轮胎快速热解的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化工领域，具体而言，本发明涉及一种轮胎快速热解的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 目前废旧轮胎热解处理工艺主要包括催化热解、真空热解、加氢热解和自热热解 等，采取的反应器形式包括移动床、固定床、流化床、回转窑等。各种工艺对原料预处理和粒 径都有严格要求，得到的产物也各不相同。
[0003] 移动床热解工艺以加拿大Laval大学的真空移动床最具代表性，废旧轮胎预处理 好后在真空条件下进入移动床，通过移动床的外壁传热，原料实现移动过程中的热解，热解 蒸汽通过洗涤塔捕捉油蒸汽，可燃气通过真空栗送入燃烧器燃烧；而炭黑产物从出口出来 通过真空出料口进入冷却器冷却后通过栗送入料场。该工艺可以连续给料，反应温度为 480-520°C，反应压力一般低于lOKpa，可以回收钢丝、热解油和炭黑。然而采用该工艺采用 外热式加热，热效率低，并且原料夹带钢丝进料，热解出料设计复杂，并且钢丝通过高温后 变性，回收价值下降，同时炭黑为块状物，需要后续粉碎才能利用。
[0004] 浙江大学开发的流化床热解工艺中利用热解过程可燃气作为气体载体，在预热管 中加热后送入流化床热解反应器，与预处理好的原料接触，发生热解反应产生热解气和炭 黑，再经过两级旋风分离和两道L阀送入流化床反应器。然而该工艺中采用气体热载体，需 要气体载体的加热、分离、喷淋，工艺流程复杂，并且流化床工艺存在控制复杂的问题。
[0005]因此，现有的轮胎快速热解技术有待进一步改善。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的 一个目的在于提出一种轮胎快速热解的系统和方法，该系统可以实现废旧轮胎利用价值的 最大化，并且所得炭黑产品粒度较细，不需要后续粉碎。
[0007] 在本发明的一个方面，本发明提出了一种轮胎快速热解的系统。根据本发明的实 施例，该系统包括：
[0008] 抽钢丝机，所述抽钢丝机适于抽出轮胎中的钢丝；
[0009] 粉碎机，所述粉碎机与所述抽钢丝机相连，且适于将抽去钢丝后的轮胎进行粉碎， 以便得到橡胶颗粒；
[0010] 快速热解反应器，
[0011] 所述快速热解反应器包括：
[0012] 反应器本体，所述反应器本体内限定出反应空间，所述反应空间自上而下形成分 散区、热解区和出料区；
[0013] 多层蓄热式辐射管，所述多层蓄热式辐射管在所述热解区中沿所述反应器本体高 度方向间隔分布，并且每层所述蓄热式辐射管包括多个沿水平方向间隔分布的蓄热式辐射 管；
[0014] 布料器；
[0015] 橡胶颗粒入口，所述橡胶颗粒入口位于所述分散区且位于所述布料器的上方；
[0016] 布料气入口，所述布料气入口位于所述分散区且与所述布料器相连通，以便采用 布料气将所述布料器中的橡胶颗粒吹出进入分散区，均匀地落入热解区；
[0017] 多个热解气出口，所述多个热解气出口分别设置在所述分散区和/或所述热解 区；
[0018] 炭黑出口，所述炭黑出口设置在所述出料区；
[0019] 其中，所述橡胶颗粒入口与所述粉碎机相连，所述快速热解反应器适于采用所述 蓄热式辐射管对橡胶颗粒进行快速热解处理，以便得到炭黑和热解气；
[0020] 旋风分离器，所述旋风分离器与所述多个热解气出口相连，且适于对所述热解气 进行气固分离处理，以便得到炭黑颗粒和净化的热解气；
[0021] 冷渣机，所述冷渣机与所述旋风分离器相连，且适于对所述炭黑颗粒进行冷却处 理；以及
[0022] 喷淋塔，所述喷淋塔与所述旋风分离器相连，且适于采用冷却液对所述净化的热 解气进行喷淋处理，以便得到热解油和燃气。
[0023] 在本发明的轮胎快速热解反应系统中，蓄热式辐射管以多层的方式布置。相邻的 两个蓄热式辐射管在水平方向上和竖直方向上以一定的间距隔开。
[0024] 温度场
[0025] 根据本发明的一个实施例，多层蓄热式辐射管用于提供热源，使得在热解区形成 一个或多个温度场，并且每个温度场的温度是均匀的，由此，在热解区形成温度梯度。
[0026] 例如，在本发明的一个实施例中，所述热解区自上而下形成预热段、快速热解段和 完全热解段。（即，形成了 3个温度场）
[0027] 温度场的个数以及温度梯度可根据需要设置。
[0028] 温度场的温度可通过多种方式调节，例如，调整蓄热式辐射管在水平方向和/或 竖直方向上的个数；蓄热式辐射管的层数；蓄热式辐射管彼此之间的间距（竖直方向和/ 或水平方向）；各蓄热式辐射管本身的温度；等等。
[0029] 在本发明的一个实施例中，蓄热式辐射管上设置有燃气调节阀，用于调整通入蓄 热式辐射管的燃气的流量，从而能够精确控制蓄热式辐射管的温度。
[0030] 蓄热式辐射管
[0031] 蓄热式辐射管在管体的两端分别具有燃烧器，在一端燃烧器燃烧产生的火焰在喷 出时形成温度梯度，即，从燃烧器向外温度逐渐降低。类似的是，在另一端燃烧器燃烧产生 的火焰在喷出时也形成温度梯度。当两端的燃烧器交替进行燃烧时，所形成的两个温度梯 度叠加，使得温度互补，导致整个蓄热式辐射管整体的温度均匀。例如，单根所述蓄热式辐 射管上的温度差不大于30°C。
[0032] 本发明的轮胎快速热解反应系统使用本发明的蓄热式辐射管的布置方式，由于蓄 热式辐射管本身固有的属性（如上所述，在蓄热式辐射管两端的燃烧器能够快速交替燃 烧，实现蓄热式燃烧），允许根据需要在反应器布置一个或多个不同的温度场，实现温度梯 度并且确保每个温度场具有均匀的温度。
[0033] 在本发明的一个实施方案中，各蓄热式辐射管的温度相同或不同，只要确保温度 场的温度均匀即可。
[0034] 在本发明的一个实施方案中，介于相邻蓄热式辐射管之间的间距可以相同或不 同，只要确保温度场的温度均匀即可。例如，相邻所述蓄热式辐射管外壁间的水平距离和竖 直距离分别独立地为100~500mm，例如200~300mm，例如200mm，例如300mm。
[0035] 在所述热解区自上而下形成预热段、快速热解段和完全热解段的实施例中，在预 热段中的各蓄热式辐射管的温度相同或不同，优选相同，只要确保预热段的温度均匀即可。
[0036] 在所述热解区自上而下形成预热段、快速热解段和完全热解段的实施例中，在快 速热解段中的各蓄热式辐射管的温度相同或不同，优选相同，只要确保快速热解段的温度 均匀即可。
[0037] 在所述热解区自上而下形成预热段、快速热解段和完全热解段的实施例中，在完 全热解段中的各蓄热式辐射管的温度相同或不同，优选相同，只要确保完全热解段的温度 均匀即可。
[0038] 虽然并不限于理论，但据信，如果橡胶颗粒在热解区不能均匀受热，局部温度过高 则导致热解过程中局部橡胶颗粒发生高温裂解，使热解产物中部分能产热解油的高分子物 质直接生成了燃气和半焦，或者局部温度过低则导致热解过程中局部橡胶颗粒热解不充 分，致使橡胶颗粒中的挥发分不能释放出来，从而降低了热解油产率。
[0039] 在本发明中，当蓄热式辐射管被布置成形成一个或多个温度场时，由于温度场各 自的温度是大致均匀的，因此，橡胶颗粒在落入各温度场时均匀受热，发生反应的程度大体 相同。由此，顺而避免热解油产率下降。
[0040] 热解气的怏谏导出
[0041] 利用本发明的轮胎快速热解反应系统，能够在橡胶颗粒热解之后实现热解气的快 速导出。具体而言，在本发明的一个实施方案中，轮胎快速热解反应系统的反应器在热解区 的侧壁和/或分散区的顶壁上设有一个或多个热解气出口。在热解反应过程中，产生热解 气，使得该反应器内部的压力升高。产生的热解气在升高的压力的驱使下快速从热解气出 口导出。
[0042] 在本发明的一个优选实施方案中，在反应器外部设有与热解气出口连通的抽气装 置，有利于将热解气从该反应器中快速导出。
[0043] 热解过程中产生的热解气从反应器侧部导出，而位于热解气出口处、反应器内侧 的热解气与上方落下来的物料接触，把进入反应器侧部的热解气中的细尘在所述物料重力 作用下被携带下落，使得导出的热解气中含尘率低，从而冷却后得到的热解油中含尘率低。
[0044]热解气出口是至少 2 个，例如 2-100 个，3-80 个，5-70 个，10-50, 20-40, 30-40 个。 更具体而言，热解气出口是8个、15个、22个或28个。本发明并不限于此。
[0045] 热解气的怏谏冷却
[0046] 从热解气出口导出的热解气通过冷却装置被快速冷却，由此将不可凝气体与热解 油分离。
[0047] 布料
[0048]另外本发明通过使用布料器，可以使得橡胶颗粒在热解区中均匀分散，进而显著 提尚装置的运彳丁稳定性。
[0049] 轮脸
[0050] 通过设置的布料系统使橡胶颗粒分散的、均匀的进入热解反应器，橡胶颗粒在均 匀的温度场中经换热，每个橡胶颗粒都受热均匀，避免了橡胶颗粒团聚造成升温速率不均 匀和降低进而导致油气产率下降的问题。例如橡胶颗粒粒径小于1mm。
[0051]
[0052] 由于采用本发明的蓄热式辐射管布置方式，橡胶颗粒在热解过程中在反应器内能 够被快速升温。同时产生的热解气能够被快速导出反应器并且被快速冷却。由此减少了 在热解过程、导出过程和冷却过程中可能发生的二次反应（该反应会降低热解油产率），因 此，所得的热解油产率被显著提高。
[0053] 同时较传统的使用气体热载体或固体热载体作为热解热源的热解反应装置相比， 本发明的快速热解的系统不需要设置预热单元和载体分离单元，从而可以极大简化快速热 解反应工艺流程，进而显著降低装置的故障率。
[0054] 本发明通过采用特定的蓄热式辐射管布置方式，可以在反应器中形成一个或多个 温度场并能够确保每个温度场的温度均匀，同时允许反应器各个温度场的温度是可控的。 由此，使橡胶颗粒在反应器中能够均匀受热，实现快速烘干和更充分的热解，进而提高了热 解油产率