CN206204225U - 一种低温连续热解处理废轮胎固定床反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及低温连续热解处理废轮胎固定床反应器。本实用新型反应器具有进料口、反应室、出料口、磁选机、钢丝输送机、固体炭收集仓、固体钢丝收集仓，进料口在出料口之上，反应室包括进料螺旋、出料螺旋、料板，料板包括进料端和出料端，进料螺旋在进料口之下、进料端上部，出料螺旋在出料端上部，出料端在出料口之上，进料螺旋包括中心螺杆和左、右螺旋叶片，左、右螺旋叶片被中心螺杆横穿，且垂直于中心螺杆的中心线成轴对称，两者之间距离为进料口口径的1/3～1/2；磁选机的固体残渣入口连接出料口，固体炭出口连接固体炭收集仓，固体钢丝出口通过钢丝输送机连接固体钢丝收集仓。本实用新型可实现废轮胎的连续处理，操作简便，经济效益高。

Description

一种低温连续热解处理废轮胎固定床反应器

技术领域

本实用新型涉及废轮胎处理领域，尤其涉及一种低温连续热解固定床反应器，并利用该反应器处理废轮胎。

背景技术

废轮胎长期露天存放，占用大量土地，而且产生有毒有害气体，难以生物降解，严重污染环境。目前，废轮胎利用途径主要包括翻新、再生胶、胶粉、热能利用和热解等，其中热解法以其较高的资源回收率和较低的二次污染而引起广泛关注。

热解技术是将有机物在无氧或缺氧的状态下加热至500～1000℃，使固体废弃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。缺氧条件下的还原气氛，可减轻硫、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。

废轮胎热解可完全裂解为炭黑、热解油和煤气等产品。炭黑可以重新作为生产轮胎的炭黑源，或作为打印墨的原料，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、靴子等胶品补强剂，用途十分广泛。轮胎热解油可以作为常规的液体燃料油使用，或与重柴油混合使用，以提高其雾化效果。另外，轮胎热解油的热值与重柴油相当，经过简单处理后可以作为重柴油使用。煤气由于具有高热值，可用作燃料，并且其富含H₂和CH₄等化工原料，可作为化工原料气。

现有技术CN103589445A公开了一种废轮胎粉无害化连续热解装置。该装置的特点在于粉料螺旋输送机倾向上，底部设置有进料口，顶部设置有出料口；预热室连通有燃烧室，预热室内横向设置有若干上下并排且首尾连通的预热螺旋输送机，顶部的预热螺旋输送机与粉料螺旋 输送机的出料口连通，满足进料要求。本实用新型环保，生产效率高，可实现生产连续性，节约能源。但是处理量受螺旋输送机的限制，难以实现大型化，热解过程温控困难，产物含尘量高，且需将废轮胎碾磨为粉分离出钢丝，防止其与螺旋输送机缠绕，导致程序复杂，投资高。

现有技术CN102559222A公开了一种低温干馏炉热解物料的方法。该热解方法采用卧式干馏炉，每一次热解开始前，先需要停止向反应器供热，待反应器降温冷却后卸下反应器炉门或是炉盖，取出前一批热解残留的固体产物，需要人工向反应器内加入下一批次热解的物料。因此该方法无法实现物料热态条件下连续进出料，无自动布料和出料功能，未实现高温热解不凝气自用来提供热量。进出料过程需对反应器升温和降温，降低了装置的处理能力和效率，增加了故障率。

实用新型内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型旨在提出一种废轮胎处理反应器，该反应器运行稳定，易操作，既能对物料进行批量的热解处理，又可以在热态条件下连续进出料，可充分回收利用热解产物中的固体炭、钢丝、油气，经济效益高。

本实用新型提出了一种低温连续热解处理废轮胎固定床反应器，所述反应器具有进料口、反应室、出料口、磁选机、钢丝输送机、固体炭收集仓、固体钢丝收集仓，所述进料口的水平位置比所述出料口的水平位置高；

所述反应室中具有进料螺旋、出料螺旋、料板，所述料板包括进料端和出料端，所述进料螺旋设置在所述进料口之下，位于所述进料端上部；所述出料螺旋设置在所述出料端上部，所述出料端位于所述出料口之上；

所述进料螺旋包括中心螺杆、左螺旋叶片、右螺旋叶片；所述中心螺杆横穿所述左螺旋叶片和右螺旋叶片，所述左螺旋叶片和右螺旋叶片垂直于所述中心螺杆的中心线成轴对称，两者之间的距离为所述进料口口径的1/3～1/2；

所述磁选机具有固体残渣入口、固体炭出口、固体钢丝出口，所述固体残渣入口连接所述出料口，所述固体炭出口连接所述固体炭收集仓，所述固体钢丝出口通过所述钢丝输送机连接所述固体钢丝收集仓。

进一步的，所述左螺旋叶片和右螺旋叶片的下边缘与所述料板的垂直距离为50～150 mm，优选为100 mm。

进一步的，所述左螺旋叶片间隙和右螺旋叶片间隙等距设置。

进一步的，所述左螺旋叶片间隙和右螺旋叶片间隙变距设置。

进一步的，所述磁选机包括前端的碾磨装置和后端的磁选装置。

进一步的，所述料板的进料端和出料端设置有传动轴承，用于带动所述料板连续转动；所述传动轴承具有两个或多个。

进一步的，所述反应室中包括辐射管；

所述辐射管为蓄热式辐射管，设置在所述料板上部与所述料板平行；

所述辐射管与所述料板之间的垂直距离为100～450mm，优选为300 mm。

进一步的，所述反应器还包括壳体，所述壳体包括反应器壁、支撑平台、支架；

所述反应器壁包括炉顶、侧壁、炉底，用于密封所述反应室；

所述支撑平台设置在所述料板之下；

所述支架固定在所述支撑平台上，用于连接所述传动轴承。

进一步的，所述反应室中包括油气出口；

所述油气出口设置在所述反应器的侧壁或炉顶；

所述侧壁上的油气出口位于所述辐射管之下；

所述炉顶上的油气出口与所述料板的垂直距离为350～2000mm，优选为1000 mm。

本实用新型通过采用独特的进料螺旋构造，可实现块状废轮胎在料板上的均匀分布。料板上方均匀布置有多根辐射管，废轮胎在热解过程中相对于料板和辐射管静止，可保证其均匀受热。

在热解处理过程中，通过料板、进料螺旋、出料螺旋、磁选机的联合操作，可在不停炉的条件下，实现反应器的连续进料和出料，以及热解产物的分类回收。并且，热解产物含尘量低，可作为化工原料或燃料，提高了废轮胎回收过程的能量效率和经济效益，因此具有较大的发展优势和应用前景。

附图说明

图1是低温连续热解处理废轮胎固定床反应器的左视图。

图2是低温连续热解处理废轮胎固定床反应器的俯视图。

图3是低温连续热解处理废轮胎固定床反应器的主视图。

附图中的附图标记如下：

1-壳体；

2、2a、2b、2c-辐射管；

3-中心螺杆；3a-出料螺旋；3b-进料螺旋；

4-料板；

5-进料仓；5a-进料口

6-插板阀；

7-支架；

8-反应室；

9-传动轴承；

10-基底；

11-支撑平台；

12-油气出口；

13-磁选机；13a-出料口；

14-钢丝输送机；

15-储料仓；15a-固体炭收集仓；15b-固体钢丝收集仓。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

本实用新型实施例中的低温连续热解处理废轮胎固定床反应器包括四个部分：进料系统、反应系统、出料系统、壳体。以下结合图1、图2、图3分别显示的固定床反应器的左视图、俯视图、主视图，对该四个部分之间的结构及其关系进行说明。

①壳体：由图1所示，固定床反应器的壳体1包括反应器壁、支架7、基底10、支撑平台11。

反应器壁包括炉顶、侧壁、炉底，用于密封整个反应室8，使得反应室8内的反应气氛与外界气氛充分隔开。在侧壁和炉顶上可设置多个油气出口12，用于排出反应室8中产生的热解油气。本实用新型实施例中在侧壁上设置了2个油气出口，在炉顶上设置了1个油气出口，其位置可直接影响反应室8中气体的流动方向和停留时间。

②进料系统：由图1以及图3所示，进料系统自上而下依次包括进料仓5、插板阀6、进料口5a。

③出料系统：由图1所示，出料系统由出料口13a、磁选机13、储料仓15构成。而由图2该反应器的俯视图可见，出料系统还包括钢丝输送机14，并且储料仓15是由固体炭收集仓15a和固体钢丝收集仓15b组成的。

磁选机13具有固体残渣入口、固体炭出口、固体钢丝出口，固体残渣入口与出料口13连接，固体炭出口与固体炭收集仓15a连接，固 体钢丝出口与钢丝输送机14的一端连接，钢丝输送机14的另一端与固体钢丝收集仓15b连接。

出料口13a在进料口5a之下，且都设置有下料溜槽，用于反应器的进料和出料。

④反应系统：由图1所示，反应系统包括反应室8，用于块状废轮胎的热解处理。由图3可见，在反应室8的底部设置有料板4，位于支撑平台11之上，为了便于描述，将料板4的两端分别命名为进料端和出料端。由图1可见，出料端通过出料口13a与磁选机13连接。由图1，在进料端和出料端分别设置一个传动轴承9。支架7的一端固定在支撑平台11上，另一端连接传动轴承9。传动轴承9中一个是主动轮，一个是从动轮，用于带动料板4的连续转动。根据需要，可在料板4的中间段设置若干个从动轮，从动轮上端与料板4接触起到支撑作用，下端固定在支撑平台11上。

由图1所示，进料螺旋3b设置在料板4进料端的上部，位于进料口5a之下；出料螺旋3a设置在料板4出料端的上部，且出料端位于出料口13a之上。在本实用新型实施例中，进料螺旋3b和插板阀6之间还设置有料位计。

由图2和图3所示，进料螺旋3b和出料螺旋3a均由螺旋叶片和中心螺杆3组成，中心螺杆3横穿螺旋叶片。本实用新型实施例中，螺旋叶片之间的间隙等距设置，其下边缘与料板4的垂直距离为50～150 mm，其中优选距离为100 mm。

在其它实施例中，螺旋叶片之间的间隙可采用变距设置的方式，且靠近中间部分螺旋叶片间隙比中心螺杆两端螺旋叶片间隙要小，使得物料在料板4上的分布更加均匀。

由图2所示，进料螺旋3b位于进料口5a之下，螺旋叶片包括左螺旋叶片和右螺旋叶片，中心螺杆3横穿左螺旋叶和右螺旋叶片。左螺旋叶片和右螺旋叶片垂直于中心螺杆3的中心线成轴对称。本实用新型中，左螺旋叶片和右螺旋叶片之间的距离为进料口5a口径的1/3～1/2。

本实用新型实施例中，进料螺旋3b的特殊构造，使得块状废轮胎从进料螺旋3b的中间部分向两端运动，可以减少物料随进料螺旋3b的运转距离，并且实现较宽料板4上物料的均匀分布，优选实施方式为采用单根进料螺旋。

在其它实施例中，可在进料口5a的下料溜槽处增设导流板，有助于物料的均匀分布，尤其适用于摩擦阻力比较大的块状废轮胎的分布。

由图2所示，反应室8中设置有3个辐射管，分别为2a、2b、2c，在图1和图3中标示为辐射管2。在其它实施例中，辐射管2的数量可以为除3个以外的任一数量。

由图1所示，辐射管2在反应室8中均匀布置，且与料板4平行，侧壁上的油气出口12位于辐射管2之下。辐射管2与料板4上布置的块状废轮胎之间的距离要尽量小，其距离料板4的垂直高度为100～450mm，本实用新型实施例中为300 mm。炉顶上设置的油气出口12与料板4的垂直距离为350～2000mm，本实用新型实施例中为1000 mm。

本实用新型实施例优选四方形反应器，也可设计为圆柱形反应器或是其它形状的反应器。采用四方形反应器的结构更加有利于辐射管2的设置，从而使物料受热均匀，保证热解油气的均匀产生和流动。

利用本实用新型处理废轮胎的工艺方法流程如下：

①原料要求

本实用新型实施例的固定床反应器对原料无严格要求，为了达到较高的热解效率，选用粒径为120㎜以下的块状废轮胎。

②进料过程

关闭插板阀6，废轮胎经破碎为块状后，先运送至进料仓5中。可在进料仓5中设置搅拌棒，用于防止物料的蓬料现象。打开插板阀6，块状废轮胎在重力作用下，经由进料口5a处的下料溜槽进入反应室8前段的中部。

块状废轮胎被连续运送至进料螺旋3b的中间部分，在进料螺旋3b 的作用下沿料板4的两侧均匀的分布。料板4在传动轴承9的运转下，可带动块状废轮胎向前输送，使整个料板4均匀的布满物料。

料位计可用于检测进入反应室8的物料高度，从而控制单次进料量，也可通过调节进料螺旋3b，改变料板4上块状废轮胎的分布效果。

在插板阀6处可设置惰性气体接入口，在打开插板阀6向反应器中加入块状废轮胎时，通入惰性气体。惰性气体可选择氮气，或为其它非氧化性气体，满足反应室8中热解反应的绝氧性要求。

本实用新型固定床反应器可采用单次进料的方式，也可采用连续进料的方式。当所需处理的物料量较小时，可采用本实用新型实施例中的固定床反应器进行操作。如果处理的物料量较大，可增加料板4的面积，在热解反应过程中保持料板4的连续转动，使物料在料板4上从进料端到出料端完成热解反应，保证进料和出料的连续性。

③进料高度

为了保证反应室8中废轮胎热解的连续性，进料仓5的单次物料储存量不得少于料板4的单次物料分布量。在热解反应过程中，在进料仓5中储存一定量的块状废轮胎原料，保证料板4上物料的高度为150～300 mm。

④热解反应条件

该固定床反应器中发生的热解反应是在350～1200℃的范围内进行的。块状废轮胎由进料口5a进入反应室8之后，通过辐射管2的辐射传热，逐步升温热解，首先进行干燥脱水，然后脱除挥发分，生成热解油气产物和热态固体残渣产物，固体残渣产物中含有一定量的钢丝，并且含有一定量未挥发的有机成分。通过对固体残渣进行工业分析，测得该有机成分的含量不超过10wt％(wt％为重量含量)。

热解反应过程中要控制反应室8处于绝氧气氛，并维持压力在-1～3kPa的范围内。

⑤加热方式

该固定床反应器的加热方式可选择电加热方式、燃料加热方式、高温等离子体加热方式等，本实用新型实施例优选蓄热式辐射管的加热方式，满足装置中燃烧加热系统与物料热解系统的隔绝。

辐射管2的升温速率控制在20～60℃/min，不同升温阶段选择不同的升温速率，当物料温度低于280℃时，辐射管2的升温速率控制在40～60℃/min；当物料温度在280～450℃时，辐射管2的升温速率控制在20～40℃/min；当物料温度超过450℃时，辐射管2的升温速率控制在20～60℃/min。

⑥出料过程以及固体残渣的收集

在启动进料螺旋3b的同时启动出料螺旋3a，在出料螺旋3a的运转下，热解反应后的固体残渣经由出料口13a处的下料溜槽通过固体残渣入口进入磁选机13中。

固体残渣先被运送至磁选机13前端的碾磨装置中，对其中的炭黑和钢丝进行碾磨，然后进入后端的磁选装置，充分分离出炭黑和钢丝。炭黑经由磁选机13的固体炭出口运送至固体炭收集仓15a中存储。钢丝经由磁选机13的固体钢丝出口运送至钢丝输送机14中，在钢丝输送机14上用水洗除去钢丝表面的炭黑，然后将其运送至固体钢丝收集仓15b中压块存储。

该出料过程可满足料板4在均匀分布块状废轮胎的同时，对上一次反应后的固体残渣进行出料，从而保证反应器中进料和出料的连续性。

⑦热解油气的回收利用

本实用新型实施例中产生的热解油气通过油气出口12快速排出，进入冷凝系统中对热解油气进行冷凝，获取较多的热解油，可以根据需要开启一个或多个油气出口12。

热解反应过程中，尽量缩短热解油气在反应室8中的停留时间，避免热解油气的二次裂解，提高热解油的产率。得到的热解气作为热源通过输送管道可直接引入蓄热式辐射管的燃烧器中，作为辐射管的热源供其燃烧，提供反应所需的热量。

料板4上表层的块状废轮胎先进行热解，下层后进行热解。下层物料热解产生的热解油气首先穿过其上层的物料热解反应后产生的残炭，即上层的残炭可对下层穿过的热解油气起到过滤的作用，降低热解油气的含尘量。通过过滤作用，可除去下层热解油气中的炭粒、液滴、污染物等。

当该固定床反应器用作资源化回收利用废轮胎装置，尤其是提取原料中的油分时，可在热解气排出后段增设气体净化系统，提高热解气的品质。

该固定床反应器从进料到完成热解反应后出料所需时间为1.5～5h，该时间会受到废轮胎的物理性质、单次或连续进料量、升温速率等的影响。

本实用新型实施例的固定床反应器与传统固定床反应器的区别之一在于：本实用新型的固定床反应器在处理完单批次的废轮胎之后，无需进行降温，便可进行下一批废轮胎的进料和上一批固体残渣的出料。因此，本实用新型反应器中的辐射管2只需在首次进料时进行开工点火，在接下来的整个连续运行过程中，只需维持辐射管2的正常加热温度即可。由此，在反应器运行过程中，避免了因每一次的进料和出料对反应器的升温和降温，降低设备故障率；区别之二在于：本实用新型的固定床反应器可通过控制进料螺旋3b、料板4、出料螺旋3a之间的运转速率，实现热解过程中连续的进料和出料。

因此，本实用新型的反应器既可实现连续运转生产，又节约了占地面积，尤其适用于在建设面积有限的厂区内进行投建和生产。

实施例

由江苏盐城提供粒度为20mm～100mm的块状废轮胎样品(废轮胎的分析数据见表1)。物料先储存于进料仓5中，开启进料仓5中的搅拌器后打开插板阀6，物料在重力作用下，从进料仓5下端的下料溜槽处滑落到反应室8中。

在进料螺旋3b转动下和传动轴承9带动下，物料在料板4上均匀分布的同时，向出料端水平移动，控制进料螺旋3b和传动轴承9的速率，使料板4上物料厚度为240mm。待整个料板4布满块状废轮胎后，关闭插板阀6。开启辐射管燃烧系统，当物料温度低于280℃时，控制辐射管2升温速率为60℃/min；当物料温度高于280℃时，控制辐射管2升温速率为30℃/min，产生的热解油气通过油气出口12进入冷凝系统，冷凝回收热解油。未冷凝的热解气直接引入辐射管2中作为燃料燃烧。整个热解过程压力控制在-500～500Pa以内。当热解过程基本不产生热解油气之后，进行第二批次废轮胎进料，同时对上一次反应后固体残渣进行出料。

出料螺旋3a将固体残渣输送至磁选机13中，先通过磁选机13前端的碾磨装置碾磨固体残渣，再通过磁选装置分离出炭黑和钢丝。炭黑直接送入固体炭收集仓15a，钢丝运送至钢丝输送机14，该过程用水洗去除钢丝表层的炭黑，然后输送至固体钢丝收集仓15b中压块存储。整个过程保持进料和出料的连续性。

本实用新型实施例所述工艺方法可长期平稳操作，所得到比较稳定的热解产物的产率见表2，表3为所得到的炭黑产物的组成。

表1废轮胎分析结果

表2热解产物数据结果

项目	热解油	热解气	钢丝	炭黑
					产率(％)	42	12.0	9.2	36

表3炭黑组成

项目	挥发分	灰分	固定碳
				产率(％)	1.80	13.76	83.80

(备注：M_ad表示空干基水分、A_ad表示空干基灰分、V_ad表示空干基挥发分、FC_ad表示空干基固定碳、S_t,ad表示空干基硫、C_ad表示空干基碳、H_ad表示空干基氢，Q_Net.ar的单位为MJ/kg，％为质量百分比。该实施例中所述热解油为焦油，所述热解气为净煤气。)

本实用新型所述工艺方法可长期平稳操作，设备故障率极低。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (11)

1.一种低温连续热解处理废轮胎固定床反应器，所述反应器具有进料口、反应室、出料口、磁选机、钢丝输送机、固体炭收集仓、固体钢丝收集仓，所述进料口的水平位置比所述出料口的水平位置高；

所述反应室中具有进料螺旋、出料螺旋、料板，所述料板包括进料端和出料端，所述进料螺旋设置在所述进料口之下，位于所述进料端上部；所述出料螺旋设置在所述出料端上部，所述出料端位于所述出料口之上；

所述进料螺旋包括中心螺杆、左螺旋叶片、右螺旋叶片；所述中心螺杆横穿所述左螺旋叶片和右螺旋叶片，所述左螺旋叶片和右螺旋叶片垂直于所述中心螺杆的中心线成轴对称，两者之间的距离为所述进料口口径的1/3～1/2；

所述磁选机包括前端的碾磨装置和后端的磁选装置，其具有固体残渣入口、固体炭出口、固体钢丝出口，所述固体残渣入口连接所述出料口，所述固体炭出口连接所述固体炭收集仓，所述固体钢丝出口通过所述钢丝输送机连接所述固体钢丝收集仓。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述左螺旋叶片和右螺旋叶片的下边缘与所述料板的垂直距离为50～150 mm。

3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述左螺旋叶片和右螺旋叶片的下边缘与所述料板的垂直距离为100 mm。

4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述左螺旋叶片间隙和右螺旋叶片间隙等距设置。

5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述左螺旋叶片间隙和右螺旋叶片间隙变距设置。

6.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述料板的进料端和出料端设置有传动轴承，用于带动所述料板连续转动；所述传动轴承具有两个或多个。

7.根据权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述反应室中包括辐射管；

所述辐射管为蓄热式辐射管，设置在所述料板上部与所述料板平行；

所述辐射管与所述料板之间的垂直距离为100～450mm。

8.根据权利要求7所述的反应器，其特征在于，所述辐射管与所述料板之间的垂直距离为300 mm。

9.根据权利要求7所述的反应器，其特征在于，还包括壳体，所述壳体包括反应器壁、支撑平台、支架；

所述反应器壁包括炉顶、侧壁、炉底，用于密封所述反应室；

所述支撑平台设置在所述料板之下；

所述支架固定在所述支撑平台上，用于连接所述传动轴承。

10.根据权利要求9所述的反应器，其特征在于，所述反应室中包括油气出口；

所述油气出口设置在所述反应器壁的侧壁或炉顶；

所述侧壁上的油气出口位于所述辐射管之下；

所述炉顶上的油气出口与所述料板的垂直距离为350～2000mm。

11.根据权利要求10所述的反应器，其特征在于，所述炉顶上的油气出口与所述料板的垂直距离为1000 mm。