一种蓄热式胶粒反应器的制作方法

本实用新型涉及裂解设备技术领域，具体来讲是一种蓄热式胶粒反应器。

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。

热解技术是将有机物在无氧或缺氧的状态下加热至500～1000℃，使固体废物中的有机物转化为以燃气、燃料油和热解炭为主的贮存性能源。由于是缺氧分解，还原气氛可减轻废物中硫、氮、重金属等有害成分对环境的二次污染，工艺上无需昂贵的洗气装置。

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。

专利文件《一种用于废旧轮胎、废塑料的裂解设备》(专利申请号：201820810602.7)介绍了一种用于废旧轮胎、废塑料的裂解设备。该装置采用回转窑热解方式，在窑内设置烟气加热管，可使物料均匀受热，烟气加热管可以发挥搅拌的功能，能够有效避免物料的粘结，促进物料均匀分散。

但是该技术方案存在以下不足：

1、现有技术中所述回转窑设备在转动过程中，物料在炉内翻动的幅度大，易产生大量的粉尘，尤其当物料热解成炭黑时，大量的细炭黑随高温油气一并进入油气冷却段，易堵塞管道造成设备故障，同时大大降低油品品质。同时，物料在受热热解过程中，易结块，仅靠回转窑自身的转动难以使结块的物料破坏，从而导致结块量不断增加，严重时直接造成炉窑运行异常。

2、当物料与炉内设置烟气加热管接触时，会促使物料快速热解，但当变粘的物料一旦在烟气加热管粘结后，难以发现和清理，造成烟气加热管向外传热困难，严重时会损坏烟气管，存在安全隐患。

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。

由于现有技术的上述种种缺点，实用新型一种连续、高效、产品附加价值高的蓄热式胶粒反应器是十分必要的。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种蓄热式胶粒反应器，能够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，延长了设备使用寿命。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：一种蓄热式胶粒反应器，包括封闭式的炉体，还包括蓄热式热风炉；所述炉体内自上而下依次设置有至少两个换热反应器，且炉体设置有第一烟气口和第二烟气口；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；所述蓄热式热风炉分别与第一烟气口和第二烟气口连接，用于为炉体提供高温烟气。

在上述技术方案的基础上，所述蓄热式热风炉包括第一蓄热燃烧单元、第二蓄热燃烧单元、三通阀和四通阀；所述第一蓄热燃烧单元包括第一燃烧室和第一蓄热室；所述第一燃烧室与第一烟气口连通；所述第二蓄热燃烧单元包括第二燃烧室和第二蓄热室；所述第二燃烧室与第二烟气口连通；所述三通阀包括燃气入口、第一燃气出口和第二燃气出口；所述燃气入口用于引入燃气；所述第一燃气出口通过管路与第一燃烧室连通；所述第二燃气出口通过管路与第二燃烧室连通；所述四通阀包括空气入口、烟气排出口、第一连接口和第二连接口；所述空气入口用于引入空气；所述烟气排出口用于排出换热后的烟气；所述第一连接口通过管路与第一蓄热室连通；所述第二连接口通过管路与第二蓄热室连通。

在上述技术方案的基础上，所述第一烟气口和第二烟气口分别设置在炉体底部两端。

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，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。

在上述技术方案的基础上，所述第一蓄热室和第二蓄热室内都设置有蓄热体。

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。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型采用多级反应设备，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、本实用新型采用蓄热式燃烧系统，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；通过蓄热式燃烧系统，始终维持炉膛的高温和排烟的低温，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，增加油残留，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、本实用新型采用蓄热式燃烧系统和多级反应设备相结合的方式，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。

4、本实用新型中，由于采用蓄热式燃烧系统维持反应器的恒温后，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为本实用新型实施例中蓄热式胶粒反应器的结构示意图。

附图标记：

1-炉体；11-第一烟气口；12-第二烟气口；

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-第一蓄热燃烧单元；41-第一燃烧室；42-第一蓄热室；

5-第二蓄热燃烧单元；51-第二燃烧室；52-第二蓄热室；

6-三通阀；61-燃气入口；62-第一燃气出口；63-第二燃气出口；

7-四通阀；71-空气入口；72-第一连接口；73-第二连接口；74-烟气排出口。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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，不能理解为限制本实用新型的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本实用新型描述中，“数个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下面结合说明书的附图，通过对本实用新型的具体实施方式作进一步的描述，使本实用新型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，旨在解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

参见图1所示，本实用新型实施例提供了一种蓄热式胶粒反应器，包括封闭式的炉体1，还包括蓄热式热风炉；

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设置有第一烟气口11和第二烟气口12；本实施例中，第一烟气口11和第二烟气口12分别设置在炉体1底部两端，与三级换热反应器相对应。

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。

蓄热式热风炉分别与第一烟气口11和第二烟气口12连接，用于为炉体1提供高温烟气。具体的，蓄热式热风炉包括第一蓄热燃烧单元4、第二蓄热燃烧单元5、三通阀6和四通阀7；

第一蓄热燃烧单元4包括第一燃烧室41和第一蓄热室42；第一燃烧室41与第一烟气口11连通；

第二蓄热燃烧单元5包括第二燃烧室51和第二蓄热室52；第二燃烧室51与第二烟气口12连通；具体的，第一蓄热室42和第二蓄热室52内都设置有蓄热体。蓄热体由蓄热材料制成，呈蜂窝状或者丝状结构。另外，蓄热体也可以由若干蓄热球组成。

三通阀6包括燃气入口61、第一燃气出口62和第二燃气出口63；燃气入口61用于引入燃气；第一燃气出口62通过管路与第一燃烧室41连通；第二燃气出口63通过管路与第二燃烧室51连通；

四通阀7包括空气入口71、烟气排出口74、第一连接口72和第二连接口73；空气入口71用于引入空气；烟气排出口74用于排出换热后的烟气；第一连接口72通过管路与第一蓄热室42连通；第二连接口73通过管路与第二蓄热室52连通。

本实用新型的工作原理为：

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。

将橡胶粒送入料仓中，开启裂解炉本体的各输送翻料器，同时开启蓄热式热风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。

当燃气依次通过三通阀的燃气入口、第一燃气出口进入第一燃烧室时，此时空气依次通过四通阀的空气入口、第一连接口也进入第一燃烧室，第一燃烧室燃烧产生的高温烟气先通过第一烟气口进入裂解炉本体的腔室中，最先接触三级换热反应器的外腔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，通过蓄热式燃烧系统，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与二级换热反应器的外腔接触，为二级换热反应器提供热量，满足二级换热反应器热裂解需要的热量。换热后的热烟气与一级换热反应器外腔接触，与一级换热反应器内的物料进一步换热，换热后的烟气再依次返回到二级换热反应器和三级换热反应器，再经由第二烟气口进入第二燃烧室中，然后与第二蓄热室12中的蓄热体进行换热，换热后的烟气温度降至120℃以下后，依次经过四通阀的第二连接口、烟气排出口排出。每隔60～120秒后三通阀和四通阀同时换向，换向后燃气依次通过三通阀的燃气入口、第二燃气出口进入第二燃烧室时，此时空气依次通过四通阀的空气入口、第二连接口也进入第二蓄热室与高温蓄热体进行换热，被预热后的空气与燃气混合燃烧，燃烧产生的高温烟气从第二烟气口进入裂解炉本体，通过换热后的烟气从第一烟气口离开裂解炉本体进入第一燃烧室中，然后与第一蓄热室中的蓄热体进行换热，换热后的烟气温度降至120℃以下后，依次经过四通阀的第一连接口和烟气排出口排出。通过控制每隔60～120秒后三通阀和四通阀的换向，实现燃气在第一、第二第一蓄热燃烧单元进行蓄热燃烧和蓄热排烟，始终维持裂解炉本体物料裂解温度控制在需要的温度范围内，如橡胶粒热解温度350～650℃。排烟温度控制在120℃。温度精度控制在±3℃以内。

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，难以确保长期平稳连续运转。本实用新型在选用高温烟气作为加热介质的过程中，通过蓄热式燃烧系统，始终维持炉膛的高温和排烟的低温，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.蓄热式胶粒反应器的生产实验数据表

由上表可看出，本实用新型中，每3000kg的橡胶颗粒可以产生1500kg的油，150kg的化工原料气、270kg的钢丝和1080kg的炭黑，相比传统工艺，本实用新型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，包含于本实用新型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。

通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本实用新型不局限于上述的具体实施方式，在本实用新型基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本实用新型的保护范围，应由各权利要求限定之。