本发明公开了一种废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的装置和方法，其中装置包括支架，支架上固定有给料螺旋、胶粒热解螺旋、炭黑深度热解螺旋和冷却螺旋；给料螺旋包括相互连接的水平螺旋和竖直螺旋，胶粒热解螺旋的输入端设有中心烟气进口、中心烟气出口、热解螺旋片、胶粒入口、夹套烟气进口、热解气出口、第一热解炭黑出口和夹套烟气出口；炭黑深度热解螺旋设有输送螺旋热解炭黑入口、烟气进口、第二热解炭黑出口和烟气出口；热解炭黑入口与第一热解炭黑出口连通；冷却螺旋的进口端与第二热解炭黑出口连接；所述的热风炉的输出端分别通过烟气管道与夹套烟气进口和烟气进口连通。本发明可独立调节热解温度，实现热解炭黑甲苯透光率指标大于85％。
1.一种废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的装置，其特征在于，包括支架(1)和热风炉(701)，所述的支架(1)上固定有给料螺旋(3)、胶粒热解螺旋(4)、炭黑深度热解螺旋(5)和冷却螺旋(6)；
所述的给料螺旋(3)包括相互连接的水平螺旋(301)和竖直螺旋(302)，所述的水平螺旋(301)上设有用于存储和供应胶粒的料仓(2)；所述的胶粒依次经过水平螺旋(301)和竖直螺旋(302)的挤压给料后进入胶粒热解螺旋(4)；
所述胶粒热解螺旋(4)的输入端设有中心烟气进口(406)，输出端设有中心烟气出口(407)；所述胶粒热解螺旋(4)的内部设有热解螺旋片(408)，所述胶粒热解螺旋(4)在靠近输入端的上侧壁设有胶粒入口(401)，在靠近输入端的下侧壁设有夹套烟气进口(404)，所述的胶粒入口(401)与竖直螺旋的下端连通；所述胶粒热解螺旋(4)在靠近输出端的上侧壁设有热解气出口(402)，在靠近输出端的下侧壁设有第一热解炭黑出口(403)和夹套烟气出口(405)；夹套烟气出口(405)与中心烟气进口(406)连通；
所述炭黑深度热解螺旋(5)的内部设有输送螺旋(505)，炭黑深度热解螺旋(5)的输入端设有热解炭黑入口(501)和烟气进口(503)，输出端设有第二热解炭黑出口(502)和烟气出口(504)；所述的热解炭黑入口(501)与第一热解炭黑出口(403)连通；
所述冷却螺旋(6)的进口端与第二热解炭黑出口(502)连接，用于降低炭黑的温度；
所述的热风炉(701)的输出端设有三通(702)，分别通过烟气管道与夹套烟气进口(404)和烟气进口(503)连通，用于给胶粒热解螺旋(4)和炭黑深度热解螺旋(5)提供热量；
与烟气进口(503)连通的烟气管道上设有调节阀门。
2.根据权利要求1所述的废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的装置，其特征在于，在炭黑深度热解螺旋(5)的第二热解炭黑出口(502)设置有高温氮气口(8)，氮气的流向与热解炭黑输送方向相反。
3.根据权利要求1所述的废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的装置，其特征在于，所述胶粒热解螺旋(4)的夹套烟气进口(404)、夹套烟气出口(405)、中心烟气进口(406)、中心烟气出口(407)以及炭黑深度热解螺旋(5)的烟气进口(503)处均设有温度测点。
4.根据权利要求1所述的废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的装置，其特征在于，所述的烟气进口(503)设置在炭黑深度热解螺旋(5)输入端的下部，进入烟气进口(503)的烟气为热风炉(701)和中心烟气出口(407)的混合烟气。
5.根据权利要求1所述的废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的装置，其特征在于，所述的胶粒热解螺旋(4)内，胶粒的热解率达到93％～95％，同时控制胶粒热解螺旋(4)的转速，使其处理量为同转速冷态无加热状态下最大输送量的55％～60％。
6.根据权利要求1所述的废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的装置，其特征在于，所述冷却螺旋(6)的一端设有炭黑入口(601)和冷却水进口(603)，另一端设有冷炭黑出口(602)和冷却水出口(604)，所述的炭黑入口(601)与第二热解炭黑出口(502)连通。
7.一种废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的方法，其特征在于，采用权利要求1～6任一所述的废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的装置，包括以下步骤：步骤1，料仓内加入胶粒；
步骤4，调节热风炉负荷，使胶粒热解螺旋上夹套烟气进口的烟气温度为740℃～760℃，夹套烟气出口的烟气温度560℃～580℃；
步骤5，调节热风炉与烟气进口之间的烟气管道上的调节阀门，使炭黑深度热解螺旋的烟气进口温度550℃～570℃；
步骤7，在高温氮气口通入加热后的氮气，氮气温度430℃～450℃；
步骤8，热解炭黑从冷却螺旋的冷炭黑出口被冷却排出。
8.根据权利要求7所述的废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的方法，其特征在于，步骤5中，所述的炭黑深度热解螺旋上第二热解炭黑出口的炭黑温度控制在420℃～440℃，高温氮气3
9.根据权利要求7所述的废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的方法，其特征在于，步骤6中，炭黑深度热解螺旋产生的少量热解气及高温氮气与炭黑运动方向相反，从胶粒热解螺旋的热解气出口排出。
一种废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的装置和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及固体废弃物无害化、资源化利用技术领域，尤其是涉及一种废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的装置及方法。
背景技术
[0002] 环保炭黑一般是指炭黑中的多环芳烃PAHS总含量小于10ppm或甲苯透光率高于80％。由于炭黑中的多环芳烃具有致癌性，炭黑的用途又十分广泛，所以对炭黑的品质要求越来越高。现有技术高品质环保炭黑的制作主要选用低密度煤焦油和乙烯焦油缺氧燃烧生成。废轮胎中含有30％左右的炭黑，随着废轮胎热解技术的发展，利用废轮胎胶粒热解制作环保炭黑一方面实现废轮胎的资源化利用，另一方面避免了废轮胎堆放、填埋等无序粗放处理造成的环境污染。
[0003] 废轮胎热解是指在无氧气氛下通过加热的方式将其分解成可燃气、热解油及热解炭黑等产品的过程。废轮胎的热解有很多方法，如催化热解、真空热解、加氢热解、低温热解、过热蒸汽气提热解、共热解和等离子体热解等；采用的反应器以移动床、固定床、回转窑和流化床为主。
[0004] 如公开号为CN212532869U的中国专利文献公开了一种用于生物质与废旧塑料共热解的一体化固定床反应器，包括第一热解仓、第二热解仓和催化仓；其中，第一热解仓位于上部，包括第一仓门、第一料盘、第一出口、第一出口管道以及用于加热第一热解仓的第一加热器；第二热解仓位于中部，包括第二仓门、第二料盘、第二出口、第二出口管道以及用于加热第二热解仓的第二加热器；催化仓位于下部，包括第三入口管道、第三入口、催化反应器、第三出口以及第三仓门；第一出口管道、第二出口管道以及设有混合器的第三入口管道相连接。
[0005] 公开号为CN107384458A的中国专利文献公开了一种高温热解反应器，包括反应器本体、胶粉喷管、喷嘴、混合器、冷却装置、激冷气喷嘴等。
[0006] 现有的技术中，移动床热解技术可减少热解中间产物的二次反应，从而提高热解油的产率；低压有利于减少热解炭黑上附着的含碳残留物，从而提高其作为炭黑重新使用的可能性。但是现有移动床热解装置烟气流程单一，系统温度不能根据胶粒热解特性独立调节，胶粒热解率低，热解炭黑含油率高，导致热解炭黑甲苯透光率小于1％，不能达到出口环保炭黑指标。
发明内容
[0007] 本发明提供了一种废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的装置，采用两级热解螺旋，热解温度可独立控制调节，结合高温氮气吹扫，可以实现热解炭黑甲苯透光率指标大于85％。
[0008] 一种废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的装置，包括支架和热风炉，所述的支架上固定有给料螺旋、胶粒热解螺旋、炭黑深度热解螺旋和冷却螺旋；
[0009] 所述的给料螺旋包括相互连接的水平螺旋和竖直螺旋，所述的水平螺旋上设有用于存储和供应胶粒的料仓；所述的胶粒依次经过水平螺旋和竖直螺旋的挤压给料后进入胶粒热解螺旋；
[0010] 所述胶粒热解螺旋的输入端设有中心烟气进口，输出端设有中心烟气出口；所述胶粒热解螺旋的内部设有热解螺旋片，所述胶粒热解螺旋在靠近输入端的上侧壁设有胶粒入口，在靠近输入端的下侧壁设有夹套烟气进口，所述的胶粒入口与竖直螺旋的下端连通；所述胶粒热解螺旋在靠近输出端的上侧壁设有热解气出口，在靠近输出端的下侧壁设有第一热解炭黑出口和夹套烟气出口；
[0011] 所述炭黑深度热解螺旋的内部设有输送螺旋，炭黑深度热解螺旋的输入端设有热解炭黑入口和烟气进口，输出端设有第二热解炭黑出口和烟气出口；所述的热解炭黑入口与第一热解炭黑出口连通；
[0012] 所述冷却螺旋的进口端与第二热解炭黑出口连接，用于降低炭黑的温度；
[0013] 所述的热风炉的输出端设有三通，分别通过烟气管道与夹套烟气进口和烟气进口连通，用于给胶粒热解螺旋和炭黑深度热解螺旋提供热量；与烟气进口连通的烟气管道上设有调节阀门。
[0014] 本发明中，为了实现给料口密封和减少胶粒间的空隙，采用水平螺旋和竖直螺旋组合的方式给料。运行过程中，水平螺旋满料，水平输送胶粒时，会使胶粒挤压密实，起到密封作用，同时挤压减小了胶粒间隙，减少了给料带入的空气。由于两个螺旋呈90°，为了防止水平螺旋堵塞，给料螺旋中竖直螺旋的出力比水平螺旋出力高5％～10％。
[0015] 为了进一步提高炭黑的品质，优选地，在炭黑深度热解螺旋的第二热解炭黑出口设置有高温氮气口，氮气的流向与热解炭黑输送方向相反。高温氮气可防止油气降温冷凝，同时氮气的存在使炭黑深度热解螺旋内热解气量降低，防止热解气到水冷螺旋冷却后吸附在炭黑表面。进一步优选的，高温氮气可以用高温不凝气替换，这里的不凝气指热解气冷凝后的不凝气。
[0016] 为了实现热解炭黑品质的精确控制，优选地，所述胶粒热解螺旋的夹套烟气进口、夹套烟气出口、中心烟气进口、中心烟气出口以及炭黑深度热解螺旋的烟气进口处均设有温度测点。
[0017] 为了保证炭黑深度热解的温度，优选地，所述的烟气进口设置在炭黑深度热解螺旋输入端的下部，进入烟气进口的烟气为热风炉和中心烟气出口的混合烟气。现有多级螺旋热解系统烟气流程单一，不能根据热解过程对每级温度进行调节。在胶粒热解的初始阶段，由于温度低，升温需要吸收较多的热量，换热温差大，较高的壁温会导致结焦，同时高温会导致油的产率降低，因此在胶粒热解螺旋内采用较低的壁温使胶粒的热解率达到93％～95％，然后再利用炭黑深度热解螺旋略微提高炭黑的温度，再辅助以高温氮气，高效去除吸附在炭黑表面的油气。
[0018] 优选地，所述胶粒热解螺旋的夹套烟气出口与中心烟气进口连通。为了避免胶粒热解螺旋局部过热结焦，胶粒热解螺旋夹套烟气进口分为两个口，从底部进入夹套，夹套出来的高温烟气再进中心继续加热胶粒，增加换热面积。胶粒热解螺旋夹套进口烟气温度高，两个进口降低了烟气流速，使得进口处的壁面温度降低，从而避免了局部区域过热结焦。
[0019] 为了避免胶粒热解螺旋局部过热结焦，胶粒热解螺旋的夹套烟气进口分为两个口，从底部进入夹套，夹套出来的高温烟气再进中心烟气进口继续加热胶粒，增加换热面积。胶粒热解螺旋的夹套进口烟气温度高，两个进口降低了烟气流速，使得进口处的壁面温度降低，从而避免了局部区域过热结焦。
[0020] 为了提高热解炭黑的品质，优选地，所述的胶粒热解螺旋内，胶粒的热解率达到93％～95％。废轮胎胶粒在胶粒热解螺旋内基本完成热解，这样炭黑在深度热解螺旋中只是去除吸附在炭黑表面的少量油气，略微的提高炭黑温度也不会导致结焦，产气量也不会明显增多。
[0021] 由于废轮胎胶粒在热解过程中先膨胀再减小，为了防止胶粒膨胀堵塞螺旋，优选地，控制胶粒热解螺旋的转速，使其处理量为冷态全负荷处理量的55％～60％。其中，这里的冷态全负荷是同转速冷态无加热状态下的最大输送量。同时由于胶粒的导热性能差，靠近壁面的胶粒温度高，而远离壁面的温度低，适当的提高螺旋转速有利于胶粒的混合，使胶粒受热均匀。
[0022] 进一步地，所述冷却螺旋的一端设有炭黑入口和冷却水进口，另一端设有冷炭黑出口和冷却水出口，所述的炭黑入口与第二热解炭黑出口连通，从而实现炭黑的深度热解。
[0023] 为了达到环保炭黑的标准，优选的，冷却螺旋冷炭黑出口的炭黑甲苯透光率指标高于85％。
[0024] 本发明还提供了一种废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的方法，采用上述废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的装置，包括以下步骤：
[0025] 步骤1，料仓内加入胶粒；
[0026] 步骤2，启动热风炉，给装置预热，并用氮气吹扫；
[0027] 步骤3，启动给料螺旋，开始给料；
[0028] 步骤4，调节热风炉负荷，使胶粒热解螺旋上夹套烟气进口的烟气温度为740℃～760℃，夹套烟气出口的烟气温度560℃～580℃；
[0029] 步骤5，调节热风炉与烟气进口之间的烟气管道上的调节阀门，使炭黑深度热解螺旋的烟气进口温度550℃～570℃。
[0030] 步骤6，将炭黑深度热解螺旋的热解气负压抽出冷凝；
[0031] 步骤7，在高温氮气口通入加热后的氮气，氮气温度430℃～450℃；
[0032] 步骤8，热解炭黑从冷却螺旋的冷炭黑出口被冷却排出。
[0033] 本发明的方法中，胶粒热解螺旋和炭黑深度热解螺旋的温度可独立调节，从而更好地控制炭黑的品质。
[0034] 进一步地，步骤5中，所述的炭黑深度热解螺旋上第二热解炭黑出口的炭黑温度控3
制在420℃～440℃，高温氮气口的氮气流量为0.5～1Nm/h。
[0035] 为了减少热解气排出口，进一步地，步骤6中，炭黑深度热解螺旋产生的少量热解气及高温氮气与炭黑运动方向相反，从胶粒热解螺旋的热解气出口排出。
[0036] 与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
[0037] 本发明的装置热解效率高，胶粒热解螺旋和炭黑深度热解螺旋的温度可独立调节，热解炭黑品质高(甲苯透光率高于85％)。
附图说明
[0038] 图1为本发明实施例中废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的装置的结构示意图；
[0039] 图2为本发明实施例中炭黑甲苯透光率随炭黑深度热解螺旋进口烟气温度的变化；
[0040] 图3为本发明实施例中装置稳定运行主要温度测点温度。
具体实施方式
[0041] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042] 除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0043] 图1，本实施例中一种废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的装置包括：支架1、料仓2、给料螺旋3、胶粒热解螺旋4、炭黑深度热解螺旋5、冷却螺旋6、热风炉701、高温氮气口8。
[0044] 其中，支架1，多层布置，用于支撑各设备；料仓2用于储存胶粒，同时有密封作用.[0045] 给料螺旋3用于挤压给料，减少胶粒的间隙，包括水平螺旋301和竖直螺旋302。
[0046] 胶粒热解螺旋4内外同时加热，烟气流向与胶粒运动方向相同，包括胶粒入口401、热解气出口402、第一热解炭黑出口403、夹套烟气进口404、夹套烟气出口405、中心烟气进口406、中心烟气出口407和热解螺旋片408。
[0047] 炭黑深度热解螺旋5高温去除吸附在炭黑表面的油气，提高炭黑的品质，包括热解炭黑入口501、第二热解炭黑出口502，烟气进口503、烟气出口504及输送螺旋505。
[0048] 冷却螺旋6用于降低炭黑的温度，包括炭黑入口601、冷炭黑出口602、冷却水进口603及冷却水出口604。
[0049] 热风炉701燃烧热解气生成高温烟气，为热解装置提供热量；热风炉701出口设置三通702，一部分烟气到胶粒热解螺旋4，一部分烟气到炭黑深度热解螺旋5，到炭黑深度热解螺旋5的烟气管道上设置调节阀门703。
[0050] 本发明的装置中，设置多个温度测点，包括胶粒热解螺旋的夹套烟气进口温度测点901、夹套烟气出口温度测点902、中心烟气进口温度测点903、中心烟气出口温度测点904，以及炭黑深度热解螺旋的烟气进口温度测点905。
[0051] 为了实现给料口密封和减少胶粒间的空隙，采用水平螺旋301和竖直螺旋302组合的方式给料，运行过程中，水平螺旋301满料，水平输送胶粒时，会使胶粒挤压密实。由于两个螺旋呈90°，为了防止水平螺旋301堵塞，给料螺旋中竖直螺旋302的出力比水平螺旋出力高5％～10％。
[0052] 为了避免胶粒热解螺旋4局部过热结焦，胶粒热解螺旋4的夹套烟气进口分为两个口，从底部进入夹套，夹套出来的高温烟气再进中心继续加热胶粒，增加换热面积。
[0053] 由于废轮胎胶粒在热解过程中先膨胀再减小，为了防止胶粒膨胀堵塞螺旋，控制胶粒热解螺旋的转速，使其处理量为冷态全负荷处理量的55％～60％。同时由于胶粒的导热性能差，靠近壁面的胶粒温度高，而远离壁面的温度低，适当的提高螺旋转速有利于胶粒的混合，使胶粒受热均匀。
[0054] 为了提高热解炭黑的品质，胶粒热解螺旋4内胶粒的热解率达到93％～95％。
[0055] 为了实现炭黑的深度热解，炭黑深度热解螺旋5的热解炭黑入口501接胶粒热解螺旋4的第一热解炭黑出口403。
[0056] 为了保证炭黑深度热解的温度，炭黑深度热解螺旋5的烟气进口503位于底部，烟气为热风炉701出口和胶粒热解螺旋4中心烟气出口407的混合烟气。现有的多级螺旋热解系统烟气流程单一，不能根据热解过程对每级温度进行调节。在胶粒热解的初始阶段，由于温度低，升温需要吸收较多的热量，换热温差大，较高的壁温会导致结焦，同时高温会导致油的产率降低，因此在胶粒热解螺旋内采用较低的壁温使胶粒的热解率达到93％～95％，然后利用炭黑深度热解螺旋略微提高炭黑的温度，再辅助以高温氮气，高效去除吸附在炭黑表面的油气。
[0057] 为了进一步提高炭黑的品质，在炭黑深度热解螺旋5的第二热解炭黑出口502设置高温氮气口8，氮气的流向与热解炭黑输送方向相反。高温氮气可防止油气降温冷凝，同时氮气的存在使炭黑深度热解螺旋内热解气量降低，防止热解气到水冷螺旋冷却后吸附在炭黑表面。
[0058] 为了达到环保炭黑的标准，冷却螺旋6出口炭黑的甲苯透光率指标高于85％。
[0059] 本实施例还提供的一种废轮胎胶粒热解制作环保炭黑的方法，包括以下步骤：
[0060] 1)料仓内加胶粒；
[0061] 2)启动热风炉，装置预热，并用氮气吹扫；
[0062] 3)启动给料螺旋，开始给料；
[0063] 4)调节热风炉负荷，使胶粒热解螺旋夹套进口烟气温度为740℃～760℃，夹套出口烟气温度560℃～580℃，
[0064] 5)调节到炭黑深度热解螺旋的烟气管道上阀门，使炭黑深度热解螺旋烟气进口温度550℃～570℃。
[0065] 6)热解气负压抽出冷凝；
[0066] 7)高温氮气口通加热后的氮气，氮气温度430℃～450℃；
[0067] 8)热解炭黑被冷却排出
[0068] 为了控制炭黑的品质，胶粒热解螺旋和炭黑深度热解螺旋的温度可独立调节，炭黑深度热解螺旋热解炭黑出口炭黑温度控制在420℃～440℃，高温氮气口氮气流量为0.53
～1Nm/h。
[0069] 为了减少热解气排出口，炭黑深度热解螺旋产生的少量热解气及高温氮气与炭黑运动方向相反，从胶粒热解螺旋的热解气出口排出。
[0070] 应用本发明的装置和方法，其它主要参数不变，改变炭黑深度热解螺旋进口烟气温度，炭黑甲苯透光率的变化如图2所示，可以发现甲苯透光率随温度的升高明显增大，炭黑深度热解螺旋进口烟气温度达到540℃时，炭黑甲苯透光率达到72.3％。同时在炭黑深度3
热解螺旋进口烟气温度540℃保持不变，高温氮气口补0.6Nm/h氮气时，炭黑甲苯透光率从
72.3％升高到81.5％，说明高温氮气吹扫，减少炭黑深度热解螺旋内热解气有利于提高炭黑甲苯透光率。当炭黑深度热解螺旋进口烟气温度升高到560℃时，炭黑甲苯透光率为
92.9％。应用本发明的装置和方法制作的环保炭黑参数见表1。
[0071] 表1
[0072]
[0073] 为了得到参数稳定的环保炭黑，本发明的装置稳定运行主要温度测点温度随时间变化如图3所示，各主要测点的温度波动在5℃以内。
[0074] 以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。
