CN112080309A - 废旧轮胎热解反应炉进料系统 - 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反应炉进料系统。其特征是：包括提斗小车机构、三段式钟罩进料机构，提斗小车机构包括自称量小车、提升轨道、滑轮牵引组件，三段式钟罩进料机构包括初段钟罩储仓、中段钟罩储仓、末段钟罩储仓。

Description

废旧轮胎热解反应炉进料系统

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反应炉进料系统。

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, 废旧轮胎热解制备燃料油、碳黑的工艺条件均在缺氧或真空环境完成。中国发明专利（专利申请号为201822203253.5，专利名称为一种轮胎裂解设备用液压自动进料机）公开了一种轮胎裂解设备用液压自动进料机，其特征在于，机架（1）的底部设置有支撑轮（2），机架（1）的顶部左端固定有液压油缸支撑架（4），机架（1）的顶部右端固定有进料机外筒（3），进料机外筒（3）的顶部左端固定有观察台（9），进料机外筒（3）的顶部右端开设有进料口（5），进料口（5）处设置有进料斗（8），进料机外筒（3）的右侧端面上开设有出料口（6），且进料机外筒（3）的右侧端部外固定套设有法兰（7），进料机外筒（3）的内部设置有内筒（10），内筒（10）的底部与导轨（11）滑动连接，导轨（11）固定在进料机外筒（3）的内部底面上，内筒（10）的内部设置有液压油缸（12），液压油缸（12）的前端与油缸固定前座（13）固定连接，油缸固定前座（13）固定在内筒（10）的右端面上，液压油缸（12）的后端与油缸固定后座（14）固定连接，油缸固定后座（14）固定在液压油缸支撑架（4）上。中国发明专利（专利申请号为201310683103.8，专利名称为一种废旧轮胎裂解进料工艺及设备）公开了一种废旧轮胎裂解进料工艺及设备，其特征在于：废旧轮胎在密封状态下被整胎自动送入裂解仓；所述设备包括固定的圆桶状外壳(2)，外壳(2)内设置有内筒体(3)，所述的内筒体(3)中心设置有转轴(8)，内筒体筒壁与转轴(8)之间通过辐条(6)连接，内筒体筒壁上设置有至少一个开口(4)，每个开口(4)内侧的内筒体内连接有料仓(10)，所述外壳(2)左右两侧筒壁上各设置有一个与内筒体开口(4)对应的窗口I(5)和窗口II(9)；所述的外壳(2)为双层结构；转轴(8)为一端封闭的中空转轴，转轴(8)的中心设置有与转轴(8)等长的隔板(19)，所述的隔板(19)上方为进气管路(20)并连接有送气管(21)，隔板(19)下方为出气管路(22)且连接有收气管(23)，送气管(21)和收气管(23)均连接在料仓(10)上；所述的内筒体(3)内设置有密封导热填料；所述的收气管(23)连接在料仓(10)的进料口端，所述的送气管(21)连接在料仓(10)的封闭端；所述的料仓(10)倾斜向下的设置在内筒体内，且与内筒体固定连接。

现有技术一通过设置支撑轮、法兰、观察台和液压油缸，解决了传统的轮胎裂解设备进料慢、进料难的问题，采用液压油缸将废旧轮胎送入热解炉，实现了自动进料，但没有解决如何在进料的过程中隔绝空气的问题，从而避免废旧轮胎热解过程中发生氧化反应，导致裂解油的得率降低和裂解油沥青质成分的增加；现有技术二内筒体中心设置有转轴，实现了废旧轮胎整胎连续进料裂解，内筒体内设置有密封导热填料，目的是解决在进料的过程中隔绝空气的问题，这种类似转鼓的进料和密封的方式并不可靠，原因是转鼓的动密封的密封面在高温下会变形，密封填料不具备补偿功能，依然存在泄漏的可能，再有废旧轮胎破损后会严重变形，极不规则的废旧轮胎填充到转鼓将导致转鼓卡死。

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反应炉进料系统，其特征是：包括提斗小车机构、三段式钟罩进料机构，提斗小车机构包括自称量小车、提升轨道、滑轮牵引组件。

所述三段式钟罩进料机构包括初段钟罩储仓、中段钟罩储仓、末段钟罩储仓，初段钟罩储仓设计有初段料斗体、上钟罩、上钟罩座、吊杆、销轴组件，上钟罩座设计在初段料斗体底部，销轴组件通过吊杆与上钟罩联结，控制上钟罩上下移动，上钟罩与上钟罩座密封面配合贴紧形成中段钟罩储仓的上密封；中段钟罩储仓设计有中段料斗体、中钟罩、中钟罩座、吊链、转球组件、内外隔仓组件、尾气回收缓冲罐，中钟罩座设计在中段料斗体底部，转球组件通过吊链与中钟罩联结，控制中钟罩上下移动，中钟罩与中钟罩座密封面配合贴紧形成中段钟罩储仓的下密封及末段钟罩储仓的上密封，内外隔仓组件设计在中段料斗体上部，惰性尾气从尾气回收缓冲罐输出，经内外隔仓组件外环气道进入中段料斗体吹扫，将废旧轮胎胶块间隙中的空气挤出排放；末段钟罩储仓设计有末段料斗体、下钟罩、下钟罩座、吊线、拉杆组件、多级蒸汽喷射器组件，下钟罩座设计在末段料斗体底部，拉杆组件通过吊线与下钟罩联结，控制下钟罩上下移动，下钟罩与下钟罩座密封面配合贴紧形成末段钟罩储仓的下密封，多级蒸汽喷射器组件包括一级喷射器、二级喷射器、三级喷射器、中间冷凝器、末级喷射器，一级喷射器、二级喷射器、三级喷射器、中间冷凝器、末级喷射器依次连接，通过连续多级增压将末段钟罩储仓真空度控制在1000～1300Pa。

所述惰性尾气是回收利用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。

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，废旧轮胎热解反应炉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，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，设计了废旧轮胎热解反应炉进料系统，包括提斗小车机构、三段式钟罩进料机构，提斗小车机构包括自称量小车、提升轨道、滑轮牵引组件，三段式钟罩进料机构包括初段钟罩储仓、中段钟罩储仓、末段钟罩储仓，初段钟罩储仓设计有初段料斗体、上钟罩、上钟罩座、吊杆、销轴组件，上钟罩座设计在初段料斗体底部，销轴组件通过吊杆与上钟罩联结，控制上钟罩上下移动，上钟罩与上钟罩座密封面配合贴紧形成中段钟罩储仓的上密封；中段钟罩储仓设计有中段料斗体、中钟罩、中钟罩座、吊链、转球组件、内外隔仓组件、尾气回收缓冲罐，中钟罩座设计在中段料斗体底部，转球组件通过吊链与中钟罩联结，控制中钟罩上下移动，中钟罩与中钟罩座密封面配合贴紧形成中段钟罩储仓的下密封及末段钟罩储仓的上密封，内外隔仓组件设计在中段料斗体上部，惰性尾气从尾气回收缓冲罐输出，经内外隔仓组件外环气道进入中段料斗体吹扫，将废旧轮胎胶块间隙中的空气挤出排放；末段钟罩储仓设计有末段料斗体、下钟罩、下钟罩座、吊线、拉杆组件、多级蒸汽喷射器组件，下钟罩座设计在末段料斗体底部，拉杆组件通过吊线与下钟罩联结，控制下钟罩上下移动，下钟罩与下钟罩座密封面配合贴紧形成末段钟罩储仓的下密封，多级蒸汽喷射器组件包括一级喷射器、二级喷射器、三级喷射器、中间冷凝器、末级喷射器，一级喷射器、二级喷射器、三级喷射器、中间冷凝器、末级喷射器依次连接，通过连续多级增压将末段钟罩储仓真空度控制在1000～1300Pa。

发明人发现，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，具体步骤如下：废旧轮胎破碎为3～4cm大小胶块，经自称量小车称量后由滑轮牵引组件驱动沿提升轨道送至三段式钟罩进料机构，经提斗小车机构输送的废旧轮胎胶块堆集在初段钟罩储仓内，堆集量应占初段料斗体的¾容积，此时中段钟罩储仓、末段钟罩储仓均处于密封状态，惰性尾气从尾气回收缓冲罐输出，经内外隔仓组件外环气道进入中段料斗体吹扫，将中段钟罩储仓中的空气挤出排放，多级蒸汽喷射器组件包括一级喷射器、二级喷射器、三级喷射器、中间冷凝器、末级喷射器，通过连续多级增压将末段钟罩储仓真空度控制在1000～1300Pa；销轴组件通过吊杆与上钟罩联结，控制上钟罩向下移动，上钟罩与上钟罩座分离，胶块受重力驱动掉落到中段料斗体内，胶块堆集量达到中段料斗体的¾容积时销轴组件即刻动作，上钟罩向上移动与上钟罩座配合贴紧形成密封面，惰性尾气从尾气回收缓冲罐输出，经内外隔仓组件外环气道进入中段料斗体吹扫30～40s，将胶块间隙中的空气挤出排放，惰性尾气吹扫停止后中段料斗体再次处于密封状态；转球组件通过吊链与中钟罩联结，控制中钟罩向下移动，胶块受重力驱动掉落到末段料斗体内；胶块堆集量达到末段料斗体的¾容积时转球组件即刻动作，中钟罩向上移动与中钟罩座配合贴紧形成密封面，多级蒸汽喷射器组件启动，蒸汽流体工作，蒸汽在喷管内绝热膨胀，喷管出口处流速增高同时压力降低，将末段料斗体胶块空隙中的惰性尾气引流抽离，真空度控制在1000～1300Pa后，多级蒸汽喷射器组件停止工作，拉杆组件通过吊线与下钟罩联结，控制下钟罩向下移动，胶块受重力驱动掉落到立式热解塔体内，依序循环往复实现连续生产。

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，废旧轮胎热解反应炉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。

附图说明

图1为本发明废旧轮胎热解反应炉进料系统的主视结构示意图。

图2为本发明废旧轮胎热解反应炉进料系统的A大样结构示意图。

图3为本发明废旧轮胎热解反应炉进料系统的B大样结构示意图。

图4为本发明废旧轮胎热解反应炉进料系统的C大样结构示意图。

图5为本发明废旧轮胎热解反应炉进料系统的D大样结构示意图。

图6为本发明废旧轮胎热解反应炉进料系统的E大样结构示意图。

Ⅰ－提斗小车机构 Ⅱ－三段式钟罩进料机构

1－自称量小车 2－提升轨道 3－滑轮牵引组件 4－初段钟罩储仓

5－中段钟罩储仓 6－末段钟罩储仓 7－初段料斗体 8－上钟罩

9－上钟罩座 10－吊杆 11－销轴组件 12－中段料斗体

13－中钟罩 14－中钟罩座 15－吊链 16－转球组件

17－内外隔仓组件 18－尾气回收缓冲罐 19－末段料斗体

20－下钟罩 21－下钟罩座 22－吊线 23－拉杆组件

24－多级蒸汽喷射器组件 25－一级喷射器 26－二级喷射器

27－三级喷射器 28－中间冷凝器 29－末级喷射器

30－立式热解塔体。

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所示，废旧轮胎热解反应炉进料系统，其特征是：包括提斗小车机构Ⅰ、三段式钟罩进料机构Ⅱ，提斗小车机构Ⅰ包括自称量小车1、提升轨道2、滑轮牵引组件3。

所述三段式钟罩进料机构Ⅱ包括初段钟罩储仓4、中段钟罩储仓5、末段钟罩储仓6，初段钟罩储仓4设计有初段料斗体7、上钟罩8、上钟罩座9、吊杆10、销轴组件11，上钟罩座9设计在初段料斗体7底部，销轴组件11通过吊杆10与上钟罩8联结，控制上钟罩8上下移动，上钟罩8与上钟罩座9密封面配合贴紧形成中段钟罩储仓5的上密封；中段钟罩储仓5设计有中段料斗体12、中钟罩13、中钟罩座14、吊链15、转球组件16、内外隔仓组件17、尾气回收缓冲罐18，中钟罩座14设计在中段料斗体12底部，转球组件16通过吊链15与中钟罩13联结，控制中钟罩13上下移动，中钟罩13与中钟罩座14密封面配合贴紧形成中段钟罩储仓5的下密封及末段钟罩储仓6的上密封，内外隔仓组件17设计在中段料斗体12上部，惰性尾气从尾气回收缓冲罐18输出，经内外隔仓组件17外环气道进入中段料斗体12吹扫，将废旧轮胎胶块间隙中的空气挤出排放；末段钟罩储仓19设计有末段料斗体19、下钟罩20、下钟罩座21、吊线22、拉杆组件23、多级蒸汽喷射器组件24，下钟罩座21设计在末段料斗体19底部，拉杆组件23通过吊线22与下钟罩20联结，控制下钟罩20上下移动，下钟罩20与下钟罩座21密封面配合贴紧形成末段钟罩储仓6的下密封，多级蒸汽喷射器组件24包括一级喷射器25、二级喷射器26、三级喷射器27、中间冷凝器28、末级喷射器29，一级喷射器25、二级喷射器26、三级喷射器27、中间冷凝器28、末级喷射器29依次连接，通过连续多级增压将末段钟罩储仓6真空度控制在1000～1300Pa。

所述惰性尾气是回收利用热解气燃烧窑炉输出高温烟气经立式热解塔体30、回转耙辊换热后的排放废气，氧含量已经降为3%以下。

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 (3)

1.废旧轮胎热解反应炉进料系统，其特征是：包括提斗小车机构、三段式钟罩进料机构；提斗小车机构包括自称量小车、提升轨道、滑轮牵引组件；所述三段式钟罩进料机构包括初段钟罩储仓、中段钟罩储仓、末段钟罩储仓，初段钟罩储仓设计有初段料斗体、上钟罩、上钟罩座、吊杆、销轴组件，上钟罩座设计在初段料斗体底部，销轴组件通过吊杆与上钟罩联结，控制上钟罩上下移动，上钟罩与上钟罩座密封面配合贴紧形成中段钟罩储仓的上密封；中段钟罩储仓设计有中段料斗体、中钟罩、中钟罩座、吊链、转球组件、内外隔仓组件、尾气回收缓冲罐，中钟罩座设计在中段料斗体底部，转球组件通过吊链与中钟罩联结，控制中钟罩上下移动，中钟罩与中钟罩座密封面配合贴紧形成中段钟罩储仓的下密封及末段钟罩储仓的上密封，内外隔仓组件设计在中段料斗体上部，惰性尾气从尾气回收缓冲罐输出，经内外隔仓组件外环气道进入中段料斗体吹扫，将废旧轮胎胶块间隙中的空气挤出排放；末段钟罩储仓设计有末段料斗体、下钟罩、下钟罩座、吊线、拉杆组件、多级蒸汽喷射器组件，下钟罩座设计在末段料斗体底部，拉杆组件通过吊线与下钟罩联结，控制下钟罩上下移动，下钟罩与下钟罩座密封面配合贴紧形成末段钟罩储仓的下密封。

2.根据权利要求1所述的废旧轮胎热解反应炉进料系统，其特征是：多级蒸汽喷射器组件包括一级喷射器、二级喷射器、三级喷射器、中间冷凝器、末级喷射器，一级喷射器、二级喷射器、三级喷射器、中间冷凝器、末级喷射器依次连接，通过连续多级增压将末段钟罩储仓真空度控制在1000～1300Pa。

3.根据权利要求1所述的废旧轮胎热解反应炉进料系统，其特征是：所述惰性尾气是回收利用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。

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