一种以废轮胎为热载体进行微波热解的系统及方法

本发明涉及废弃物处理，具体涉及一种以废轮胎为热载体进行微波热解的系统及方法。

背景技术：

1、废轮胎和废塑料是生活中固体废弃物的典型代表，也是自然界最难降解的物质之一。据统计，全球约有数百万吨的废轮胎、废塑料被丢弃或焚烧，造成环境的严重污染和资源浪费，尤其是废轮胎中的添加剂和化学药剂可能会通过土壤渗入地下水，造成地下水的污染，废塑料可能会涌入海洋，对海洋生态环境造成严重破坏，风化后的细小颗粒也可能会伴随食物链进入人体，影响人体的健康发展。

2、热解法在处理废旧轮胎和废旧塑料方面具有不可替代的优势，有效减小固体废弃物体积的同时，还可以实现其无害化和资源化利用，真正意义上实现“资源-产品-废弃物-资源”的闭环利用。传统的热解方式以电加热为主，由于废轮胎和废塑料的热导性较差，从而导致传统方式的热解速率较慢，目标产物产率偏低，因此，低成本的快速热解方式与高目标物产率一直是企业和市场追求的终极目标。

3、废轮胎具有吸收微波的特性，利用微波的能量特性可以迅速实现废轮胎的热解过程，而废塑料不具备吸收微波的特性，将废轮胎作为热载体用于废塑料的热解可以解决废塑料无法微波热解的现状，提高固体废弃物热解效率，降低能源消耗，但是目前现有技术还未对废轮胎、废塑料微波热解系统以及工艺进行研究。

4、由此可见，现有技术有待于进一步改进。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种以废轮胎为热载体进行微波热解的系统，通过微波分级热解系统、进料系统、催化改质系统、尾气处理系统及排料系统相互配合，可以实现以废轮胎为载体的情况下，对废塑料进行协同热解，且整个热解过程连续化、自动化。

2、为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、一种以废轮胎为热载体进行微波热解的系统，其包括微波分级热解系统和与所述的微波分级热解系统分别连接的进料系统、催化改质系统及排料系统，所述的进料系统包括废轮胎切块机、废塑料粉碎机和循环进料器，所述的废轮胎切块机用于将废轮胎切制成长度为0.5～500mm块状，所述的废塑料粉碎机用于将废塑料粉碎成粒径为0.001～10mm的颗粒，所述的循环进料器将废轮胎切块机、废塑料粉碎机的出口分别与所述的微波分级热解系统连接。

4、所述的微波分级热解系统包括壳体、微波发生器及箱式移动反应釜，所述的壳体内设置有不规则的环形体，所述的不规则的环形体由依次设置的脱氧区、低功率区、脱氯区、高功率区、高温油气区和排料区组成，所述的箱式移动反应釜依次经过脱氧区、低功率区、脱氯区、高功率区、高温油气区、排料区；所述的箱式移动反应釜包括釜体、釜盖、转轴、前档柱和后档柱，所述的转轴位于釜盖的中点靠近后挡柱的位置，所述的前档柱和后档柱用于限制所述的釜盖旋转；当所述的箱式移动反应釜在无外力作用时或者具有向下的加速度时，釜盖为开启状态；当所述的箱式移动反应釜具有向上的加速度时，在惯性和运动趋势的双重作用及前挡板、后挡板的限制作用下，所述的釜盖为关闭状态。

5、所述的箱式移动反应釜在脱氧区、脱氯区、高温油气区或排料区时，釜盖处于开启状态；所述的箱式移动反应釜在低功率区或高功率区时，釜盖处于关闭状态。

6、所述的催化改质系统与所述的高温油气区相连，所述的催化改质系统用于对废轮胎、废塑料的热解产物进行连续催化改质、进行催化剂活化再生。

7、所述的排料系统用于将微波分级热解系统产生的残渣排出。

8、上述的一种以废轮胎为热载体进行微波热解的系统，所述的废塑料粉碎机包括粉碎腔体和位于所述的粉碎腔体内的一级粉碎机构、二级粉碎机构和三级粉碎机构，所述的一级粉碎机构位于二级粉碎机构的上方，废塑料进入所述的粉碎腔体内时首先经过所述的一级粉碎机构，所述的一级粉碎机构包括三根辊柱，分别为第一辊柱、第二辊柱和第三辊柱，所述的第一辊柱和第三辊柱位置固定，并且在第一辊柱、第三辊柱的表面设置有直齿状切刀；所述的第二辊柱可相对第一辊柱、第三辊柱进行横向或纵向移动，在所述的第二辊柱的表面设置有锯齿状的齿形；通过所述的第二辊柱与第一辊柱、第三辊柱之间的距离和速度差来实现对废塑料的一级粉碎。

9、所述的二级粉碎机构包括电动机、液压缸和两个磨盘，分别为第一磨盘和第二磨盘，所述的第一磨盘位于第二磨盘的上方，所述的第一磨盘、第二磨盘的表面均呈现“内高外低”的形状，在第一磨盘、第二磨盘上均设置有若干个小孔，所述的小孔的直径沿着轴心从里到外依次增大，所述的第一磨盘连接有直杆和锥齿轮，所述的电动机通过直杆、锥齿轮为所述的第一磨盘提供驱动力；所述的第二磨盘连接有直齿轮，所述的电动机通过直齿轮为所述的第二磨盘提供动力。

10、所述的三级粉碎机构包括研磨单元，所述的研磨单元位于所述的第一磨盘和第二磨盘之间，第一磨盘和第二磨盘之间的间距通过所述的液压缸进行调整。

11、上述的一种以废轮胎为热载体进行微波热解的系统，所述的循环进料器包括进料腔体和混合腔体，所述的进料腔体位于混合腔体上方，在所述的进料腔体和混合腔体之间通过挡板分隔，所述的进料腔体分为两部分，分别为废塑料进料腔体和废轮胎进料腔体，所述的废塑料进料腔体的顶部设置有废塑料进料口，所述的废塑料进料口与废塑料粉碎机的出口连接；所述的废轮胎进料腔体的顶部设置有废轮胎进料口；

12、所述的混合腔体为上宽下窄的锥形结构；在混合腔体内混合所得物料经过所述的混合腔体的出口进入位于脱氧区的箱式移动反应釜中。

13、上述的一种以废轮胎为热载体进行微波热解的系统，在所述的脱氧区、低功率区、脱氯区、高功率区、高温油气区和排料区内均设置有与箱式移动反应釜相匹配的滑动部，所述的箱式移动反应釜从脱氧区作为起点，依次滑行至低功率区、脱氯区、高功率区、高温油气区、排料区，所述的脱氧区-低功率区-脱氯区-高功率区-高温油气区-排料区分别对应水平-斜向上-斜向下-斜向上-向下-向下的坡度设计；在所述的脱氧区内废轮胎和废塑料在箱式移动反应釜内完成脱氧；在所述的低功率区内通过低温裂解脱除塑料中存在的氯元素；在所述的脱氯区内完成含氯油气的释放；在所述的高功率区完成对物料的深度热解；所述的高温油气区与催化改质系统连接，通过催化改质系统将废塑料和废轮胎共热解产生的高温油气经过催化改质得到高质量热解油；在所述的排料区完成对反应产生的热解残渣的排放。

14、上述的一种以废轮胎为热载体进行微波热解的系统，所述的催化改质系统包括催化改质装置、活化再生装置及催化剂输送装置，所述的催化改质装置包括催化改质螺杆，所述的催化改质螺杆包括螺杆主体和缠绕在螺杆主体外围的螺旋状的油气管，在所述的油气管上均匀分布着若干个透气孔；催化改质装置的进气口与所述的高温油气区相连，高温油气区产生的高温油气进入所述的油气管中，通过透气孔与催化剂输送装置提供的催化剂接触，催化剂沿着所述的催化改质螺杆从上向下移动，实现对油气的连续催化改质；

15、所述的催化剂输送装置包括螺旋输送器，螺旋输送器的底端设置有催化剂收集器，螺旋输送器的顶端设置的出口将催化剂输送至所述的催化改质螺杆中；

16、所述的活化再生装置包括球磨区和煅烧区，所述的球磨区位于所述的催化改质螺杆的下方，所述的煅烧区位于球磨区的下方，经过煅烧区后的催化剂进入所述的催化剂收集器中。

17、上述的一种以废轮胎为热载体进行微波热解的系统，所述的煅烧区设置有z形管，催化剂在所述的煅烧区的移动路线呈z形；在所述的球磨区内设置有搅拌器、球体、上挡板和下挡板，当一定质量的催化剂进入球磨区后，通过搅拌器的旋转，球体和催化剂之间可产生相互的剪切力。

18、上述的一种以废轮胎为热载体进行微波热解的系统，所述的排料系统包括柱形的管体，在所述的管体的内壁上间隔均匀的设置有若干块隔板，在相邻的隔板形成的一个区域内设置有微孔，与所述的微孔相邻的区域内设置有小球；在所述的排料系统旋转过程中，热解产生的残渣通过与小球之间的碰撞和剪切力使得附着在管体内壁的炭黑剥落和分离。

19、上述的一种以废轮胎为热载体进行微波热解的系统，还包括微波发生器，通过所述的微波发生器将微波能转变为热能对废轮胎进行加热，废轮胎吸收的热能部分传递给废塑料，实现对废轮胎和废塑料的共同热解。

20、上述的一种以废轮胎为热载体进行微波热解的系统，所述的催化改质系统连接有尾气处理系统，通过所述的尾气处理系统将产生的尾气进行达标排放。

21、本发明的另一目的在于提供一种以废轮胎为热载体进行微波热解的方法，其采用上述的系统，包括以下步骤：

22、步骤一、将废轮胎投入到废轮胎切块机中切制成长度为0.5～500mm块状，将废塑料投入到废塑料粉碎机中粉碎成粒径为0.001～10mm的颗粒，将二者混合均匀后通过循环进料器送入微波分级热解系统的箱式移动反应釜中；

23、步骤二、箱式移动反应釜依次在脱氧区、低功率区、脱氯区、高功率区、高温油气区、排料区完成脱氧、脱氯、含氯油气的释放、深度热解、高质量热解油的获取、排放热解残渣步骤；在高温油气区中，催化改质系统用于对废轮胎、废塑料的热解产物进行连续催化改质、催化剂活化再生；

24、步骤三、热解产生的残渣通过排料系统排出。

25、与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

26、(1)本发明提出了一种以废轮胎为热载体进行微波热解的系统，其包括微波分级热解系统、进料系统、催化改质系统及排料系统，其中，微波分级热解系统中，通过在其壳体内设置不规则的环形体，并且不规则的环形体由依次设置的脱氧区、低功率区、脱氯区、高功率区、高温油气区和排料区组成，通过与各个区配合的箱式移动反应釜来完成脱氧、脱氯、含氯油气的释放、深度热解、高质量热解油的获取、排放热解残渣步骤，这样设计的优点在于：相较于传统热解方式，微波热解具有加热速率快、能量利用率高、反应条件可控和产物品质高等诸多优势。利用不规则的环形体设计可以确保热解的连续性，提高整个系统的热解效率。分区热解不仅可以避免外界因素对热键产物的影响，而且能够有效控制热解反应的各个阶段及去除热解产物中存在的有害元素(如氯等)，获取纯净和高质量的热解产物，减少后期处理成本。

27、(2)本发明高温油气区与催化改质系统连接，产生的高温油气进入催化改质系统后，经过催化剂的改质获取得到高质量热解油，催化改质系统包括催化改质装置、活化再生装置及催化剂输送装置，其中，催化改质装置中通过设置的催化改制螺杆可以实现油气与催化剂的大面积均匀接触，通过活化再生装置的球磨区和煅烧区后，催化剂进入催化剂收集器中，催化改质系统这样设计的优点在于：通过优化高温油气与催化剂的接触方式，显著提升了催化剂的改质效率。与原位催化和非原位催化相比，这种设计不仅能够使油气与催化剂的接触面积最大化，而且可以更有效地促进反应的进行。此外，催化改质装置与活化再生装置的一体化设计，不仅提高了催化剂的利用率，还延长了其使用寿命。这种设计对于确保整个系统的稳定性、可靠性和连续性至关重要，从而使得催化改制过程更为高效且经济。

28、(3)本发明的进料系统包括废塑料粉碎机和废轮胎切块机，其中，废塑料粉碎机包括粉碎腔体和位于所述的粉碎腔体内的一级粉碎机构、二级粉碎机构和三级粉碎机构，这样设计的优点在于：废轮胎和废塑料的材料性质(材料硬度和材料结构等)存在差异，使用不同的粉碎机可以有效地提高废轮胎和废塑料的破碎效率和破碎效果。塑料粉碎机存在三个粉碎机构可以连续实现废塑料的粗破碎、细破碎和精细研磨，在满足塑料颗粒不同应用场景的同时，也可以保证与废轮胎颗粒混合的均匀性。

29、(4)本发明基于废轮胎吸收微波可迅速转化为内能(热能)发生热解的特性，以其作为热解载体与不可微波热解的废塑料进行协同热解。与传统热解方式相比，本发明具有效率高、能耗低等特点。同时，废轮胎中含有的氧化锌等金属氧化物在热解过程中起催化作用，加速热解反应的进行。通过微波分级热解系统可以在短时间内释放大量热解油气，形成的热解油气通过催化改质装置和分级冷凝装置可以提高油的品质和轻质油的产率，实现热解产物的高附加值化。