一种快速热解废旧轮胎的系统及方法与流程

本发明涉及轮胎胎面热解，具体涉及一种快速热解废旧轮胎的系统及方法。

背景技术：

目前处理废旧轮胎的方法有原型改制、生产再生胶和胶粉、焚烧以及热解等，其中热解技术是一种很具潜力的处理废旧轮胎的方法。废旧轮胎热解技术是将废旧轮胎在缺氧或惰性气体中进行热分解，可产生热解气、热解油和炭残渣等。与传统处理方法相比，热解法不仅可以回收高附加值的产物，而且可以回收近70％的能源，具有较高的经济和环境效益。废旧轮胎热解处理工艺主要包括催化热解、真空热解、加氢热解和自热热解等，各种工艺对原料预处理和粒径都有严格要求，得到的产物也各不相同。

技术实现要素：

本发明设计了一种废旧轮胎处理的热解工艺，设备结构简单、工艺流程短、经济效益好。

本发明首先提供了一种废旧轮胎快速热解系统，所述系统包括：

进料料斗，具有进料口和出料口；

蓄热式快速热解反应器，具有热解原料入口、热解油气出口和半焦出口，所述热解原料入口与所述进料料斗的出料口相连；

融合成型装置，具有半焦入口、石灰粉入口、粘结剂入口和型球出口，所述半焦入口与所述蓄热式快速热解反应器的半焦出口相连；

电石冶炼装置，具有型球入口和电石出口，所述型球入口与所述融合成型装置的型球出口相连；

所述蓄热式快速热解反应器内设置有多层辐射管，所述辐射管的上侧安装有顶盖，述顶盖的顶角为60°-90°。

在本发明的一个实施方案中，所述系统还包括：

切割机，具有切割料入口和切割料出口，

抽丝机，具有抽丝料入口、抽丝料出口和钢丝出口，所述抽丝料入口与所述切割机的切割料出口相连；

粉碎机，具有粉碎料入口、粉碎料出口，所述粉碎料入口与所述抽丝料出口相连；

磁选机，具有磁选料入口、磁选料出口和铁粉出口，所述磁选料入口与所述粉碎机的粉碎料出口相连，所述磁选料出口与所述蓄热式快速热解反应器的热解原料入口相连。

在本发明的一个实施方案中，所述辐射管是公称直径为200-300mm的圆形管。

在本发明的一个实施方案中，所述蓄热式快速热解反应器还包括多层挡板，所述挡板倾斜设置在所述蓄热式快速热解反应器的内部，最上层挡板位于所述蓄热式快速热解反应器的高度的1/2-2/3处。

在本发明的一个实施方案中，所述挡板与上下相邻两层辐射管之间的垂直距离相等。

本发明进一步提供了一种利用上述系统快速热解废旧轮胎的方法，所述方法包括如下步骤：

准备条状或块状的轮胎胎面；

将所述轮胎胎面送入所述蓄热式快速热解反应器中进行热解，获得半焦和热解油气；

将所述半焦与石灰粉、粘结剂送入所述融合成型装置混合后压制成型，制备型球；

将所述型球送入所述电石冶炼装置中进行冶炼，制备电石。

在本发明的一个实施方案中，在1300℃-1700℃的温度下对所述型球进行冶炼。

在本发明的一个实施方案中，所述轮胎胎面的长度为1mm-10mm。

在本发明的一个实施方案中，所述轮胎胎面在热解时还会产生烟气，用所述烟气干燥进入所述蓄热式快速热解反应器的所述轮胎胎面。

在本发明的一个实施方案中，在500℃-700℃的温度下热解所述轮胎胎面。

本发明采用蓄热式辐射管作为加热源，没有热载体，工艺流程得到了极大的简化。

采用间接冷却的方式冷却高温半焦，不仅回收了高温半焦的热量，还有利于随时进行排料以及运输和进行下一步工艺等。

将半焦、石灰石和粘结剂混合后压制成型，用于冶炼电石，解决了半焦的处理难题，极大地提高了经济效益。

本发明使用的热解反应器热解效果好，因此并不要求热解原料需要具有很小的粒径，减少了前期对原料的处理成本。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种快速热解废旧轮胎的系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种快速热解废旧轮胎系统的工艺流程图。

图中：1、进料料斗；2、螺旋进料器；3、蓄热式快速热解反应器；4、螺旋出料器；5、循环泵；6、储料罐；7、融合成型装置；8、密闭式电石炉；9、切割机；10、抽丝机；11、粉碎机；12、磁选机。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

需要说明的是，本发明中的“辐射管”指得是蓄热式无热载体辐射管。其次，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供的轮胎胎面热解系统包括：进料料斗1、螺旋进料器2、蓄热式快速热解反应器3(本申请中也简称反应器)、螺旋出料器4、循环泵5、储料罐6、融合成型装置7、密闭式电石炉8、切割机9、抽丝机10、粉碎机11、磁选机12。

进料料斗1具有进料口和出料口。

参考图1，本发明使用的蓄热式快速热解反应器3包括反应器本体、辐射管和挡板。反应器本体上设有热解原料入口、半焦出口、燃料气进口、空气入口、烟气出口和热解油气出口，其中，热解原料入口与进料料斗1的轮胎胎面出口相连。辐射管为多个，水平同方向间隔排布在反应器本体的不同高度，相邻高度层的辐射管错列布置。挡板为多个，挡板倾斜设置于两层辐射管之间。辐射管的上方安装有顶盖。

本发明提供的蓄热式热解反应器采用了蓄热式无热载体辐射管加热技术，无需气、固热载体，提高了热解气的热值，该反应器结构简单、占地面积小，易于工业化。

辐射管的上侧的顶盖能有效地起到保护辐射管不受受到物料冲刷，延长辐射管的使用寿命。顶盖的形状并不需要限定，其形状优选为开口向下且具有一个顶角，这样设置可避免轮胎胎面滞留在顶盖上，也可以对轮胎胎面起到引流作用。顶角的角度主要影响轮胎胎面在顶盖上停留的时间。顶角太大，轮胎胎面容易堆积到顶盖上；太小，轮胎胎面在顶盖上的停留时间短，热解效果不好。顶盖的垂直截面的宽度过长会影响辐射管热量的有效利用，过短对分散物料的作用不大。顶角的角度优选为60°-90°，顶盖的垂直截面的宽度优选为辐射管直径的1.1-1.5倍。

轮胎胎面从入口进入炉内中，从上到下经过辐射管后会被分散，分散的物料如果不经过减速或改变方向则大部分会从两根辐射管中间的空隙落下，既减少了壁面传热效率又缩短了物料在反应器内的停留时间，如果想增加物料在炉内的热解时间则必然要加高反应器的高度，增加占地面积及投资，效益降低。通过模拟发现，两层辐射管之间加入挡板能有效地的改善对物料在反应器3中的分布，使其充分打散，最大面积的让轮胎胎面参与炉内传热。

轮胎胎面从进料口进入后，开始下落，碰到挡板和顶盖后，被弹起，然后再下落；轮胎胎面每碰到一次挡板和顶盖，即被弹到一定高度，其下落速度被减缓，因此，增加了轮胎胎面在热解反应器内的停留时间。而且，挡板和顶盖还起到对轮胎胎面的引流作用，增加了轮胎胎面在反应器本体内移动的距离，这也能增加轮胎胎面在热解反应器内的停留时间。

因此，添加挡板和顶盖后，反应器的高度可降低。若不改变反应器本体的高度，添加挡板和顶盖后，可将辐射管的垂直间距加大，从而可减少反应器内辐射管的数量。此外，挡板还可以起到打散物料的作用，提高轮胎胎面的热解效果。

挡板和顶盖的材质，优选为金属，金属的热传导性好，能提高轮胎胎面热解的效果。

挡板的具体位置、形状并不需要特别限定。为了更好的起到引流的作用，上下相邻两层的挡板最好错列布置。挡板可以根据需要设置在某层辐射管的上方或下方，挡板的最佳位置为两层辐射管的正中间，即与上下两层辐射管之间的垂直距离相等。

如图1所示，挡板最好设置在反应器本体的中下部，最上层挡板位于反应器本体高度的1/2-2/3处。

可将两个挡板组成开口向下的挡板组件，该开口的角度优选为60°-90°；也可将挡板的一端连在反应器本体的内侧壁上，挡板与反应器本体内侧壁形成15°-60°的夹角。图1所示的反应器3包括这两种设置方式，需要说明的是，反应器3可只包括其中一种设置方式。

如图1所示，上述挡板组件优选设置在两个辐射管之间的空隙的上方，其最佳位置为两个辐射管之间的空隙的正上方，即挡板组件与该两个辐射管之间的水平距离相等，能保证停留在挡板上的轮胎胎面受热均匀。

挡板的长度优选为辐射管的直径的1-2倍。挡板的长度主要影响轮胎胎面在挡板上的停留时间及轮胎胎面在反应器内的移动的轨迹。挡板的长度越长，轮胎胎面在挡板上的停留时间越长，但轮胎胎面无法均匀的分散到下层辐射管；挡板的长度越短，轮胎胎面在挡板上的停留时间越少。

参考图1，根据本发明的实施例，反应器3和进料漏斗1之间还连接有螺旋进料器2，反应器3的半焦出口与螺旋出料器4相连。进料料斗1和螺旋进料器2用于将轮胎胎面送入反应器3中，螺旋出料器4用于将轮胎胎面热解后产生的固体产物运送至下一工段。螺旋进料器2和螺旋出料器4并不是必要装置，可视现场情况和具体的工艺决定是否要添加。

螺旋出料器4还连接有循环泵5，用循环泵5内冷却介质与从反应器3中排出的高温半焦换热，冷却高温半焦，并回收热量。循环泵5也不是本发明必要的装置，可根据情况增减。

如图1所示，螺旋出料器4与融合成型装置7相连，半焦、石灰石和粘结剂在融合成型装置7中混合均匀后被压制成型球，再送往密闭式电石炉8中进行冶炼，制备电石。

辐射管为公称直径为200-300mm的圆形管，左右相邻的两辐射管的水平间距为200-400mm，上下相邻的两辐射管的竖直间距为500-1200mm。

反应器本体的高度为5-20m、宽度(其内壁的宽度)为2-6m、长度(其内壁的长度)为5-15m，反应器本体中辐射管的层数为10-25层。燃料气进口和空气入口分别与辐射管相连。

如图1所示，热解油气从右上侧部出来，进入储料罐6中储存，另作他用。

如图1所示，进料料斗1前还设有切割机9、抽丝机10、粉碎机11和磁选机12，这些装置都不是系统必须的装置，可根据需要进行增减。

图2为本发明提供的利用上述系统热解轮胎胎面的工艺流程图。将废轮胎的圈口切割下来，再用抽丝机15将其中的钢丝去除，胎面经粉碎机16粉碎成1-10mm条状或块状。把处理后的轮胎胎面经过磁选机17去除里面的铁粉后送入进料料斗1中，经螺旋输送机2送入反应器3中。

在反应器3内均匀布置了蓄热式辐射管，辐射管截面设计成圆形，有利于减少物料堆积，实现物料在反应器中均布和下落。物料在热解反应器中停留时间通过反应器布置的档板来调节，根据布置档板的形状大小和角度来调整停留时间。辐射管采取蓄热式，利用辐射管频繁快速切向的方式，单根辐射管上的温度差不大于30℃，使之能为给热解提供均匀稳定的温度场。

热解后的半焦由螺旋出料器4排出，在螺旋出料器4的管内有循环冷却水进行间壁换热冷却，高温半焦由循环冷却介质冷却后行成冷态半焦。

冷态半焦作为原料之一与粉状石灰石、粘结剂一起形成混合物，将得到的混合物进行成型处理，从而可以得到型球；将得到的型球加入到密闭式电石炉8中，在1300-1700℃的高温下冶炼，制备电石。

进入反应器3中的轮胎胎面的粒径优选为1-10mm，太大，热解的效果的不好；太小，预处理费时费力。

热解产生的热解油气输送至储料罐6中储存。

热解轮胎胎面时，将辐射管的管壁温度控制在550-700℃范围，轮胎胎面在反应器3中自上而下停留5-10s，被加热到550-650℃，进行热解。燃气入口和空气入口分别和辐射管相连，在辐射管内燃烧，产生的热烟气经与空气换热后，降温至约200℃。热烟气可用来干燥进入反应器3的轮胎胎面，进一步提高了反应器效率和燃烧效率。

由于每根辐射管可单独控温，可将反应器3自上而下分为三个区：干燥脱水区、热解反应区、半焦生成区。将干燥脱水区的温度控制在700℃左右。将干燥脱水区的温度设置得较高的目的是为了快速脱去入炉料所含的水分，此外还可以减少干燥脱水区长度。将热解反应区的温度控制为500-700℃、半焦成熟区的温度为500-600℃。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。

实施例

利用图1所示的系统对废旧轮胎进行处理。反应器3中，由两个挡板组成开口向下的挡板组件的开口的角度为90°，挡板与反应器本体内侧壁形成的夹角为60°，顶盖的顶角为80°，顶盖的垂直截面的宽度为330mm，挡板的长度均为450mm，辐射管均为是公称直径为300mm的圆形管，左右相邻的两辐射管的水平间距为400mm，上下相邻的两辐射管的竖直间距为1200mm。反应器本体的高度为20m、内壁的宽度为6m、内壁的长度为15m，有20层辐射管。

热解工艺流程如图2所示，具体如下：

将废轮胎的圈口切割下来，再用抽丝机15将其中的钢丝去除，胎面经粉碎机16粉碎，再用磁选机17去除里面的铁粉，选取1-10mm条状或块状轮胎胎面，送入进料料斗1中，经螺旋进料器2送入反应器3中。

每根辐射管单独控温，反应器自上而下设有三个区：干燥脱水区、热解反应区和半焦生成区。往辐射管中分别通入燃料气和空气，将干燥脱水区的温度控制在700℃、热解反应区的温度在控制650℃，半焦成熟区的温度控制在550℃。轮胎胎面自上而下依次通过干燥脱水区、热解反应区和半焦生成区，完成热解过程。

热解产生的热解油气输送至储料罐6中储存。热解后的半焦由螺旋出料器4排出，在螺旋出料器4的管内有循环冷却水进行间壁换热冷却，高温半焦由循环冷却介质冷却后行成冷态半焦。冷态半焦作为原料之一与粉状石灰石、沥青一起形成混合物，将得到的混合物进行成型处理，从而可以得到型球；将得到的型球加入到密闭式电石炉8中，在1300℃的高温下冶炼，制备电石。

热解还会产生烟气，烟气从烟气出口中排出反应器本体外，烟气与空气换热后会降温至200℃左右。将降温后的烟气用于干燥进入反应器3的轮胎胎面，这样能进一步提高反应器效率和燃烧效率。

本实施例具体的工艺参数请见表1。表2为本实施例的物料平衡表。

表1 工艺参数

表2 物料平衡表

从表2可知，本发明提供的系统能有效的热解轮胎胎面。

综上可知，本发明采用蓄热式辐射管作为加热源，没有热载体，工艺流程得到了极大的简化。

采用间接冷却的方式冷却高温半焦，不仅回收了高温半焦的热量，还有利于随时进行排料以及运输和进行下一步工艺等。

将半焦、石灰石和粘结剂混合后压制成型，用于冶炼电石，解决了半焦的处理难题，极大地提高了经济效益。

本发明使用的热解反应器热解效果好，因此并不要求热解原料需要具有很小的粒径，减少了前期对原料的处理成本。

本发明提供的蓄热式热解反应器采用了蓄热式无热载体辐射管加热技术，无需气、固热载体，提高了热解气的热值，该反应器结构简单、占地面积小，易于工业化。

其次，反应器内设置了挡板，挡板能增加轮胎胎面在热解反应器内停留的时间。因此，添加挡板后，反应器的高度可降低。若不改变反应器本体的高度，添加挡板后，可将辐射管的垂直间距加大，从而可减少反应器内辐射管的数量。而且，挡板还可以起到打散物料的作用，提高轮胎胎面的热解效果。此外，辐射管上方安装有顶盖，顶盖能有效地起到保护辐射管不受受到物料冲刷，延长辐射管的使用寿命。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。