CN107937012A - 废弃轮胎的临界水解处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

废弃轮胎的临界水解处理装置，包括反应釜、燃烧器、换热器和水箱；换热器的下部和上部分别与反应釜的下部和上部连接；反应釜的顶部设置有进料口和气体排放管，反应釜底部设置有出渣口和液体排放管道；燃烧器设置在换热器下部；水箱与换热器相连。反应釜下部与换热器下部通过液体排放管道相连，液体排放管道上依次连接有油水过滤器、油循环阀和油止回阀；液体排放管道还连接有排放阀，排放阀与油水过滤器为并联连接。油水过滤器还通过回水管与水箱相连。采用燃烧器加热换热器内的水成为蒸汽，供给反应釜作为加热剂和反应剂与废弃轮胎反应，调节温度和压力到达水临界状态进行废弃轮胎水解。本发明具有反应速度快、工艺简单、二次污染小等优点。

Description

废弃轮胎的临界水解处理装置及方法

技术领域

本发明涉及一种固体废弃物处理设备和方法，尤其涉及废弃轮胎的一种临界水处理设备和方法，属于环境保护和节能减排领域，特别适合于将废弃轮胎等高温水解生产燃油和燃气。

背景技术

随着我国汽车工业的迅猛发展，对汽车轮胎的需求也逐年增加。据报道，仅在2008年一年我国就有1.9亿条轮胎报废。轮胎的使用寿命一般不超过10年，因此废弃轮胎数量还将逐年迅速增加。近几十年来，发达国家投入了大量资金和资源用以废轮胎的处理或再生利用研究。目前，处理废弃轮胎的方法主要有：直接整体利用、翻新、热能利用、制造胶粉、热解等。

废弃轮胎的直接整体利用一般多在土建、农牧业方面。例如，可以用轮胎作为农场护栏；在码头港口可以用作船只的缓冲；用于堤岸两旁加固和防冲刷等。轮胎翻新是将已经磨损了的轮胎外层去除以后，再附着上新的橡胶等原料重新进行硫化、修补、加工，达到延长轮胎使用寿命的目的。轮胎的热值可以达到36MJ/kg，因此可以作为燃料进行热利用，目前国际上有两种方法，一种是直接焚烧，另一种是将轮胎混合其它燃料一起燃烧。废旧轮胎热解可以得到粗炭黑、热解油、热解气等物质。针对废弃轮胎的热解，中国专利CN101842464A公布了一种对废轮胎进行热解的设备和方法，该热解设备含有两个反应室，可以针对不同轮胎在两个反应室内选择不同的热解参数，使用燃气燃烧器产生的热烟气直接加热反应器。中国专利CN1944581A公布了一种采用燃气炉窑连续化热解废轮胎的方法，采用燃气推板式隧道窑炉作为裂解装置，并添加催化剂，热解温度为250～550℃，热解时间为1-4h。中国专利CN103980925A公布了一种处理废轮胎用热解炉及处理工艺，破碎的轮胎块经热解后，热解残渣用来回收钢丝和炭黑，液相用来获取轻油，热解气给热解炉提供燃料。中国专利CN206204225U公布了一种低温连续热解处理废轮胎固定床反应器，配有磁选机、钢丝输送机、固定碳收集仓等，可以连续进料。以上这些轮胎热解工艺，轮胎热解均是在无氧或者欠氧的气氛下进行，热解速度和产油的品质还需要提高。在溶剂作用下热解，可以提高热解速度和产油品质。临界水(supercritical water，简称SCW)是处于临界状态(临界温度374℃和临界压力22.1MPa)的水，临界水的汽、液两相界面消失，其兼具液体的溶解能力、密度以及气体的高扩散系数、低粘度特点，这些特点使得可以利用临界水对轮胎进行水解，但目前还缺乏有效的用临界水进行废弃轮胎水解的工艺***。

发明内容

本发明基于高温热解、水解等技术，提出一种利用临界水或超临界水解处理废弃轮胎的设备和方法，可用于处理废弃的汽车轮胎，并回收燃料油和燃气。

本发明是通过以下技术方案实现的：

废弃轮胎的临界水解处理装置，包括反应釜、燃烧器、换热器和水箱；所述换热器的下部和上部分别与所述反应釜的下部和上部连接；所述反应釜的顶部设置有进料口和气体排放管，所述反应釜底部设置有出渣口和液体排放管道；所述燃烧器设置在所述换热器下部；所述水箱与所述换热器相连。

上述技术方案中，所述反应釜下部与所述换热器下部通过液体排放管道相连，所述液体排放管道上从所述反应釜到所述换热器之间还依次连接有油水过滤器、油循环阀和油止回阀；所述液体排放管道还连接有排放阀，所述排放阀与所述油水过滤器为并联连接。

上述技术方案中，所述油水过滤器还通过回水管与水箱上部相连，所述回水管上设置有回水阀和油水分离器；所述油水分离器还设置有旁路管道，且旁路管道上设置有出油阀。

上述技术方案中，所述换热器内设置有换热管；所述换热器的上部设置有主蒸汽管与所述反应釜的上部相连；所述主蒸汽管与所述反应釜之间还连接有主蒸汽阀和喷水减温器；且所述喷水减温器与所述反应釜之间设置有温度传感器。

上述技术方案中，所述水箱与所述换热器之间设置有补水泵，通过补水泵将水箱中的水给入换热器；并且补水泵出口设置有水止回阀；所述水止回阀出口还通过减温水管与喷水减温器相连，减温水管与换热器并联；所述减温水管上还设置有喷水阀。

作为进一步改进的技术方案，所述反应釜上还设置有压力传感器。

作为进一步改进的技术方案，所述气体排放管上设置有安全阀和气体排放阀。

应用上述废弃轮胎临界水解处理装置的废弃轮胎临界水解处理的方法包括：

将待处理的废弃轮胎等切成小块，从反应釜的进料口放置入在反应釜中；

将水箱内充满水，并将水注满换热器内的换热管；

启动燃烧器，将换热管内水加热为蒸汽；

将换热管内的蒸汽引入到反应釜中作为加热剂与反应剂与废弃轮胎反应；

调节反应釜内压力和温度达到预定值(水的临界状态)范围；

废弃轮胎在预定温度和压力范围内分解一定时间t后，关停燃烧器，等待反应釜内压力降低到预定值后，通过气体排放管收集气体产物，通过液体排放管道收集液态产物。

上述废弃轮胎临界水解处理的方法还包括压力和温度调节方法：

所述蒸汽进入反应釜；

打开回水阀，将反应釜中的低温低压冷凝水通过油水分离器送回水箱，待反应釜的压力传感器指示值升高到预定压力值P1后，关闭回水阀；

打开排放阀，将反应釜中的高温高压冷凝水排放，直到反应釜内的废弃轮胎加热到预定温度T1后，关闭排放阀；

打开油循环阀，同时调节燃烧器的出力，维持反应釜上的压力传感器指示值在预定压力值P2范围内；

调节喷水阀，维持温度传感器的指示值在预定温度值T2范围内。

上述方法中，所述压力值和温度值的范围为：P1≤0.2MPa，T1≤150℃，20MPa≤P2≤24MPa，360℃≤T2≤390℃，t≤2h。

本发明具有以下优点及突出性效果：①临界水热解技术具有有机物溶解度高、产物易分离、反应速度快、反应热可回收利用等特点；②工艺简单，蒸汽供应***可以连续运行；热解装置间歇运行，装填方便；③反应介质为清洁无污染的纯净水，价格低廉并且可以重复利用；④水解产物为液相的油、气相的燃气和固相的炭黑，产品的附加值高；⑤水解反应为放热反应，可尽量用反应所释放的热量满足反应物预热的要求，降低从外部供入的热量。

附图说明

图1为本发明所涉及的废弃轮胎的临界水解处理装置示意图。

图中：1－反应釜；2－出渣口；3－液体排放管道；4－排放阀；5－油水过滤器；6－出油阀；7－油水分离器；8－回水阀；9－油止回阀；10－油循环阀；11－水止回阀；12－补水泵；13－水箱；14－回水管；15－燃烧器；16－减温水管；17－换热器；18－换热管；19－烟囱；20－主蒸汽管；21－主蒸汽阀；22－喷水减温器；23－温度传感器；24－进料口；25－安全阀；26－气体排放管；27－气体排放阀；28－压力传感器；29－喷水阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

如图1所示，废弃轮胎的临界水解处理装置，包括反应釜1、燃烧器15、换热器17和水箱13。换热器17的下部和上部分别与反应釜1的下部和上部连接。水箱13与换热器17相连，为换热器17提供水工质。燃烧器15设置在换热器17下部，用于加热换热器17内的水工质。换热器17顶部设置有烟囱19。

反应釜1的顶部设置有进料口24和气体排放管26，反应釜1底部设置有出渣口2和液体排放管道3。气体排放管26上设置有安全阀25和气体排放阀27，用于反应釜1泄压或排出气体产物进行采集。

反应釜1下部与换热器17下部通过液体排放管道3相连。液体排放管道3上从反应釜1到换热器17之间还依次连接有油水过滤器5、油循环阀10和油止回阀9。液体排放管道3还设置有旁路，旁路上连接有排放阀4，排放阀4与油水过滤器5为并联连接。

油水过滤器5还通过回水管14与水箱13上部相连，回水管14上从油水过滤器5到水箱13之间还依次设置有回水阀8和油水分离器7。换言之，回水阀8与油循环阀10并联连接在油水过滤器5上。与回水管14相对应的，油水分离器7还设置有旁路管道，且旁路管道上连接有出油阀6，控制旁路管道的开关，打开出油阀6，则油水分离器7分离下的油从装置排出加以处理或者利用。

换热器17的上部设置有主蒸汽管20与反应釜1的上部相连，燃烧器15将换热器17内的工质水加热产生蒸汽后，蒸汽通过主蒸汽管20供往反应釜1。为了实现蒸汽量及温度的可控，主蒸汽管20与反应釜1之间还连接有主蒸汽阀21和喷水减温器22。如果蒸汽温度超过预期温度，则通过喷水减温器22喷水降温。喷水减温器22与反应釜1之间设置有温度传感器23。反应釜1上还设置有压力传感器28，实时测定反应釜1内的压力。

水箱13与换热器17之间设置有补水泵12，补水泵12把水箱13中的水供往换热器17，换热器17内安装有换热管18，工质水在换热管18内流动。为防止换热器17内的水回流回水箱13，在补水泵12的出口设置有水止回阀11。补水泵12同时还往喷水减温器22供水，即在水止回阀11出口还设置减温水管16与喷水减温器22相连，减温水管16与换热器17管路并联。为了控制减温水流量，减温水管16上还设置有喷水阀29。

采用上述装置的废弃轮胎临界水解处理的方法包括：

将待处理的废弃轮胎等切成小块，从反应釜1的进料口24放置入反应釜1中；

将水箱13内充满水，并将水注入换热器17；

启动燃烧器15，将换热器17内水加热为蒸汽；

将换热管18内的蒸汽引入到反应釜1中首先作为加热剂将废弃轮胎预热，然后再作为反应剂与废弃轮胎反应；

低温预热，打开回水阀8，将反应釜1中的低温低压冷凝水通过油水分离器7送回水箱13，待反应釜1的压力传感器28指示值升高到预定压力值P1后，关闭回水阀8，进入下一段高温预热；

高温预热，打开排放阀4，将反应釜1中的高温高压冷凝水排放，直到反应釜1内的废弃轮胎加热到预定温度T1后，关闭排放阀4；

通过低温预热和高温预热组合，节约蒸汽用量；

打开油循环阀10，调节燃烧器15的出力，维持反应釜1上的压力传感器28指示值在预定压力值P2范围内；

调节喷水阀29，维持温度传感器23的指示值在预定温度值T2范围内；

此时调节反应釜1内压力和温度都在预定值范围，即水的临界状态值范围；

废弃轮胎在预定温度和压力范围内分解一定时间t后，停止燃烧器15，等待反应釜内压力降低到预定值后，通过气体排放管26收集气体产物，通过液体排放管道3收集液态产物。

上述方法中，气体产物收集需要打开气体排放管26上的气体排放阀27。而液态产物需要打开液体排放管道3上连接的排放阀4收集，此时需要关闭回水阀8和油循环阀10。

所述压力值和温度值的范围为：P1≤0.2MPa，T1≤150℃，20MPa≤P2≤24MPa，360℃≤T2≤390℃，t≤2h。

在操作运行时，通过打开油循环阀，使得反应釜内流体和换热管内流体形成热力循环，逐渐将废料加热到预定临界温度。并且，通过反应釜与换热管内流体热力循环，能够及时补充废弃轮胎水解所需要的热量，有利于维持反应釜内的温度和压力的稳定。

用补水泵不断补给水，同时增加燃烧器出力，使得反应釜内压力升高到预定临界压力，然后通过调节燃烧器的出力，以维持压力。

当反应釜内超温时，通过喷水降温以及疏水排放，能够维持反应釜内的温度和压力稳定。

本技术可以利用热解工艺本身生产的油或者燃气作为燃烧器的燃料，同时也可以利用外供的燃气或者燃油做燃料。

本技术还可以用来处理其他难降解的塑料制品废弃物、需要高温处理的医疗废弃物等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.废弃轮胎的临界水解处理装置，其特征在于：所述装置包括反应釜(1)、燃烧器(15)、换热器(17)和水箱(13)；所述换热器(17)的下部和上部分别与所述反应釜(1)的下部和上部连接；所述反应釜(1)的顶部设置有进料口(24)和气体排放管(26)，所述反应釜(1)底部设置有出渣口(2)和液体排放管道(3)；所述燃烧器(15)设置在所述换热器(17)下部；所述水箱(13)与所述换热器(17)相连。

2.根据权利要求1所述的废弃轮胎的临界水解处理装置，其特征在于：所述反应釜(1)下部与所述换热器(17)下部通过液体排放管道(3)相连，所述液体排放管道(3)上从所述反应釜(1)到所述换热器(17)之间还依次连接有油水过滤器(5)、油循环阀(10)和油止回阀(9)；所述液体排放管道(3)还连接有排放阀(4)，所述排放阀(4)与所述油水过滤器(5)为并联连接。

3.根据权利要求2所述的废弃轮胎的临界水解处理装置，其特征在于：所述油水过滤器(5)通过回水管(14)与水箱(13)上部相连，所述回水管(14)上设置有回水阀(8)和油水分离器(7)；所述油水分离器(7)设置有旁路管道，且旁路管道上设置有出油阀(6)。

4.根据权利要求1所述的废弃轮胎的临界水解处理装置，其特征在于：所述换热器(17)的上部设置有主蒸汽管(20)与所述反应釜(1)的上部相连；所述主蒸汽管(20)与所述反应釜(1)之间还连接有主蒸汽阀(21)和喷水减温器(22)，且所述喷水减温器(22)与所述反应釜(1)之间设置有温度传感器(23)。

5.根据权利要求1或4所述的废弃轮胎的临界水解处理装置，其特征在于：所述水箱(13)与所述换热器(17)之间设置有补水泵(12)，且所述补水泵(12)出口设置水止回阀(11)；所述水止回阀(11)出口还通过减温水管(16)与喷水减温器(22)相连，所述减温水管(16)与所述换热器(17)并联设置在所述水止回阀(11)出口；所述减温水管(16)上还设置有喷水阀(29)。

6.根据权利要求1所述的废弃轮胎的临界水解处理装置，其特征在于：所述反应釜(1)上设置有压力传感器(28)。

7.根据权利要求1所述的废弃轮胎的临界水解处理装置，其特征在于：所述气体排放管(26)上设置有安全阀(25)和气体排放阀(27)。

8.废弃轮胎临界水解处理的方法，其特征在于：所述方法采用如权利要求1所述的装置，并且所述方法包括：

将待处理的废弃轮胎等切成小块，从反应釜(1)的进料口(24)放置入反应釜(1)中；

将水箱(13)内充满水，并将水注入换热器(17)；

启动燃烧器(15)，将换热器(17)内水加热为蒸汽；

将换热器(17)内的蒸汽引入到反应釜(1)中作为加热剂与反应剂与废弃轮胎反应；

调节反应釜(1)内压力和温度达到预定值范围；

废弃轮胎在预定温度和压力范围内分解一定时间t后，关停燃烧器(15)，等待反应釜内压力降低到预定值后，通过气体排放管(26)收集气体产物，通过液体排放管道(3)收集液态产物。

9.根据权利要求8所述的废弃轮胎临界水解处理的方法，其特征在于：所述方法还包括所述蒸汽进入反应釜(1)；

打开回水阀(8)，将反应釜(1)中的低温低压冷凝水通过油水分离器(7)送回水箱(13)，待反应釜(1)的压力传感器(28)指示值升高到预定压力值P1后，关闭回水阀(8)；

打开排放阀(4)，将反应釜(1)中的高温高压冷凝水排放，直到反应釜(1)内的废弃轮胎加热到预定温度T1后，关闭排放阀(4)；

打开油循环阀(10)，调节燃烧器(15)的出力，维持反应釜(1)上的压力传感器(28)指示值在预定压力值P2范围内；

调节喷水阀(29)，维持温度传感器(23)的指示值在预定温度值T2范围内。

10.根据权利要求9所述的废弃轮胎临界水解处理的方法，其特征在于：所述压力值和温度值的范围为：P1≤0.2MPa，T1≤150℃，20MPa≤P2≤24MPa，360℃≤T2≤390℃，t≤2h。