一种废旧轮胎低能耗高值资源化利用系统及方法

本发明属于固体废弃物无害化、资源化利用领域，尤其是涉及一种废旧轮胎低能耗高值资源化利用系统及方法。

背景技术：

1、常用的废旧轮胎资源化利用方式包括：直接翻新利用、生产再生胶粉、直接焚烧、热解等，其中热解是对废旧轮胎最有效、最彻底的处理方式，可真正实现废旧轮胎的无害化、减量化处理与资源化利用。

2、废旧轮胎热解是在无氧环境下加热使轮胎颗粒热解为热解油气和炭黑，热解油气冷凝分离为热解油和不凝气，热解油可作为燃料或化工原料，热解气可燃烧为热解提供热量，热解炭黑可用于橡胶工业、涂料工业、电子工业等。如公开号为cn112080300a的中国专利文献公开了废旧轮胎制备热解油气工艺系统的运行方法；公开号为cn112080297a的中国专利文献公开了废旧轮胎制备热解油及炭黑工艺系统。

3、虽然废旧轮胎热解产物都是重要的化工原料，但是产物的品质限制了其高值化利用，同时热解能耗高，污染物脱除投资规模大降低了其经济价值。现有的废旧轮胎热解利用方式热解效率低，较难实现热解产物组分调控；热解炭黑甲苯抽出物透光率低，影响炭黑深加工高值资源化利用；无考虑烟气热量的分级利用，尤其是冬季需要补热，不能实现热自持，导致热解能耗高；通常考虑对烟气中污染物进行脱除，燃烧后烟气量大，污染物浓度降低，脱除难度增加。

技术实现思路

1、本发明提供了一种废旧轮胎低能耗高值资源化利用系统及方法，实现废旧轮胎胶粒的分段控温热解，燃烧烟气的分级利用，提高了产品的附加值，降低了系统能耗。

2、一种废旧轮胎低能耗高值资源化利用系统，包括：

3、破碎系统，用于将废旧轮胎破碎成1-3mm的胶粒，并分离钢丝，得到的胶粒送入分段高效热解系统；

4、分段高效热解系统，利用不同热源在不同温度下让胶粒分级吸热高效热解，热解效率达到99.5％；产生的热解油气去高效冷凝器，产生的冷水去烟气余热利用系统，产生的热解粗炭黑去研磨系统，热解粗炭黑的甲苯抽出物透光率高于90％；

5、高效冷凝器，用于将分段高效热解系统产生的热解油气进行冷凝，分离为热解油和热解不凝气，热解不凝气送入气体净化系统；

6、气体净化系统，用于通过碱液喷淋吸收的方式脱除热解不凝气中的含氮、含硫污染物，产生的洁净不凝气送入不凝气稳压系统；

7、不凝气稳压系统，用于使洁净不凝气压力稳定，并将一部分不凝气送入热风炉，剩下的富余不凝气送入干燥系统；

8、热风炉，用于燃烧不凝气产生高温烟气，高温烟气与再循环烟气混合后去分段高效热解系统为胶粒热解提供热量；

9、研磨系统，用于将分段高效热解系统产生的热解粗炭黑研磨成600～1000目炭黑细粉，并送入造粒系统；

10、造粒系统，利用烟气余热利用系统得到的热水作为造粒水，将炭黑细粉和造粒水均匀混合生成0.5～1.5mm湿炭黑粒子，并送入干燥系统；

11、干燥系统，利用分段高效热解系统产生的余热烟气和不凝气稳压系统得到的富余不凝气的热量烘干来自造粒系统的湿炭黑粒子，得到成品粒子，排出的烟气送入烟气余热利用系统；

12、烟气余热利用系统，利用干燥系统排出的烟气加热分段高效热解系统产生的冷水，得到的热水作为造粒水送入造粒系统，烟气降温后得到的尾气送入烟气净化系统；

13、烟气净化系统，用于脱除尾气中nox、so2和颗粒物污染物，并排放处理后的洁净烟气。

14、为了提高废旧轮胎热解炭黑的品质，优选的，破碎系统胶粒过1mm筛网去除细粉。一般废旧轮胎中夹杂泥巴、石子等杂质，相比于轮胎橡胶颗粒，该杂质容易破碎成细颗粒或细粉，通过筛网去除杂质，避免杂质进入热解系统进而混在热解炭黑中，使热解炭黑的灰分增加，降低热解炭黑的品质。

15、为了实现废旧轮胎胶粒的分段热解，提高热解效率和炭黑甲苯抽出物透光率，调控运行温度来调节热解不凝气的产量，优选的，所述的分段高效热解系统包括预热螺旋、变螺距挤压研磨热解螺旋和炭黑高温活化螺旋；

16、其中，预热螺旋和变螺距挤压研磨热解螺旋皆采用内外同时加热的方式；预热螺旋采用来自造粒系统的温水对胶粒进行加热，预热后的胶粒依次进入变螺距挤压研磨热解螺旋和炭黑高温活化螺旋，经过预热螺旋后得到的冷水去烟气余热利用系统；

17、变螺距挤压研磨热解螺旋和炭黑高温活化螺旋皆采用来自热风炉的高温烟气进行加热，且炭黑高温活化螺旋的运行温度要高于变螺距挤压研磨热解螺旋运行温度，同时可通过改变运行温度来调节热解油气的产量。

18、为了提高胶粒的预热效果，预热螺旋采用内外同时加热的方式，优选的，中心和夹套同时走水。由于螺旋片的面积要高于夹套的面积，进一步优选的螺旋内胶粒填充率高于50％，也就是说胶粒物料在预热螺旋内的高度要高于螺旋中心线。

19、为了进一步提高预热效果，优选的，在预热螺旋片间设置若干拨片，使胶粒均匀混合，提高换热温差，强化传热。在经过预热螺旋后胶粒温度约70～80℃，此时胶粒只是受热温度升高，未达到热解温度，亦不会有热解气析出，所以不会在拨片上粘料。

20、为了提高胶粒的热解效率，优选的，变螺距挤压研磨热解螺旋的螺距是变化的，由于胶粒在预热螺旋中已经吸热预热，进入变螺距挤压研磨热解螺旋后在高温烟气的作用下快速升温热解，胶粒热解后体积减小，较蓬松，因此在变螺距挤压研磨热解螺旋的后半部螺距逐渐减小，热解炭黑受挤压研磨破碎，对于颗粒状的胶粒而言，有利于提高热解速率和效率。胶粒受热热解是由外到内的，当外侧热解后若不能及时剥落，则会成为热阻影响内部受热热解。在热解炭黑受挤压研磨破碎后，经过变螺距挤压研磨热解螺旋后的胶粒热解效率可达到95％。

21、一般来说在同样的热解温度下，胶粒粒径越小，越容易热解，然而小的胶粒细粉容易受热解油气携带，在热解系统内停留时间短，不容易热解完全，同时热解产生的炭黑细粉多，容易随油气带出到冷凝系统，增加冷凝油的含尘量，因此，优选的，本技术用胶粒粒径1-3mm。

22、为了进一步提高胶粒的热解效率，优选的，变螺距挤压研磨热解螺旋和炭黑高温活化螺旋的运行温度可独立控制，且炭黑高温活化螺旋的运行温度要高于变螺距挤压研磨热解螺旋运行温度，经过变螺距挤压研磨热解螺旋后胶粒的热解效率可达到95％，进一步在炭黑高温活化螺旋的作用下，热解粗炭黑甲苯抽出物透光率高于90％，同时热解效率达到99.5％。需要说明的是大部分热解油气已在变螺距挤压研磨热解螺旋排出，这样炭黑高温活化螺旋就不会使热解油气在高温下发生二次反应。进一步优选的，炭黑高温活化螺旋运行壁温在550～560℃。

23、为了减小烟气净化系统的处理规模，优选的，设计气体净化系统，因热解不凝气中含有硫化氢，氰化氢，氰酸，氨气等含氮和含硫化合物，在燃烧后生成so2和nox等污染物，且燃烧后含氮和含硫物质的浓度降低，使脱除难度增加，因此考虑对不凝气中的污染物进行脱除。

24、进一步优选的，所述气体净化系统由多级碱液喷淋吸收塔组成，碱液为氢氧化钠或氢氧化钙溶液，控制碱液ph值高于8，气体在多级碱液喷淋吸收塔内停留时间不少于50s，气体净化系统对含氮、含硫污染物的脱除效率达到70～80％。

25、为了提高热解炭黑的附加值，对热解粗炭黑进行研磨，造粒和干燥处理。优选的，热解粗炭黑研磨成600～1000目的细炭黑，炭黑目数越高，粒径越小，其性能参数越好，但研磨的耗能也就越高。

26、在轮胎，皮带，塑料等以炭黑为原料的工业品生成过程中，为了计量准确，各原料混合均匀，同时改善生产车间环境(减少粉尘)，需要的炭黑多以1mm左右的粒状为主，因此为了实现热解炭黑的高值资源化利用，对热解炭黑进行研磨和造粒。当胶粒热解不完全，热解炭黑的甲苯抽出物透光率较低时，热解炭黑含油，与水的亲和力变差，较难造粒，对于热解炭黑的高值资源化利用，高的热解效率得到高品质的粗炭黑是前提。

27、为了实现热解炭黑的高值资源化利用，优选的，所述的造粒系统包括造粒机、造粒水流量计、造粒水调节阀、粘结剂和混合器；

28、造粒水调节阀根据炭黑细粉的给料量调节造粒水流量，炭黑细粉给料量约为造粒水流量的1.1～1.2倍；根据成品粒子硬度调节粘结剂的配比；为了避免细粉和湿炭黑粒子挂壁，造粒水为60～70℃热水，同时造粒机用80～90℃热水伴热。

29、为了进一步实现热解炭黑的高值资源化利用，优选的，所述干燥系统包括干燥机、油气两用热风炉、引风机、空气预热器、袋滤和废气风机；

30、其中，不凝气稳压系统得到的富余不凝气进入油气两用热风炉燃烧得到热烟气，与分段高效热解系统得到的余热烟气一起进入干燥机对湿炭黑粒子间接加热；从干燥机排出的烟气先经过空气预热器降低排烟温度，再经过引风机进入烟气余热利用系统；

31、冷空气经过空气预热器后变为热空气，进入干燥机直接接触加热湿炭黑粒子，同时热空气随蒸发出的水蒸气一起在废气风机的抽吸下经过袋滤排出，预热空气温度可通过掺混冷空气调节。

32、本发明中，分段高效热解系统排出余热烟气温度450～500℃，与富余不凝气燃烧烟气混合加热造粒湿炭黑粒子，使其烘干。排出干燥机的烟气经过空气预热器，加热空气，降低排烟温度，热空气与炭黑粒子直接接触，进一步烘干炭黑粒子，同时热空气挤走蒸发出的水蒸气，提高了烘干效果。与一般的烟气间接干燥或烟气直接干燥相比，采用烟气间接加热结合热空气直接加热的方式，烘干效率高，降低了排烟温度，同时与炭黑粒子直接接触的是干净空气，炭黑不会吸附烟气中的污染物，生产出的炭黑更环保。

33、由于炭黑粒子在干燥过程中，不可避免的会产生细粉，细粉随水蒸气排出，优选的，设置袋滤对细粉进行分离，控制袋滤温度不低于140℃，避免水蒸气冷凝糊袋。

34、为了降低排烟温度，回收烟气热量，同时使烟气净化系统入口烟气温度达到合适的温度窗口，优选的，所述烟气余热利用系统通过翅片式换热器利用干燥系统排出的烟气加热冷水；所述的翅片式换热器分为若干模块，可调控送入造粒系统的热水和烟气净化系统的尾气的温度。

35、为了保证烟气污染物达标排放，优选的，所述烟气净化系统通过低温scr和湿法脱硫技术脱除尾气中nox、so2和颗粒物等污染物。

36、一种废旧轮胎低能耗高值资源化利用方法，基于上述废旧轮胎低能耗高值资源化利用系统实现，包括以下步骤：

37、步骤1，利用破碎系统将废旧轮胎破碎成1-3mm的胶粒，分离出钢丝，使胶粒中钢丝含量小于0.5％；

38、步骤2，胶粒进入分段高效热解系统，经过预热螺旋、变螺距挤压研磨热解螺旋和炭黑高温活化螺旋后生成高温热解油气和热解粗炭黑，高温热解油气去高效冷凝器，热解粗炭黑去研磨系统；

39、步骤3，高温热解油气经过高效冷凝器后分为热解油和不凝气，不凝气经过气体净化系统进入不凝气稳压系统，部分不凝气在热风炉中燃烧为胶粒热解提供热量，实现热解系统热自持，富余不凝气去干燥系统，为湿炭黑粒子干燥提供热量；

40、步骤4，热解粗炭黑经过除铁后进入研磨系统，被研磨成600～1000目炭黑细粉，然后存储在炭黑细粉仓；

41、步骤5，炭黑细粉和造粒水在造粒机中均匀混合生成0.5～1.5mm的炭黑粒子，湿炭黑粒子进入干燥系统；

42、步骤6，干燥系统利用余热烟气和富余不凝气热量间接烘干湿炭黑粒子，利用预热空气直接烘干湿炭黑粒子，蒸发的水汽和空气在废气风机的抽吸下经过袋滤和废气冷却器后排出，干燥炭黑粒子经过卸料阀后排出；

43、步骤7，干燥系统排出的烟气进入烟气余热利用系统，烟气余热利用系统中翅片式换热器管内走水，翅片侧走烟气，利用冷水对烟气进行冷却，加热后的热水去造粒系统作为造粒水；

44、步骤8，烟气余热利用系统排出的尾气通过烟气净化系统脱除尾气中nox，so2和颗粒物等污染物后，洁净烟气经过烟囱排放。

45、为了实现热解不凝气产量的调控，优选的，步骤2中，变螺距挤压研磨热解螺旋和炭黑高温活化螺旋运行温度可独立调节。

46、为了实现热解炭黑的高值资源化利用，优选的，步骤2中，热解粗炭黑的甲苯抽出物透光率高于90％。

47、为了实现烟气热量的分级利用，降低能耗，优选的，步骤2中，热解系统排出的余热烟气去干燥系统，步骤3中，富余不凝气去干燥系统。

48、进一步为了实现烟气热量的分级利用，降低能耗，优选的，步骤7中，加热后的热水去造粒系统和热解系统。

49、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

50、本发明的一种废旧轮胎低能耗高值资源化利用系统及方法，相比现有技术，实现废旧轮胎胶粒的分段控温热解，热解炭黑的甲苯抽出物透光率大于90％，满足热解粗炭黑研磨、造粒和干燥工艺的要求，提高了胶粒热解的经济性。热解不凝气燃烧高温烟气的分级利用，先利用高温烟气进行胶粒热解，余热烟气用于造粒湿炭黑的干燥，排出的中温烟气加热冷水用于造粒系统和胶粒预热，回收烟气余热，降低了系统能耗，排出烟气亦能满足烟气净化系统对烟气温度的要求。