CN1212949A - 间歇连续式回收废轮胎以提炼活性碳的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能将废轮胎等废弃物借助一连串的加热干馏裂解,以生成气化物及固形碳化物,其中固体碳化物经排出裂解反应炉底部外后,经水洗、磁选、碱洗、酸洗之一连串处理过程,随之,导入活化炉中,在通入水蒸汽之氛围下加热活化,而制成粉粒状活性炭;另一方面,生成气化物则经冷凝、油气分离之后,分别形成燃料油及燃料气之副产品。上述处理过程是在间歇连续式流程下完成,活性炭回收率高,处理时间短。

Description

间歇连续式回收废轮胎以提炼活性碳的方法和装置

本发明是有关一种新颖之间歇连续式废轮胎等回收提炼活性碳的方法及装置，尤指一种能在不产生二次公害下有效地将废轮胎等废橡胶经间歇连续式处理过程炼制成高附加价值之活性碳，而副生之油气则回收供裂解、活化之外加热源之用，而达到资源回收的处理方法及使用于此方法的装置。

由于公路的发展，汽车、机动车的普及，其耗损的废轮胎数量，年年大增，已成为环保上极待解决的问题。就以台湾一地区而言，累积的废轮胎已超过1千2百万条，约计12万吨以上，且年年在增加，造成日益严重污染。

为解决此废轮胎之问题，一般所采用之处理方法有：掩埋法、焚化法及热解法三种。掩埋法是将废轮胎当做一般垃圾予以弃置掩埋，不予回收再生，浪费资源，不在此讨论之例。至于焚化法是将废轮胎加以粉碎减量(体积)当做燃料焚烧，主要用来烧特制的锅炉，而回收其热能来暖房、温水等。但这种方式因为直接燃烧，其排烟、臭气、燃灰、网丝分离等二次公害的处理及设备费用成为另外一问题。至于裂解(干馏)法是将废轮胎加以粉碎后投入密闭式裂解炉内，再施以高温热裂解干馏，并将分解生成的气体加以冷却、分离、吸收，而取得燃料油、燃料气、碳化物与网丝残渣。燃料油、气可供一般使用及一部份回收供热解炉之用，而灰分残渣则另行掩埋，或经过磁选以将线丝分离，剩下的碳化物经粉碎、造粒以制成低级碳黑供制造轮胎之填料用。这种回收处理方法，固然可有相当效果回收资源以供再利用，也可消减排烟等二次公害之问题，只是其设备及处理系统不十分理想，只能逐批，即批次处理，无法达到连续的作业，且批次与批次间的降温、清炉、重新启动，手续繁杂，能源浪费，处理能力低，又无法回收更高附加价值的产品，确实有待改善。

日本公开特许公报昭58-25384号曾公开“焚烧废轮胎等以回收再生物之方法及其装置”，但它是将废轮胎直接投入焚化炉燃烧，而将生成的气体自排烟口导出并经由管道回收炭化物，一方面熔融之熔液从炉底回收做为燃料。这种直接且开放式焚化法，将造成难闻之臭气与黑烟等二次公害。

台湾专利公告第162283号(申请第79105362号)之“橡胶质废料裂解制成燃料油及瓦斯之方法”公开将橡胶质废料与催化剂一起置入密闭式裂解反应炉中加热裂解，以生成油气加以回收利用，但其并未公开设备或装置的构造、配置或系统。

台湾专利公告第221705号(申请第82102064号)的“废轮胎橡胶裂解方法”则公开与上述公告第162283号大致相同的裂解法，但所使用之催化剂是以云母为主体。

台湾专利公告第187668号(申请第81100442号)之“废轮胎回收系统”公开一包含：轮胎承载装置，用来将装载有轮胎之轮胎承载装置收容其中加以密封之密封容器，用来将此密封容器收容于其中以便对其加热而使容器中之废轮胎受热而裂解的加热处理装置，以及连接在此的加热处理装置以用来对裂解生成物加以处理的污物处理装置系统。

中国专利公开说明书CN IQ42374A(申请第88107632.5)“废旧塑料提取可燃物的方法”公开了将废塑胶在聚合及裂解过程中加入Al₂Cl₃催化剂以进行聚合及裂解。

还有日本公开特许公报昭50-18577号及美国专利第5,326,791号分别公开了热可塑性高分子化合物之裂解油化处理及非水解性塑料之加热水解分离方法。前者还公开了借助超声波将回收油分之高分子裂变以获得较轻质之油分。

以上所举各例，从未涉及由废轮胎等橡胶来回收活性碳的方法或系统，也未公开由废轮胎回收活性碳之可行具体装置，更未提及会影响处理产量批次式裂解方式的改进方案或改进装置。

发明人有感于此，认为要解决废轮胎的问题，应是以高生产率、低成本及简易的操作过程来实施，同时能将废轮胎几乎全部再资源化；更重要的是，能以连续作业来提高处理能力，并可回收较有价值之产品活性碳，才是改进的方向，经大力研制，才完成本发明。

本发明的主要目的在于提供一种废轮胎等的回收处理方法，能将废轮胎等投入处理系统的特制密闭式裂解炉中，经间歇连续式的处理以提炼活性炭，并可生成可燃性油气以供系统加热之用，大幅提高处理产量，同时降低处理成本。

本发明再一目的，在提供一种废轮胎等之回收处理装置，它不必停炉、不必吊出清除或更换裂解炉内槽之情况下，间歇连续地将废轮胎处理，从而获得最终产品为高附加价值的活性碳。

本发明再一目的，在提供一种废轮胎等回收处理系统，能将废轮胎几乎完全回收再资源化，而解决环保问题。

至于本发明的其他目的，特点及功效可由下文参考图面之说明而获得更进一步了解。

图1是本发明废轮胎等回收处理系统的流程图；

图2是本发明之裂解炉之纵剖面图。

依照图1及图2就本发明的废轮胎等间歇连续式处理系统其详细说明如下：

T为废轮胎，1为输送带，2为粉碎机，废轮胎T是经输送带1输送至粉碎机2加以粉碎成5cm以下(愈小愈好)后，借助输送机3输入进料槽4，进料槽4出口端设有一连续间歇式碎料自动计量投入装置5，用以将碎料以一定量逐步投入裂解反应炉6内。此裂解反应炉6具有一裂解干馏用的双底反应槽61及包围此反应槽61以便对其加热的封闭式炉体62，反应槽61内则设有一搅拌机63，详细内容下文再述。

碎料在反应槽61内经加热裂解而气化，反应槽61内温度经常保持在400℃-600℃，最好为450℃-550℃之间，压力则维持在1.0-2.Skg/cm²之压力下。气化生成之油气MG则由反应槽61之上端出口经导管L1导入冷凝器7冷却至50℃以下或室温后，进入油气分离槽8内。冷凝之可燃液体，即燃料油F沉在槽8底，并借助泵9经由导管L2泵至贮油槽10贮存，而不冷凝之气体即燃料气G则由压缩机11压缩后经由导管L3及吸收槽12吸收不纯物及臭味之后，贮存在贮气槽13内。由此所得之燃料油F及燃料气G可分别用导管L4及L5各自引至裂解反应炉6的炉体62所设的燃烧器64进行燃烧以对反应炉61加热。用不完的燃料油F及燃料气G则可供工厂其他设备或邻近住家作为燃料之用。因此，反应炉6操作所需之热能可由回收之油气供应而节省能源，如果反应炉6采用电热加热方式，则燃料油及气则可做为停电时之备用燃料来用。

不冷凝之燃料气经分析大部份为甲烷、乙烷，在贮气槽13贮存后再加以利用或出售。燃料油则可作为重油燃烧使用，如需进一步精制，可外经过滤、分馏装置等精制装置(均未图示)精制成为轻质油及重质油。

另一方面，残留在反应槽61底部之主要为固体碳化物即碳黑C，在达到一定量之后，经由上、下双重锥形底部65及66排入炉底下方螺旋输送机14的入口再经由出口排料管14a排入碳黑冷却水槽15内予以冷却。排料管14a中途设有一个通有如氮气等惰性气体的遮断部14b，再加上冷却水槽15所形成之水封部构成双重封闭作用，以隔断反应槽61内高温低压生成气体与大气的连通从而可获得双重安全性。

经过冷却的碳化物C由输送带19送至磁选机16，在此碳化物中所含网丝S经磁选机16吸附分离后送至钢丝槽17中。而被分离钢丝S后之碳化物C则借助耐酸碱输送带或任何可行之适当装置19a、19b依次送入碱洗槽18及酸洗槽20中加以碱洗及酸洗，从而除去含有如ZnS,ZnO,FeS,Fe₂O₃,CaS等可溶在酸及SiO₂等可溶在碱的灰份或不纯物之后，再送至水洗槽21中经水洗以得到纯净碳黑C。此碳黑再经输送带19c送入干燥炉22加以干燥后，收集在进料槽23中并送入细磨机24内磨成100-200网孔的细炭粉C1。炭粉随后送入旋风分离器26中予以分离以得到细炭粉；再送入活化炉25中在通有水蒸汽且温度维持在700℃以上加以活化。所得制品即为纯度相当高的活性炭P。具体地说，细炭粉C1经料斗251送活化炉25的反应室252内，反应室252内温度维持在700℃以上，最好为800℃-900℃，并经蒸汽入口a及空气入口b分别通入空气及蒸汽，细炭粉C1在此接受高温与蒸汽接触而活化反应成活性炭之后，借助气流经导管253送入活性炭收集室254内，再集中在集积桶255内。至于废气则由排气口256排出去。其中标号257为平时关闭之清扫用口。

本发明中所用裂解反应炉6的一实施例的详细构造如图2所示。反应炉6具有一圆筒状反应槽61及围绕在反应槽61外周之大直径圆筒状炉体62。炉体62周壁设有多个燃烧器64以便对炉体62内部上下全面平均加热。反应槽61的内部设有一顶端由顶盖67支持之搅拌机63，此搅拌机63具有呈上下配置在轴631上之大小搅拌翼632,633并借助固定在顶盖67上之往复式气缸634而可行上下往复搅拌运动。因此当气缸634驱动时，搅拌机63即可上下运动而将反应槽61内部的固体原料上下搅动，以使投入反应炉内之固体原料暴露于高温氛围气中，充分且平均受热之同时，还刮去附在槽内壁上的碳化物。这样可使原料在较短时间内受热分解，提高热分解效率。反应槽61的外壁最好设有螺旋状吸热片611以增加受热面积并使火焰滞留时间延长以节省能源。反应槽61底部形成上、下双重锥形底部65、66，上底65之底部出口651由一设在下底66外部的气缸68的伸缩动作从而可开闭泄料口底盖681。而下底66底部形成一出料口661通至由马达M驱动的螺旋输送机14之入口。当气缸68动作而底盖681借助本身重量以一端的枢轴开启时，堆积贮留在反应槽61内的碳化物借助本身重量及搅拌机63之上下动压而落下在下底66，并自出料口661进入螺旋输送机14内。当碳化物排放完毕后，气缸68再启动而将底盖681往上推而盖紧出口651。为使粉碎的原料进入反应槽61内后能分散撒落在槽内，其进料口下方最好设置一分散板612。

反应炉6炉体62的高温排气可借助导管Lo及分配器69引到上底65下部及干燥室或其他需用热源的装置加以再利用。

由于反应炉6的特殊设计，原料经投入炉内后经分散板612分散呈撒开状下降，并借助搅拌机63的上下搅动在反应槽61内呈浮动飞散状态而减低下降速度之同时还延长与热气接触时间，为了使原料的表面积呈现最大的有效受热面，在到达槽底65之后，由于槽底65设有许多传热片651吸收来自分配器69的排气热量而保持有良好的传热效果。因此，短时间内即可达到完全反应。

因为裂解反应为吸热反应，根据传统批次式大容量充填式的反应方式，需要极大的热量才足以供给反应所需热量，然而，依本发明间歇式连续小量分批投入方式，则不需大热量，同时前者易在静态状况下反应，而本发明则是在上下搅动状态下进行反应，因此，本发明可在非常短的时间内(一般为30分钟至50分钟内，根据原料成份及粉碎颗粒大小而定)完成反应且节省热量。

碳化物碱洗时，最好使用2％-3.5％之NaOH水溶液，而酸洗时宜使用7％-15％之HCl溶液，经过此酸、碱洗后，碳化物中所含灰份可降到3％以下。由于碱洗只能溶解SiO₂，大部分灰份并不溶于碱，但可溶解于酸，因此从经济观点看，必要时可免去碱洗，而只用酸洗。

根据本发明方法处理含不同厂生产的混合废轮胎后，大致可得：燃料气10-12％，燃料油25-30％，活性炭50-55％，钢丝10-12％，其他5％-9％。

又根据本发明流动式蒸汽活化法，在短短数分钟内即可完成活化，在800℃及900℃之两种温度下将已纯化之碳黑活化而得之活性炭，其特性如下表所示：

                   表

活化温度	800℃	900℃
			收率(％)	85.8	82.2
吸附能力甲苯g/g活性炭	32.7	35.2
			BET表面积(m2/g)	627	852
单点表面积(m2/g)	619	843

本发明因为具有如上的构成，废轮胎等碎片可从反应槽61之上部经计量投入装置而间歇投入，并借助外热在反应槽6内于搅动下行间歇连续裂解反应，以生成油气及碳化物，油气经冷却分离成为燃料气及燃料油以供反应炉使用之外，槽内积存的碳化物则经间歇排出，并经磁选机吸集钢丝后，酸、碱先除去灰份而予以纯化后经蒸汽活化以制成活性碳，而此过程在非常有效之系统流程下达成废轮胎之完全利用及回收资源之功效，完全是一项具有环保价值的发明。

Claims (6)

1．一种间歇连续式废轮胎等回收提炼活性碳之方法，是将废轮胎等粉碎投入裂解反应炉，经干馏裂解以生成气化物及固体碳化物，其中固体碳化物经排出炉底外部后，经一连串的水洗、磁选、碱洗、酸洗等处理，以分离出铁丝并去除含金属的灰份之后，粉碎至所需粒度，再引入流动式蒸汽活化炉内，在通入水蒸汽及高温状态下予以活化，而制成粉粒状活性碳；另一方面，气化物则经冷凝，油气分离以形成可燃性油及气之副产品可部份引到裂解反应炉作为炉外加热用的燃料；其特征是上述粉碎之废料以定量间歇连续地投入炉内，经分散板扩散于炉中，并借助搅拌机在上下往复搅动下进行热分解反应，而生成之固体碳化物则在达到一定量后自反应炉之双重底部排放到螺旋输送机，再输送至具水封作用的冷却水槽进行冷却。

2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于该螺旋输送机之出料管之出口端是在冷却水槽的水面以下，且出料管之中途设有一个内部通入惰性气体的遮闭装置，在出料时达到外气不入炉内，起到双重密封效果。

3．一种间歇连续式废轮胎等回收提炼活性碳的装置，它是由能将粉碎成碎料之废轮胎等加热裂解的裂解反应炉，一系列用以将裂解反应生成之气化物加以冷凝，分离而成为燃料油及燃料气之装置；一系列用以将裂解反应生成之固体碳化物加以排放，输送并经水洗、磁选、酸碱洗以去除铁丝及灰分后磨成粉状而成纯化碳黑的装置；以及将已纯化的碳黑加以活化的活化炉所构成；

其特征在于：上述裂解反应炉具有一外围加热用炉体及一在炉体内之反应槽，反应槽具有一顶盖及双重锥形底部，槽内设有一顶端由固设在顶盖的垂直气缸支持而可进行上下搅拌运动的搅拌机，槽的外壁设有螺旋状吸热片，且上述锥形底部之上底出料口具有一可设在下底外壁的气缸操作而开闭出料口的底盖，下底的出料口则连接在位于其下方的螺旋输送机进料口。

4．根据权利要求3所述的装置，其特征在于该裂解反应炉之反应槽顶部设有一油气出口，顶盖适当部位设有一间歇式原料自动计量投入装置，其出口下方设有呈倾斜状的分散板。

5．根据权利要求3所述的装置，其特征在于该反应槽的双重锥形底部的上底与下底之间由绝热材料隔开，且在上底部设有一经由导管及分配器将炉体之高温燃烧废气引入以对槽底进行加热的废气导入口。

6．根据权利要求4所述的装置，其特征在于该反应槽之下底出口直接连至排料用螺旋输送机的进料口，此输送机的出料口连接有一管口朝下且通达冷却水槽水面下的排列管，排料管在离开冷却水槽之中间部设有一个通有惰性气体的遮断部，这样在输送机与冷却水槽之间构成双重气封作用，以防外气进入反应槽内。

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