本發明涉及廢舊橡膠再生技術領域，尤其涉及一種基于超臨界二氧化碳的廢橡膠再生方法及裝置。

背景技術：

目前我國每年有上千萬噸的廢舊橡膠得不到充分利用，每年還要從國外進口幾百噸的橡膠原料，因此迫切需要負有社會責任、具有環保持續性的解決方案。在眾多的廢橡膠再利用途徑中，生產再生膠是一種非常有效的方式，即利用物理、化學或者生物等方法打開橡膠的三維交聯網絡，形成準線型化的可加工再生膠的過程。

如申請號為：200910079775.1的中國專利公開了一種硫化橡膠脫硫解聚再生的方法，將去除炭黑、填料的廢舊硫化膠粉，在超臨界二氧化碳條件下，使得脫硫試劑充分滲透到橡膠中，然后將溶脹的橡膠經機械剪切、真空熱烘或平板模壓，使橡膠脫硫還原。具體方法為：將粒度為60-80目的廢舊硫化膠粉，除去炭黑、填料等小分子物質，置于高壓反應釜中，加入脫硫試劑，用二氧化碳氣體置換反應釜內的空氣后，在加入一定量的干冰，使密閉釜內的二氧化碳密度保持在0.466-0.6g/cm³，逐步升溫至150-170℃，在超臨界狀態下保溫30-60mim，待反應釜自然冷卻至室溫再緩慢釋放出其中的二氧化碳，得到溶脹的橡膠；將溶脹橡膠取出在140-160攝氏度溫度下通過熱輥剪切、真空熱烘或平板模壓的方法使橡膠脫硫還原。該申請中使用超臨界的二氧化碳與脫硫劑的配合使得橡膠溶脹，及時脫硫劑已經十分普遍，但是仍存在化學污染的隱患，且該申請中二氧化碳對橡膠溶脹的作用不均勻，會影響下一步對橡膠的機械剪切，造成橡膠的脫硫不徹底。

又如申請號為：201510446102.0的中國專利公開了一種超臨界流體輔助單螺桿橡膠再生機斷硫再生方法，包括以下步驟：將廢舊橡膠經破碎分離后得到的5～8mm的橡膠顆粒送入橡膠定量給料器中電磁加熱至所需溫度進行預熱；上述加熱后的橡膠顆粒加入單螺桿橡膠再生機內，在超臨界流體環境中，橡膠顆粒受到熱化學、超臨界流體滲透和溶脹及單螺桿的強力剪切作用，促使其中含硫分子鏈選擇性斷裂，破壞其交聯網絡結構，實現橡膠顆粒的斷硫再生；上述斷硫再生橡膠經過橡膠過濾器過濾出去其中較大的橡膠顆粒后，進入再生橡膠顆粒制備系統中依次經過顆粒石蠟覆蓋系統、顆粒水冷卻器、顆粒干燥器后的得到的顆粒狀再生橡膠產品，最后經過打包機包裝入庫。該申請中存在超臨界流體對橡膠顆粒的溶脹不徹底，導致機械剪切不均勻等問題。

技術實現要素：

為克服現有技術中存在的廢棄橡膠脫硫不徹底，機械剪切不均勻等問題，

本發明提供了一種基于超臨界二氧化碳的廢橡膠再生方法及裝置。具體技術方案如下：

一種基于超臨界二氧化碳的廢橡膠再生方法，

步驟1：將廢橡膠進行破碎，篩選得到長度為5～8mm的橡膠粒；

步驟2：通過超臨界二氧化碳對篩選過的橡膠粒進行充分溶脹；

步驟3：將溶脹后的橡膠粒進行機械剪切，破壞其交聯網絡結構，實現橡膠粒的斷硫再生。

在此基礎上，所述步驟2中通過在反應釜中加入干冰制成超臨界二氧化碳。

本發明還提供了一種基于超臨界二氧化碳的廢橡膠再生裝置，包括破碎機、反應釜、溶脹裝置、機械剪切裝置和控制器，所述破碎機和反應釜均與溶脹裝置相連，所述溶脹裝置和機械剪切裝置相連，所述控制器與破碎機、反應釜、溶脹裝置和械剪切裝置均相連。

在此基礎上，所述溶脹裝置為筒狀，所述溶脹裝置上方設置有上開口，所述溶脹裝置下方設置有下料口，所述破碎機與溶脹裝置的上開口相連，所述下料口與機械剪切裝置相連，所述溶脹裝置兩側分別設置有進口和出口，所述出口處設置有抽氣機，且出口處設置有過濾網，所述出口通過抽氣機與進口相連，所述反應釜與溶脹裝置的進口相連。

在此基礎上，所述溶脹裝置內部設置有多層篩網，多層所述篩網平行豎向設置，多層所述篩網的鏤空孔直徑小于橡膠粒的直徑。

在此基礎上，所述機械剪切裝置包括驅動系統、喂料系統、溫控系統和剪切系統，所述驅動系統與剪切系統相連，所述喂料系統與溶脹裝置的下料口相連，所述驅動系統、喂料系統、溫控系統和剪切系統均與控制器相連。

在此基礎上，所述剪切系統包括剪切裝置和剪切槽，所述剪切裝置設置在剪切槽的上方，所述剪切槽中部設置有閘刀為分段剪切槽，所述閘刀的左側為儲備區，所述閘刀的右側為剪切區，所述儲備區的左端設置有物料推送裝置，所述儲備區與喂料系統相連，所述剪切區的右端一側設置有行程開關，所述行程開關與閘刀相連。

在此基礎上，所述物料推送裝置包括推送板和彈簧，所述推送板豎向滑動設置在儲備區內，所述彈簧的一端固定設置在儲備區的左端，而另一端與推送板相連。

在此基礎上，還包括加工裝置，所述加工裝置包括冷卻設備和干燥設備，所述冷卻設備和干燥設備依次相連，所述干燥設備與外部的運輸通道相連。

在此基礎上，所述干燥設備包括干燥通道和干燥稱量設備，所述干燥稱量設備包括固定稱量裝置和稱量框，所述固定稱量裝置設置在干燥通道的左端上方，所述稱量框設置在干燥通道的右端上方，所述稱量框內設置有干燥器，所述干燥通道的中部下方設置有平衡塊。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1、本發明提供了一種基于超臨界二氧化碳的廢橡膠再生方法，首先將廢橡膠進行破碎，篩選得到長度為5～8mm的橡膠粒；在通過超臨界二氧化碳對篩選過的橡膠粒進行充分溶脹；最后將溶脹后的橡膠粒進行機械剪切，破壞其交聯網絡結構，實現橡膠粒的斷硫再生。本發明無須事先加熱，且僅通過干冰生成超臨界二氧化碳和機械剪切就可以將廢橡膠進行脫硫再生，無污染且節約了各種資源，安全快捷，再利用效果好，具環保、經濟、可持續發展等多重益效。

2、本發明提供了一種基于超臨界二氧化碳的廢橡膠再生裝置，其中的溶脹裝置兩側分別設置有進口和出口，出口處設置有抽氣機，溶脹裝置內部設置有多層篩網，多層所述篩網平行豎向設置，多層所述篩網的鏤空孔直徑小于橡膠粒的直徑。本發明通過設置抽氣機將超臨界二氧化碳重復利用，對橡膠粒進行充分的溶脹，對下步機械剪切做好準備，以保證每個橡膠粒都脫硫成功。

3、本發明中的剪切系統包括剪切裝置和剪切槽，所述剪切裝置設置在剪切槽的上方，所述剪切槽中部設置有閘刀為分段剪切槽，所述閘刀的左側為儲備區，所述閘刀的右側為剪切區，所述儲備區的左端設置有物料推送裝置，所述儲備區與喂料系統相連，所述剪切區的右端設置有行程開關，所述行程開關與閘刀相連。本發明通過剪切系統實現了自動增添剪切料，對剪切料進行分批次剪切，以保證剪切的質量，結構簡單，安全快捷且低能耗。

4、本發明中的干燥設備包括干燥通道和稱量設備，干燥設備包括干燥通道和干燥稱量設備，所述干燥稱量設備包括固定稱量裝置和稱量框，所述固定稱量裝置設置在干燥通道的左端上方，所述稱量框設置在干燥通道的右端上方，所述稱量框內設置有干燥器，所述干燥通道的中部下方設置有平衡塊。本發明在干燥的同時可以對橡膠粒進行稱重和運輸，同步操作，提高了工作效率且能夠保證橡膠粒的干燥效果。

附圖說明

圖1是本發明一種基于超臨界二氧化碳的廢橡膠再生方法的流程示意圖；

圖2是本發明一種基于超臨界二氧化碳的廢橡膠再生裝置中各個結構的連接示意圖；

圖3是本發明一種基于超臨界二氧化碳的廢橡膠再生裝置中溶脹裝置的結構示意圖；

圖4是本發明一種基于超臨界二氧化碳的廢橡膠再生裝置中剪切槽的剖視圖；

圖5是本發明一種基于超臨界二氧化碳的廢橡膠再生裝置中干燥設備的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定發明。

本發明披露了一種基于超臨界二氧化碳的廢橡膠再生方法，如圖1所示，具體步驟如下：步驟1：將廢橡膠進行破碎，篩選得到長度為5～8mm的橡膠粒，將橡膠粒的長度統一可以有助于機械剪切裝置4對橡膠粒的批量剪切，能夠大大提高工作效率；步驟2：通過超臨界二氧化碳對篩選過的橡膠粒進行充分溶脹，本發明中優選超臨界二氧化碳作為溶脹橡膠粒的介質，其中超臨界二氧化碳作為一種超臨界流體具有較好的溶解和傳質性能，同時還具有低的粘度和高的擴散系數，其溶解和傳質能力與有機溶劑甲苯相當。另外超臨界二氧化碳流體還具有無毒、化學惰性、阻燃和價格低廉等優點，其超臨界相對溫和，很容易達到，在常態下二氧化碳為氣態，很容易去除，不存在殘留產物內部的問題。將超臨界二氧化碳流體作為一種反應介質，隨著浸泡在其中的硫化橡膠被溶脹，將橡膠粒中的交聯網絡增大，有助于機械剪切。進一步優選地，本實施例中通過在反應釜2中加入干冰制成超臨界二氧化碳，干冰容易獲得，且實現超臨界二氧化碳方法簡單。步驟3：在步驟2的基礎上將溶脹后的橡膠粒進行機械剪切，破壞其交聯網絡結構，實現橡膠粒的斷硫再生。本發明無須事先加熱，且僅通過干冰生成超臨界二氧化碳和機械剪切就可以將廢橡膠進行脫硫再生，無化學溶劑造成的污染且節約了各種資源，安全快捷，再利用效果好，具環保、經濟、可持續發展等多重益效，同時降低了成本又滿足了可持續發展的要求。

本發明還披露了一種基于超臨界二氧化碳的廢橡膠再生裝置，如圖2所示，包括破碎機1、反應釜2、溶脹裝置3、機械剪切裝置4和控制器，所述破碎機1和反應釜2均與溶脹裝置3相連，所述溶脹裝置3和機械剪切裝置4相連，所述控制器與破碎機1、反應釜2、溶脹裝置3和械剪切裝置均相連。其中破碎機1用于破碎廢棄橡膠，將廢棄橡膠破碎至統一的長度，如5～8mm，所述反應釜2用于將干冰轉換成超臨界二氧化碳，所述溶脹裝置3將破碎機1破碎的橡膠粒和反應釜2中制成的超臨界二氧化碳進行溶脹反應，以增大橡膠粒的交聯結構，所述機械剪切裝置4用于將橡膠粒的交聯結構進行剪切，實現斷硫再生。本裝置能夠實現一步到位全自動連續性廢橡膠的斷硫再生，轉化率高，為全綠色技術，持續節能，降低了材料成本，有助于可持續發展。

如圖3所示，本實施例中的溶脹裝置3為筒狀，所述溶脹裝置3上方設置有上開口31，所述溶脹裝置3下方設置有下料口32，所述破碎機1與溶脹裝置3的上開口31相連，將破碎機1破碎后的橡膠粒從上開口31均勻輸送至溶脹裝置3內部，所述下料口32與機械剪切裝置4相連，溶脹裝置3將充分溶脹后的橡膠粒直接通過下料口32輸送至機械剪切裝置4內，所述溶脹裝置3兩側分別設置有進口33和出口34，所述出口34處設置有抽氣機，且出口34處設置有過濾網，所述出口34通過抽氣機與進口33相連，所述反應釜2與溶脹裝置3的進口33相連。所述溶脹裝置3內部設置有多層篩網35，多層所述篩網35平行豎向設置，多層所述篩網35的鏤空孔直徑小于橡膠粒的直徑。溶脹裝置3的進口33有與反應釜2相連，超臨界二氧化碳可以持續不斷地進入溶脹裝置3，且出口34處的抽氣機會將進口33處的超臨界二氧化碳引導至出口34處，將超臨界二氧化碳按照特定方向擴散，均勻分布整個溶脹裝置3。當破碎機1破碎后的物料從上開口31落下時，橡膠粒在抽氣機的作用下均勻分布在多層篩網35上，反應釜2中的超臨界二氧化碳持續不斷進入溶脹裝置3，且對橡膠粒充分接觸，進行溶脹，抽氣機將該超臨界二氧化碳從進口33處引導至出口34，對橡膠粒充分溶脹后，再通過出口34進入進口33，再次進入溶脹裝置3，實現將超臨界二氧化碳的重復利用，對橡膠粒進行充分的溶脹，對下步機械剪切做好準備，以保證每個橡膠粒都脫硫成功。

本實施例中的機械剪切裝置4包括驅動系統、喂料系統、溫控系統和剪切系統，所述驅動系統與剪切系統相連，所述喂料系統與溶脹裝置3的下料口32相連，所述驅動系統、喂料系統、溫控系統和剪切系統均與控制器相連，控制器用于監控整個裝置，優選地，控制器為PLC，所述驅動系統用于驅動剪切系統中的剪切裝置對橡膠粒進行剪切，所述溫控系統用于控制剪切系統中機械剪切需要的溫度。

其中，剪切系統包括剪切裝置和剪切槽41，所述剪切裝置設置在剪切槽41的上方，該剪切裝置為單螺桿橡膠再生機或者為熱輥，可以用于將橡膠粒進行機械剪切的裝置均可，優選地，本實施例中使用單螺桿橡膠再生機，其中工作溫度為200～250℃，機械剪切再生時間為1～10min。另外，如圖4所示，剪切槽41中部設置有閘刀411為分段剪切槽41，所述閘刀411的左側為儲備區412，所述閘刀411的右側為剪切區413，所述儲備區412的左端設置有物料推送裝置，所述儲備區412與喂料系統相連，即溶脹后的橡膠粒通過反應釜2的下料口32和喂料系統進入儲備區412準備進行機械剪切，所述剪切區413的右端一側設置有行程開關416，所述行程開關416與閘刀411相連。所述物料推送裝置包括推送板414和彈簧415，所述推送板414豎向滑動設置在儲備區412內，所述彈簧415的一端固定設置在儲備區412的左端，而另一端與推送板414相連。橡膠粒進入儲備區412和剪切區413的機械剪切同步進行，當剪切區413的橡膠粒剪切完畢后，直接通過輸送帶輸送至下一操作，橡膠粒輸送結束后，行程開關416不被觸發，閘刀411打開，物料推送裝置將橡膠粒推送至剪切區413，同時，喂料系統不斷為儲備區412增加物料，直至觸碰至行程開關416，閘刀411放下，剪切區413的橡膠粒填充完畢，剪切裝置對剪切區413的橡膠粒進行進行剪切。本發明通過剪切系統實現了自動增添剪切料，對剪切料進行分批次剪切，以保證剪切的質量，結構簡單，安全快捷且低能耗。

本實施例中還包括加工裝置5，所述加工裝置5包括冷卻設備和干燥設備51，所述冷卻設備和干燥設備51依次相連，所述干燥設備51與外部的運輸通道相連，所述冷卻設備用于對剛經過機械剪切裝置4剪切的橡膠粒進行冷卻，隨后通過干燥設備51對橡膠粒進行干燥，其中如圖5所示，干燥設備51包括干燥通道511和干燥稱量設備，所述干燥稱量設備包括固定稱量裝置512和稱量框513，所述固定稱量裝置512設置在干燥通道511的左端上方，所述稱量框513設置在干燥通道511的右端上方，所述稱量框513內設置有干燥器514，所述干燥通道511的中部下方設置有平衡塊5112。所述固定稱量裝置512為如秤砣等具有固定質量的物體，本實施例中要求制備得到的顆粒狀再生橡膠產品質量為3～25g/個，密度1～1.38g/cm³，操作人員可以根據橡膠粒的實際干燥程度選擇不同質量的固定稱量裝置512。如圖5所示干燥器514設置在稱量框513的兩側壁上，且稱量框513的底部為雙開式活動板，經過冷卻設備冷卻的橡膠粒輸送至稱量框513中，通過干燥器514進行干燥，當干燥到一定程度時，干燥通道511傾斜，活動板打開，橡膠粒掉落在干燥通道511中隨著干燥通道511傾斜運輸出去。當經過冷卻后的橡膠粒輸送至稱量框513中，由于重量重于固定稱量裝置512，干燥通道511的右端下沉，且在干燥器514對橡膠粒不斷的干燥過程中，橡膠粒的質量減輕，干燥通道511的右端被左端的固定稱量裝置512翹起，此時，干燥到一定程度的橡膠粒隨著干燥通道511運輸至外部，完成廢橡膠斷硫再生。本發明在干燥的同時可以對橡膠粒進行稱重和運輸，同步操作，提高了工作效率且能夠保證橡膠粒的干燥效果。

上述說明示出并描述了本發明的優選實施例，如前所述，應當理解本發明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環境，并能夠在本文所述發明構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發明的精神和范圍，則都應在本發明所附權利要求的保護范圍內。