本發明涉及輪胎胎面熱解，具體涉及一種快速熱解廢舊輪胎的系統及方法。

背景技術：

目前處理廢舊輪胎的方法有原型改制、生產再生膠和膠粉、焚燒以及熱解等，其中熱解技術是一種很具潛力的處理廢舊輪胎的方法。廢舊輪胎熱解技術是將廢舊輪胎在缺氧或惰性氣體中進行熱分解，可產生熱解氣、熱解油和炭殘渣等。與傳統處理方法相比，熱解法不僅可以回收高附加值的產物，而且可以回收近70％的能源，具有較高的經濟和環境效益。廢舊輪胎熱解處理工藝主要包括催化熱解、真空熱解、加氫熱解和自熱熱解等，各種工藝對原料預處理和粒徑都有嚴格要求，得到的產物也各不相同。

技術實現要素：

本發明設計了一種廢舊輪胎處理的熱解工藝，設備結構簡單、工藝流程短、經濟效益好。

本發明首先提供了一種廢舊輪胎快速熱解系統，所述系統包括：

進料料斗，具有進料口和出料口；

蓄熱式快速熱解反應器，具有熱解原料入口、熱解油氣出口和半焦出口，所述熱解原料入口與所述進料料斗的出料口相連；

融合成型裝置，具有半焦入口、石灰粉入口、粘結劑入口和型球出口，所述半焦入口與所述蓄熱式快速熱解反應器的半焦出口相連；

電石冶煉裝置，具有型球入口和電石出口，所述型球入口與所述融合成型裝置的型球出口相連；

所述蓄熱式快速熱解反應器內設置有多層輻射管，所述輻射管的上側安裝有頂蓋，述頂蓋的頂角為60°-90°。

在本發明的一個實施方案中，所述系統還包括：

切割機，具有切割料入口和切割料出口，

抽絲機，具有抽絲料入口、抽絲料出口和鋼絲出口，所述抽絲料入口與所述切割機的切割料出口相連；

粉碎機，具有粉碎料入口、粉碎料出口，所述粉碎料入口與所述抽絲料出口相連；

磁選機，具有磁選料入口、磁選料出口和鐵粉出口，所述磁選料入口與所述粉碎機的粉碎料出口相連，所述磁選料出口與所述蓄熱式快速熱解反應器的熱解原料入口相連。

在本發明的一個實施方案中，所述輻射管是公稱直徑為200-300mm的圓形管。

在本發明的一個實施方案中，所述蓄熱式快速熱解反應器還包括多層擋板，所述擋板傾斜設置在所述蓄熱式快速熱解反應器的內部，最上層擋板位于所述蓄熱式快速熱解反應器的高度的1/2-2/3處。

在本發明的一個實施方案中，所述擋板與上下相鄰兩層輻射管之間的垂直距離相等。

本發明進一步提供了一種利用上述系統快速熱解廢舊輪胎的方法，所述方法包括如下步驟：

準備條狀或塊狀的輪胎胎面；

將所述輪胎胎面送入所述蓄熱式快速熱解反應器中進行熱解，獲得半焦和熱解油氣；

將所述半焦與石灰粉、粘結劑送入所述融合成型裝置混合后壓制成型，制備型球；

將所述型球送入所述電石冶煉裝置中進行冶煉，制備電石。

在本發明的一個實施方案中，在1300℃-1700℃的溫度下對所述型球進行冶煉。

在本發明的一個實施方案中，所述輪胎胎面的長度為1mm-10mm。

在本發明的一個實施方案中，所述輪胎胎面在熱解時還會產生煙氣，用所述煙氣干燥進入所述蓄熱式快速熱解反應器的所述輪胎胎面。

在本發明的一個實施方案中，在500℃-700℃的溫度下熱解所述輪胎胎面。

本發明采用蓄熱式輻射管作為加熱源，沒有熱載體，工藝流程得到了極大的簡化。

采用間接冷卻的方式冷卻高溫半焦，不僅回收了高溫半焦的熱量，還有利于隨時進行排料以及運輸和進行下一步工藝等。

將半焦、石灰石和粘結劑混合后壓制成型，用于冶煉電石，解決了半焦的處理難題，極大地提高了經濟效益。

本發明使用的熱解反應器熱解效果好，因此并不要求熱解原料需要具有很小的粒徑，減少了前期對原料的處理成本。

附圖說明

圖1為本發明一實施例提供的一種快速熱解廢舊輪胎的系統的結構示意圖；

圖2為本發明一實施例提供的一種快速熱解廢舊輪胎系統的工藝流程圖。

圖中：1、進料料斗；2、螺旋進料器；3、蓄熱式快速熱解反應器；4、螺旋出料器；5、循環泵；6、儲料罐；7、融合成型裝置；8、密閉式電石爐；9、切割機；10、抽絲機；11、粉碎機；12、磁選機。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發明的方案及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發明的限制。

需要說明的是，本發明中的“輻射管”指得是蓄熱式無熱載體輻射管。其次，術語“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明，而不是要求本發明必須以特定的方位構造和操作，因此，不能理解為對本發明的限制。

如圖1所示，本發明提供的輪胎胎面熱解系統包括：進料料斗1、螺旋進料器2、蓄熱式快速熱解反應器3(本申請中也簡稱反應器)、螺旋出料器4、循環泵5、儲料罐6、融合成型裝置7、密閉式電石爐8、切割機9、抽絲機10、粉碎機11、磁選機12。

進料料斗1具有進料口和出料口。

參考圖1，本發明使用的蓄熱式快速熱解反應器3包括反應器本體、輻射管和擋板。反應器本體上設有熱解原料入口、半焦出口、燃料氣進口、空氣入口、煙氣出口和熱解油氣出口，其中，熱解原料入口與進料料斗1的輪胎胎面出口相連。輻射管為多個，水平同方向間隔排布在反應器本體的不同高度，相鄰高度層的輻射管錯列布置。擋板為多個，擋板傾斜設置于兩層輻射管之間。輻射管的上方安裝有頂蓋。

本發明提供的蓄熱式熱解反應器采用了蓄熱式無熱載體輻射管加熱技術，無需氣、固熱載體，提高了熱解氣的熱值，該反應器結構簡單、占地面積小，易于工業化。

輻射管的上側的頂蓋能有效地起到保護輻射管不受受到物料沖刷，延長輻射管的使用壽命。頂蓋的形狀并不需要限定，其形狀優選為開口向下且具有一個頂角，這樣設置可避免輪胎胎面滯留在頂蓋上，也可以對輪胎胎面起到引流作用。頂角的角度主要影響輪胎胎面在頂蓋上停留的時間。頂角太大，輪胎胎面容易堆積到頂蓋上；太小，輪胎胎面在頂蓋上的停留時間短，熱解效果不好。頂蓋的垂直截面的寬度過長會影響輻射管熱量的有效利用，過短對分散物料的作用不大。頂角的角度優選為60°-90°，頂蓋的垂直截面的寬度優選為輻射管直徑的1.1-1.5倍。

輪胎胎面從入口進入爐內中，從上到下經過輻射管后會被分散，分散的物料如果不經過減速或改變方向則大部分會從兩根輻射管中間的空隙落下，既減少了壁面傳熱效率又縮短了物料在反應器內的停留時間，如果想增加物料在爐內的熱解時間則必然要加高反應器的高度，增加占地面積及投資，效益降低。通過模擬發現，兩層輻射管之間加入擋板能有效地的改善對物料在反應器3中的分布，使其充分打散，最大面積的讓輪胎胎面參與爐內傳熱。

輪胎胎面從進料口進入后，開始下落，碰到擋板和頂蓋后，被彈起，然后再下落；輪胎胎面每碰到一次擋板和頂蓋，即被彈到一定高度，其下落速度被減緩，因此，增加了輪胎胎面在熱解反應器內的停留時間。而且，擋板和頂蓋還起到對輪胎胎面的引流作用，增加了輪胎胎面在反應器本體內移動的距離，這也能增加輪胎胎面在熱解反應器內的停留時間。

因此，添加擋板和頂蓋后，反應器的高度可降低。若不改變反應器本體的高度，添加擋板和頂蓋后，可將輻射管的垂直間距加大，從而可減少反應器內輻射管的數量。此外，擋板還可以起到打散物料的作用，提高輪胎胎面的熱解效果。

擋板和頂蓋的材質，優選為金屬，金屬的熱傳導性好，能提高輪胎胎面熱解的效果。

擋板的具體位置、形狀并不需要特別限定。為了更好的起到引流的作用，上下相鄰兩層的擋板最好錯列布置。擋板可以根據需要設置在某層輻射管的上方或下方，擋板的最佳位置為兩層輻射管的正中間，即與上下兩層輻射管之間的垂直距離相等。

如圖1所示，擋板最好設置在反應器本體的中下部，最上層擋板位于反應器本體高度的1/2-2/3處。

可將兩個擋板組成開口向下的擋板組件，該開口的角度優選為60°-90°；也可將擋板的一端連在反應器本體的內側壁上，擋板與反應器本體內側壁形成15°-60°的夾角。圖1所示的反應器3包括這兩種設置方式，需要說明的是，反應器3可只包括其中一種設置方式。

如圖1所示，上述擋板組件優選設置在兩個輻射管之間的空隙的上方，其最佳位置為兩個輻射管之間的空隙的正上方，即擋板組件與該兩個輻射管之間的水平距離相等，能保證停留在擋板上的輪胎胎面受熱均勻。

擋板的長度優選為輻射管的直徑的1-2倍。擋板的長度主要影響輪胎胎面在擋板上的停留時間及輪胎胎面在反應器內的移動的軌跡。擋板的長度越長，輪胎胎面在擋板上的停留時間越長，但輪胎胎面無法均勻的分散到下層輻射管；擋板的長度越短，輪胎胎面在擋板上的停留時間越少。

參考圖1，根據本發明的實施例，反應器3和進料漏斗1之間還連接有螺旋進料器2，反應器3的半焦出口與螺旋出料器4相連。進料料斗1和螺旋進料器2用于將輪胎胎面送入反應器3中，螺旋出料器4用于將輪胎胎面熱解后產生的固體產物運送至下一工段。螺旋進料器2和螺旋出料器4并不是必要裝置，可視現場情況和具體的工藝決定是否要添加。

螺旋出料器4還連接有循環泵5，用循環泵5內冷卻介質與從反應器3中排出的高溫半焦換熱，冷卻高溫半焦，并回收熱量。循環泵5也不是本發明必要的裝置，可根據情況增減。

如圖1所示，螺旋出料器4與融合成型裝置7相連，半焦、石灰石和粘結劑在融合成型裝置7中混合均勻后被壓制成型球，再送往密閉式電石爐8中進行冶煉，制備電石。

輻射管為公稱直徑為200-300mm的圓形管，左右相鄰的兩輻射管的水平間距為200-400mm，上下相鄰的兩輻射管的豎直間距為500-1200mm。

反應器本體的高度為5-20m、寬度(其內壁的寬度)為2-6m、長度(其內壁的長度)為5-15m，反應器本體中輻射管的層數為10-25層。燃料氣進口和空氣入口分別與輻射管相連。

如圖1所示，熱解油氣從右上側部出來，進入儲料罐6中儲存，另作他用。

如圖1所示，進料料斗1前還設有切割機9、抽絲機10、粉碎機11和磁選機12，這些裝置都不是系統必須的裝置，可根據需要進行增減。

圖2為本發明提供的利用上述系統熱解輪胎胎面的工藝流程圖。將廢輪胎的圈口切割下來，再用抽絲機15將其中的鋼絲去除，胎面經粉碎機16粉碎成1-10mm條狀或塊狀。把處理后的輪胎胎面經過磁選機17去除里面的鐵粉后送入進料料斗1中，經螺旋輸送機2送入反應器3中。

在反應器3內均勻布置了蓄熱式輻射管，輻射管截面設計成圓形，有利于減少物料堆積，實現物料在反應器中均布和下落。物料在熱解反應器中停留時間通過反應器布置的檔板來調節，根據布置檔板的形狀大小和角度來調整停留時間。輻射管采取蓄熱式，利用輻射管頻繁快速切向的方式，單根輻射管上的溫度差不大于30℃，使之能為給熱解提供均勻穩定的溫度場。

熱解后的半焦由螺旋出料器4排出，在螺旋出料器4的管內有循環冷卻水進行間壁換熱冷卻，高溫半焦由循環冷卻介質冷卻后行成冷態半焦。

冷態半焦作為原料之一與粉狀石灰石、粘結劑一起形成混合物，將得到的混合物進行成型處理，從而可以得到型球；將得到的型球加入到密閉式電石爐8中，在1300-1700℃的高溫下冶煉，制備電石。

進入反應器3中的輪胎胎面的粒徑優選為1-10mm，太大，熱解的效果的不好；太小，預處理費時費力。

熱解產生的熱解油氣輸送至儲料罐6中儲存。

熱解輪胎胎面時，將輻射管的管壁溫度控制在550-700℃范圍，輪胎胎面在反應器3中自上而下停留5-10s，被加熱到550-650℃，進行熱解。燃氣入口和空氣入口分別和輻射管相連，在輻射管內燃燒，產生的熱煙氣經與空氣換熱后，降溫至約200℃。熱煙氣可用來干燥進入反應器3的輪胎胎面，進一步提高了反應器效率和燃燒效率。

由于每根輻射管可單獨控溫，可將反應器3自上而下分為三個區：干燥脫水區、熱解反應區、半焦生成區。將干燥脫水區的溫度控制在700℃左右。將干燥脫水區的溫度設置得較高的目的是為了快速脫去入爐料所含的水分，此外還可以減少干燥脫水區長度。將熱解反應區的溫度控制為500-700℃、半焦成熟區的溫度為500-600℃。

下面參考具體實施例，對本發明進行說明。下述實施例中所取工藝條件數值均為示例性的，其可取數值范圍如前述發明內容中所示。下述實施例所用的檢測方法均為本行業常規的檢測方法。

實施例

利用圖1所示的系統對廢舊輪胎進行處理。反應器3中，由兩個擋板組成開口向下的擋板組件的開口的角度為90°，擋板與反應器本體內側壁形成的夾角為60°，頂蓋的頂角為80°，頂蓋的垂直截面的寬度為330mm，擋板的長度均為450mm，輻射管均為是公稱直徑為300mm的圓形管，左右相鄰的兩輻射管的水平間距為400mm，上下相鄰的兩輻射管的豎直間距為1200mm。反應器本體的高度為20m、內壁的寬度為6m、內壁的長度為15m，有20層輻射管。

熱解工藝流程如圖2所示，具體如下：

將廢輪胎的圈口切割下來，再用抽絲機15將其中的鋼絲去除，胎面經粉碎機16粉碎，再用磁選機17去除里面的鐵粉，選取1-10mm條狀或塊狀輪胎胎面，送入進料料斗1中，經螺旋進料器2送入反應器3中。

每根輻射管單獨控溫，反應器自上而下設有三個區：干燥脫水區、熱解反應區和半焦生成區。往輻射管中分別通入燃料氣和空氣，將干燥脫水區的溫度控制在700℃、熱解反應區的溫度在控制650℃，半焦成熟區的溫度控制在550℃。輪胎胎面自上而下依次通過干燥脫水區、熱解反應區和半焦生成區，完成熱解過程。

熱解產生的熱解油氣輸送至儲料罐6中儲存。熱解后的半焦由螺旋出料器4排出，在螺旋出料器4的管內有循環冷卻水進行間壁換熱冷卻，高溫半焦由循環冷卻介質冷卻后行成冷態半焦。冷態半焦作為原料之一與粉狀石灰石、瀝青一起形成混合物，將得到的混合物進行成型處理，從而可以得到型球；將得到的型球加入到密閉式電石爐8中，在1300℃的高溫下冶煉，制備電石。

熱解還會產生煙氣，煙氣從煙氣出口中排出反應器本體外，煙氣與空氣換熱后會降溫至200℃左右。將降溫后的煙氣用于干燥進入反應器3的輪胎胎面，這樣能進一步提高反應器效率和燃燒效率。

本實施例具體的工藝參數請見表1。表2為本實施例的物料平衡表。

表1 工藝參數

表2 物料平衡表

從表2可知，本發明提供的系統能有效的熱解輪胎胎面。

綜上可知，本發明采用蓄熱式輻射管作為加熱源，沒有熱載體，工藝流程得到了極大的簡化。

采用間接冷卻的方式冷卻高溫半焦，不僅回收了高溫半焦的熱量，還有利于隨時進行排料以及運輸和進行下一步工藝等。

將半焦、石灰石和粘結劑混合后壓制成型，用于冶煉電石，解決了半焦的處理難題，極大地提高了經濟效益。

本發明使用的熱解反應器熱解效果好，因此并不要求熱解原料需要具有很小的粒徑，減少了前期對原料的處理成本。

本發明提供的蓄熱式熱解反應器采用了蓄熱式無熱載體輻射管加熱技術，無需氣、固熱載體，提高了熱解氣的熱值，該反應器結構簡單、占地面積小，易于工業化。

其次，反應器內設置了擋板，擋板能增加輪胎胎面在熱解反應器內停留的時間。因此，添加擋板后，反應器的高度可降低。若不改變反應器本體的高度，添加擋板后，可將輻射管的垂直間距加大，從而可減少反應器內輻射管的數量。而且，擋板還可以起到打散物料的作用，提高輪胎胎面的熱解效果。此外，輻射管上方安裝有頂蓋，頂蓋能有效地起到保護輻射管不受受到物料沖刷，延長輻射管的使用壽命。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發明而非限制本發明的范圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發明的精神和范圍的前提下對本發明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明的范圍之內。此外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。