一种废旧轮胎处理系统和处理方法与流程

本发明涉及轮胎胎面热解，具体涉及一种废旧轮胎处理系统和处理方法。

背景技术：

随着我国经济的快速发展和人民生活水平的普遍提高，汽车已经逐步进入人们的日常生活之中，由此产生了大量的废旧轮胎。2006年我国轮胎产量高达2.8亿条，居世界第一，当年产生的废旧轮胎也多达1.4亿条，约360万吨。大量废旧轮胎的堆积不仅占用土地，还容易滋生蚊虫细菌，传播疾病，危害居民健康，而且极易引起火灾，造成环境污染。对废旧轮胎进行回收处理，则不仅可以缓解其对环境的压力，减少污染，更可实现资源的有效回收利用。

技术实现要素：

本发明设计了一种新型的废旧轮胎处理的热解工艺，综合考虑了废轮胎产物的价值，最大化的利用了废旧轮胎的价值，极大地提高了经济效益。

本发明首先提供了一种废旧轮胎处理系统，所述系统包括：

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；

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快速热解反应器的半焦出口相连；

两级旋风分离器，具有热解油气入口和净油气出口，所述热解油气入口与所述快速热解反应器的热解油气出口相连；

喷淋塔，具有净油气入口、热解油出口和热解气出口，所述净油气入口与所述两级旋风分离器的净油气出口相连；

所述快速热解反应器包括反应器本体、辐射管和多个金属挡板组件；所述辐射管的截面形状为圆形，所述辐射管沿着所述反应器的高度多层布置于所述反应器本体内；所述金属挡板组件包括水平挡板和斜板，所述水平挡板在所述斜板下方；所述水平挡板的一端和所述斜板的一端分别与所述反应器本体的内侧壁相连，所述水平挡板的另一端和所述斜板的另一端相连并形成20°-45°的夹角。

在本发明的一个实施方案中，所述系统还包括电石冶炼装置，所述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。

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，所述水平挡板的水平长度为所述反应器本体宽度的1/3-1/2。

在本发明的一个实施方案中，上下相邻的两个金属挡板组件相对地设置在所述反应器本体的两侧侧壁上。

本发明进一步提供了一种利用上述系统处理废旧轮胎的方法，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；

将所述热解油气送入所述旋风分离器除去固体杂质，然后再送入所述喷淋塔循环冷却喷淋，分离得到热解油和热解气。

在本发明的一个实施方案中，将所述型球进行冶炼，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快速热解反应器的所述轮胎胎面。

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。

本发明将热解得到的热解油气进行了净化并将其分离为热解油和热解气，提高了热解产物的经济价值。

此外，本发明还将半焦、生石灰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。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种废旧轮胎处理系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种处理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、一级旋风除尘器；7、二级旋风除尘器；8、喷淋塔；9、风机；10、储油罐；11、集气罐；12、融合成型装置；13、密闭式电石炉；14、切割机；15、抽丝机；16、粉碎机；17、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“水平挡板”指得是水平放置的金属挡板，“斜板”指得是倾斜放置的金属挡板，“辐射管”指得是蓄热式无热载体辐射管。此外，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、一级旋风除尘器6、二级旋风除尘器7、喷淋塔8、风机9、储油罐10、集气罐11、融合成型装置12、密闭式电石炉13、切割机14、抽丝机15、粉碎机16、磁选机17。

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、金属挡板组件。辐射管沿着反应器的高度多层布置于反应器本体内，金属挡板组件设置在反应器本体的内侧壁上，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的出料口相连。

本发明提供的蓄热式移动床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。物料在进料料斗1中经螺旋进料器进入蓄热式移动床反应器中，轮胎胎面在下落过程中，与辐射管充分接触，在热解过程中轮胎胎面实现导热、对流和辐射综合换热，轮胎胎面的传热速率大于500℃/S。

金属挡板组件是由水平挡板和斜板组成的，水平挡板在斜板下方，水平挡板的一端和斜板的一端分别与反应器本体的内侧壁相连，水平挡板的另一端和斜板的另一端相连并形成夹角。

轮胎胎面从进料口进入后，开始下落，碰到斜板后，被弹起，然后再下落；轮胎胎面每碰到一次斜板，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。此外，斜板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。水平挡板用于支撑斜板。金属的热传导性好，采用金属挡板组件能提高轮胎胎面热解的效果。

因此，添加金属挡板组件后，反应器的高度可降低。若不改变反应器本体的高度，添加金属挡板组件后，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。

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12相连，半焦、生石灰和粘结剂在融合成型装置12中混合均匀后被压制成型球，再送往密闭式电石炉13中进行冶炼，制备电石。密闭式电石炉13并不是系统必须的装置，型球可直接对外出售。

水平挡板和斜板形成夹角的具体角度范围为15°-60°时，轮胎胎面在热解反应器内既能充分热解，也不会堆积在斜板432上。进一步地，夹角的角度范围为20°-45°为最优方案。水平挡板的水平长度为反应器本体的宽度(其内壁的宽度)的1/3-1/2。

金属挡板组件可根据需要设置在某层辐射管的上方或下方。进一步地，金属挡板组件最佳的位置为两层辐射管之间，且水平挡板与位于它下方、并距它最近的辐射管的中心的距离为该辐射管直径的1-1.5倍。此时，位于斜板上的含碳燃料能更好的被热解。

为了最大限度的增加废旧轮胎热解的时间，参考图1，上下相邻的两个金属挡板组件最好相对地设置在反应器本体的两侧。

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，并利用两级旋风分离结构除去热解油气中的固体半焦，降低了焦油含尘量，以便后续能对热解油气进一步加工。图1所示的除尘装置包括两个一级旋风除尘器6和两个二级旋风除尘器7，旋风除尘器除尘效率高，两级除尘能有效的将热解油气中的半焦清除。当然，也可选用其他除尘装置。

如图1所示，一级旋风除尘器6和二级旋风除尘器7具有进气口、净化油气出口和排灰口，其中，一级旋风除尘器6的进气口与蓄热式快速热解反应器3的热解油气出口相连。

喷淋塔8具有净化油气入口、热解油出口和热解气出口；净化油气入口和一级旋风除尘器6的净化油气出口相连。如图1所示，喷淋塔8连接有风机9。高温油气冷却后，其中的热解油变为液体，从热解油出口排出，进入储油罐10中储存；热解气进入集气罐11中储存。

如图1所示，进料料斗1前还设有切割机14、抽丝机15、粉碎机16和磁选机17，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。

热解产生的热解油气携带粒径小于0.1mm的粉末半焦从反应器3的热解油气出口进入两级旋风分离器6和7，分离后得到的较纯净的热解油气进入喷淋塔8后经冷却介质快速喷淋冷却，冷却介质经过泵9送入喷淋塔循环冷却喷淋，油蒸汽被冷却捕捉下来形成热解油，经收油罐10收集；从喷淋塔8出来的热解气输送至集气罐11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生石灰、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13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，水平挡板与斜板的夹角为25°，水平挡板的水平长度2m，水平挡板与位于它下方、并距它最近的辐射管的中心的距离为450mm，辐射管是公称直径为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15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经过两级旋风除尘，分离后得到的较纯净的热解油气进入喷淋塔8后经冷却介质快速喷淋冷却，冷却介质经过泵9送入喷淋塔循环冷却喷淋，油蒸汽被冷却捕捉下来形成热解油，经收油罐10收集；从喷淋塔8出来的热解气输送至集气罐11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生石灰、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13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。

本发明将热解得到的热解油气进行了净化并将其分离为热解油和热解气，提高了热解产物的经济价值。

此外，本发明还将半焦、生石灰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。

进一步地，本发明提供的蓄热式移动床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。

反应器本体上添加了由水平挡板和斜板组成的金属挡板组件，该金属挡板组件增加了轮胎胎面在热解反应器内停留的时间。因此，添加金属挡板组件后，反应器的高度可降低。若不改变反应器本体的高度，添加金属挡板组件后，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。

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。