一种用于橡胶颗粒和电子垃圾裂解炼油的裂解设备的制作方法

本发明涉及裂解设备技术领域，具体来讲是一种用于橡胶颗粒和电子垃圾裂解炼油的裂解设备。

背景技术：

随着社会的发展和科技的进步，家庭汽车拥有量和家电使用量快速增加，带来的废旧轮胎和电子垃圾不断增多，这类废弃物任意堆放易引起火灾，难以生物降解，易滋生病菌，由此带来的环境问题不容忽视。如何合理的处理和有效的利用这两类废弃物引起全球范围内的普遍关注。目前，国内外开发出许多相关的设备，但这些设备均存在难以连续运行，并且污染重、环保差、存在安全隐患等居多问题。

橡胶热解能将废轮胎完全裂解为炭黑、热解油和煤气等有用产品。炭黑可以重新作为轮胎生产的炭黑源，或将其作为打印墨的原料，或将其活化转化成活性炭用于废气处理或城市污水处理，或用作输送带或靴子等胶品补强剂，用途十分广泛。热解油可以作为常规的液体燃料油使用，也可以与重柴油混合使用，以提高其雾化效果。另外，热解油热值与重柴油相当，经过简单处理后是可以作为重柴油使用。煤气由于其高热值可用作燃料或因其富含h2和ch4等化工原料而作为化工原料气。

热解工艺具有代表性的有回转窑工艺、真空移动床工艺、两段移动床工艺以及流化床热解工艺，上述技术存在对处理能力低、操作难度高、热解温度不均易结焦等缺点。

专利文件《一种连续化裂解工艺及设备》(专利申请号：201610867337.1)介绍了一种连续化裂解设备及方法，用于裂解轮胎。该装置是物料在导热箱的滚动下裂解，可实现物料快速有效连续的热解，实现系统的连续稳定运行，但是因单台设备受长度限制，设备处理能力受限，并且设备内部孔隙较大，物料随导热箱滚动时，炭黑易进入气相，油品质差。

专利文件《用于废轮胎资源回收化的卧式螺杆结构裂解炉》(专利申请号：201410617589.x)，其中空轴与夹套共同提供热源，传热面积大；热源可使用经分离过后的裂解产物；中空轴和夹套内高温气体采用逆流流动，且夹套仅包裹下筒体与裂解反应位置接触，采用多级并联，夹套内部设置折流板，延长高温气体停留时间。但是该技术方案存在以下缺陷：采用单根螺旋处理，处理能力受限；同等的处理能力下，增加设备占地面积；直接采用热烟气加热，热利用率极低，排烟温度高，能耗高，并且高温烟气需换热设备对其进一步降温，增加后续设备投资；通过多层隔板方式增加烟气在夹套停留时间，增加设备加工难度、出现异常难以检修、增加高温材料用量等。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于橡胶颗粒和电子垃圾裂解炼油的裂解设备，可以大幅度提高有机化合物裂解效率，降低设备故障，提高产油率和油品品质，彻底解决物料因受热不均而出现局部结焦问题，大大降低能耗，延长设备使用寿命。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种用于橡胶颗粒和电子垃圾裂解炼油的裂解设备，包括封闭式的炉体，所述炉体内自上而下依次设置有至少两个换热反应器，且炉体设置有烟气出口和至少一个烟气入口；所述换热反应器均设置有进口和出口，且换热反应器内设置有输送翻料器，所述输送翻料器用于将换热反应器进口处的物料翻动并输送至出口处；每上下相邻的两换热反应器中，上方换热反应器的出口通过连接管与下方换热反应器的入口连接；位于最上方的换热反应器进口处设置有接料管，位于最下方的换热反应器出口处设置有卸料管，且接料管和卸料管的端部均穿出炉体。

在上述技术方案的基础上，所述烟气入口的位置与换热反应器相对应，且至少一个烟气入口与位于最下方的换热反应器相对应。

在上述技术方案的基础上，至少一个换热反应器设置有排油气管，该排油气管的端部穿出炉体。

在上述技术方案的基础上，所述换热反应器均为两端封闭的管体结构。

在上述技术方案的基础上，所述输送翻料器包括转轴和螺旋叶片。

在上述技术方案的基础上，所述炉体内至少一对相邻的两换热反应器之间设置有蓄热体。

在上述技术方案的基础上，所述蓄热体由蓄热材料制成，呈蜂窝状或者丝状结构。

在上述技术方案的基础上，所述蓄热体由若干蓄热球组成。

在上述技术方案的基础上，各换热反应器的两端均穿出炉体，且穿出炉体的部分设置有用于连接输送翻料器的轴承座。

在上述技术方案的基础上，每相邻的两换热反应器中输送翻料器的输送方向相反。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用多级反应设备，可增加物料在炉内停留时间，提高单炉处理能力，减少设备占地面积；另外，选用多级反应设备，可满足物料从低温到高温缓慢升温，有效避免急剧升温导致结焦问题；最后，采用多级反应设备，也可为操作失误或是其他突发异常需检修时提供便利，无需对整个设备进行拆卸，只需局部拆卸和清理。

2、本发明采用两级或多级高温烟气入口，可避免先进入反应器的高温烟气快速降温，而导致传热差的问题；通过两级或多级向反应器送入高温烟气，有效实现炉内物料裂解温度更平稳，物料热解更缓和，提高热解效率，增加油产率，有效降低固体残炭中有机质的残留量，提高固体残炭品质。

3、本发明在二级反应区增加蓄热材料，起到蓄能保温作用。二级反应区为主反应区，物料大量的热裂解主要发生在此区，因此该区需要更多的热量，通过蓄热材料的蓄热保温，能增加高温烟气在此区的停留时间，从而为此区提供更多的热量，一方面能更充分利用高温烟气余热，另一方面能促进物料在此区裂解的持续性，有效实现热解的高效。

4、本发明采用多高温烟气进口和增加蓄热材料相结合的方式，能彻底解决高温烟气传热差、热利用率低、反应炉温度梯度大等问题，从而使该反应器能充分利用高温烟气热量，提高热效率，降低能耗，同时避免因使用熔盐作为热源带来的操作困难、检修难、散热严重、易腐蚀等问题。

5、本发明由于采用了提供传热效率的方式后，无需对物料进行强烈的翻转就能增加了物料之间混合均匀性，提高传热传质效率，降低气体污染物排放，提高油气品质，简化了气体净化流程，确保系统的环保性。

附图说明

图1为本发明实施例中裂解设备的结构示意图。

附图标记：

1-炉体；11-烟气入口；12-烟气出口；

2-换热反应器；21-接料管；22-卸料管；23-连接管；24-排油气管；

3-输送翻料器；31-转轴；32-螺旋叶片；33-轴承座；

4-蓄热体。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向(x)”、“纵向(y)”、“竖向(z)”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

下面结合说明书的附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种用于橡胶颗粒和电子垃圾裂解炼油的裂解设备，包括封闭式的炉体1，炉体1内自上而下依次设置有至少两个换热反应器2，本实施例中，炉体1内自上而下依次设置有三个换热反应器2，且从上而下依次作为一级换热反应器、二级换热反应器和三级换热反应器。上述各换热反应器均为两端封闭的管体结构。炉体1设置有烟气出口12和至少一个烟气入口11；具体的，烟气入口11的位置与换热反应器2相对应，且至少一个烟气入口11与位于最下方的换热反应器2相对应。本实施中，该炉体1设置有两个烟气入口11，且都设置在炉体1的底部与三级换热反应器相对应(一个位于三级换热反应器入口的下方，另一个位于炉体1底面的中部)。优选的，炉体1的侧面和顶部还可设置与一级换热反应器、二级换热反应器相对应的多个烟气入口11，且由于工艺条件的要求，与三级换热反应器相对应的烟气入口11排入的烟气温度最高，与二级换热反应器相对应的烟气入口11排入的烟气温度其次，与一级换热反应器相对应的烟气入口11排入的烟气温度最低。

换热反应器2均设置有进口和出口，且换热反应器2内设置有输送翻料器3，输送翻料器3用于将换热反应器2进口处的物料翻动并输送至出口处；具体的，输送翻料器3包括转轴31和螺旋叶片32。各换热反应器2的两端均穿出炉体1，且穿出炉体1的部分设置有用于连接输送翻料器3的轴承座33。转轴31的两端分别为转动轴和支撑轴，并安装在对应的轴承座33内。

每上下相邻的两换热反应器2中，上方换热反应器2的出口通过连接管23与下方换热反应器2的入口连接；本实施例中，连接管41为竖直设置的直管，且上方换热反应器出口位于下方换热反应器入口的正上方，物料在重力的作用下即可直接落入下方入口；位于最上方的换热反应器2进口处设置有接料管21，位于最下方的换热反应器2出口处设置有卸料管22，且接料管21和卸料管22的端部均穿出炉体1。本实施例中，一级换热反应器的进口处设置有接料管，三级换热反应器的出口处设置有卸料管，且接料管和卸料管的端部均穿出炉体。接料管与外部的上料系统连接，该上料系统包括进料仓和进料螺旋。从卸料管送出的炭黑通过冷却后，送入碾磨系统和造粒系统后，获得粒径为2～5mm的成品炭黑，再通过打包机进行打包存放。具体的，每相邻的两换热反应器中输送翻料器的输送方向相反，节约了设备的布局空间并提高了工作效率。

具体的，至少一个换热反应器2设置有排油气管24，该排油气管24的端部穿出炉体1。本实施中，一级换热反应器靠近出口的位置设置有排油气管，该排油气管的端部穿出炉体。油气通过排油气管进入油气冷却系统进行冷却，分别获得轻质油和重质油送入不同的储油罐，不凝气通过进一步脱硫后送入烟气炉进行燃烧，为裂解炉本体提供热量。

炉体1内至少一对相邻的两换热反应器2之间设置有蓄热体4。该蓄热体不仅能够用于高温烟气的蓄热，还能够用于减缓烟气的流动速度。本实施例中，炉体1内一级换热反应器和相邻二级换热反应器之间设置有蓄热体，该蓄热体4由蓄热材料制成，呈蜂窝状或者丝状结构。另外，蓄热体4也可由若干蓄热球制成。蓄热体4能够有效增加高温烟气在此区的停留时间，从而为此区提供更多的热量，满足二级换热反应器热裂解需要的大量热量。

本发明的工作原理为：

首先，对废旧轮胎进行预处理，主要是拔丝除去内圈钢丝带，破碎和揉搓，得到粒径小于35mm的橡胶颗粒或是电子垃圾。

将橡胶粒送入料仓中，开启裂解炉本体的各输送翻料器，同时开启烟气炉对裂解炉本体进行预热，通过热电偶观察炉体各级的温度，当温度达到300～650℃后，开启上料系统和进料螺旋，向裂解炉本体输送橡胶胶粒，经过预处理的橡胶颗粒或是电子垃圾从接料管进入一级换热反应器入口端，在输送翻料器的作用下将物料往出口端输送的同时不断翻动，并与管体外的高温烟气进行换热，物料温度不断升高，通过调节输送翻料器的转速来控制物料往前输送的速度。物料通过连接管进入二级换热反应器，二级换热反应器内的输送翻料器与一级换热反应器输送翻料器的作用相同，而输送方向相反，确保物料在二级换热反应器内向一级换热反应器相反的方向输送。物料在一级换热反应器内处于升温过程，而物料在二级换热反应器内主要发生热裂解过程，有机化合物分解成气态小分子，产生大量的油气和炭黑，产生的油气向上扩散，通过排油气管进入后段油气冷却分离系统，而接触反应器内壁的物料与高温烟气先换热并裂解，在输送翻料器的作用下，物料不断翻动，内外层物料进行交替更换，都能得到有效传热而不断热裂解，热裂解产生的炭黑进入三级换热反应器，炭黑在残留的胶质和沥青质类重质组分在高温下进一步裂解和挥发，炭黑得到进一步提质。

高温烟气先通过高温烟气入口进入裂解炉本体的腔室中，最先进入三级换热反应器的外壁接触换热，所以三级换热反应器温度最高，能满足炭黑中残留的重质有机组分的裂解和挥发，同时通过增加多个高温烟气入口，有效降低高温烟气温度梯度。离开三级换热反应器的高温烟气上升并与二级换热反应器的外壁接触换热，同时，由于蓄热体的设置，高温烟气的流动速度降低同时与蓄热进行换热，有效增加了高温烟气在二级换热反应器的停留时间，从而为二级换热反应器提供更多的热量，满足二级换热反应器热裂解需要的大量热量。通过换热后的热烟气上升至一级换热反应器，与第一反应器内的物料进一步换热，烟气温度降到200℃以下后通过烟气出口排出炉外。

通过三级反应器的低温裂解，橡胶颗粒被裂解成油气和炭黑，油气通过油气冷却系统进行冷却，分别获得轻质油和重质油送入不同的储油罐，不凝气通过进一步脱硫后送入烟气炉进行燃烧，为裂解炉本体提供热量。从裂解炉底部固体出料口送出的炭黑通过冷却后，送入碾磨系统和造粒系统后，获得粒径为2～5mm的成品炭黑，再通过打包机进行打包存放。

常规的加热方式有三种，火焰加热、高温烟气加热和高温液体(热油或熔盐)。其中采用火焰加热，会造成局部高温，对于用于处理橡胶和电子垃圾易造成局部结焦严重，易造成运行故障。直接采用高温烟气加热时，气体存在传热效果差，热利用率极低问题，造成能源浪费。选用熔盐作为加热的介质，传热效果好，温度梯度小，物料热裂解效果好，但熔盐在启炉和停炉过程操作困难，一旦保温效果差，易凝固在管道和炉壁上，另外熔盐在高温时流动性好，但低温时流动性变差，相关的输送泵设备使用时故障率极高，易腐蚀，难以确保长期平稳连续运转。本发明在选用高温烟气作为加热介质的过程中，通过采用多级高温烟气进口和增加蓄热材料相结合的方式，能彻底解决高温烟气传热差、热利用率低、反应炉温度梯度大等问题，从而使该反应器能充分利用高温烟气热量，提高热效率，降低能耗，同时避免因使用熔盐作为热源带来的操作困难、检修难、散热严重等问题。

表1.裂解设备的生产实验数据表

由上表可看出，本发明中，每2000kg的橡胶颗粒可以产生1100kg的油，200kg的化工原料气和700kg的炭黑，相比传统工艺，本发明提高了热解效率和油产率。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“优选地”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点，包含于本发明的至少一个实施例或示例中，在本说明书中对于上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或者示例中以合适方式结合。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。