CN209853769U - 炭黑污水资源循环化回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及炭黑污水资源循环化回收技术，一种炭黑污水资源循环化回收系统。该系统包括预处理装置和精处理装置。所述预处理装置主要包括旋转闪蒸干燥机，所述精处理装置主要包括气流干燥机。所述炭黑污水资源循环化回收系统还包括粗分离器、粗过滤器、精分离器、精过滤器、加热器和引风机，炭黑污水通过预处理装置形成含水量40％左右的中间粉料，分离出的水蒸气直接排出。中间粉料再由精处理装置分解为炭黑粉和水蒸气，实现对炭黑粉的有效资源循环化回收利用功能。

Description

炭黑污水资源循环化回收系统

技术领域

本申请涉及环保领域，尤其涉及一种用于炭黑污水资源循环化回收利用的装置。

背景技术

天然气和石油炼化企业在裂解生产过程中，产生了含炭黑材料3％的炭黑污水。我国每年会产生约50万吨的炭黑污水。一般工业固废物的处置一直是炼化企业的环保治理难点问题，到目前为止还没有符合HSSE要求的处理办法。目前普遍采用转鼓脱水后形成炭黑滤饼，送渣场填埋或者送火电厂混烧。填埋处理方式浪费大量土地，且炭黑材料不可降解，因此填埋方式处理后对环境的影响较为恶劣且不可逆转，填埋场无法二次利用；混烧处理对能源的消耗很大，且粉尘排放物容易超标。

如何将炭黑滤饼进行资源循环化回收利用，变废为宝，有效的解决环境污染问题，变得越来越迫切。由于炭黑是轮胎、橡胶制品的重要补强材料，因此利用成熟技术把炭黑污水中的炭黑回收利用加工成炭黑产品，既对一般工业固废进行了有效利用变废为宝，并且杜绝了二次污染，降低排放企业的处置成本及环保风险。

实用新型内容

本申请提出一种可有效直接将炭黑污水中的炭黑回收利用加工成炭黑产品的炭黑污水处理系统，杜绝了中间处置环节的高成本、高污染的现象，具体包括如下技术方案：

一种炭黑污水资源循环化回收系统，包括预处理装置和精处理装置，所述预处理装置包括：

旋转闪蒸干燥机，用于将裂解炉产生的所述炭黑污水直接转化为固气混合物，不再需要现在传统的搅拌装置、转鼓脱水装置、汽车运输等过程；

粗分离器和粗过滤器，用于实现所述固气混合物与水蒸气的分离，并将所述水蒸气排出以获得中间粉料；

所述精处理装置包括：

气流干燥机，用于实现所述中间粉料的干燥；

精分离器和精过滤器，用于实现炭黑粉与水蒸气的分离，并将所述水蒸气排出以获得炭黑粉料；

所述预处理装置和所述精处理装置还都包括有加热器和引风机，所述加热器用于为所述预处理装置和所述精处理装置提供热源，以加速所述固气混合物的形成或所述中间粉料的干燥，所述引风机用于在所述预处理装置和所述精处理装置中形成负压，以使得所述固气混合物、所述中间粉料、所述炭黑粉以及所述水蒸气流通输送。

其中，所述气流干燥机还包括冷却器，所述冷却器用于冷却所述炭黑粉与所述水蒸气。

其中，所述冷却器包括液态金属冷却器。

其中，所述气流干燥机至少包括两个，至少两个所述气流干燥机竖直方向串联。

其中，所述旋转闪蒸干燥机还设有分级器，所述分级器用于保证所述固气混合物里的水分一致性。

其中，所述粗分离器和所述精分离器均采用旋风分离器。

其中，所述旋风分离器至少包括两个，至少两个所述旋风分离器依次串联。

其中，所述粗过滤器和所述精过滤器均采用脉冲布袋除尘器。

其中，所述加热器包括鼓风机和空气加热器。

其中，所述粗分离器、所述粗过滤器、所述精分离器和所述精过滤器均连接有关风机，所述关风机用于所述粗分离器、所述粗过滤器、所述精分离器和所述精过滤器的密封以及所述中间粉料或所述炭黑粉的收集，用于确保整个系统的气密性以达到系统负压的控制能力。

本申请炭黑污水资源循环化回收系统，通过预处理装置和精处理装置对炭黑污水进行分级处理。其中预处理装置包括旋转闪蒸干燥机，用于将所述炭黑污水转化为固气混合物，再通过粗分离器和粗过滤器实现所述固气混合物与水蒸气的分离，以及将所述水蒸气排出以获得中间粉料的效果。精处理装置包括气流干燥机，用于实现所述中间粉料的干燥，再通过精分离器和精过滤器实现炭黑粉与水蒸气的分离，并将所述水蒸气排出以获得炭黑粉的效果。整个处理过程中还包括加热器提供热源以加速干燥、以及引风机形成负压保证流通输送。本申请炭黑污水资源循环化回收系统采用物理干燥的方法，全过程只有水蒸气的排放，不会对大气造成污染。同时通过分级处理实现对炭黑粉的有效回收，使得炭黑污水能够被完全回收利用，相较于现有的处置方式更加经济、环保，可产生良好的社会效益和环保效益。

附图说明

图1是本申请炭黑污水资源循环化回收系统的示意图；

图2是本申请预处理装置的示意图；

图3是本申请精处理装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1所示的炭黑污水资源循环化回收系统100。回收系统100包括预处理装置10和精处理装置20。参见图2，预处理装置10由依次串联的加热器30、旋转闪蒸干燥机11、粗分离器12、粗过滤器13以及引风机40组成。炭黑污水由供料口进入旋转闪蒸干燥机11内，旋转闪蒸干燥机11还获得由加热器30供入的热源。旋转闪蒸干燥机11的工作温度在600℃左右。旋转闪蒸干燥机11将供入腔体内的炭黑污水进行旋转搅拌处理，使得炭黑材料被充分破碎并形成粉末状的固态。炭黑污水中的水份在热源的作用下形成气化，粉末状的固态碳黑材料随水蒸气一同上升，并从旋转闪蒸干燥机11的顶部流入粗分离器12中。此时，炭黑污水呈固气混合物的状态流入粗分离器12。

粗分离器12利用固气混合物中的固体和气体的质量差而实现二者的分离。具体的，固气混合物在粗分离器12中充分旋转流动，不断撞击粗分离器12的内腔。固态的粉末在与腔壁碰撞后的惯性力损耗远大于气体的惯性力损耗，因此固态状的粉末会在多次撞击后逐渐向粗分离器12的底部滑落，形成预处理阶段的中间产物，即中间粉料沉淀于粗分离器12的底部。而水蒸气会在气压的作用下继续向后端流转。可以理解的，向后流转的水蒸气中固态粉末含量越来越低，最后进入粗过滤器13中。粗过滤器13中设有滤袋，滤袋的过滤直径随中间粉料的最小半径设置，且滤袋可以设置为多级，水蒸气在经过滤袋的过滤之后，可以有效的过滤掉固气混合物中残留的中间粉料，进而使得最后经粗过滤器13排出的尾气为较为纯净的水蒸气。

需要提出的是，因为炭黑污水材料只含有碳黑粉和水份，因此在预处理装置10或精处理装置20工作的过程中，都只利用物理原理对炭黑污水中的固态炭黑粉和水份进行分离，其中并不产生任何化学反应，因此在过滤可靠的前提下，本申请炭黑污水资源循环化回收系统100只会排出水蒸气，不会对大气造成污染，环保可靠。

经过粗过滤器13的过滤，中间粉料会分布于粗分离器12和粗过滤器13的底部。中间粉料的含水量为40％左右，通过对中间粉料的收集，可以流入下一级精处理装置20中进行进一步的干燥脱水处理。而旋转闪蒸干燥机11、粗分离器12以及粗过滤器13的串联连接，使得气体在加热器30不断注入热源的作用下可以持续向后端流转，直至被粗过滤器13排出。进一步，为了保证固气混合物的有效流转动作，在粗过滤器13一端还可以设置引风机40。引风机40持续对粗过滤器13抽气，降低粗过滤器13的内部气压。对于串联的预处理装置10，其前端的旋转闪蒸干燥机11受加热器30的作用，内部气压高于大气压力；其后端的粗过滤器13受引风机40的作用，内部气压低于大气压力，由此形成了从旋转闪蒸干燥机11到粗过滤器13的气流通道，保证固气混合物在预处理装置10内持续流转，实现中间粉料的收集。

请参看图3，精处理装置20由气流干燥机21、精分离器22、精过滤器23组成。精处理装置20同样需要在前端即气流干燥机21处设置加热器30，并在后端设置引风机40来形成气流通道。与预处理装置10的原理不同，精处理装置20所需要干燥的对象是含水量解决40％的中间粉料。中间粉料中的水份大多为结晶体状，包裹于固体的中间粉料之中，且中间粉体呈现粉末状，便于物料输送及再次干燥。因此，采用适合粉体干燥的气流干燥机21来提供温度(约400℃)的干燥腔室，中间粉料进入干燥腔室后，在热源的驱动下在降落过程中不断将结晶体状的水份从中间粉料中析出，并经高温形成水蒸气后，水蒸气携带分离形成的炭黑粉上升，由气流干燥机21的顶部通往后续处理工艺中。

经气流干燥机21干燥处理器的中间粉料，在流入精分离器22中时，呈炭黑粉和水蒸气的混合状态。同样的，精分离器22也利用固体炭黑粉与气体水蒸气的惯性力差异，来对炭黑粉和水蒸气进行分离，在底部沉淀得到炭黑粉。随着混合状态的水蒸气中炭黑粉含量越来越低，在精过滤器23中，通过将滤袋设置为直径小于炭黑粉直径的形式，来对炭黑粉进行有效的过滤收集。过滤后得到的尾气即水蒸气同样可以达标排往大气，不会造成污染。

由此，本申请炭黑污水资源循环化回收系统100经过两级处理之后，通过物理方式将炭黑污水完全干燥，最后得到纯度较高的炭黑粉回收利用，并将析出的水蒸气全部排出。在实现炭黑污水可靠回收的同时，避免了大气污染。相对于现有的处置方式，更加环保，经济价值更高，且不占用土地资源，无需二次处理，形成了产生良好的社会效益和环保效益。

一种实施例，所述气流干燥机21还包括冷却器211。因为气流干燥机21的温度较高，经气流干燥机21干燥后的水蒸气和炭黑粉都具有较高的温度，在正常流转进入精过滤器23之后，容易对精过滤器23的滤袋造成高温损害。为此，在气流干燥机21流入精分离器22之前设置冷却器211，对水蒸气和炭黑粉的混合物进行冷却，可以避免精过滤器23受到损害，提高精过滤器23的使用寿命。

一种实施例，冷却器211包括液态金属冷却器。液态金属多采用金属镓及其合金物质，其常温下表现为液态，沸点一般在2000℃以上，热导率为水20倍以上，可迅速降低烟气的温度。同时，液态金属通过电磁泵驱动，可循环使用。且驱动压力低，内外压差恒定，对载体无影响。采用液态金属可以避免水、油等换热介质在温度骤升后造成的压力大幅变化，导致密封腔室变形等缺陷。

气流干燥机21中的中间粉料是利用重力作用下降并与热源充分接触，最后析出水蒸气并使得水蒸气携带炭黑粉从气流干燥机21的顶部流入精分离器22中的。经过一次气流干燥的中间粉末可能存在水份未完全析出的情况。为此，可以设置多个气流干燥机21沿竖直方向串联的方式，通过多个气流干燥机21强化干燥效果的方式来对中间粉末进行干燥，以保证中间粉末中的结晶水份能被充分析出，炭黑粉中的水含量进一步降低的效果。多个气流干燥机21需要至少包括两个，至少两个气流干燥机21沿竖直方向串联。因为气流干燥机21的结构在管路中类似独立的干燥腔室，因此串联的气流干燥机21也可以理解为多个干燥腔室串联形成的气流干燥机21。将多个沿竖直方向串联的干燥腔室定义为一个气流干燥机21，也属于本申请系统所要求保护的范围，名称或定义上的不同并不影响本申请方案的实现。

一种实施例，旋转闪蒸干燥机11还设有分级器111。分级器111是借助于固体粒大小不同，比重不同，因而在旋转闪蒸干燥机11中的沉降速度不同的原理，允许细粒浮游在水蒸气中流出，粗粒沉于旋转闪蒸干燥机11腔底。由螺旋推向上部排出，来进行机械分级的一种分级设备。分级器能把旋转闪蒸干燥机11内搅拌形成的固气混合物分级过滤，细料从上部管道流入后端，粗料反复沉降，直至粗细程度可被过滤之后再向后端流转的装置。经由分级器111分级的固气混合物可以获得更高的一致性，有利于控制中间粉料的形态，避免过于粗的中间粉料不能在气流干燥机21中被充分干燥的缺陷。

一种实施例，粗分离器12和精分离器22均采用旋风分离器。旋风分离器内腔多为上部圆柱，下部圆锥状。当固气混合物由进气口以较高的速度(一般为12～25m/s)沿内腔的切向进入后，形成旋转运动，由于内腔体积的限制，迫使气流在内腔由上向下作螺旋线形的旋转运动，称为外旋流。固气混合物的气流旋转运动过程中，产生很大的离心力。由于固体粉末惯性力比气体大很多，被甩向腔壁失去能量沿壁滑下，与气流逐渐分离，在内腔下部形成沉积。后续经排粉出口可以进入储粉箱中。旋转下降的固气混合物沿内腔的锥体向下运动时，随着圆锥的收缩而向中心靠拢，旋转的气流进入上部排气管半径范围附近。由于圆锥底部呈密封状态而迫使气流开始旋转上升，形成一股自下向上的螺旋线运动气流，称为内旋流，也称核心流，最后经过净化的气体经上部排气管向后端排出。

一种实施例，旋风分离器至少包括两个，至少两个旋风分离器依次串联，可以对固气混合物进行多次分离，实现更好的分离效果。因为旋风分离器对气流入口和出口的设置相对宽容，因此不必限定串联的旋风分离器之间串联方式，可以依据现场空间的实际条件进行布设，安装相对灵活。

一种实施例，粗过滤器13和精过滤器23均采用脉冲布袋除尘器。脉冲布袋除尘器通过多级串并联且滤孔粗细不同的布袋对水蒸气进行过滤，通过合理搭配布袋的分布，可以将水蒸气中的中间粉料或炭黑粉进行有效过滤，并最终将滤得的中间粉料或炭黑粉有效收集于布袋除尘器的底部。辅以脉冲阀对布袋进行冲刷，还可以将吸附于布袋滤孔中的细小粉末吹下，避免布袋滤孔被堵塞，影响过滤效果。

一种实施例，加热器30采用气体作为热源。加热器30包括鼓风机31和空气加热器32。鼓风机31将气体送入空气加热器32，经加热后形成气体热源进入预处理装置10和精处理装置20中提供热能。因为本申请炭黑污水资源循环化回收系统100是用于炭黑粉的干燥分离，因此采用空气作为热源，相较于采用水或油作为热源可以减少整个系统的工作负荷，且避免引入其余物质进入系统以免造成分离不畅。另一方面，本申请炭黑污水资源循环化回收系统100不限定作为热源的气体的具体成分，只要是惰性气体或直接采用空气作为热源，能够保证炭黑污水资源循环化回收系统100不引入易燃易爆气体，都可以作为热源来对炭黑污水或中间粉料提供热能。一种实施例，为了保证中间粉料或炭黑粉的纯净度，还可以在鼓风机31前端设置空气过滤器33，用以过滤空气中的杂质。

一种实施例，为了实现更好的密封，同时便于分离后的中间粉料或炭黑粉的收集，粗分离器12、粗过滤器13、精分离器22和精过滤器23的底部均连接有关风机50。关风机50设置于底部可以在关闭状态下有效实现密封，以确保整个系统的气密性以控制负压。关风机50还在中间粉料或炭黑粉沉积到一定程度的时候打开以进行收集。可以理解的，关风机50还可以在炭黑污水资源循环化回收系统100工作的同时进行中间粉料或炭黑粉的收集动作，且根据粗分离器12、粗过滤器13、精分离器22和精过滤器23内各自的中间粉料或炭黑粉的沉积程度来对应调整收集速度，避免中间粉料或炭黑粉的积压，提高炭黑污水资源循环化回收系统100的处理效率。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种炭黑污水资源循环化回收系统，其特征在于，包括预处理装置和精处理装置，所述预处理装置包括：

旋转闪蒸干燥机，用于将所述炭黑污水转化为固气混合物；

粗分离器和粗过滤器，用于实现所述固气混合物与水蒸气的分离，并将所述水蒸气排出以获得中间粉料；

所述精处理装置包括：

气流干燥机，用于实现所述中间粉料的干燥；

精分离器和精过滤器，用于实现炭黑粉与水蒸气的分离，并将所述水蒸气排出以获得炭黑粉；

所述预处理装置和所述精处理装置还都包括有加热器和引风机，所述加热器用于为所述预处理装置和所述精处理装置提供热源，以加速所述固气混合物的形成或所述中间粉料的干燥，所述引风机用于在所述预处理装置和所述精处理装置中形成负压，以使得所述固气混合物、所述中间粉料、所述炭黑粉以及所述水蒸气流通输送。

2.根据权利要求1所述的炭黑污水资源循环化回收系统，其特征在于，所述气流干燥机还包括冷却器，所述冷却器用于冷却所述炭黑粉与所述水蒸气。

3.根据权利要求2所述的炭黑污水资源循环化回收系统，其特征在于，所述冷却器包括液态金属冷却器。

4.根据权利要求2所述的炭黑污水资源循环化回收系统，其特征在于，所述气流干燥机至少包括两个，至少两个所述气流干燥机沿竖直方向串联。

5.根据权利要求1所述的炭黑污水资源循环化回收系统，其特征在于，所述旋转闪蒸干燥机还设有分级器，所述分级器用于保证所述固气混合物里的水分一致性。

6.根据权利要求1～5任一项所述的炭黑污水资源循环化回收系统，其特征在于，所述粗分离器和所述精分离器均采用旋风分离器。

7.根据权利要求6所述的炭黑污水资源循环化回收系统，其特征在于，所述旋风分离器至少包括两个，至少两个所述旋风分离器依次串联。

8.根据权利要求1～5任一项所述的炭黑污水资源循环化回收系统，其特征在于，所述粗过滤器和所述精过滤器均采用脉冲布袋除尘器。

9.根据权利要求1～5任一项所述的炭黑污水资源循环化回收系统，其特征在于，所述加热器包括鼓风机和空气加热器。

10.根据权利要求1～5任一项所述的炭黑污水资源循环化回收系统，其特征在于，所述粗分离器、所述粗过滤器、所述精分离器和所述精过滤器均连接有关风机，所述关风机用于所述粗分离器、所述粗过滤器、所述精分离器和所述精过滤器的密封以及所述中间粉料或所述炭黑粉的收集。