废旧轮胎热解油气冷凝器的制作方法

本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及废旧轮胎热解油气冷凝器。

背景技术：

废旧轮胎是常见的固体废弃污染物，人们通过很多途径对其回收利用实现无害化处理，其中通过对废旧轮胎热解制备燃料油、碳黑就是解决方案之一。中国发明专利（专利申请号为02112328.4，专利名称为用于废轮胎裂解回收工业碳黑和燃料油的立式裂解塔）公开了用于废轮胎裂解回收工业碳黑和燃料油的立式裂解塔，其特征在于，它具有密闭立式塔体，在塔体上端设有上刮料搅拌装置、轮胎进料口及裂解气出口，塔体内依次设有上部空心加热圆盘、下部空心冷却圆盘，并分别与塔体外侧的烟道气分配系统、冷却水进出口集箱相通，在塔体下设有下刮料搅拌装置及塔底碳黑出口。该裂解塔操作弹性大，裂解性能好，运转连续可靠，且劳动强度小，是一种性能良好的热裂解设备。其主要特点如下：1)能耗小；2)调节控制方便，适应性强；3)操作密闭，无杂质进入，无裂解气泄漏，品质与安全有保证；4)设备重量轻，采用立式结构，占地面积小；5)运转稳定，操作方便。中国发明专利（专利申请号为201610787571.3，专利名称为废旧轮胎热裂解装置）公开了废旧轮胎热裂解装置，包括废旧轮胎破碎装置、热裂解炉、油气回收系统、烟气排放系统、固料回收系统，热裂解炉，设有炉体，炉体内设有竖向设置的炉膛，炉体外设有保温外壳，炉体的上部设有进料口、烟气排放口和油气出口，炉体的下部设有与固料回收系统相接的固料出料口；烟气排放口通过排烟管与烟气排放系统相接，油气出口通过油气排管与油气回收系统相接；炉膛内设有封闭的炉床体，炉床体上端设有与进料口相接的内进料管，以及与油气出口相接的内油气管，炉膛内壁与炉床体之间的过烟室，烟气排放口与过烟室相通，炉体下端设有与固料出料口相接的内出料管；炉体下部设有与过烟室相通的燃烧室；炉床体的中心部设有旋转芯轴，炉床体内由上至下设有若干层物料室，所述的旋转芯轴上设有伸入到各个物料室内的炒拌装置，相邻物料室之间设有炉节，所述炉节包括中间轴管及上、下环形盘片，上、下环形盘片的内沿与中间轴管的上下沿对接，上、下环形盘片的外沿与炉床体壁对接，上、下环形盘片之间设有中间环形隔板，中间环形隔板的外环面与炉膛内壁连接，上环形盘片的外沿与中间环形隔板之间设有上出烟窗口，下环形盘片的外沿与中间环形隔板之间设有下进烟窗口，中间环形隔板的内环面与中间轴管的外管壁之间设置为过烟气道，炉节上设有连通上下物料室的下料通道，下料通道设置在中间轴管与旋转芯轴之间的炉节为内落料形炉节；下料通道设置在靠近外沿的上、下环形盘片之间的炉节为外落料形炉节，内落料形炉节和外落料形炉节间隔设置，炒拌装置包括与旋转芯轴固定的若干炒片臂，沿炒片臂的下表面设有朝向下料通道设置的炒片；固料回收系统设有夹套式螺旋冷却输送机，夹套式螺旋冷却输送机包括带水冷式夹套的外壳，外壳内设有螺旋输送机构，外壳的进料口与热裂解炉炉体的固料出料口对接，外壳的出料口处设有对辊式破碎机，外壳的出料口下方设有橡胶输送带，橡胶输送带的下部设有磁铁，橡胶输送带的出料端设有钢丝接料斗；橡胶输送带的上方设有吸碳引风机，吸碳引风机的吸碳嘴正对橡胶输送带设置，吸碳引风机的排风管与除尘系统相接。

现有技术一用于废轮胎裂解回收工业碳黑和燃料油的立式裂解塔对废旧轮胎裂解制备燃料油、碳黑连续生产提出了解决方案，但是没有公开回收裂解油气的详细技术细节；现有技术二废旧轮胎热裂解装置的油气回收系统也是没有公开回收裂解油气的详细技术细节。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供废旧轮胎热解油气冷凝器，其特征是：包括二级冷凝器、水循环回路。

二级冷凝器包括初级管板式冷凝器、次级管板式冷凝器、旋风分离器、回流器、u型液封回流管，初级管板式冷凝器、次级管板式冷凝器管箱内的管束也是水循环回路的上升管，热解油气自下而上沿初级管板式冷凝器、次级管板式冷凝器壳程流动，初级管板式冷凝器包括初级管程上接管、初级壳程上接管、初级壳程下接管、初级管程下接管、布液盘、初级冷凝液出口，次级管板式冷凝器包括次级管程上接管、次级壳程上接管、次级壳程下接管、次级管程下接管、次级冷凝液出口，热解油气从初级壳程下接管、初级壳程上接管、次级壳程下接管、次级壳程上接管依次流动冷凝进入旋风分离器，为防止热解气串流，初级冷凝液出口设计有挡堰板，旋风分离器底部设计有u型液封，初级冷凝分离的热解油汇集到初级冷凝液出口，次级冷凝分离的热解油与旋风分离的热解油全部汇集到回流器，再经u型液封回流管输送至布液盘，布液盘包括布气板、分液盖板，布气板上的喷嘴与分液盖板气孔一一对应，布液盘覆盖初级壳程下接管进口，热解气从布气板上的喷嘴喷出，经分液盖板气孔流出时引射热解油回流液混合并传质传热。

水循环回路包括锅筒、联箱、下降管、上升管，冷却水从联箱输注，经初级管程下接管、次级管程下接管流经上升管与壳程的热解油气换热生成蒸汽与水混合物，再经初级管程上接管、次级管程上接管注入锅筒实现蒸汽与水分离，水从下降管返回联箱，完成水自然循环的同时生产出工作蒸汽备用。

发明人发现，轮胎由外胎、内胎和垫带构成，外胎由胎体、胎面和胎圈三个主要部分组成，胎体由多层挂胶帘布按一定的角度贴合而成，帘布通常用高强钢丝、合成纤维挂胶制作；胎面与地面接触，常用耐热、耐剪切的胶料制作；胎圈的用途是使轮胎紧密的固定在轮辋上，胎圈主要由钢丝圈、三角填充胶、钢丝圈包布组成。按充气轮胎用途可分为轿车轮胎、载重轮胎、农业轮胎、工程轮胎、特种车辆轮胎、航空轮胎、摩托车轮胎、自行车胎，而回收的废旧轮胎通常为轿车轮胎、载重轮胎、农业轮胎、摩托车轮胎、自行车胎,其结构通常为斜交轮胎、子午线轮胎。废旧轮胎回收后用于建筑填料、公路填料、制备再生橡胶、热解制备燃料油及碳黑等用途。

发明人发现，废旧轮胎热解以回收热解油和热解碳为主要目的，进一步制备燃料油、碳黑等产品，热解气如果作为主要产物无疑是不经济的，原因是提高热解气的得率需要更高热解温度（550～600℃）才能使分子量更大的热解油链烃断裂生成分子量较小的甲烷、乙烷、乙烯、丙烯等组分为主的热解气，更高热解温度使得一部分能源白白耗费在破坏分子链上，降解热解油生成的热解气易燃易爆且不易储存运输；再有为了降低热解反应炉造价及利于机械加工的要求，炉体材料选择q345r钢材，考虑到q345r钢材高温下的许用应力要求，即不超过475℃温度下使用，综合考虑上述因素，废旧轮胎的热解工艺温度设计为350～400℃，废旧轮胎热解的热源则是回收利用热解气燃烧产生的高温烟气，热解气为热解油经冷凝后常温下不凝可燃气体，低位热值17～54mj/nm³。由于传热效率、传热温差的要求，废旧轮胎热解气燃烧窑炉出口至立式热解塔体夹套、回转耙辊进口的烟气温度控制在550～560℃之间，经立式热解塔体、回转耙辊换热后排烟温度为410～420℃，传热平均温差为140℃，因此热解气燃烧窑炉能够对热解气燃烧产生的高温烟气温度进行调控，需要引入冷源与高温烟气混合，通过调整两者组分比例达到热解工艺所需的温度。

发明人发现，出于废旧轮胎热解工艺中物料平衡、水（蒸汽）平衡、能量平衡的要求，以及节约能源、减少排放、循环利用的总目标，热解气燃烧窑炉输出高温烟气经立式热解塔体、回转耙辊换热后的排放废气，氧含量已经降为3%以下，温度为410～420℃，由于回转耙辊的动密封高温工作条件下承压有限，设计的绝对压力为不超过105kpa，因此排放废气虽然有较高焓值却压力较低，其压力指标低于燃烧器二次风进口、热解气燃烧窑炉冷源入口112～118kpa压力要求，无法直接回收利用。参照涡轮增压的工作原理，考虑排放废气压力较低，选择进气端压力损失较小的轴向进气、垂直向上排气方式，悬臂式转子结构，利用排放废气经静叶栅及动叶轮膨胀作功，热能转变为动叶轮旋转的机械能，动叶轮又带动行星增速器驱动压气涡轮，压气涡轮压送空气使之增压进入燃烧器，替代了燃烧器输送的预混空气所需的鼓风机，但是排放废气的进口绝对压力为105kpa，而排放废气出口直接连通烟囱，即废气透平的背压为大气压力101kpa，进出口压力差不足以克服静叶栅及动叶轮的流道压力损失而造成动叶轮止转，因此需要设计一套蒸汽喷射泵通过较高压力蒸汽引射排放废气，使排放废气的出口压力降至50～55kpa，那么废气透平进出口压力差达到52～57kpa，动叶轮能够可靠的工作。蒸汽喷射泵的蒸汽来源为热解油冷凝产生饱和蒸汽，压力0.35～0.4mpa，蒸汽喷射泵出口的排放废气、蒸汽混合气将送至膨胀罐，膨胀罐内的不凝气即为惰性尾气，惰性尾气有三种用途，其一作为热解气燃烧窑炉的调节温度的冷源，其二作为热解气燃烧器调节过剩空气系数的气源，其三作为中段钟罩储仓吹扫所需的惰性保护气。

发明人发现，废旧轮胎热解反应炉产出的热解油的温度为350～400℃，需要冷凝、分馏后加以利用，冷凝通常通过间壁式换热器实现，冷源一般选择冷却水，冷却水吸收热能转化为蒸汽，而多级冷凝产生的不同品质蒸汽加以利用，可作为多级蒸汽喷射器（泵）中的不同压力级别的工作流体来源，也可作为废气透平的冷却蒸汽，达到废旧轮胎热解工艺中物料平衡、水（蒸汽）平衡、能量平衡的要求，以及节约能源、减少排放、循环利用的总目标。

发明人发现，采用冷凝工艺将废旧轮胎热解油气分离为常温下易于保存运输的热解油及常温下不凝可燃气体即热解气，同时高品质回收利用冷却水产生的余热蒸汽，余热蒸汽还需要满足蒸汽喷射泵等装置的工作流体要求。热解油气冷凝器设计了二级冷凝器、水循环回路，二级冷凝器包括初级管板式冷凝器、次级管板式冷凝器、旋风分离器、回流器、u型液封回流管，初级管板式冷凝器、次级管板式冷凝器管箱内的管束也是水循环回路的上升管，热解油气自下而上沿初级管板式冷凝器、次级管板式冷凝器壳程流动，初级管板式冷凝器包括初级管程上接管、初级壳程上接管、初级壳程下接管、初级管程下接管、布液盘、初级冷凝液出口，次级管板式冷凝器包括次级管程上接管、次级壳程上接管、次级壳程下接管、次级管程下接管、次级冷凝液出口，热解油气从初级壳程下接管、初级壳程上接管、次级壳程下接管、次级壳程上接管依次流动冷凝进入旋风分离器，为防止热解气串流，初级冷凝液出口设计有挡堰板，旋风分离器底部设计有u型液封，初级冷凝分离的热解油汇集到初级冷凝液出口，次级冷凝分离的热解油与旋风分离的热解油全部汇集到回流器，再经u型液封回流管输送至布液盘，布液盘包括布气板、分液盖板，布气板上的喷嘴与分液盖板气孔一一对应，布液盘覆盖初级壳程下接管进口，热解气从布气板上的喷嘴喷出，经分液盖板气孔流出时引射热解油回流液混合并传质传热，由于利用次级管板式冷凝器、旋风分离器回流的热解油冷凝液作为冷却介质，从而减少冷凝器的换热面积、降低设备投资，而且这种全回流的方式有利于回收热解气携带油颗粒、提高了热解油的得率。水循环回路包括锅筒、联箱、下降管、上升管，冷却水从联箱输注，经初级管程下接管、次级管程下接管流经上升管与壳程的热解油气换热生成蒸汽与水混合物，再经初级管程上接管、次级管程上接管注入锅筒实现蒸汽与水分离，水从下降管返回联箱，完成水自然循环的同时生产出工作蒸汽备用。

相对于现有技术，本发明至少含有以下优点：第一，废旧轮胎热解反应炉产出的热解油的温度为350～400℃，需要冷凝、分馏后加以利用，冷凝通常通过间壁式换热器实现，冷源一般选择冷却水，冷却水吸收热能转化为蒸汽，而多级冷凝产生的不同品质蒸汽加以利用，可作为多级蒸汽喷射器（泵）中的不同压力级别的工作流体来源，也可作为废气透平的冷却蒸汽，达到废旧轮胎热解工艺中物料平衡、水（蒸汽）平衡、能量平衡的要求，以及节约能源、减少排放、循环利用的总目标；第二，采用冷凝工艺将废旧轮胎热解油气分离为常温下易于保存运输的热解油及常温下不凝可燃气体即热解气，同时高品质回收利用冷却水产生的余热蒸汽，余热蒸汽还需要满足蒸汽喷射泵等装置的工作流体要求；第三，由于利用次级管板式冷凝器、旋风分离器回流的热解油冷凝液作为冷却介质，从而减少冷凝器的换热面积、降低设备投资，而且这种全回流的方式有利于回收热解气携带油颗粒、提高了热解油的得率。

附图说明

图1为本发明废旧轮胎热解油气冷凝器的主视结构示意图。

图2为本发明废旧轮胎热解油气冷凝器的a向结构示意图。

图3为本发明废旧轮胎热解油气冷凝器的b大样结构示意图。

图4为本发明废旧轮胎热解油气冷凝器的c大样结构示意图。

图5为本发明废旧轮胎热解油气冷凝器的d局部放大结构示意图。

ⅰ－二级冷凝器ⅱ－水循环回路

1－次级管板式冷凝器2－旋风分离器3－回流器

4－u型液封回流管5－初级管板式冷凝器6－锅筒

7－下降管8－联箱9－上升管10－初级管程上接管

11－初级壳程上接管12－初级壳程下接管13－布液盘

14－初级管程下接管15－次级管程上接管16－次级壳程上接管

17－次级壳程下接管18－次级管程下接管19－次级冷凝液出口

20－初级冷凝液出口21－布气板22－分液盖板。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，废旧轮胎热解油气冷凝器，其特征是：包括二级冷凝器ⅰ、水循环回路ⅱ。

二级冷凝器ⅰ包括初级管板式冷凝器5、次级管板式冷凝器1、旋风分离器2、回流器3、u型液封回流管4，初级管板式冷凝器5、次级管板式冷凝器1管箱内的管束也是水循环回路ⅱ的上升管9，热解油气自下而上沿初级管板式冷凝器5、次级管板式冷凝器1壳程流动，初级管板式冷凝器5包括初级管程上接管10、初级壳程上接管11、初级壳程下接管12、初级管程下接管14、布液盘13、初级冷凝液出口20，次级管板式冷凝器1包括次级管程上接管15、次级壳程上接管16、次级壳程下接管17、次级管程下接管18、次级冷凝液出口19，热解油气从初级壳程下接管12、初级壳程上接管11、次级壳程下接管17、次级壳程上接管16依次流动冷凝进入旋风分离器2，为防止热解气串流，初级冷凝液出口20设计有挡堰板，旋风分离器2底部设计有u型液封，初级冷凝分离的热解油汇集到初级冷凝液出口20，次级冷凝分离的热解油与旋风分离的热解油全部汇集到回流器3，再经u型液封回流管4输送至布液盘13，布液盘13包括布气板21、分液盖板22，布气板21上的喷嘴与分液盖板22气孔一一对应，布液盘13覆盖初级壳程下接管进口12，热解气从布气板21上的喷嘴喷出，经分液盖板22气孔流出时引射热解油回流液混合并传质传热。

水循环回路ⅱ包括锅筒6、联箱8、下降管7、上升管9，冷却水从联箱8输注，经初级管程下接管14、次级管程下接管流15经上升管9与壳程的热解油气换热生成蒸汽与水混合物，再经初级管程上接管10、次级管程上接管15注入锅筒6实现蒸汽与水分离，水从下降管7返回联箱8，完成水自然循环的同时生产出工作蒸汽备用。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。