑因素，一级主动叶轮、一级差动叶轮设计有通流孔供混合气流通流，二级静叶栅、二级主动叶轮、二级差动叶轮工作原理同上，出口围壳内设计有涡轮风扇，将混合气流排向循环流化床返料器；循环流化床返料器包括循环流化床体、振动式袋滤器、立管、U型返料弯管、风帽、流化风室，循环流化床体对输入混合气流起扩压匀速的作用，混合气流经循环流化床体进入振动式袋滤器后，合格的超细热解碳颗粒随混合气流滤过后捕集归仓，不合格的粗热解碳颗粒落入立管内堆积一定高度形成料柱，立管内粗热解碳颗粒料柱形成的静压力驱动其通过U型返料弯管输往混气锥，料柱堆积越高移动的速度越快，使得立管内粗热解碳颗粒收纳排出量两者实现平衡，料柱保持一定高度并形成料封，从出口围壳侧支路引出的流化风经流化风室、风帽对粗热解碳颗粒实施分散流化，并持续将粗热解碳颗粒经U型返料弯管输送到混气锥。

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：第一，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；第二，链辊通过锚链固定在进料罩箱上，跟随筒体回转自由滚动，每组冷硬铸铁辊筒可独立工作，出现废钢丝聚集成团后其中一组冷硬铸铁辊筒无法紧贴筒体使两者工作面失效的状况下，不会影响相邻冷硬铸铁辊筒继续有效的工作；第三，采用气流超细粉碎，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；第四，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为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行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系统的运行方法的A-A剖面布置结构示意图。

图3为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法的B局部放大结构示意图。

图4为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法的C-C剖面布置结构示意图。

图5为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法的D-D剖面布置结构示意图。

图6为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法的E-E剖面布置结构示意图。

图7为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法的F局部放大结构示意图。

图8为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法的G局部放大结构示意图。

图9为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法的H向结构示意图。

图10为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法的I局部放大结构示意图。

图11为本发明废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法的J局部放大结构示意图。

Ⅰ－链辊回转滚筒 Ⅱ－循环流化床气流粉碎机 Ⅲ－造粒流化床

1－吹扫器 2－进料罩箱 3－筒体 4－链辊 5－托辊组件

6－驱动齿轮组件 7－出料罩箱 8－袋式捕集器 9－导流板

10－波纹管 11－冷硬铸铁辊筒 12－球铰 13－锚链

14－气流粉碎器 15－循环流化床返料器 16－压缩惰性不凝气喷嘴

17－混气锥 18－进口围壳 19－一级静叶栅 20－一级主动叶轮

21－一级差动叶轮 22－二级静叶栅 23－二级主动叶轮

24－二级差动叶轮 25－工作围壳 26－涡轮风扇 27－出口围壳

28－轴承箱 29－主动轴 30－循环流化床体 31－振动式袋滤器

32－立管 33－U型返料弯管 34－风帽 35－流化风室 36－集气室

37－旋风分离器组 38－流化床体 39－Y型返料器 40－蜗壳入口

41－出料弯管 42－干燥室 43－脉冲布袋收尘器 44－环形流道

45－喷孔 46－输水环管 47－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、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11所示，废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法，其特征是：步骤一，将链辊回转滚筒Ⅰ的进料罩箱2进口密闭，出料罩箱7出口开放，吹扫器1将惰性不凝气输入筒体3，吹扫时间1～2小时，同时启动驱动齿轮组件6驱动筒体3匀速回转，转速1.5～2.5r/min，将出料罩箱7出口关闭½，测试筒体3与进料罩箱2、出料罩箱7的机械密封工作状态，确保粉尘污染物不外泄；采用惰性不凝气吹扫循环流化床气流粉碎机Ⅱ的气流粉碎器14、循环流化床返料器15，启动主动轴29按25%、50%、75%、100%设计转速测试一级主动叶轮20、一级差动叶轮21、二级主动叶轮23、二级差动叶轮24的动平衡，对应叶轮质量分布不均匀而产生离心力应进行校正，校正方法可通过对通流孔大小调整予以实施，动平衡校正完成后将热解碳颗粒注入立管32的½高度，关闭混气锥17入口通道，从出口围壳27侧支路引出的流化风经流化风室35、风帽34注入，热解碳颗粒料柱形成的料封能够正常工作，气流经循环流化床体30、振动式袋滤器31正常排出，无气流穿透料封对振动式袋滤器31形成干扰；使用流化惰性尾气吹扫造粒流化床Ⅲ的旋风分离器组37、流化床体38，检查Y型返料器39应无窜流，使用干燥惰性尾气吹扫干燥室42，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℃。

步骤二，热解碳与废钢丝自进料罩箱2内的斜板滑落到筒体3内，随筒体3回转从首端向尾端移动，筒体3内自由放置一条链辊4，链辊4由多组冷硬铸铁辊筒11联结而成，两两冷硬铸铁辊筒11之间通过球铰12、锚链13连接，球铰12、锚链13外覆盖波纹管10防止废钢丝侵入，链辊4通过锚链13固定在进料罩箱2上，跟随筒体3回转自由滚动，每组冷硬铸铁辊筒11可独立工作，出现废钢丝聚集成团后其中一组冷硬铸铁辊筒11无法紧贴筒体3使两者工作面失效的状况下，不会影响相邻冷硬铸铁辊筒11继续有效的工作，两两冷硬铸铁辊筒11之间的空间可容纳废钢丝起到容屑槽的作用，热解碳在冷硬铸铁辊筒11与筒体3之间的工作面碾压研磨形成的颗粒物随筒体3回转上升扬起和下落沉降的过程中与惰性不凝气传质传热，当热解碳颗粒与废钢丝最后移动到筒体3尾端时，设计在筒体3尾端的导流板将热解碳颗粒与废钢丝扬起¾筒体3高度抛落，利用链辊4破碎研磨后热解碳颗粒与废钢丝的沉降速率的明显差别，在筒体3通流的惰性不凝气将热解碳颗粒携带经出料罩箱7送至袋式捕集器8捕集，废钢丝落入出料罩箱7内。

步骤三，链辊回转滚筒Ⅰ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Ⅱ超细粉碎，粒径达到0.5～1μm，料仓中的热解碳颗粒流动性较差，需要压缩惰性不凝气分散导入进口围壳18，同时压缩惰性不凝气喷嘴16引射的循环流化床返料器15返回的粗热解碳颗粒经混气锥17喷射到进口围壳18与料仓中的热解碳颗粒混合，混合气流经进口围壳18流道的导引均匀分布扑向一级静叶栅19，一级静叶栅19镶嵌紧固在工作围壳25内，混合气流通过一级静叶栅19窄喉处后，混合气流加速至超音速，此时一级主动叶轮20、一级差动叶轮21在主动轴29驱动下高速旋转，对混合气流做功增压的同时其流道导引气流反复转折、持续冲击、压缩碰撞，热解碳颗粒在高速气流引导下相互碰撞、摩擦、剪切破碎为超细颗粒，一级主动叶轮20、一级差动叶轮21叶根气流冲角相差1～2º，除了增加气流转折强度外，保持动平衡、降低主动轴29振动与提高轴承箱28使用寿命也是考虑因素，一级主动叶轮20、一级差动叶轮21设计有通流孔供混合气流通流，二级静叶栅22、二级主动叶轮23、二级差动叶轮24工作原理同上，出口围壳27内设计有涡轮风扇26，将混合气流排向循环流化床返料器15。

步骤四，循环流化床体30对输入混合气流起扩压匀速的作用，混合气流经循环流化床体30进入振动式袋滤器31后，合格的超细热解碳颗粒随混合气流滤过后捕集归仓，不合格的粗热解碳颗粒落入立管32内堆积一定高度形成料柱，立管32内粗热解碳颗粒料柱形成的静压力驱动其通过U型返料弯管33输往混气锥17，料柱堆积越高移动的速度越快，使得立管32内粗热解碳颗粒收纳排出量两者实现平衡，料柱保持一定高度并形成料封，从出口围壳27侧支路引出的流化风经流化风室35、风帽34对粗热解碳颗粒实施分散流化，并持续将粗热解碳颗粒经U型返料弯管33输送到混气锥17。

步骤五，流化惰性尾气携带热解炭黑颗粒从蜗壳入口40高速进入流化床体38，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38壁，并随流化惰性尾气风带螺旋上升，壁流器47包括环形流道44、喷孔45、输水环管46，麦芽糖糊精水溶液经输水环管46后进入流道变窄的环形流道44，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45自上而下紧贴流化床体38壁喷出，湿润并冲刷流化床体38壁，及时清理粘附沉积层，热解炭黑颗粒沿流化床体38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38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37，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36排放，细粉经Y型返料器39返回流化床体38继续造粒。

步骤六，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41落入干燥室42，干燥惰性尾气从干燥室42底部侧支管进入对热解炭黑颗粒加热烘干，由于出料弯管41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41窜出影响流化床体38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36排放的流化惰性尾气一同混合共同排往脉冲布袋收尘器43，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43工作温度在110℃以上，脉冲布袋收尘器43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 (6)

1.废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法，其特征是：废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统包括链辊回转滚筒、循环流化床气流粉碎机、造粒流化床；步骤一，将链辊回转滚筒的进料罩箱进口密闭，出料罩箱出口开放，吹扫器将惰性不凝气输入筒体，吹扫时间1～2小时，同时启动驱动齿轮组件驱动筒体匀速回转，转速1.5～2.5r/min，将出料罩箱出口关闭½，测试筒体与进料罩箱、出料罩箱的机械密封工作状态，确保粉尘污染物不外泄；采用惰性不凝气吹扫循环流化床气流粉碎机的气流粉碎器、循环流化床返料器，使用流化惰性尾气吹扫造粒流化床的旋风分离器组、流化床体，检查Y型返料器应无窜流，使用干燥惰性尾气吹扫干燥室；步骤二，热解碳与废钢丝自进料罩箱内的斜板滑落到筒体内，随筒体回转从首端向尾端移动，当热解碳颗粒与废钢丝最后移动到筒体尾端时，设计在筒体尾端的导流板将热解碳颗粒与废钢丝扬起¾筒体高度抛落，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，在筒体通流的惰性不凝气将热解碳颗粒携带经出料罩箱送至袋式捕集器捕集，废钢丝落入出料罩箱内；步骤三，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，料仓中的热解碳颗粒流动性较差，需要压缩惰性不凝气分散导入进口围壳，同时压缩惰性不凝气喷嘴引射的循环流化床返料器返回的粗热解碳颗粒经混气锥喷射到进口围壳与料仓中的热解碳颗粒混合，混合气流经进口围壳流道的导引均匀分布扑向一级静叶栅，一级静叶栅镶嵌紧固在工作围壳内，混合气流通过一级静叶栅窄喉处后，混合气流加速至超音速，此时一级主动叶轮、一级差动叶轮在主动轴驱动下高速旋转，对混合气流做功增压的同时其流道导引气流反复转折、持续冲击、压缩碰撞，热解碳颗粒在高速气流引导下相互碰撞、摩擦、剪切破碎为超细颗粒，一级主动叶轮、一级差动叶轮叶根气流冲角相差1～2º，除了增加气流转折强度外，保持动平衡、降低主动轴振动与提高轴承箱使用寿命也是考虑因素，一级主动叶轮、一级差动叶轮设计有通流孔供混合气流通流，二级静叶栅、二级主动叶轮、二级差动叶轮工作原理同上，出口围壳内设计有涡轮风扇，将混合气流排向循环流化床返料器；步骤四，循环流化床体对输入混合气流起扩压匀速的作用，从出口围壳侧支路引出的流化风经流化风室、风帽对粗热解碳颗粒实施分散流化，并持续将粗热解碳颗粒经U型返料弯管输送到混气锥；步骤五，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，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；步骤六，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。

2.根据权利要求1所述的废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法，其特征是：启动主动轴按25%、50%、75%、100%设计转速测试一级主动叶轮、一级差动叶轮、二级主动叶轮、二级差动叶轮的动平衡，对应叶轮质量分布不均匀而产生离心力应进行校正，校正方法可通过对通流孔大小调整予以实施，动平衡校正完成后将热解碳颗粒注入立管的½高度，关闭混气锥入口通道，从出口围壳侧支路引出的流化风经流化风室、风帽注入，热解碳颗粒料柱形成的料封能够正常工作，气流经循环流化床体、振动式袋滤器正常排出，无气流穿透料封对振动式袋滤器形成干扰。

3.根据权利要求1所述的废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法，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℃；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℃。

4.根据权利要求1所述的废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法，其特征是：筒体内自由放置一条链辊，链辊由多组冷硬铸铁辊筒联结而成，两两冷硬铸铁辊筒之间通过球铰、锚链连接，球铰、锚链外覆盖波纹管防止废钢丝侵入，链辊通过锚链固定在进料罩箱上，跟随筒体回转自由滚动，每组冷硬铸铁辊筒可独立工作，出现废钢丝聚集成团后其中一组冷硬铸铁辊筒无法紧贴筒体使两者工作面失效的状况下，不会影响相邻冷硬铸铁辊筒继续有效的工作，两两冷硬铸铁辊筒之间的空间可容纳废钢丝起到容屑槽的作用，热解碳在冷硬铸铁辊筒与筒体之间的工作面碾压研磨形成的颗粒物随筒体回转上升扬起和下落沉降的过程中与惰性不凝气传质传热。

5.根据权利要求1所述的废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法，其特征是：混合气流经循环流化床体进入振动式袋滤器后，合格的超细热解碳颗粒随混合气流滤过后捕集归仓，不合格的粗热解碳颗粒落入立管内堆积一定高度形成料柱，立管内粗热解碳颗粒料柱形成的静压力驱动其通过U型返料弯管输往混气锥，料柱堆积越高移动的速度越快，使得立管内粗热解碳颗粒收纳排出量两者实现平衡，料柱保持一定高度并形成料封。

6.根据权利要求1所述的废旧轮胎制备热解炭黑工艺系统的运行方法，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。

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