CN116716121A - 从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的方法，所述方法包括下列步骤：(1)将废旧轮胎破碎成轮胎颗粒；(2)将所述轮胎颗粒与支撑填料混合以得到轮胎颗粒混合物；(3)将所述轮胎颗粒混合物在裂解装置中进行裂解处理，其中裂解温度在300℃至340℃的范围内，并且裂解时间在15小时‑20小时的范围内；(4)将所述裂解处理产生的裂解油气冷凝并收集，以得到所述燃料油；(5)从所述裂解装置收集所述炭黑。所述方法的整个工艺处于负压状态。根据本发明的工艺可以以非常高的生产率生产燃料油并且联产炭黑。此外，该生产工艺可以采用现有炼焦炉以大规模生产的形式实施，全程处于负压操作，避免了对环境的影响。
Description
技术领域
本发明涉及废旧轮胎回收处理工艺领域，具体地，涉及一种从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的方法。
背景技术
随着交通运输业的快速发展，汽车工业急剧增长，废旧轮胎产量逐年增加，对环境造成的危害也越来越大。废旧轮胎在自然状态下难降解，若长期露天堆放则会滋生蚊蝇，传播疾病，占用土地，并且可能引发火灾。由于缺乏有效管理，不少废旧轮胎流向土法炼油者手中，既浪费资源又污染环境。因此废旧轮胎的资源化利用不仅可以弥补不可再生的石油资源的匮乏，满足日益严格的环保要求，同时也能够提高废旧轮胎的附加值和扩大产品的用途。
目前废旧轮胎再利用的途径主要有以下三种：1.废旧轮胎翻新，这种方式对轮胎的完好性要求较高；2.从废旧轮胎制造再生橡胶和胶粉，再生橡胶可替代部分生胶应用于橡胶制品，但因生产过程中高温高压动态脱硫产生了二次废气污染，且生产过程中存在燃烧和爆炸的危险；3.废旧轮胎的“热裂解”再利用。“热裂解”技术是目前废旧轮胎循环利用的重要发展方向。
然而，在当前通常采用的利用废弃轮胎制备燃料油和炭黑的热裂解生产工艺中，胶粉的裂解反应普遍不彻底，生产率不高，并且反应过程中如果生产装置的密闭效果不好则有泄漏从而造成产品产量下降以及环境污染的风险。此外，当前采用的生产装置普遍安全措施不完善，易造成事故发生和二次污染。
因此，开发一种能够利用现有设备以大规模生产的方式从废旧轮胎以高生产率生产燃料油和炭黑的环保工艺具有重要的意义。
发明内容
从以上阐述的技术问题出发，本发明的目的之一是提供一种能够以大规模生产的方式从废旧轮胎以高生产率生产燃料油和炭黑的环保工艺。
具体地，本发明提供了一种从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的方法，所述方法包括下列步骤：
(1)将废旧轮胎破碎成轮胎颗粒；
(2)将所述轮胎颗粒与支撑填料混合以得到轮胎颗粒混合物；
(3)将所述轮胎颗粒混合物在裂解装置中进行裂解处理，其中裂解温度在300℃至340℃的范围内，并且裂解时间在15小时-20小时的范围内；
(4)将所述裂解处理产生的裂解油气冷凝并收集，以得到所述燃料油；
(5)从所述裂解装置收集所述炭黑。
根据本发明的某些优选实施方案，所述裂解装置处于负压状态。
根据本发明的某些优选实施方案，所述裂解装置处于-50Pa至-100Pa的负压压力范围内。
根据本发明的某些优选实施方案，在所述步骤(1)中，将废旧轮胎粉碎成粒径小于或等于10mm的轮胎颗粒。
根据本发明的某些优选实施方案，在所述步骤(2)中采用的支撑填料为氧化铝瓷球。
根据本发明的某些优选实施方案，在所述步骤(2)中，所述轮胎颗粒与支撑填料的混合重量比率在0.4-1的范围内。
根据本发明的某些优选实施方案，在所述步骤(3)中采用的所述裂解装置为炼焦炉，所述炼焦炉包括炭化室和燃烧室，其中所述炭化室中的温度在300℃至340℃的范围内，并且所述燃烧室中的温度在600℃至800℃的范围内。
根据本发明的某些优选实施方案，所述步骤(4)包括：将所述裂解处理产生的裂解油气冷凝以得到冷凝液，并且将所述冷凝液依次静止分层和脱水，以得到所述燃料油。
根据本发明的某些优选实施方案，所述方法还包括将所述燃料油进一步分馏，以分别得到重质燃料油和轻质燃料油。
根据本发明的某些优选实施方案，所述步骤(5)包括：
从所述裂解装置收集底部残渣；和
从所述底部残渣分离所述支撑填料，以得到所述炭黑。
根据本发明的某些优选实施方案，将所述步骤(4)中产生的非冷凝气引入到所述燃烧室中。
与现有技术中的废旧轮胎裂解处理工艺相比，根据本发明的从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的工艺的优点在于：
1.通过采用中温微负压裂解技术，尤其是特定地控制裂解装置中的工艺条件(包括裂解温度和裂解时间)，能够以非常高的生产率生产燃料油且联产炭黑；
2.可以采用现有的炼焦炉工艺处理废旧轮胎，从而实现对废旧轮胎的大规模连续处理，从而降低生产成本且提高生产效率；和
3.根据本发明的废旧轮胎处理工艺全程处于负压操作，避免了裂解过程中产生的裂解气泄露到环境大气中。
附图说明
图1显示了根据本发明的一个优选实施方案的从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的工艺的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。将会懂得，考虑了其他实施方式，且不脱离本发明的范围或精神，可以实施这些其他实施方式。因此，以下的详细描述是非限制性的。
除非另外指明，否则本说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物化特性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语“约”来修饰的。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。
本发明提供了一种从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的方法，所述方法包括下列步骤：
(1)将废旧轮胎破碎成轮胎颗粒；
(2)将所述轮胎颗粒与支撑填料混合以得到轮胎颗粒混合物；
(3)将所述轮胎颗粒混合物在裂解装置中进行裂解处理，其中裂解温度在300℃至340℃的范围内，并且裂解时间在15小时-20小时的范围内；
(4)将所述裂解处理产生的裂解油气冷凝并收集，以得到所述燃料油；
(5)从所述裂解装置收集所述炭黑。
优选地，所述裂解装置中的裂解温度在300℃至340℃、优选320℃至330℃的范围内，并且裂解时间在15小时至20小时、优选15小时至17小时的范围内。本发明的发明人发现，通过将裂解装置中的裂解温度和裂解时间特定地控制在以上范围内，能够最大程度上实现彻底的裂解反应，降低裂解反应中副产物的生产，从而大幅提高燃料油和炭黑的生产率。具体地，以作为原料的废旧轮胎的重量为100％计，所得到的燃料油的量可以高达30％以上，并且所得到的炭黑的量可以高达43％以上。这样的高生产率结果对于废旧轮胎热裂解回收领域的普通技术而言是出乎意料的。当裂解温度低于300℃和/或裂解时间小于15小时时，裂解装置中的裂解反应不充分，副产物产生过多，降低了燃料油和炭黑的收率；当裂解温度高于340℃和/或裂解时间大于17小时时，裂解反应中产生过量的不可冷凝的气体，导致降低了燃料油和炭黑的收率。
优选地，裂解装置处于负压状态。所述裂解装置处于-50Pa至-100Pa、优选-80Pa至-90Pa的负压压力范围内。通过将裂解装置控制在-50Pa至-100Pa的微负压条件下，一方面可以提高裂解装置中的轮胎颗粒混合物的裂解效率，大幅提高燃料油和炭黑的生产率，另一方面，可以避免裂解过程中产生的裂解气体从裂解装置中泄露出来，污染环境。优选地，为了进一步提高从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的工艺的生产率，整个生产工艺都处于-50Pa至-100Pa、优选-80Pa至-90Pa的负压压力范围内。
优选地，所述步骤(1)中，将废旧轮胎粉碎成粒径小于或等于10mm、优选小于或等于3mm的轮胎颗粒。小于或等于10mm轮胎颗粒尺寸有利于充分热裂解，此外，较小的轮胎颗粒尺寸便于在步骤(5)中从裂解装置收集炭黑。
优选地，为了均匀地分散所述轮胎颗粒并对其提供支撑，在步骤(2)中将所述轮胎颗粒与支撑填料混合。优选地，所采用的支撑填料为氧化铝瓷球，所述支撑填料的粒径在3mm至10mm的范围内。优选地，所述轮胎颗粒与支撑填料的混合重量比率在0.4-1的范围内。
根据本发明的优选实施方案，为了实现以上工艺的大规模生产并且降低生产成本，可以采用现有的炼焦炉作为所述裂解装置。对炼焦炉的具体构造没有特别限制。炼焦炉通常由耐火砖堆砌而成，至少包括炭化室和燃烧室。一座炼焦炉可以包括多个炭化室和多个燃烧室，它们相间配置，用耐火材料(硅砖)隔开。燃烧室对炭化室提供热量，而在炭化室中进行轮胎颗粒的裂解反应。
优选地，为了提高燃料油和炭黑的生产率，所述炭化室中的温度在300℃至340℃、优选320℃至330℃的范围内，并且所述燃烧室中的温度在600℃至800℃、优选700℃至800℃的范围内，最优选为800℃。本发明的发明人发现，通过将炼焦炉中的燃料室、炭化室的温度以及裂解时间特定地控制在本发明的范围内，能够最大程度上实现彻底的裂解反应，降低裂解反应中副产物的生产，从而大幅提高燃料油和炭黑的生产率。具体地，以作为原料的废旧轮胎的重量为100％计，所得到的燃料油的量可以高达30％以上，并且所得到的炭黑的量可以高达43％以上。这样的高生产率结果对于废旧轮胎热裂解回收领域的普通技术而言是出乎意料的。当炭化室中的温度低于300℃、燃烧室中的温度低于600℃和/或裂解时间小于15小时时，炼焦炉中的裂解反应不充分，副产物产生过多，降低了燃料油和炭黑的收率；当炭化室中的温度高于340℃、燃烧室中的温度高于800℃和/或裂解时间大于17小时时，裂解反应中产生过量的不可冷凝的气体，导致降低了燃料油和炭黑的收率。
优选地，以上所述的步骤(4)包括：将所述裂解处理产生的裂解油气冷凝以得到冷凝液，并且将所述冷凝液依次静止分层和脱水，以得到所述燃料油。
优选地，所述方法还包括将所述燃料油进一步分馏，以分别得到重质燃料油和轻质燃料油。
优选地，所述步骤(5)包括：
从所述裂解装置收集底部残渣；和
从所述底部残渣分离所述支撑填料，以得到所述炭黑。
可以将回收的支撑填料引入到步骤(2)中与新的轮胎颗粒混合。
优选地，将所述步骤(4)中产生的非冷凝气引入到所述燃烧室中作为燃料。
根据本发明的从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的方法可以通过采用现有的炼焦炉设施来实施。
图1显示了根据本发明的一个优选实施方案的从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的工艺的示意图。
具体地，根据本发明的工艺包括下列工序：
(1)废旧轮胎破碎工序
将废旧轮胎(含有或不含钢丝)切块，进场清洗，通过碾碎机1进行破碎，以将胶块粉碎成粒径小于或等于10mm的轮胎颗粒。将轮胎颗粒由输送皮带2传送通过除铁器3以除去钢丝。然后，向轮胎颗粒中加入支撑填料4(直径为10mm的氧化铝瓷球，其中轮胎颗粒与支撑填料的混合重量比率为1:1)，以得到轮胎颗粒混合物。将轮胎颗粒混合物经输送皮带2传送到粉碎机5进行粉碎，并且进一步经输送皮带2传送到轮胎颗粒塔6。
(2)投料工序
原始开车时，将轮胎颗粒混合物用装料车(未示出)运送到炼焦炉7的装料炉孔位置，打开装料孔，将轮胎颗粒混合物由装料车仓卸入炼焦炉7中，装料末期由平料杆找平原料的上部。
(3)裂解工序
炼焦炉7包括交替设置的高度为4.3米的炭化室和燃烧室，其中燃烧室中的温度在600℃至700℃的范围内，从而确保炭化室的中心温度区间在320℃。裂解时间持续17小时。裂解结束以后，将燃烧室降温到600℃。在炼焦炉的生产过程中，通过罗茨风机对炼焦炉内进行缓慢抽气，使炼焦炉内形成微负压(-100Pa)，防止裂解气从炉内泄漏出去。
(4)燃料油收集工序
将炼焦炉7的炭化室中产生的裂解油气通过风机抽吸到初冷器8，其中将吸入的气体冷却至32℃以下。初冷器8的底部产生冷凝液体且上部存在不凝气体。
随后，通过泵12将冷凝液体引入到蒸馏塔13进行分馏，其中：蒸馏塔13的上部馏分经冷凝器15冷凝后作为轻质燃料油15进行收集，而蒸馏塔13的下部馏分作为重质燃料油14进行收集。任选地，在初冷器8和蒸馏塔13之间还可以设置用于储存油料的重油中间槽11(其容积为400m3)。任选地，将冷凝液体依次静止分层和脱水。
此外，将初冷器8上部的不凝气体经风机10输送到脱硫塔9脱硫，并且将脱硫后不凝气体的进一步输送到炼焦炉7的燃料室中作为燃料。
(5)炭黑收集工序
在炭化室检测无气体挥发后，采用推焦车推焦方式将炭化室中的残渣(即，炭黑)推出到炭黑料仓17中，由氮气循环降温。之后，将炭黑在炭黑粉碎机18中粉碎，并且进一步收集在炭黑包装机19中。任选地，在以上工艺中，可以将炭黑在炭黑筛选机中筛分，以分离出所述支撑填料。所述支撑填料可以再次用于根据本发明的废旧轮胎回收工艺。
尽管本发明中已经示出和描述了具体的实施方式，但本领域技术人员将懂得，可以用各种替代的和/或等同的实施方式代替所示和所描述的具体实施方式，而不脱离本发明的范围。本申请意欲包括对本发明中讨论的具体实施方式的任何改进或更改。因此，本发明仅受限于权利要求及其等同物。
本领域技术人员应当理解，在不背离本发明范围的情况下，可以进行多种修改和改变。这样的修改和改变意欲落入如后附权利要求所限定的本发明的范围之内。
Claims (10)
1.一种从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的方法，所述方法包括下列步骤：
(1)将废旧轮胎破碎成轮胎颗粒；
(2)将所述轮胎颗粒与支撑填料混合以得到轮胎颗粒混合物；
(3)将所述轮胎颗粒混合物在裂解装置中进行裂解处理，其中裂解温度在300℃至340℃的范围内，并且裂解时间在15小时-20小时的范围内；
(4)将所述裂解处理产生的裂解油气冷凝并收集，以得到所述燃料油；
(5)从所述裂解装置收集所述炭黑。
2.根据权利要求1所述的从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的方法，其中所述裂解装置处于负压状态。
3.根据权利要求1所述的从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的方法，其中所述裂解装置处于-50Pa至-100Pa的负压压力范围内。
4.根据权利要求1所述的从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的方法，其中在所述步骤(1)中，将废旧轮胎粉碎成粒径小于或等于10mm的轮胎颗粒。
5.根据权利要求1所述的从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的方法，其中在所述步骤(2)中采用的支撑填料为氧化铝瓷球。
6.根据权利要求1所述的从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的方法，其中在所述步骤(2)中，所述轮胎颗粒与支撑填料的混合重量比率在0.4-1的范围内。
7.根据权利要求1所述的从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的方法，其中在所述步骤(3)中采用的所述裂解装置为炼焦炉，所述炼焦炉包括炭化室和燃烧室，其中所述炭化室中的温度在300℃至340℃的范围内，并且所述燃烧室中的温度在600℃至800℃的范围内。
8.根据权利要求1所述的从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的方法，其中所述步骤(4)包括：将所述裂解处理产生的裂解油气冷凝以得到冷凝液，并且将所述冷凝液依次静止分层和脱水，以得到所述燃料油。
9.根据权利要求8所述的从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的方法，所述方法还包括将所述燃料油进一步分馏，以分别得到重质燃料油和轻质燃料油。
10.根据权利要求1所述的从废旧轮胎生产燃料油和炭黑的方法，其中所述步骤(5)包括：
从所述裂解装置收集底部残渣；和
从所述底部残渣分离所述支撑填料，以得到所述炭黑。
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Legal Events
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