PDF《高效环保型废旧轮胎裂解设备》

第8期 基金项目:

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0 9年广东省重大科技项目(

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0 9 A

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6 ) 作者简介: 李德治(

1 9

8 5 ―) , 男, 湖南武冈人, 广东工业大学在 读硕士研究生, 主要从事环保型机械装备设计制造及工程研究.

高效环保型废旧轮胎裂解设备 李德治, 姜莉莉, 周鑫(广东工业大学 机电工程学院, 广东 广州

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0 6 ) 摘要: 介绍高效环保型废旧轮胎裂解的工艺流程及工作原理.裂解设备主要由废旧轮胎裂解系统、 储油控制系 统、 油气分离系统、 固体回收系统和尾气处理系统组成.废旧轮胎在热解炉中裂解, 由PLC控制裂解产生的裂解油和 热解气燃烧加热.裂解反应后裂解系统可自动退出裂解炭和钢丝供循环利用.通过裂解, 提高了对废旧轮胎的综合 利用率, 实现了对废旧轮胎的高效环保循环再利用. 关键词: 废旧轮胎;

低温裂解;

裂解设备 中图分类号: TQ

3 3 0. 4+

9 3;

TQ

3 3 0.

8 文献标志码: A 文章编号:

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0 X(

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1 3 )

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0 4 随着汽车保有量的迅速增长, 全世界废旧轮 胎的积存量已达3 0亿条, 且还在以每年1 0亿条 的速度不断增长.大量废旧轮胎对环境造成了很 大的污染, 大力推进废旧轮胎循环利用, 可以缓解 我国橡胶资源严重匮乏的压力, 减少对自然环境 的污染.目前对废旧轮胎进行处理的方式主要有 材料再生、 热能、 原形利用和热裂解4种, 其中我 国以再生胶为主, 国外以焚烧提供热能为主[

1 -

3 ] . 国内学者对废旧轮胎热裂解原理、 热解产物成分 及热解过程的影响因素进行了相应研究, 根据热 解工艺对热解设备进行了简单设计[

4 -

7 ] .本工作 依托2

0 0 9年广东省重大科技项目 高效环保型废 弃橡胶提炼燃油、 炭黑的技术与装备研究和示范 项目 , 研究开发了一种高效环保型废旧轮胎低温 裂解设备, 提高了废旧轮胎的综合利用率, 实现了 对废旧轮胎的高效环保循环再利用.

1 废轮胎裂解工艺流程 高效环保型废旧轮胎裂解工艺流程主要包括 原料预制、 裂解反应、 油气分离、 固体回收和烟气 净化.该工艺在控制系统的控制下完成, 完全实 现了自动化生产.工艺流程如图1所示. 与一般的裂解工艺相比, 该工艺流程具有许 多优点, 主要表现为: 裂解温度为4

5 0~5

0 0℃, 属图1 高效环保型废旧轮胎裂解工艺流程 于低温裂解, 降低了能源消耗;

裂解过程主要由裂 解过程产生的热解油和热解气加热, 降低了生产 成本, 提高了废旧轮胎的综合利用率, 生产过程清 洁环保;

反应炉采用动态旋转式加热方式, 提高了 传热均匀性, 从而提高了废旧轮胎裂解出油率;

整 个反应过程实现自动化控制, 特别加强了对反应 温度的控制, 减小了油气发生二次反应几率, 保证 了热解产物的质量, 生产更加安全可靠.

2 工作原理 根据裂解工艺流程, 裂解设备的工作原理如 图2所示. 废旧轮胎经清洗、 烘干等前处理, 通过进料装 置由输送带送进旋转裂解反应釜, 并添加适量催 化剂以降低反应终止温度和加快裂解速度;

关闭 进料门, 控制系统使燃烧系统点火加热, 反应釜由 传动系统带动旋转, 使废旧轮胎由低温区向高温 区移动进行裂解反应;

控制系统通过控制燃烧油 气流量控制裂解反应的温度;

裂解产生的油气在 压力作用下从反应釜油气出口排出, 进入冷凝器;

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4 李德治等. 高效环保型废旧轮胎裂解设备 图2 工作原理 经冷凝系统冷却, 油气分为凝结的裂解油和不凝 结的热解气;

裂解油收集在集油罐中, 为热解反应 提供燃烧油及工业用油, 热解气经净化系统后进 入储气罐, 为热解反应提供燃气;

控制系统根据液 位传感器信号控制热解油在集油罐与储油罐之间 的自动存储;

燃烧烟气经烟道净化系统处理以后 直接排入大气, 烟道中带出的热量可以用于烘干 湿轮胎;

裂解完成, 反应釜冷却到一定温度, 电机 带动裂解反应釜反转, 热解炭从进料端传送到油 气出口端, 经螺旋出渣器旋转排出反应釜, 实现自 动密闭出渣, 钢丝由钢丝牵引机从进料口拉出, 完 成一次生产加工.

3 设备简介 高效环保型废旧轮胎裂解设备主要由废旧轮 胎裂解系统、 控制系统、 油气分离系统、 固体回收 系统和尾气处理系统组成. 3.

1 废旧轮胎裂解系统 根据裂解工艺及设备工作原理, 裂解过程主 要由热解油和热解气供热, 反应温度控制在4

5 0~

5 0

0 ℃, 发生裂解反应时反应釜内具有良好的密 封性, 确保反应在许可压强范围内进行.因此, 该 裂解系统主要包括燃油供给系统[ 8] 和密封系统及 相关设备. 燃油供给系统主要是对油、 气选择, 对反应釜 温度和压力进行控制, 是高效环保裂解的关键部 件.主要由温度传感器、 压力传 感器、 液位传感器、 P L C系统、 电磁阀开关、 流量阀、 减压阀、 燃烧 器及连接电路组成.温度和压力传感器安装在油 气出口的静止管路上, 间接监控反应釜内的温度 与压力.生产开始时, 系统首先检测储油罐中油 量.若储油罐油量不足, 发出警报, 提醒操作人员 补充燃油;

若储油充足, 控制燃油燃烧器点火加 热.反应釜加热至2

5 0℃时, 开始发生裂解反应, 裂解油气经冷凝后, 热解油收集在集油箱中, 热解 气通过净化系统收集在储气罐中.当储气罐气量 达到一定量时, 控制系统优先使用燃气燃烧器加 热.裂解过程中, 若反应釜温度超过4

5 0℃, 则控 制流量阀减小燃料供应, 低于4

0 0℃, 控制流量阀 增大燃料供应, 以控制反应温度在4

5 0~5

0 0 ℃. 加热开始以后, 反应釜内氧气等不断排出, 压强减 小, 裂解反应开始时产生油气, 压强开始增大, 若 反应速度过快, 则压强迅速增大, 超过一定范围时 会给生产带来安全隐患, 此时减压阀打开降压;

反 应结束时, 反应釜内压强减小, 减少到下限时, 控 制系统关闭燃烧器. 裂解设备在高温条件下的密封性能不好会导 致裂解过程中的气体泄漏, 对环境产生污染, 甚至

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4 橡胶工业2013年第6 0卷第8期 发生火灾, 影响操作安全.由于反应釜在反应时 由电机带动旋转, 油气出口处连接静止不动的法 兰, 为典型的动静密封.考虑反应温度, 进料口采 用机械密封, 油气出口处采用橡胶石棉盘根加端 面密封, 能很好地保证反应釜的密封性.裂解反 应釜为圆柱筒体空心结构, 采用锅炉钢板弯曲焊 接而成, 内表面焊接螺旋板, 使废旧轮胎随反应釜 旋转由低温区向高温区移动并裂解.筒体一端为 进料口, 用于进料及回收钢丝;

另一端为油气及热 解炭出口, 出口处焊接蜂窝型半球体, 配合端面内 表面的肋板使得炭黑落入蜂窝型半球体内, 通过 螺旋器出渣.裂解部分结构如图3所示. 1―保温外壳;

2―进料口;

3―反应釜;

4―烟气出口;

5―油气和 炭黑出口;

6―螺旋出渣器;

7―油气出口;

8―出渣电机;

9―热解炭出口;

1 0―反应釜传动装置;

1 1―螺旋焊板;

1 2―燃烧器. 图3 裂解部分结构 3.

2 储油控制系统 储油控制系统是该裂解设备 的重要组成部分[ 9] , 主要控制燃油的合理、 安全存储.由液位传 感器、 P L C 系统、 电磁阀开关、 泵及连接电路组成, 实现热解油在集油箱与储油箱中的自动存储. 储油系统中集油箱主要用于收集裂解冷凝后 的热解油, 储油箱为裂解加热供油及存储从集油 罐中抽取的热解油, 也是最终的出油仓库.储油 箱和集油箱里面分别安装高/低液位传感器, 用来 检测与监控油箱油量状态, 为储油系统提供控制 信号.液位信号通过连接电路输送给 P L C, P L C 根据控制程序发出相应的操作指令, 实现对油箱 油量的实时监控与自动存储.生产时, 控制系统 首先检测储油箱中燃油量.当储油箱低位传感器 发出信号时, 控制系统发出 油量不足 警报, 提示 操作人员储油箱油量不足, 需进行注油;

当储油箱 高位传感器发出信号时, 控制系统发出 储油存 满 警报, 提示操作人员对储油箱进行出库处理;

当集油箱高位传感器发出信号时, 控制系统打开 集油箱与储油箱油路上的电磁阀开关, 启动油泵 将燃料油从集油箱输送到储油箱中;

当集油罐低 位传感器发出信号时, 控制系统关闭电磁阀, 停止 抽油, 防止集油箱中的油渣等进入储油箱. 3.

3 固体回收系统 固体回收系统包括热解炭回收和钢丝回收系 统.裂解完成以后, 经过一段时间的冷却, 反应釜 电机反向带动裂解反应釜转动, 使热解炭从裂解 反应釜进料端向反应釜出渣口螺旋前进, 出渣电 机带动螺旋出渣器旋转出渣, 实现自动密闭出渣. 热解炭出渣完成, 打开反应釜进料口大门, 在牵引 机的拉动下将钢丝从反应釜内拖出, 实现对钢丝 的回收. 3.

4 油气分离系统 裂解设备需对油气冷凝........