CN114958404B - 一种废轮胎立式高效梯级可控热解气化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种废轮胎立式高效梯级可控热解气化装置，胶块受热够均匀，导致热解够充分，同时大大减少对场地布置的需要。立式胶粒料仓与立式裂解筒连接；圆形分隔板位于立式裂解筒内，圆形分隔板设置有多层，将立式裂解筒内由上到下分隔成多个裂解腔；圆形分隔板上开设有多条圆环形落料孔，这些圆环形落料孔由内而外依次套设；圆形分隔板中，圆环形落料孔的环宽从上到下依次缩小；圆形分隔板设置于搅拌片组的下方；破堵耙固定在立式裂解筒上，其耙齿插入圆环形落料孔中；搅拌气主管路的进口与油气抽离管路连接，出口与搅拌气支管路的进口连接，搅拌气支管路的出口上安装有喷嘴，且每层圆形分隔板的下方均设置有喷嘴；风机安装在搅拌气主管路上。
Description
技术领域
本发明涉及一种废轮胎立式高效梯级可控热解气化装置。
背景技术
废轮胎是国家十大可再生回收资源之一，回收再利用途径包括旧轮胎翻新、生产再生橡胶、生产硫化胶粉以及热裂解。其中，热裂解是目前国际公认的废旧轮胎“终极”处理工艺。废旧轮胎热裂解的产物有热解油、热解气和热解炭黑。经测算，裂解工艺对原轮胎的适应性广、处理量大、环境污染小、经济效益高，是今后废旧轮胎处理处置的最佳途径之一。
现有的废旧轮胎热解技术有移动床热解工艺、流化床热解工艺和回转式连续热解工艺。移动床热解工艺属于慢速热解工艺，该热解技术可减少热解中间产物的二次反应，从而提高热解油的产率；但热解炉的供热方式为外热式，传热效率低，整个系统不能满负荷工作。流化床热解工艺属于快速热解工艺，特点是加热速率快、反应迅速、气相停留时间短；但该技术对原料要求极高，热解原料为粒径5cm以下、去钢丝的废轮胎颗粒，产物为燃料油和热解炭黑。回转窑热解工艺具有对废物料形态、形状和尺寸的适应性广的特点，属于慢速热解工艺，缺点是热解效率低，热解气在高温下发生二次反应，易结焦，设备庞大。
申请号为202011068190.2的中国专利公开了一种废旧轮胎制备热解油气工艺系统，其包括立式热解塔、进料系统、出料系统、热解油气冷凝器。该专利的技术方案，在立式热解塔中的工作原理是这样的：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，四分之三数量的耙钉随回转耙辊体旋转向胶块施加向下的推力，四分之一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。也就是说，胶块送入立式热解塔后，是全部堆积在立式热解塔中进行热解，实际运行过程中，胶块受热不够均匀，导致热解不够充分。同时，除了热解塔采用立式布置，其余结构仍然是传统的卧式布置，对场地的需求比较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的废轮胎立式高效梯级可控热解气化装置，胶块受热够均匀，导致热解够充分，同时大大减少对场地布置的需要。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种废轮胎立式高效梯级可控热解气化装置，包括胶粒给料装置、裂解装置和炭黑出料装置；所述的裂解装置包括驱动电机、立式裂解筒、转轴和油气抽离管路；所述的转轴竖直设置，且转动安装在立式裂解筒中；驱动电机设置在立式裂解筒上，并与转轴连接；油气抽离管路与立式裂解筒连接；炭黑出料装置与裂解装置连接；其特征在于：所述的胶粒给料装置包括立式胶粒料仓；所述的裂解装置还包括圆形分隔板、破堵耙、搅拌气主管路、搅拌气支管路、搅拌片组、喷嘴和风机；立式裂解筒位于立式胶粒料仓的下方，立式胶粒料仓与立式裂解筒连接；所述的搅拌片组设置有多层，由上到下依次固定在转轴上；所述的圆形分隔板位于立式裂解筒内，圆形分隔板设置有多层，由上到下依次套装固定在转轴上，将立式裂解筒内由上到下分隔成多个裂解腔；每个圆形分隔板上开设有多条圆环形落料孔，这些圆环形落料孔由内而外依次套设；所述的多层圆形分隔板中，圆环形落料孔的环宽从上到下依次缩小；圆形分隔板设置于搅拌片组的下方；破堵耙固定在立式裂解筒上，其耙齿插入圆环形落料孔中；搅拌气主管路的进口与油气抽离管路连接，出口与搅拌气支管路的进口连接，搅拌气支管路的出口上安装有喷嘴，且每层圆形分隔板的下方均设置有喷嘴；风机安装在搅拌气主管路上。
本发明所述的胶粒给料装置还包括料仓破拱装置、插板阀、落料管和星型给料器；料仓破拱装置安装在立式胶粒料仓上；插板阀安装在立式胶粒料仓的出口处；立式胶粒料仓通过落料管与立式裂解筒连接；星型给料器安装在落料管的下部。
本发明所述的立式裂解筒由外而内分为三层，这三层由外而内分别为外层筒体、中间层筒体和内层筒体，外层筒体、中间层筒体和内层筒体依次套设在一起；外层筒体与中间层筒体之间填充有隔热保温棉；中间层筒体与内层筒体之间为加热烟气的腔室流道。
本发明所述的立式裂解筒的上部为圆筒形，下部为倒锥形。
本发明还包括高温烟气送入管路和高温烟气排出管路；所述的转轴内部设置有烟气流道；高温烟气送入管路与腔室流道的进口和烟气流道的进口连接，高温烟气排出管路与腔室流道的出口和烟气流道的出口连接。
本发明所述的在圆形分隔板外边缘的上下两侧均设置有挡板；挡板为圆环形，固定在立式裂解筒的内壁上。
本发明所述的转轴的下部固定设有刮刀，刮刀的外边缘贴近立式裂解筒的内壁。
本发明所述的搅拌气支管路上设置有阀门。
本发明所述的内层筒体的内外两侧固定有翅片。
本发明所述的炭黑出料装置采用水冷螺旋输送机。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、立式胶粒料仓和立式裂解筒的立式布置大大减少装置对场地布置的需要，工艺装置可向高空发展，对节约土地资源，减少工程建设的初期投资，具有积极意义。
2、立式胶粒料仓和立式裂解筒的立式布置充分利用胶粒和炭黑的自重，由上到下依靠自重经过每一工段，减少卧式布置带来的胶粒输送能耗，相比卧式布置，电机功率更小，更节能。
3、立式裂解筒内采用分段裂解结构，胶粒在每一段内裂解至合格粒径后才能落入下一裂解腔，在一个装置中实现了梯级、可控裂解的需求，确保裂解更为充分。
4、采用破堵耙结构，借助转轴的转动无需消耗其它能量即可实现胶粒的防堵功能，确保每一工段顺畅下料。
5、通过搅拌气主管路、搅拌气支管路、搅拌片组等结构，不仅实现对胶粒的扰动、强化油气与胶粒分离，搅拌片组也起到传热翅片作用，实现胶粒高效、均匀加热的目的。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例裂解装置的结构示意图。
图3为本发明实施例裂解装置的局部结构示意图。
图4为本发明实施例圆形分隔板的俯视剖视结构示意图。
图5为本发明实施例刮刀和钢筋装配的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
本发明实施例包括胶粒给料装置、裂解装置和炭黑出料装置。
胶粒给料装置包括立式胶粒料仓24、料仓破拱装置25、插板阀26、落料管27和星型给料器28。
料仓破拱装置25安装在立式胶粒料仓24上，其采用空气炮型式，通过压缩空气动能冲击料层，实现破拱。
插板阀26安装在立式胶粒料仓24底部的出口处，用于启闭立式胶粒料仓24底部的出口。
落料管27的进口安装在立式胶粒料仓24底部的出口处，落料管高径比≥10∶1，在这样的高径比下，通过胶粒堆积可有效隔绝空气，实现裂解反应隔绝空气的需求。落料管同样采用夹套形式，夹套中通入加热烟气，内筒中填充胶粒，现实胶粒的预热功能。
星型给料器28安装在落料管27的出口处，星型给料器28的作用是实现“走料不走气”，进一步隔绝外界空气。
裂解装置包括驱动电机7、对夹法兰8、定位器9、立式裂解筒10、转轴11、圆形分隔板12、破堵耙14、油气抽离管路15、搅拌气主管路16、连接筋17、搅拌片组18、挡板19、喷嘴20、刮刀21、支腿23、风机34、阀门35、搅拌气支管路36、高温烟气送入管路37、高温烟气排出管路38。
立式裂解筒10位于立式胶粒料仓24的下方，落料管27的出口与立式裂解筒10连接，立式胶粒料仓24通过落料管27与立式裂解筒10连接。立式裂解筒10由外而内分为三层，这三层由外而内分别为外层筒体1、中间层筒体2和内层筒体3，外层筒体1、中间层筒体2和内层筒体3依次套设在一起，且为同心圆形式。外层筒体1采用碳钢，中间层筒体2与内层筒体3均采用耐高温、耐腐蚀的SUS30408不锈钢。外层筒体1与中间层筒体2之间填充有300厚的隔热保温棉4，控制热量损失，确保塔体内的温度均匀。中间层筒体2与内层筒体3之间为加热烟气的腔室流道5，高温烟气的热量在此腔室流道5内由内层筒体3传入筒体内。为提高传热效率，内层筒体3的钢板的内外两侧焊接有翅片6，强化烟气与裂解装置内轮胎胶粒的换热。外层筒体1的四周焊接环向加筋环，确保筒体刚度；外层筒体1的下部固定设置有支腿23，支撑筒体的全部重量。立式裂解筒10的上部为圆筒形，下部为倒锥形。
转轴11竖直设置，且转动安装在立式裂解筒10的正中部。转轴11采用空心设计，内部设置有烟气流道39，用于走高温烟气，提高裂解装置沿径向的温度均匀性。转轴11的上下两端均安装有对夹法兰8和定位器9，对夹法兰8用于转轴11与立式裂解筒10的密封，定位器9用于转轴11的垂直固定。
驱动电机7设置在立式裂解筒10的顶部，并与转轴11连接，用于驱动转轴11转动。
搅拌片组18固定在转轴11上，搅拌片组18设置有多层，由上到下依次固定在转轴11， 每一组中设置有4根搅拌片，每90度一根。搅拌片组18的作用搅拌胶粒，确保胶粒在立式裂解筒10内不断扰动，预防胶粒静态停滞超温结焦；同时，胶粒的不断扰动，结合高温绝氧环境，促进胶粒发生裂解反应；而且，搅拌片组18也起到传热翅片作用，将转轴11高温烟气的热量传递给胶粒。
圆形分隔板12位于立式裂解筒10内，焊接套装固定在转轴11上，圆形分隔板12与内层筒体3之间的径向间隙控制在3mm；圆形分隔板12用不锈钢板制成，厚度为6mm。圆形分隔板12上开设有多条不同直径的圆环形落料孔13，这些圆环形落料孔13由内而外依次套设，且同心设置，圆形分隔板12的圆心即为圆环形落料孔13的圆心。圆形分隔板12设置有多层，由上到下依次设置，将立式裂解筒10内由上到下分隔成多个裂解腔。圆形分隔板12设置于搅拌片组18的下方，圆形分隔板12数量与搅拌片组18数量一致，本实施例中，搅拌片组18和圆形分隔板12均为5层，一层搅拌片组18下方设置一层圆形分隔板12。多层圆形分隔板12中，圆环形落料孔13的环宽从上到下依次缩小，最上层圆环形落料孔13的环宽为4mm，最下层圆环形落料孔13的环宽为2mm，中间三层从上到下依次为3.5mm、3mm、2.5mm。固型胶粒在裂解反应中体积变小，当胶粒裂解到一定程度，体积足够小时，胶粒可通过每层的圆环形落料孔13漏入下一层裂解腔，在下一层裂解腔中进一步推进裂解反应的发生，直至最后一层裂解腔，胶粒完成最终的裂解反应，形成固型炭黑，通过环宽大小的控制，可实现胶粒的梯级可控裂解效果，确保各胶粒的裂解的均匀性。圆形分隔板12采用环割的方式形成不同直径的圆环形落料孔13，再采用径向设置的连接筋17将环割后部件连接在一起，每层圆形分隔板12的连接筋17设置4根，圆周方向每90°一根。
为防止每层圆环形落料孔13被胶粒颗粒堵塞，设有破堵耙14。破堵耙14的一端与内层筒体3焊牢，耙齿插入圆环形落料孔13中。若出现颗粒卡堵时，通过转轴11的转动，颗粒与耙齿间产生沿直径方向的切向力，可将堵塞的颗粒剥离，确保圆环形落料孔13的畅通。
在圆形分隔板12外边缘的上下两侧均设置有挡板19，挡板19为圆环形，焊接固定在内层筒体3的内壁上。挡板19有两方面作用：一方面能防止胶粒从圆形分隔板12与内层筒体3内壁之间间隙中落料，另一方面可强化内层筒体3的传热，实现高效热解。
为防止炭黑在立式裂解筒10倒锥形的下部堆积，及利于炭黑从筒体中出料，转轴11的下部沿着立式裂解筒10下部倒锥形的形状设有圆锥形的刮刀21，刮刀21通过三层钢筋22与转轴11的下部焊接固定，并随转轴11转动，刮刀21的外边缘贴近立式裂解筒10的内层筒体3的内壁。
高温烟气送入管路37与腔室流道5的进口和烟气流道39的进口连接，高温烟气排出管路38与腔室流道5的出口和烟气流道39的出口连接。高温烟气通过高温烟气送入管路进入腔室流道5和烟气流道39作为裂解用的热源，然后通过高温烟气排出管路38排出。
油气抽离管路15与立式裂解筒10连接。
搅拌气主管路16的进口与油气抽离管路15连接，出口与搅拌气支管路36的进口连接；
搅拌气支管路36的出口上安装有喷嘴20，且每层圆形分隔板12的下方均设置有喷嘴20。风机34安装在搅拌气主管路16上。根据圆形分隔板12的层数，搅拌气支管路36为多路，为调节喷射效果，平衡每一层压力，每路搅拌气支管路36上均设置有阀门35，控制流量和压力。
裂解的高温油气由立式裂解筒10上部通过油气抽离管路15抽离，一部分送入后续冷凝提油工艺段，一部分经风机34被搅拌气主管路16和搅拌气支管路36送回立式裂解筒10，经喷嘴20高速喷出后，作为扰动气流，打到圆形分隔板12，促使圆形分隔板12上的胶粒物料翻滚扰动。
炭黑出料装置采用水冷螺旋输送机，包括夹套外壳30、中空轴31、螺旋片32和关风器33。中空轴31转动安装在夹套外壳30中，螺旋片32固定设置在中空轴31的外侧，关风器33安装在炭黑出料装置的出料口处。立式裂解筒10的下部开设有落料口29，炭黑出料装置的入料口与炭黑落料口29连接。炭黑经刮刀21刮入落料口29，送入炭黑出料装置；夹套外壳30和中空轴31中通入循环冷却水，螺旋片32一方面起着输送炭黑前进的作用，另一方面作为中空轴31的翅片，强化高温炭黑与冷却水的传热。经过冷却后的炭黑（约冷却到50℃）从炭黑出料装置下部的出料口经关风器33送走。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。
Claims (1)
1.一种废轮胎立式高效梯级可控热解气化装置，包括胶粒给料装置、裂解装置和炭黑出料装置；所述的裂解装置包括驱动电机、立式裂解筒、转轴和油气抽离管路；所述的转轴竖直设置，且转动安装在立式裂解筒中；驱动电机设置在立式裂解筒上，并与转轴连接；油气抽离管路与立式裂解筒连接；炭黑出料装置与裂解装置连接；其特征在于：所述的胶粒给料装置包括立式胶粒料仓；所述的裂解装置还包括圆形分隔板、破堵耙、搅拌气主管路、搅拌气支管路、搅拌片组、喷嘴和风机；立式裂解筒位于立式胶粒料仓的下方，立式胶粒料仓与立式裂解筒连接；所述的搅拌片组设置有多层，由上到下依次固定在转轴上；所述的圆形分隔板位于立式裂解筒内，圆形分隔板设置有多层，由上到下依次套装固定在转轴上，将立式裂解筒内由上到下分隔成多个裂解腔；每个圆形分隔板上开设有多条圆环形落料孔，这些圆环形落料孔由内而外依次套设；多层圆形分隔板中，圆环形落料孔的环宽从上到下依次缩小；圆形分隔板设置于搅拌片组的下方；破堵耙固定在立式裂解筒上，其耙齿插入圆环形落料孔中；搅拌气主管路的进口与油气抽离管路连接，出口与搅拌气支管路的进口连接，搅拌气支管路的出口上安装有喷嘴，且每层圆形分隔板的下方均设置有喷嘴；风机安装在搅拌气主管路上；裂解的高温油气由立式裂解筒通过油气抽离管路抽离，一部分送入后续冷凝提油工艺段，一部分经风机被搅拌气主管路和搅拌气支管路送回立式裂解筒，经喷嘴喷出后，作为扰动气流，打到圆形分隔板，促使圆形分隔板上的胶粒物料翻滚扰动；所述的胶粒给料装置还包括料仓破拱装置、插板阀、落料管和星型给料器；料仓破拱装置安装在立式胶粒料仓上；插板阀安装在立式胶粒料仓的出口处；立式胶粒料仓通过落料管与立式裂解筒连接；星型给料器安装在落料管的下部；所述的立式裂解筒由外而内分为三层，这三层由外而内分别为外层筒体、中间层筒体和内层筒体，外层筒体、中间层筒体和内层筒体依次套设在一起；外层筒体与中间层筒体之间填充有隔热保温棉；中间层筒体与内层筒体之间为加热烟气的腔室流道；所述的立式裂解筒的上部为圆筒形，下部为倒锥形；还包括高温烟气送入管路和高温烟气排出管路；所述的转轴内部设置有烟气流道；高温烟气送入管路与腔室流道的进口和烟气流道的进口连接，高温烟气排出管路与腔室流道的出口和烟气流道的出口连接；在圆形分隔板外边缘的上下两侧均设置有挡板；挡板为圆环形，固定在立式裂解筒的内壁上；所述的转轴的下部固定设有刮刀，刮刀的外边缘贴近立式裂解筒的内壁；所述的搅拌气支管路上设置有阀门；所述的内层筒体的内外两侧固定有翅片；所述的炭黑出料装置采用水冷螺旋输送机。
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