CN103045283B - 一种废旧橡胶连续裂解工艺及其设备 - Google Patents

一种废旧橡胶连续裂解工艺及其设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种废旧橡胶连续裂解工艺及实现该工艺的设备，主要是将废旧橡胶块首先经过一级裂解，一级裂解完成后所得的固体产物直接进入二级裂解过程进行二级裂解，一级裂解产生的裂解气与二级裂解产生的裂解气一同排出。本发明采用二级连续裂解工艺并辅以相应的设备，在保证废旧橡胶充***解的基础上，降低了裂解反应温度，显著提高了得油率和炭黑的品质，延长了设备的使用寿命，降低了生产能耗，具有显著的进步。

Description

一种废旧橡胶连续裂解工艺及其设备
技技术领域
本发明涉及一种废旧橡胶连续裂解工艺以及实现该工艺的设备。
背景技术
众所周知，将废旧橡胶裂解后通过进一步加工可以生产出汽油、柴油、炭黑等产品，这不仅处理了现代社会产生的大量废旧橡胶等工业垃圾，减轻了环境污染，而且为解决现在日益严重的能源危机提供了新的途径。目前，虽然有各种与废旧橡胶裂解有关的工艺和设备被报道，但是，大多数为了保证废旧橡胶裂解充分，采用的裂解温度都较高，从而使得最终裂解产生的可燃气体较多，油较少，导致得油率低，虽然人们在提高得油率方面做了诸多努力，但效果未尽人意，因为在废旧橡胶裂解过程中提高1%的得油率都异常艰难。另外，高温裂解还容易造成设备内部结焦，缩短使用寿命，增加生产能耗；若降低裂解温度，则使得裂解不彻底，所得的炭黑上附着杂质较多，使得炭黑品质下降。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种废旧橡胶连续裂解工艺及其设备，采用二级连续裂解，不仅提高了得油率，而且显著提高了炭黑质量。
本发明所述的废旧橡胶连续裂解工艺包括下述过程：废旧橡胶块首先经过一级裂解，一级裂解完成后所得的固体产物直接进入二级裂解过程进行二级裂解，一级裂解产生的裂解气与二级裂解产生的裂解气一同排出。
在具体生产时，首先将废旧橡胶经过清洗、破碎等预处理，形成废旧橡胶块，然后将其送入一级裂解过程，废旧橡胶块在螺旋带的作用下运动，并在运动中完成一级裂解，产生油气以及固体产物，油气经过冷凝后形成可燃油和可燃气，固体产物主要包括碳黑和未裂解完全的物质以及部分铁丝。
在现有技术中，废旧橡胶裂解后仍然产生油气和固体产物，但是，由于裂解的温度较高，应该变成油的物质直接变成了气，所以一级裂解后产生的油气经冷凝后，得到的可燃油的比例降低，可燃气的比例增高，导致整个裂解过程的得油率降低。而在本发明中，为了保证这部分物质不会被直接裂解成气而造成浪费，在外部热源持续供热的情况下，降低了一级裂解的温度，由于一级裂解温度较低，该部分物质经过裂解后变成油而不是气，一级裂解后产生的油气经冷凝后，大部分以可燃油的形式排出，少量的以裂解气的形式排出，整个裂解过程的得油率提高。本发明采用的一级裂解温度为380-410℃。另外，由于一级裂解温度较低，避免了设备内部结焦，延长了设备的使用寿命，降低了生产能耗。
由于一级裂解温度较低，一级裂解完成后所得的固体产物中既包括炭黑又包括未裂解完全的物质，而且炭黑表面还附着有重质燃油，品质较差，所以本发明将经过一级裂解后的固体产物直接进入二级裂解，在较高的裂解温度下，一级裂解过程中未裂解完全的物质进一步裂解为油气，与一级裂解产生的油气一同排出，经冷凝后得到可燃油和可燃气，二级裂解的温度为450-500℃。
综合上述两级裂解过程，与现有技术的一级高温裂解相比，最终产生的裂解产物中可燃油的比例增大，可燃气的比例降低，得油率提高。
本发明中，对一级裂解和二级裂解进行供热的热源一般采用回收的热风即可，温度一般在550-580℃。处于室温环境下的废旧橡胶块在该热风的加热作用下可以较快的升温至380-410℃，加热效率高。由于一级裂解的温度为380-410℃，所以一级裂解完毕后产生的固体产物的温度也大约为380-410℃，当具有该温度的固体产物进入二级裂解过程时，在550-580℃的外部热源的作用下，该固体产物表面的温度可以很轻易的上升至450-500℃，进一步裂解完全，形成裂解气排出，而且节约能源。在该过程中，炭黑表面的重质燃油也得以裂解，炭黑的品质也得到了提高。
进一步的，在固体产物的二级裂解过程中向固体产物运动的反方向通入水蒸汽，该水蒸汽起始温度为120℃左右，当其反方向进入二级裂解过程与固体产物进行混合后，不仅可以使得二级裂解后的炭黑被冷却后排出，还可以与炭黑表面的硫发生反应并将其除去，另外，炭黑表面的重质燃油也可以沿着水蒸汽的运动方向被携带出裂解器，一定程度上实现了燃油二次收集，不仅使得最终的得油率提高，而且更加保证了二级裂解后排出的炭黑中含硫量以及含油量都较低，本发明最终所得炭黑含油量小于0.5%（wt%），远远优于现有技术中的2-3%（wt%）；含硫量也从现有技术中的大于1%（wt%）下降到0.2-0.3%（wt%）。
综上所述，本发明所述的废旧橡胶连续裂解工艺，采用二级连续裂解，在保证废旧橡胶裂解充分的同时，既可以使得裂解产生的可燃气减少，增加了得油率，又避免了设备内部结焦，延长了设备的使用寿命，降低了生产能耗；而且最终生产出的炭黑含硫量以及含油量都较低，品质高。
针对上述工艺要求，本发明还设计了相应的生产设备，包括裂解仓和设置在裂解仓外侧的加热机构，所述的裂解仓分为一级裂解仓和二级裂解仓，一级裂解仓出料一端连接有封头，封头下部设置有二级裂解仓，且二级裂解仓进料口对应设置在一级裂解仓固体产物出料口下。
正如工艺中所述，预处理后的废旧橡胶块首先进入一级裂解仓，在外部加热机构的作用下完成一级裂解，一级裂解产生的固体产物通过一级裂解仓固体产物出料口下落到二级裂解仓进料口，进入二级裂解仓进行二级裂解。一级裂解过程中产生的油气以及二级裂解过程中产生的油气均从封头上的油气出口排出，经过二级裂解以后产生的炭黑则从二级裂解仓后部的炭黑出口排出。炭黑出口出设有料封，既可以避免排出炭黑的同时排出二级裂解过程中产生的油气，从而保证二级裂解过程中产生的油气能够返回一级裂解仓同一级裂解产生的油气一同从油气出口排出又保证裂解仓与外界完全隔离，避免外界气体进入设备后引发危险。另外，本发明在整个一级裂解仓内部或者一级裂解仓末端设有送料螺旋，防止固体产物在进入二级裂解仓之前堆积。
所述的外加热结构采用热风腔，可以采用回收的热风，实现资源最大化利用。由于一级裂解过程和二级裂解过程中温度是有所不同的，所以将热风腔分为热风腔I和热风腔II；一级裂解仓外设置有热风腔I，二级裂解仓外设置有热风腔II，热风腔I和热风腔II通过管路连接，且热风腔II与封头上的烟气出口通过烟道连接，这样可以通过对进风量的调节分别实现对两级裂解仓的温度控制。
二级裂解仓末端伸出热风腔II，且末端设有水蒸汽进口，可以保证水蒸汽与固体产物排出的方向相反，两者可以进行反向混合，最终达到去除炭黑颗粒中的硫和油质的目的。与炭黑混合后的水蒸汽携带着油质经过二级裂解仓进料口和一级裂解仓固体产物出料口，返回一级裂解仓并且经油气出口排出，固体产物中未充***解的物质进行了二级裂解，变成油气返回一级裂解仓并且经油气出口排出。另外，该水蒸汽进口位于热风腔II外部，从而对即将排出二级裂解仓的炭黑具有冷却作用。
进一步的，二级裂解仓两侧、沿物料运动方向对称设置的一对水平折流板，且水平折流板沿物料运动方向的末端与外侧的加热机构末端设有间距。因为经过一级裂解后的固体物料进入二级裂解仓以后始终在二级裂解仓的下部运行，因此，采用折流板以后，热烟首先从折流板下部进入，沿着折流板的方向对二级裂解仓进行加热，最后再从折流板末端与热风腔II末端之间的间距绕到二级裂解仓上部通过烟道排出，从而对二级裂解仓内的固体物料实现均匀充分加热。由于所述的折流板一侧与二级裂解仓外壁连接，另一侧与热风腔II的内壁连接，所以当热风对二级裂解仓下部的物料加热完毕后，只能从折流板末端与热风腔II末端之间的间距绕到二级裂解仓上部通过排烟口排出，起到折流作用。另外，由于折流板直接连接在二级裂解仓上，也可以起到吸收储热的效果，从而实现能量的最大化利用。
进一步的，发明人可以根据实际需要，在二级裂解仓及两侧折流板下部设置多个与上述二级裂解仓两侧折流板相同的折流板，使得热风对裂解仓底部的物料加热更加均匀充分。为了保证热风充满整个热风腔II实现对物料的充分均匀加热，优选的将热风腔II的进口处截面积与间距处的截面积设置成相同大小。
此外，二级裂解仓进料口上方设置刮刀，刮刀与设置在封头上且贯穿封头的转轴连接。所述的刮刀包括附着于烟道外侧壁上的转臂和与转臂垂直的支臂。在现有技术中，当裂解的烟气运行到与封头靠近的一级裂解仓内壁上时，由于内外温差过大，很容易在此处产生结焦，而本发明中，废旧橡胶进行裂解时，由于对二级裂解加热完毕的热风从烟道经过，所以烟道外侧壁上具有一定的温度，因此此处裂解仓内壁不易产生结焦，即使产生结焦，也很容易被转臂除掉。由于废旧轮胎在一级裂解过程产生的固体产物中会有部分极软的铁丝，铁丝在输送过程中相互缠绕在一起进入二级裂解过程，本发明中，支臂可以将相互缠绕的软铁丝打散，经过二级裂解过程以后，从炭黑出口排出的炭黑及其铁丝再经过磁选等步骤就可以彻底分离。
综上所述，本发明采用二级连续裂解工艺并辅以相应的设备，在保证废旧橡胶充***解的基础上，降低了裂解反应温度，显著提高了得油率和炭黑的品质，延长了设备的使用寿命，降低了生产能耗，具有显著的进步。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1的A-A向视图；
图3为图1的B-B向视图；
图4为图1的M向视图；
图中，1、一级裂解仓，2、烟气出口，3、油气出口，4、刮刀，5、二级裂解仓，6、炭黑出口，7、水蒸汽进口，8、折流板，9、二级裂解仓进料口，10、热风腔I，11、热风腔II，12、管路，13、烟道，14、封头，15、一级裂解仓固体产物出料口。
具体实施方式
工艺实施例1
一种废旧橡胶连续裂解工艺，包括下述过程：经过预处理的废旧橡胶块首先于380℃经过一级裂解，一级裂解完成后产生的油气从油气出口排出；一级裂解所得的固体产物直接进入二级裂解过程进行二级裂解，二级裂解的温度为450℃，经过二级裂解后的炭黑从炭黑出口排出，二级裂解产生的油气再次返回一级裂解仓中，并同一级裂过程中产生的油气一同排出。
工艺实施例2
一种废旧橡胶连续裂解工艺，包括下述过程：经过预处理的废旧橡胶块首先于410℃经过一级裂解，一级裂解完成后产生的油气从油气出口排出；一级裂解所得的固体产物直接进入二级裂解过程进行二级裂解，并且在固体产物的二级裂解过程中沿固体物料运动的反方向通入水蒸汽，二级裂解的温度为500℃，经过二级裂解后的炭黑从炭黑出口排出，二级裂解产生的油气、水蒸汽与炭黑中的硫发生反应产生的气体以及炭黑表面的油质均返回一级裂解仓中，并同一级裂过程中产生的油气一同排出。
工艺实施例3
一种废旧橡胶连续裂解工艺，包括下述过程：经过预处理的废旧橡胶块首先于400℃经过一级裂解，一级裂解完成后产生的油气从油气出口排出；一级裂解所得的固体产物直接进入二级裂解过程进行二级裂解，并且在固体产物的二级裂解过程中沿固体物料运动的反方向通入水蒸汽，二级裂解的温度为480℃，经过二级裂解后的炭黑从炭黑出口排出，二级裂解产生的油气、水蒸汽与炭黑中的硫发生反应产生的气体以及炭黑表面的油质均返回一级裂解仓中，并同一级裂过程中产生的裂解气一同排出。
工艺实施例4
一种废旧橡胶连续裂解工艺，包括下述过程：首先将废旧橡胶经过清洗、破碎等预处理，形成废旧橡胶块，然后将其送入一级裂解过程，于390℃进行一级裂解。该过程中，废旧橡胶块在螺旋带的作用下运动，并在运动中完成一级裂解，产生油气以及固体产物，一级裂解完成后产生的油气从油气出口排出，经冷凝等步骤后得到可燃油和可燃气。
一级裂解所得的固体产物直接进入二级裂解过程进行二级裂解，固体产物主要包括碳黑和未裂解完全的物质以及部分铁丝，在进入二级裂解过程时，固体产物中的铁丝被打散，与其他物料一起落入二级裂解仓进行二级裂解，二级裂解的温度为460℃。另外，在固体产物的二级裂解过程中沿固体物料运动的反方向通入水蒸汽，在整个二级裂解过程中，一级裂解过程中未裂解完全的物质进一步裂解为油气，水蒸汽与炭黑中的硫发生反应产生气体，炭黑表面的油质经水蒸气携带脱除，炭黑被冷却。二级裂解产生的油气、水蒸汽与炭黑中的硫发生反应产生的气体以及携带炭黑表面油质的水蒸气均返回一级裂解仓中，并同一级裂过程中产生的油气一同排出，并经冷凝等步骤后得到可燃油和可燃气。二级裂解后的炭黑以及铁丝被冷却后排出，经磁选等步骤彻底分离，得高品质炭黑。
设备实施例1
一种废旧橡胶连续裂解设备，包括裂解仓和设置在裂解仓外侧的加热机构，所述的裂解仓分为一级裂解仓和二级裂解仓，一级裂解仓出料一端连接有封头，封头下部设置有二级裂解仓，且二级裂解仓进料口对应设置在一级裂解仓固体产物出料口下。本实施例的其他部分采用现有技术。
设备实施例2
一种废旧橡胶连续裂解设备，包括裂解仓和设置在裂解仓外侧的加热机构，所述的裂解仓分为一级裂解仓和二级裂解仓，一级裂解仓出料一端连接有封头，封头下部设置有二级裂解仓，且二级裂解仓进料口对应设置在一级裂解仓固体产物出料口下。封头上还设有烟气出口和油气出口；二级裂解仓后部设有炭黑出口。
设备实施例3
一种废旧橡胶连续裂解设备，包括裂解仓和设置在裂解仓外侧的加热机构，所述的裂解仓分为一级裂解仓和二级裂解仓，一级裂解仓出料一端连接有封头，封头下部设置有二级裂解仓，且二级裂解仓进料口对应设置在一级裂解仓固体产物出料口下。封头上还设有烟气出口和油气出口；二级裂解仓后部设有炭黑出口，炭黑出口处设有料封。所述的外加热机构采用热风腔。所述的热风腔分为热风腔I和热风腔II；一级裂解仓外设置有热风腔I，二级裂解仓外设置有热风腔II，热风腔I和热风腔II通过管路连接，且热风腔II与封头上的烟气出口通过烟道连接。
设备实施例4
一种废旧橡胶连续裂解设备，包括裂解仓和设置在裂解仓外侧的加热机构，所述的裂解仓分为一级裂解仓和二级裂解仓，一级裂解仓出料一端连接有封头，封头下部设置有二级裂解仓，且二级裂解仓进料口对应设置在一级裂解仓固体产物出料口下。封头上还设有烟气出口和油气出口；二级裂解仓后部设有炭黑出口。所述的外加热机构采用热风腔。所述的热风腔分为热风腔I和热风腔II；一级裂解仓外设置有热风腔I，二级裂解仓外设置有热风腔II，热风腔I和热风腔II通过管路连接，且热风腔II与封头上的烟气出口通过烟道连接。二级裂解仓末端伸出热风腔II，且末端设有水蒸汽进口，该水蒸汽进口位于热风腔II外部。
设备实施例5
一种废旧橡胶连续裂解设备，包括裂解仓和设置在裂解仓外侧的加热机构，所述的裂解仓分为一级裂解仓和二级裂解仓，一级裂解仓出料一端连接有封头，封头下部设置有二级裂解仓，且二级裂解仓进料口对应设置在一级裂解仓固体产物出料口下。封头上还设有烟气出口和油气出口；二级裂解仓后部设有炭黑出口。所述的外加热机构采用热风腔。所述的热风腔分为热风腔I和热风腔II；一级裂解仓外设置有热风腔I，二级裂解仓外设置有热风腔II，热风腔I和热风腔II通过管路连接，且热风腔II与封头上的烟气出口通过烟道连接。二级裂解仓末端伸出热风腔II，且末端设有水蒸汽进口，该水蒸汽进口位于热风腔II外部。二级裂解仓两侧、沿物料运动方向对称设置的一对水平折流板，且水平折流板沿物料运动方向的末端与外侧的热风腔II末端设有间距。所述的折流板一侧与二级裂解仓外壁连接，另一侧与热风腔II的内壁连接。热风腔II的进口处截面积与间距处的截面积大小相同。
设备实施例6
一种废旧橡胶连续裂解设备，包括裂解仓和设置在裂解仓外侧的加热机构，所述的裂解仓分为一级裂解仓和二级裂解仓，一级裂解仓末端设有送料螺旋，出料一端连接有封头，封头上还设有烟气出口和油气出口；封头下部设置有二级裂解仓，二级裂解仓后部设有炭黑出口，且二级裂解仓进料口对应设置在一级裂解仓固体产物出料口下。
所述的外加热机构采用热风腔，分为热风腔I和热风腔II；一级裂解仓外设置有热风腔I，二级裂解仓外设置有热风腔II，热风腔I和热风腔II通过管路连接，且热风腔II与封头上的烟气出口通过烟道连接。
二级裂解仓末端伸出热风腔II，且末端设有水蒸汽进口，该水蒸汽进口位于热风腔II外部。二级裂解仓两侧、沿物料运动方向对称设置的一对水平折流板，且水平折流板沿物料运动方向的末端与外侧的热风腔II末端设有间距。所述的折流板一侧与二级裂解仓外壁连接，另一侧与热风腔II的内壁连接。在二级裂解仓及两侧折流板下部设置三个与上述二级裂解仓两侧折流板相同的折流板且与热风腔II末端设有间距，热风腔II的进口处截面积与间距处的截面积大小相同。
设备实施例7
一种废旧橡胶连续裂解设备，包括裂解仓和设置在裂解仓外侧的加热机构，所述的裂解仓分为一级裂解仓1和二级裂解仓5，一级裂解仓1末端设有送料螺旋，出料一端连接有封头14，封头14上还设有烟气出口2和油气出口3；封头14下部设置有二级裂解仓5，二级裂解仓5后部设有炭黑出口6，且二级裂解仓进料口9对应设置在一级裂解仓固体产物出料口15下。
所述的外加热机构采用热风腔，分为热风腔I10和热风腔II11；一级裂解仓1外设置有热风腔I10，二级裂解仓5外设置有热风腔II11，热风腔I10和热风腔II11通过管路12连接，且热风腔II11与封头14上的烟气出口2通过烟道13连接。
二级裂解2仓末端伸出热风腔II11，且末端设有水蒸汽进口7，该水蒸汽进口7位于热风腔II11外部。二级裂解仓5两侧、沿物料运动方向对称设置的一对水平折流板8，且水平折流板8沿物料运动方向的末端与外侧的热风腔II11末端设有间距。所述的折流板8一侧与二级裂解仓5外壁连接，另一侧与热风腔II11的内壁连接。
二级裂解仓进料口9上方设有刮刀4，所述的刮刀4包括附着于烟道13外侧壁上的转臂和与转臂垂直的支臂。

Claims (6)

1.一种废旧橡胶连续裂解工艺，其特征在于：它包括下述过程：废旧橡胶块首先经过一级裂解，一级裂解完成后所得的固体产物直接进入二级裂解过程进行二级裂解，一级裂解产生的裂解气与二级裂解产生的裂解气一同排出；
在固体产物的二级裂解过程中向固体产物运动的反方向通入水蒸汽；
一级裂解的温度为380-410℃；
二级裂解的温度为450-500℃；
所述的工艺通过如下的废旧橡胶连续裂解设备实现：所述的废旧橡胶连续裂解设备，包括裂解仓和设置在裂解仓外侧的加热机构，其特征在于：所述的裂解仓分为一级裂解仓(1)和二级裂解仓(5)，一级裂解仓(1)出料一端连接有封头(14)，封头(14)下部设置有二级裂解仓(5)，且二级裂解仓进料口(9)对应设置在一级裂解仓固体产物出料口(15)下；
所述的设置在裂解仓外侧的加热机构采用热风腔；
所述的热风腔分为热风腔I(10)和热风腔II(11)；一级裂解仓(1)外设置有热风腔I(10)，二级裂解仓(5)外设置有热风腔II(11)，热风腔I(10)和热风腔II(11)通过管路(12)连接，且热风腔II(11)与封头(14)上的烟气出口(2)通过烟道(13)连接；
二级裂解仓(5)末端伸出热风腔II(11)，且末端设有水蒸汽进口(7)，该水蒸汽进口(7)位于热风腔II(11)外部。
2.一种废旧橡胶连续裂解设备，包括裂解仓和设置在裂解仓外侧的加热机构，其特征在于：所述的裂解仓分为一级裂解仓(1)和二级裂解仓(5)，一级裂解仓(1)出料一端连接有封头(14)，封头(14)下部设置有二级裂解仓(5)，且二级裂解仓进料口(9)对应设置在一级裂解仓固体产物出料口(15)下；
所述的设置在裂解仓外侧的加热机构采用热风腔；
所述的热风腔分为热风腔I(10)和热风腔II(11)；一级裂解仓(1)外设置有热风腔I(10)，二级裂解仓(5)外设置有热风腔II(11)，热风腔I(10)和热风腔II(11)通过管路(12)连接，且热风腔II(11)与封头(14)上的烟气出口(2)通过烟道(13)连接；
二级裂解仓(5)末端伸出热风腔II(11)，且末端设有水蒸汽进口(7)，该水蒸汽进口(7)位于热风腔II(11)外部；
封头(14)上还设有烟气出口(2)和油气出口(3)；二级裂解仓(5)后部设有炭黑出口(6)。
3.根据权利要求2所述的一种废旧橡胶连续裂解设备，其特征在于：二级裂解仓(5)两侧、沿物料运动方向对称设置的一对水平折流板(8)，且水平折流板(8)沿物料运动方向的末端与外侧的热风腔II(11)末端设有间距。
4.根据权利要求3所述的一种废旧橡胶连续裂解设备，其特征在于：所述的折流板(8)一侧与二级裂解仓(5)外壁连接，另一侧与热风腔II(11)的内壁连接。
5.根据权利要求2所述的一种废旧橡胶连续裂解设备，其特征在于：二级裂解仓进料口(9)上方设有刮刀(4)。
6.根据权利要求5所述的一种废旧橡胶连续裂解设备，其特征在于：所述的刮刀(4)包括附着于烟道(13)外侧壁上的转臂和与转臂垂直的支臂。
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