热解反应器的制作方法

专利名称：热解反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热解反应器，其用于处理有机原材料(例如废弃轮胎)，以产生可用于例如发电的气态或液态产物。更具体地，该反应器被设计成使得载热气体和原材料之间的热传递足够强烈，以使得可以对被进给到反应器的相对较大的原料块实现优良的热解性能，从而避免与现有技术反应器有关的高昂的预处理成本。
背景技术：
目前，尽管已经在废弃轮胎回收这个领域取得了一定成果，但废弃轮胎的回收仍然是一个严重的问题。一些废弃轮胎被利用到土木工程、道路建设以及不同产品的制造中。 然而大约30% (在一些国家高达80%)的废弃轮胎，仍然弃置在储料堆中。大量轮胎位于储料堆外，并且污染环境。另一方面，由于未被利用的废弃轮胎可能存在有价值的原材料， 因为这种材料中含有有机的和碳化的成分，所以可以作为化学能量来源。大部分用于将轮胎的包含橡胶的材料转化成有用产品的已知方法均是以热解为基础的。热解过程通常是在低氧气氛中在大约500°C的温度下进行的，并且产生氢烃类气体、液态烃产物以及固体物质。固体物质包括轮胎的碳化部分和钢帘线。许多现有技术反应器都通过热致分解将轮胎的包含橡胶的材料转化成上述产物， 但是这些反应器由于会导致环境污染或无益于成本而并不可行。US 4，240, 587公开了一种用于处理废旧轮胎和类似材料的车辆处理设备。工业橡胶最初通过低温粉碎和分离环节进行处理，在此阶段，大量可再利用的工业橡胶被机械分离；接着，对余下的部分进行热解处理，以使得可以获得可再利用的商业副产物，而含高能量的气体和油可用于设备的运行。当供给的是小的废弃轮胎颗粒时，这种热解反应器从经济上来说并不可行，产生了高昂的预处理成本。US 5, 095, 040公开了一种通过以下步骤将废旧轮胎转化成油和碳的工艺将轮胎切碎成尺寸小于3/4英寸的碎橡胶颗粒；将碎橡胶颗粒装进倾斜的热旋转管并且保持在略高于大气压的压力下，以便尽量减少空气渗入管中；迅速将碎橡胶颗粒加热到其分解成气态产物和固体残渣的温度；冷凝部分气态产物；以及从冷凝的气态产物回收液态冷凝物。由于将轮胎切碎成小块所涉及的高昂的预处理成本，这个过程也不具有成本效益。US 5，225，044公开了一种用于基于固体烃的粉碎原料块的旋转式连续热解转化系统。环绕静止的气密外筒的壳体限定炉室，外筒中容纳可旋转的转化筒，由来自燃烧器的燃烧产物加热该转化筒。从静止的外筒伸入炉室的翅片引起燃烧产物的湍流，从而增加了从燃烧产物到外筒并因此到转化室的热传递。一棒延伸进入转化筒的注入端，用于抵着转化筒的内周支撑刮刀。在筒中，在筒的排放端承载有粉碎棒，该粉碎棒粉碎由炭、金属和其他无机材料组成的固体产品。包含水的流料槽接收研磨成粉的排放产品，并且平衡转化器中的压力以保持转化器中的气密密封。第二热解反应器可以接收固体热解产物，并且可在比第一转化器的温度高的温度下运转以破坏氯化烃。除了涉及将原料块研磨成粉末的相对高的成本外，这个系统另外的缺点是燃烧产物流过外筒的外部，并且仅通过对流将热间接地传递给转化筒，而转化筒的壁仅通过传导将热传递给原料块。本发明的一个目的是通过将载热气体引入反应器内部的选定区域来增加对被引入反应器的原料块进行热传递的热传递强度，并因此提高热解速度。本发明的另一个目的是提供一种适合于热解尺寸大于大约200mm的相对较大的原料块的热解反应器，从而显著降低与现有技术反应器有关的预处理成本。本发明的另一个目的是提供一种用于产生气体产物以及优选的液体产物的反应器，这些产物可用于工业过程，例如发电。本发明的另一个目的是提供这样一种热解反应器，在运行过程中，这种热解反应器能防止热解产物泄露到大气中，从而防止环境污染。本发明的又一个目的是提供这样一种热解反应器，这种热解反应器能无需停止反应器的运行即可方便地去除热解过程的固体残渣。

发明内容
本发明的热解反应器包括内筒，该内筒具有形成有多个孔的周壁；外筒，该外筒围绕所述内筒，并且在所述内筒与所述外筒之间限定有间隙；进料装置，该进料装置用于将多个原料块进给到所述内筒的内部；进口孔，载热气体流经所述进口孔并被引导至所述间隙内，以将所述载热气体经由所述多个孔引导至内筒内部并使所进给的所述原料块进行热解；传送装置，该传送装置用于运输由热解过程产生的多个固体残渣块；以及出口孔，产物蒸汽和气体、消耗了热量的载热气体以及所述多个固体残渣块穿过所述出口孔排放。借助于载热气体和内筒内部之间的压力差，载热气体被驱动至内筒内部，并且能被引至内筒内部的选定区域。由于能够经由所述多个孔将载热气体引入内筒内部的选定区域，所以相对于现有技术反应器而言，载热气体借助于交叉流动和密切接触以显著增强的强度将热直接传递给原料块。因此，能以与在现有技术反应器中热解大约20mm以下的小原料块的热解时间相同的时间来热解大约200mm以上的相对较大的原料块，同时还能达到优良的热解性能，使得被去除的固体残渣块和所进给的原料块的尺寸比小于10%。在一个优选实施方式中，所述进口孔包括导流器单元，该导流器单元配置有形成有与所述间隙连通的一个或更多个开口的周壁；位于所述导流器单元的周壁的进口端处的平坦壁；在所述进口端壁中形成的第一孔，原料块进料管穿过该第一孔进入所述内筒的内部；在所述进口端壁中形成的第二孔，载热气体管穿过该第二孔；以及位于所述导流器单元周壁的排放端处的平坦壁，所述进料管穿过该平坦壁进入所述内筒的内部，用于将所述载热气体引导至所述一个或更多个开口并且用于使所述载热气体穿过所述间隙纵向流动。在一个优选实施方式中，所述外筒和所述内筒被连接在一起，例如，借助于在所述外筒和所述内筒之间径向延伸的多个周向间隔开的板连接在一起，并且能借助于驱动装置绕公共轴线旋转。而在许多现有技术热解反应器中，仅内筒旋转而外筒是静止的，这需要整个内筒直径被密封，相对于这样的现有技术而言，本发明的反应器的密封装置的尺寸显著减小了，这是因为外筒和内筒一起旋转。适于防止载热气体溢出的密封装置与静止的导流器单元和静止的出口孔以及对应的旋转部分中的每一个接合，这样的密封装置的大小明显小于内筒直径。在一个方面，借助于从所述外筒的内表面突出的周向间隔开并且径向延伸的多个屏障部件，所述载热气体的纵向流动被限制到所述间隙的周向区域。所述外筒在纵向上从所述内筒略微突出，并且所述多个屏障部件中的每一个屏障部件均从所述外筒的内表面径向延伸以大致接触所述导流器单元周壁。在一个方面，所述多个屏障部件中的每一个屏障部件均包括近端刚性元件和远端柔性元件，该远端柔性元件用于以密封并且能旋转的方式接触所述导流器单元周壁。每个屏障部件的径向长度均略微大于从所述外筒的内表面到所述导流器单元周壁的空隙。在一个方面，所述远端元件是能耐受所述载热气体的温度的绝热材料面板。在一个方面，所述载热气体被引入所述内筒内部的具有一角距离的周向部分，所述角距离大致等于在所述导流器单元周壁中形成的所述一个或更多个开口的角距离。在一个方面，所述内筒被倾斜成使得该内筒的进口端布置成高于排放端，随着所述内筒向上旋转并且随后所述原料块在它们的角位移结束后落下，所述原料块被从第一内筒底部区域传送至比该第一内筒底部区域更靠近所述排放端的第二内筒底部区域。在一个方面，多个周向间隔开的隔板从内筒表面径向延伸并且在所述内筒的所述进口端和所述排放端之间纵向延伸，在所述内筒旋转的旋转期间，在预定角位移内，所述原料块保持处于由两块相邻的隔板和所述内筒表面限定的隔室内。当多个原料块向上旋转时，隔板从下方支撑这多个原料块。在一个方面，所述外筒和所述内筒之间的所述间隙内的载热气体的压力被选择为足够高，以在被驱散之前，仅热解从所述内筒的内表面开始的预定径向区域内的所述原料块，以优化对所述载热气体的利用，前述预定径向区域对应于所述原料块被向上旋转时的位置。优选在气体发生器中产生的载热气体的温度是足够高的，以开始原料块的热解， 该温度通常在650至700°C之间。载热气体可以包括一氧化碳、氢和氮，这些气体不能与产物气体发生反应，所述产物气体包括烃，例如甲烷、丁烷、丁烯和它们的氢异构体，以及硫化氢。当载热气体由主要由固体碳组成的固体残渣块气化产生时，气化过程中的其它反应物可以包括氧气、空气和蒸汽中的一种或多种。在一个方面，在所述内筒的排放端处，多个均勻地周向间隔开的分配元件从所述内筒的内表面向内突出，用于在所述内筒旋转期间顺序地升起所述固体残渣块并将这些固体残渣块分配到出口管。所述固体残渣块依靠重力经由所述出口管分配至可运输的料箱。在一个方面，每个所述分配元件均是平坦的，并且具有在旋转方向偏离内筒半径的远端，在角位移过程中，固体残渣块由对应的分配元件的向外侧和内筒表面共同支撑，直至从所述分配元件滑动至所述出口管内。在一个方面，所述反应器还包括流速控制装置，用于控制所述载热气体穿过所述间隙的纵向流速。在一个方面，所述流速控制装置是附接到所述外筒的内表面并且占据所述间隙的选定部分的折流板。在一个方面，所述折流板在两个相邻的屏障部件之间从所述进口端到所述排放端成角度地延伸，使得载热气体在所述进口端的流速相应地慢于在所述排放端的流速。在一个方面，所述载热气体的纵向流速是借助于内筒周壁中的孔的选定密度来控制的。
在一个方面，即使在所述固体残渣块被分配至所述出口管的情况下，所述原料块也能被连续热解。刀阀可在将所述料箱运输至所述固体残渣块被排放的位置之前封闭所述
出口管。在一个方面，即使在其他原料块被进给到所述内筒内部的情况下，所述原料块也能被连续热解。在一个方面，真空排放器排放来自所述内筒内部的产物蒸汽和气体以及消耗了热量的载热气体。在一个方面，所述反应器还包括用于使产物蒸汽和气体与所述进料装置隔离开的隔离装置，从而防止在对所述进料系统装料时造成环境污染。在一个方面，所述隔离装置包括吹扫装置，该吹扫装置用于借助于不能与所述原料块反应并且能被输送到所述内筒的气体从所述进料系统的筒的内部吹扫产物气体。在一个方面，所述隔离装置包括操作地连接至进料管的刀阀，所述原料块穿过所述进料管从所述进料装置输送。


附图中图1是根据本发明的一个实施方式的热解反应器的方框图；图2是根据本发明的一个实施方式的热解反应器和相关设备的立体图；图3是图2的热解反应器的侧视图；图4A和图4B分别是图3的热解反应器的前视图和后视图；图5A是图2的反应器的纵向剖视图；图5B是图4A中示出的导流器单元和附接到该导流器单元的原料及载热气体进料管的前视图；图5C是导流器单元沿图5B的平面A-A切开的剖视图；图6A是导流器单元沿图5A的平面B-B切开的剖视图，示出了穿过其中的载热气体的定向流；图6B是反应器沿图5B的平面C-C切开的剖视图，示出了用于将固体残块分配至出口管的多个元件；图7A是图2的反应器的部分纵向剖视图，示意性说明了穿过环形间隙进入内筒内部的载热气体的流动；图7B是图7A的细节A的放大图；图7C至图7D分别是图5B的导流器单元的柱形壁的两个立体图；图8是导流器单元沿图7B的平面D-D切开的剖视图；图9是内筒的局部剖视图以及沿图5A的平面E-E切开的剖视图，示出了产物气体穿过出口管的排放；图IOA是从内筒的内部示出的内筒周壁的局部断开的纵向带，示出了引起载热气体的流速发生变化的折流板；图IOB是由图IOA的折流板引起的载热气体流的变化的示意图；图IlA至图IlB是内筒内部的纵向立体图，示出了原料块从内筒的进口端到排放
8端的前进运动；以及图12是用于使图2的反应器旋转的驱动装置的一部分的立体图。
具体实施例方式本发明是一种新颖的热解反应器，该热解反应器配置有将载热气体引入反应器内部的选定区域的装置。载热气体被引入反应器内部的下述区域，被引入到反应器内部的有机原料块位于所述区域，从而增加载热气体和原料块之间的传热强度，因而使得相对较大的原料块(例如具有200mm大小或者更大的原料块)可被进给到反应器中并且可被适当地热解。因此可以避免与现有技术中仅适宜于热解小原料块的反应器有关的高昂的预处理成本，在现有技术中的仅适宜于热解小原料块的反应器中，需要高昂的预处理成本来通过粉碎或者通过压碎生产小原料块，也即通常小于20mm的原料块。现在参照图1，该图1示意性地说明了根据本发明的一个实施方式的热解反应器 70。反应器70包括内筒72和围绕内筒的外筒74，并且在内筒和外筒之间限定有间隙75， 例如环形间隙。原料进料系统76经由穿过内筒的密封的进口 81的管道77将原料块进给到内筒72的内部73中。产生载热气体以将热传递给原料块，以便开始热解过程。借助于压力低于内筒内部73的真空排放器93，热解过程中由反应器70产生的产物蒸汽、气体以及损耗了热量的载热气体经过密封的出口 90经由管道87和91从内筒72排出，并且在经热解的蒸汽和气体用的冷却和净化单元78处理后输送给产物气体回收系统92。根据被引入反应器的原料块的类型，可能会从产物气体冷凝出液态产物，并且这些液态产物可以经由管道91的分支管道94输送至回收系统95。反应器70还设置有固体残渣去除系统98，以穿过密封的出口 99除去热解过程结束时残留的固体残渣。若内筒72和外筒74静止，去除系统98包括布置在内部73中并且是本领域技术人员所公知的任何适当的传送装置，例如像耐受载热气体的高温的传送带系统这样的移动表面，以除去并且处理固体残渣。若内筒 72和外筒74旋转，去除系统98可以包括用于限制和推动每个原料块的多个纵向延伸的隔板以及多个分配元件，这将在后文进行描述。在足够高的温度下，通常在650至700°C之间，将载热气体引入反应器73，以开始原料块的热解。载热气体可以由气体发生器84通过本领域技术人员已知的任何方法产生。可选择地，气体发生器84中的载热气体可以通过热解的固体产品(该热解的固体产品是固体碳化残渣)的气化产生，或者，可以是从硫化氢净化而来并被加热的热解的气态产物，如由代理人案号为沈670/10/10，发明名称为“利用热解产品的环境清洁过程 (ENVIRONMENTALLY CLEAN PROCESS FOR UTILIZING PYROLYSIS PRODUCTS) ” 的共同待决的国际专利申请所描述的，其中该国际专利申请的内容以引用方式并入本申请。通过管道86输送载热气体并且经由密封的外筒进口 88将其引入间隙75中，内筒 72的周壁有利地形成有多个孔，以允许载热气体穿过这些孔将热传递给原料块。而现有技术中的反应器的内筒具有连续无孔的周壁，载热气体沿该连续无孔的周壁流动以经由内筒周壁将热间接地传递给所引入的原料块，由于本发明的带孔的内筒72，载热气体被输送至内筒内部73，能与原料块密切接触。因此，载热气体的交叉流动通过传导和小表面积对流将热直接传递给每个原料块，从而相对于进给到现有技术反应器中的原料块来说，显著增强了向进给到本发明的反应器中的原料块进行热传递的热传递强度。由于热借助于反应器70以高速度传递给原料块，所以进给到内筒72中的原料块可以大于那些被进给到现有技术反应器中的原料块，而且热解时间与在现有技术反应器中热解小原料块的时间大致相同。因此，对于相对较大的原料块，例如大约200mm或者更大的原料块来说，本发明的反应器70能达到优良的热解性能，使得在热解过程结束时从反应器去除的固体残渣块与所进给的原料块的尺寸比例可以小于例如10%。载热气体流过的管道86可以与导流器单元89连通。从而促进流过单元89的载热气体例如如所示与内筒72的底部连通而在间隙75的特定区域中流动，以便最大程度利用载热气体，使其与布置在内筒底部附近的原料块进行热交换，而无需被引入内筒内部73 的其他区域。图2和图3分别示出了根据本发明的一个实施方式的整体由附图标记4标注的可旋转热解反应器的立体图和侧视图。原料块由进料系统1经由进料管2输送到反应器4，所述进料管穿过作为进口孔的静止的导流器单元3。载热气体也经由导流器单元3输送到反应器。热解产物在静止的输出孔5从反应器排出，气体和蒸汽经出口管20分别流向回收系统92和95 (图1)，并且穿过出口管6排放的固体残渣被传送给可运输的料箱7。在例如更换料箱7时，可以借助于刀阀14暂时中断从反应器排出的固体残渣的流动。进料系统1可以是那些本领域技术人员已知的用于将原料块进给到热解反应器的任何进料系统。可选择地，进料系统可以是由代理人案号为^669/W0/10并且发明名称为“用于热解反应器的进料设备和方法(FEEDING APPARATUS AND METHOD FOR A PYROLYSIS REACTOR)”的共同待决的国际专利申请中所述的设备，该设备包括可旋转的筒，向其中引入原料块，以将足够大并且方向变化的力施加到原料块的聚集团，使得子原料块与聚集团分离，并且经由进料管装置从筒排放至热解反应器，该国际专利申请的内容以引用方式并入本申请。如在所述共同待决的国际专利申请中所描述的，可以设置隔离装置79(图1)，以在再次填充进料系统时使进料系统与热解的有害气态产物隔离开来，从而防止环境污染。 隔离装置79可以包括气体源，借助于穿过进料系统1输送到反应器4内并且不与原料块发生反应的气体(例如二氧化碳)来从进料系统筒的内部吹扫热解的气态产物。可选择地， 或者另外，隔离装置79可以是操作地连接至进料管2的刀阀。反应器4包括外筒17和内筒18 (图5A和图7B)，外筒和内筒通过在所述外筒和内筒之间径向延伸的多个周向间隔开的板21 (图6B和图8)连接在一起。外筒17和内筒18 可以是绕着公共轴线(未示出)旋转的同心管状筒。外筒17从内筒18纵向突出少许。锚元件41和42抵抗反应器的纵向膨胀。参照图2、图4A和图12，环IlA至IlB分别固定地附接到外筒17的进口端和排放端，或者分别与这些进口端和排放端是一体的。每个环IlA至IlB由一对安装到底座的间隔开的辊子12支撑，以使得进料管2与导流器单元3对准，该底座例如是从纵向延伸的支撑梁9垂直突出的一对相应的横梁43。齿轮8也例如通过焊接固定地附接至外筒17，使得齿轮8、环IlA至IlB和外筒17同轴，所述齿轮的内表面附接有多个周向间隔开的筒体35， 这些筒体排列成使得它们的轴线基本平行于外筒17的轴线，以补偿反应器在热解过程中的热变形。链条33与齿轮8的齿以及位于壳体13a中的电动机的输出齿轮13的齿啮合，当链条33被电动机驱动时，筒17和18以例如预定的或受控制的速度旋转。图4A示出了热解设备的前视图。外筒的进口端由环形端板10覆盖，该环形端板与导流器单元3以密封并且可转动的方式接触。载热气体经由管16输送到导流器单元3， 如图5C和图6A所示，管16例如垂直于反应器的纵向轴线延伸并且在导流器单元3的进口处弯曲成基本平行于反应器的纵向轴线，并且原料块经由进料管2输送到导流器单元3，所述进料管穿过导流器单元3进入内筒的内部。包括进料系统1和反应器4的热解设备由位于其下的包括多个U形梁和梁9的框架30支撑。图4B是热解设备的后视图。外筒的排放端由与静止的输出孔以密封并且可转动的方式接触的板覆盖。图5A示出了反应器4的纵向剖视图，也就是剖开了反应器的一部分以示出有孔的内筒。内筒18的周壁被打孔，以允许大约650°C的温度下的载热气体穿过这些孔到达内筒内部，以使得原料块在大约等于或大于500°C的温度下被充分加热，以经历热解过程。接下来的说明涉及尺寸相对较大的轮胎块在内筒内部中的运动。当原料块是其他类型时，运动的方式可能不同。外筒17和内筒18可以轻微地倾斜一个角度，例如0. 5至3度，使得进口端高于排放端。因此，经由进料管2引入内筒内部的原料块将靠重力传送到内筒的排放端。除了靠重力传送外，原料块还可以借助于内筒18的旋转来传送。也就是说，取决于内筒的速度、原料块的摩擦系数，以及采用纵向隔板时由隔板(图5A、图IlA和图11B)支撑的原料块的层数， 原料块在一个角距离内保持接触内筒的内表面，该角距离为从内筒底部到与它们落下的高度相对应的结束角(ending angle)。被热解并且位于内筒的下游部分的原料块持续进行旋转和落下的循环，直到它们移动到排放端为止。原料块朝排放端的前进速度取决于内筒18 的角速度和倾斜度。由于内筒内部中原料块的落下以及那些落下的原料块随后与其他原料块的混合，从载热气体到原料块的热传递强度增加了。而且，循环地向上旋转、落下以及朝原料块的排放端前进有助于防止相邻原料块的聚集，燃料块聚集会减少可暴露于载热气体的可用原料块表面积。如图6B所示，在内筒18的排放端，从它的内表面向内突出有多个分配元件M，用于升起热解过程完成后留下的固体残渣块52，例如炭，以使得这些固体残渣块被分配到出口管6，然后排放至料箱7(图3和图5A)。每个分配元件M可以是所示的平坦的，或者可选择地，可以是弯曲的，这些分配元件被适当地配置成使得固体残渣块52在与内筒底部相距预定的角距离处从分配元件释放，固体残渣块52将在所述预定的角距离处落进出口管 6，并通过该出口管靠重力输送至料箱7 (图3)。若分配元件M是平坦的，则该分配元件从内筒18倾斜地延伸，使得该分配元件附接到内筒表面的近端与内筒18的半径58重合，并且其远端从内筒半径偏移，从而在旋转方向R上相对于半径58限定出大约30度的角度。在这个角度下，固体残渣块52在旋转大约 140度角位移的过程中将由分配元件M的向外侧和内筒表面共同支撑，直至从分配元件滑入出口管6。每个分配元件M均足够长以将固体残渣块52引导至出口管6。如果起初固体残渣块52接触分配元件M的向内侧，则内筒18的旋转将致使另一个分配元件M接近并支撑块52。如图5A和图IlA至图IlB所示，内筒18的内表面可以设置有多个周向间隔开并
11且纵向延伸的隔板19，以进一步增加原料块向上旋转时的角位移，并进一步增大从载热气体到原料块的热传递强度。每个隔板在内筒18的内表面的进口端47和排放端48之间纵向延伸，并且可以从内筒表面朝内部径向延伸。原料块45在从进料管2(图幻排出后，被释放到内筒18的内部，并且当原料块首次停留在进口端47附近的区域时落到内筒表面上，如图IlA所示。因此，在内筒18以方向R旋转期间，有限量的原料块将被限制在由两块相邻隔板19限定的隔室49中。现在参照图11B，在内筒18以方向R旋转期间，在预定的角位移内，原料块45保持处在隔室49中。当原料块正被向上旋转时，隔板(例如隔板19A)自下部支撑多个原料块，而其余的原料块被那些由隔板支撑的原料块支撑。在预定的角位移下，原料块(例如块 45A)从隔室落到内筒底部，该预定的角位移取决于隔板高度、内筒18的旋转速度、隔室中原料块45的密集度、内筒的倾斜度以及原料块的摩擦系数。因此，与那些被引入到没有设置隔板的内筒相比，原料块能够以明显更大的角位移向上旋转。因为内筒18向下倾斜，所以在原料块从第一内筒底部区域向上旋转之后，原料块朝向排放端移动。在原料块的角位移结束后，原料块落到比第一内筒底部区域更接近排放端的第二内筒底部区域。在原料块从内筒18的进口端47前进到排放端48的过程中，原料块通常仅接触内筒表面的特定的周向部分P，该周向部分跨越内筒表面的大约底部B至区域S，原料块在该区域S处与内筒表面分离，角跨度可以是大约100度。如上所述，相对于现有技术而言，由于将载热气体经由孔39传送至内筒18的内部，所以对被引入反应器的原料块进行热传递的热传递强度得以提高。为了优化对载热气体的利用，在本发明的一个实施方式中，采用导流器单元来将载热气体引导至限定的周向部分P。此外，由于相对于内筒内部而言的压力差，位于外筒和内筒之间的间隙中的载热气体的压力可被选择为确保载热气体的高压在被驱散之前仅在从内筒18的内表面开始的预定径向区域Z(图11A)内是明显的。在现有技术的反应器中，热是仅通过从内筒表面传导而传递给原料块的，而在本发明的反应器的径向区域Z内，可以进行强烈的热传递。因此， 原料块的不与内筒表面接触的那些表面以及位于周向部分P的径向区域Z内的邻近层原料块也能被强烈地加热。被强烈加热的原料块在内筒内部中进行下降运动之后将加热其他原料块，并与这些其他原料块相混合。因此，进行热解的原料块将达到大体均勻的温度，从而导致热解速度也大体均勻。将通过参照图5至图8来介绍导流器单元3的结构。如图5A和图7C至图7D所示，导流器单元3具有柱形壁23以及位于进口端处并且大体垂直于壁23的纵向轴线的平坦壁四。在平坦壁四上钻有两个孔，即，相对大的孔 37和相对小的孔38，原料块进料管穿过所述相对大的孔进入内筒的内部，而载热气体管穿过所述相对小的孔。如图5C和图7A至图7B所示，导流器单元3还具有位于排放端的平坦壁31，以阻碍载热气体G进入内筒18的内部。壁31形成有密封孔，密封孔的壁被支撑在进料管2上， 而该进料管又由一个或更多个外部支撑部件支撑。进料管2还可以支撑导流器单元3的中间壁30，该中间壁被插设在壁四和31之间。参照图7B和图8，静止的导流器单元3安装在支撑柱体沈内的开口中，该支撑柱体通过例如焊接的方式连接至内筒18的可旋转端板36和外筒17的可旋转端板10。导流器单元3和柱体沈之间面接的密封装置防止载热气体G流出。围绕导流器单元3的柱形壁23缠绕的填充材料25受到围住导流器单元3的料轴箱(stuff-axle box) 28的挤压。一个或更多个挡板32从柱形壁23垂直延伸以限制填充材料25的水平位移。如图9所示，围绕静止的输出孔5的柱形壁缠绕的填充材料35与可旋转的柱体40 面接，该可旋转的柱体40连接到外筒17的排放端处的端板34，以防止通常从出口管20排放的产物气体T流出。参照图5C、图6A和图7B至图7D，在导流器单元3的柱形壁23的一个周向区域中， 在壁30和31之间形成有一个或更多个开口 27。这些开口 27的总的角距离以及它们沿管状壁23的相对位置对应于周向部分P(图11B)的角距离和位置，在原料块从进口端前进到排放端时，经历热解的原料块被限制在内筒内部的这一区域中。管16延伸至中间壁30，导致载热气体G流经壁30和31之间的空间，然后流经开口 27。由于开口 27位于外筒17的端板10和内筒18的端板36(图5A)之间的空隙中，离开开口 27的载热气体G流向外筒17 的周壁，而载热气体G在一个纵向方向的流动受到端板10的限制。开口 27与外筒17和内筒18之间的环形间隙44连通。由于载热气体的压力和内筒内部的压力之间的压力差，载热气体G被驱动成沿间隙44纵向流动，因此气体G穿过在内筒18中形成的多个孔39流入内筒内部，以便选择性地将热传递给位于内筒内部的周向部分P(图11B)中的原料块。参照图6A和图7B，多个周向间隔开并且径向延伸的屏障部件51被连接到外筒17 的内表面并且还可以连接到内筒18，例如连接到端板36，借助于这些屏障部件，载热气体G 在间隙44中的流动被限制到对应于开口 27的角距离的周向区域。每个屏障部件51可以包括两个元件例如由钢制成并从外筒17的内表面突出的金属元件J ；以及从元件J径向延伸并且附接到所述元件J的柔性元件K。柔性元件K可以是耐受载热气体的高温的绝热材料面板。通过使用柔性元件K，屏障部件51的径向长度可以略大于从外筒17的内表面至导流器单元3的柱形壁23的空隙。因此，元件K的末端将在接触柱形壁23时弯曲，以使得在外筒17例如沿方向R旋转期间，每个屏障部件51的柔性元件K将以密封并且可旋转的方式接触导流器单元3的壁23。由于屏障部件51和柱形壁23之间的密封接触，穿过开口 27的载热气体G的额外的周向流动主要由两个相邻的屏障部件51来防止。因此，气体 G被迫穿过间隙44并且在对应于开口 27的角距离的周向区域内纵向流动。可选择地，每个屏障部件51均可以包括单个从外筒表面径向延伸以与导流器单元3的柱形壁23基本接触并且稍微分离的元件。在图IOA和图IOB中示出的本发明的另一个实施方式中，载热气体穿过环形间隙 44的纵向流速被改变，以在整个环形间隙在大致垂直于间隙44内的纵向流动的方向提供进入内筒内部的载热气体的所需水平的热通量，以相对较大的原料块。如果载热气体所流经的间隙44的区域的宽度从进口端至排放端是一致的，则排放端处的热通量将大于进口端处的热通量，然而优选的是进口端处的热通量应当较大。用于控制载热气体G的纵向流动的折流板46可以附接至外筒17的内表面，并且可在朝向内筒18延伸时占有间隙44的选定部分。折流板46的未被附接的边缘可以相对于其附接至外筒17的边缘成一角度，从而使得与排放端48相比，进口端47处的载热气体的流速相应减少。折流板46可以在两个相邻的屏障部件51 (图7B)之间从进口端47向排放端48成角度地延伸。由于进口端47附近的载热气体的流速以及因此此处的载热气体的动压相对较低，所以载热气体的静压相对较高，由于间隙44和内筒内部之间的压差，载热气体的静压对经由孔将载热气体驱动进内筒内部是有影响的。因此，与排放端48附近的原料块相比，进口端47处的原料块处于载热气体G的较大的静压下，并且与排放端48附近的原料块相比，进口端处的原料块具有相对低的温度，并且需要适当较高水平的热通量以被热解。相反地，宽度W在下游区域增大，也就是沿朝向排放端48的方向增大。因此，下游区域中载热气体G的流速增加，并且因此动压也增加，导致下游区域的静压相对降低，但是无论如何仍然足以热解其中的原料块。因此，在内筒18的每个纵向区域流入内筒的热量都足够高以热解相对较大的原料块。如图IOB所示，折流板46可以形成有多个孔53，这些孔适于引起载热气体流速的进一步的改变。如果需要，可以在折流板46的排放端M处促进载热气体G的部分G’流经在折流板和外筒17的内表面之间形成的锥形区域50并且朝向进口侧47流动，以便控制流入内筒18的热量。朝向进口侧47流动的载热气体部分G’可以流经折流板46中的孔53， 并且围绕折流板46的排放端M再循环，或者经由孔39被引入到内筒内部。折流板46和屏障部件51 (图7B)之间的空隙可以具有变化的宽度W(图10A)。可选择地，载热气体穿过环形间隙的纵向流动可以通过改变给定纵向区域处孔的密度(即，每单位面积内孔的数量)来改变，或者如果需要的话，可以通过改变给定纵向区域处孔的大小来改变。可以从以上描述看出，即使在引入相对较大尺寸的原料块的情况下，本发明的反应器也能实现优良的热解性能。可以被进给到反应器中的原料块的类型包括但是不局限于轮胎块、煤块、油页岩和城市废弃产品。以下实施例提供了一些被进给轮胎块的反应器的操作条件。实施例热解反应器包括具有Im直径的内筒以及限定30mm的间隙的同轴外筒。内筒的周壁打有5mm的孔，使得相邻孔之间的距离统一为5mm。反应器以1度的角度向下倾斜。反应器以0. 25rpm的恒定角速度旋转。尺寸范围从200至300mm并且具有从橡胶基部突出的金属帘线的轮胎块被以lOOkg/hr的速度连续进给。载热气体被导入间隙，然后经由孔进入内筒内部，这样的载热气体是热解的固体碳化残渣的气化产物。除了固体残渣，蒸汽和空气也被引入气体发生器。气体发生器开始时通过来自气罐的丙烷和丁烷的标准混合物的燃烧而被加热，在气体发生器中达到1000°c 的温度。由于气体发生器中的反应，产生的载热气体主要由一氧化碳、硫化氢和氮组成。载热气体的混合物通过热交换器被冷却到650°C，并且以750m7hr的流速和IlOmm水柱的压力引入反应器。内筒内部的压力是20_水柱。在这些条件下，从反应器排放的固体残渣块的测量温度是490°C。原料块借助于多个周向间隔开的隔板在内筒中前进。从热解过程中得到的产物气体包括烃C1-C4以及硫化氢。液态产物与产物气体分离并且被冷凝。液态产物具有0.89 的比重、在40°C下2. 401的粘度、0. 94%的含硫量，以及0. 008%的含灰量。产物蒸汽和气体以及载热气体的混合物从内筒内部排出，并且借助于排放器被引入灰尘净化、冷却、冷凝和分离系统。固体残渣块的尺寸为不大于25mm。从进给到反应器中的IOOkg的轮胎块中生产出11. 7kg的产物气体、43. 5kg的液态产物和44. 8kg的固体残渣块(包含14. 7kg的钢)。产物气体的借助于活性炭从硫化氢中净化而来的不可循环的部分被用于通过柴油发电机来产生电力。虽然已经通过示例的方式描述了本发明的一些实施方式，但显而易见的是，在不偏离本发明的精神或者不超出权利要求的范围的情况下，本发明可以通过多种修正、变化和改进的方式来实施，并且可以通过采用在本领域技术人员的技能范围之内的许多等同或可选的解决方案来实施。
权利要求
1.一种热解反应器，该热解反应器包括a)内筒，该内筒具有形成有多个孔的周壁；b)外筒，该外筒围绕所述内筒，并且在所述内筒与所述外筒之间限定有间隙；c)进料装置，该进料装置用于将多个原料块进给到所述内筒的内部；d)进口孔，载热气体流经所述进口孔并被引导至所述间隙内，以将所述载热气体经由所述多个孔引导至内筒内部并使所进给的所述原料块进行热解；e)传送装置，该传送装置用于运输由热解过程产生的多个固体残渣块；以及f)出口孔，产物蒸汽和气体、消耗了热量的载热气体以及所述多个固体残渣块穿过所述出口孔排放。
2.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述载热气体能被引导至所述内筒内部的选定区域。
3.根据权利要求2所述的反应器，其中，所述进口孔包括导流器单元，该导流器单元配置有a)形成有与所述间隙连通的一个或更多个开口的周壁；b)位于所述导流器单元周壁的进口端处的平坦壁；c)在所述进口端壁中形成的第一孔，原料块进料管穿过该第一孔进入所述内筒内部；d)在所述进口端壁中形成的第二孔，载热气体管穿过该第二孔；以及e)位于所述导流器单元周壁的排放端处的平坦壁，所述进料管穿过该平坦壁进入所述内筒内部，排放端处的该平坦壁用于将所述载热气体引导至所述一个或更多个开口并且用于使所述载热气体穿过所述间隙纵向流动。
4.根据权利要求3所述的反应器，其中，所述外筒和所述内筒被连接在一起，并且能借助于驱动装置绕公共轴线旋转。
5.根据权利要求4所述的反应器，其中，借助于从所述外筒的内表面突出的周向间隔开并且径向延伸的多个屏障部件，所述载热气体的纵向流动被限制到所述间隙的一周向区域。
6.根据权利要求5所述的反应器，其中，所述外筒在纵向上从所述内筒略微地突出，并且所述多个屏障部件中的每一个屏障部件均从所述外筒的内表面径向延伸以大致接触所述导流器单元周壁。
7.根据权利要求6所述的反应器，其中，所述多个屏障部件中的每一个屏障部件均包括近端刚性元件和远端柔性元件，该远端柔性元件用于以密封并且能旋转的方式接触所述导流器单元周壁。
8.根据权利要求7所述的反应器，其中，每个屏障部件的径向长度均略微大于从所述外筒的内表面到所述导流器单元周壁的空隙。
9.根据权利要求7所述的反应器，其中，所述远端元件是能耐受所述载热气体的温度的绝热材料面板。
10.根据权利要求5所述的反应器，其中，所述载热气体被引入所述内筒内部的具有一角距离的周向部分，所述角距离大致等于在所述导流器单元周壁中形成的所述一个或更多个开口的角距离。
11.根据权利要求4所述的反应器，其中，所述内筒被倾斜成使得该内筒的进口端布置成高于该内筒的排放端，随着所述内筒向上旋转并且随后所述原料块在它们的角位移结束后落下，所述原料块被从第一内筒底部区域传送至比该第一内筒底部区域更靠近所述排放端的第二内筒底部区域。
12.根据权利要求11所述的反应器，其中，多个周向间隔开的隔板从内筒表面径向延伸并且在所述内筒的所述进口端和所述排放端之间纵向延伸，在所述内筒的旋转期间，在预定角位移内，所述原料块保持处于由两块相邻的隔板和所述内筒表面限定的隔室内。
13.根据权利要求12所述的反应器，其中，当多个原料块向上旋转时，隔板从下方支撑这多个原料块。
14.根据权利要求4所述的反应器，其中，在所述内筒的排放端处，多个均勻地周向间隔开的分配元件从所述内筒的内表面向内突出，用于在所述内筒旋转期间顺序地升起所述固体残渣块并将这些固体残渣块分配到出口管内。
15.根据权利要求14所述的反应器，其中，所述固体残渣块依靠重力经由所述出口管分配至可运输的料箱。
16.根据权利要求14所述的反应器，其中，每个所述分配元件均是平坦的，并且具有在旋转方向偏离内筒半径的远端，在角位移过程中固体残渣块由对应的分配v元件的向外侧和内筒表面共同支撑，直至从所述分配元件滑动至所述出口管内。
17.根据权利要求4所述的反应器，其中，所述外筒和所述内筒由在该外筒和该内筒之间径向延伸的多个周向间隔开的板连接在一起。
18.根据权利要求1所述的反应器，所述反应器还包括流速控制装置，用于控制所述载热气体穿过所述间隙的纵向流速。
19.根据权利要求18所述的反应器，其中，所述流速控制装置是附接到所述外筒的内表面并且占据所述间隙的选定部分的折流板。
20.根据权利要求19所述的反应器，其中，所述折流板在两个相邻的屏障部件之间从所述进口端到所述排放端成角度地延伸，使得载热气体在所述进口侧的流速相应地慢于在所述排放侧的流速。
21.根据权利要求18所述的反应器，其中，所述载热气体的纵向流速是借助于内筒周壁中的孔的选定密度来控制的。
22.根据权利要求15所述的反应器，其中，即使在所述固体残渣块被分配至所述出口管内时，所述原料块也能被连续热解。
23.根据权利要求22所述的反应器，所述反应器还包括刀阀，以在将所述料箱运输至所述固体残渣块被从所述料箱排放的位置之前封闭所述出口管。
24.根据权利要求4所述的反应器，其中，所述间隙内的所述载热气体的压力被选择为足够高，以仅热解从所述内筒的内表面开始的预定径向区域内的所述原料块。
25.根据权利要求3所述的反应器，其中，即使在其他原料块被进给到所述内筒内部时，所述原料块也能被连续热解。
26.根据权利要求1所述的反应器，所述反应器还包括真空排放器，用于排放来自所述内筒内部的产物蒸汽和气体以及消耗了热量的载热气体。
27.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述载热气体不能与产物气体反应。
28.根据权利要求1所述的反应器，其中，对于大小为大约200mm以上的进给原料块，被去除的固体残渣块与原料块的尺寸比小于10%。
29.根据权利要求1所述的反应器，所述反应器还包括用于使产物蒸汽和气体与所述进料装置隔离开的隔离装置，从而防止在对所述进料系统装料时造成环境污染。
30.根据权利要求四所述的反应器，其中，所述隔离装置包括吹扫装置，该吹扫装置用于借助于不能与所述原料块反应并且能被输送到所述内筒的气体从所述进料系统的筒的内部吹扫产物气体。
31.根据权利要求四所述的反应器，其中，所述隔离装置包括操作地连接至进料管的刀阀，所述原料块穿过所述进料管从所述进料装置输送。
全文摘要
一种热解反应器，该热解反应器包括内筒，该内筒具有形成有多个孔的周壁；外筒，该外筒围绕所述内筒，并且在所述内筒与所述外筒之间限定有间隙；进料装置，该进料装置用于将多个原料块进给到所述内筒的内部；进口孔，载热气体流经所述进口孔并被引导至所述间隙内，以将所述载热气体经由所述多个孔引导至内筒内部并使所进给的所述原料块进行热解；传送装置，该传送装置用于运输由热解过程产生的多个固体残渣块；以及出口孔，产物蒸汽和气体、消耗了热量的载热气体以及所述多个固体残渣块穿过所述出口孔排放。
文档编号F27B7/10GK102369408SQ201080012511
公开日2012年3月7日 申请日期2010年3月16日 优先权日2009年3月17日
发明者A·P·博恩斯藤, D·S·雅克布维奇, M·L·斯考普, M·维斯 申请人:T.D.E.回收技术有限公司