具有内置除尘装置的由废旧轮胎制备活性炭的系统和方法与流程

本发明涉及化工领域，尤其涉及具有内置除尘装置的由废旧轮胎制备活性炭的系统和方法。
背景技术：
：随着交通和运输业的飞速发展，废旧轮胎的产量也在随之剧增。据世界环境卫生组织统计，世界上废旧轮胎的数量已近30亿条以上，并且正在以每年10亿条的产量增加。大量废旧轮胎如果不加以处理，将会占据大面积的土地资源，造成环境污染，而且极易引发火灾，导致废旧轮胎已经成为了新一代的“黑色污染”。目前，废旧轮胎的主要处理方式为再生利用，包括翻新、制造胶粉和再生胶等。但是，以上方法的处理规模有限，无法有效解决废旧轮胎的“黑色污染”问题。采用热解法处理废旧轮胎，具有处理量大、效益高、环境污染小的优点，更加符合废弃物处理的资源化、无害化和减量化的原则。因此，将废旧轮胎进行热解处理制备燃料油、炭黑、热解气，是处理废旧轮胎的最有效的方法之一。然而，热解处理技术生成的焦油中含尘量较高，限制了轮胎热解技术的发展。技术实现要素：鉴于上述问题，本发明旨在提供一种由废旧轮胎制备活性炭的系统和方法。利用该系统对废旧轮胎进行热解处理，可以制备出高品质的活性炭，以及热解油气等副产物。由于系统具有内置除尘装置，可以有效降低热解油气中的含尘量，从而简化后续处理工序，有利于克服现有技术的不足，实现工业应用。本发明公开了一种具有内置除尘装置的由废旧轮胎制备活性炭的系统，所述系统包括：反应器、分离器、活化炉；所述反应器具有废旧轮胎进口、热解油气出口、炭黑出口；所述分离器具有热解油气入口，该热解油气入口用于接收由所述反应器的热解油气出口排出的热解油气；所述活化炉具有炭黑入口，该炭黑入口用于接收由所述反应器的炭黑出口排出的炭黑；其中，所述反应器中具有沿所述反应器高度方向布置的隔板，所述隔板将所述反应器分隔为热解区和除尘区；所述热解区和所述除尘区底部相通；所述反应器具有相对布置的侧壁a和侧壁a＇，其中，所述除尘区包括相对布置的所述侧壁a和所述隔板；并且，在所述侧壁a和所述隔板上布置有多个斜板；所述斜板具有端部b和端部b＇，其中端部b固定在所述隔板或所述侧壁a上，端部b＇悬空；两个相邻的斜板的端部b分别固定在所述隔板和所述侧壁a上，使得所述两个相邻的斜板交叉设置。进一步的，所述反应器中的斜板与水平方向的夹角为45°～75°。进一步的，所述斜板在水平方向的投影为所述除尘区宽度的4/5～9/10；所述斜板的端部b＇与相对侧的所述隔板或所述侧壁a的垂直距离为所述除尘区宽度的1/10～1/5。进一步的，所述两个相邻的斜板之间的夹角为30°～90°。进一步的，所述除尘区横截面积为所述热解区横截面积的1/32～1/4。进一步的，所述隔板的下部设置有料位计；所述料位计与所述隔板下端的垂直距离为100～500㎜；所述热解区中自上而下设置有辐射管；所述辐射管与燃气入口和烟气出口连接。上述的系统中，进一步包括蒸汽发生器、净化装置；所述蒸汽发生器具有蒸汽出口，所述蒸汽出口与所述活化炉底部的蒸汽入口连接；所述净化装置与所述分离器的气液出口连接。上述的系统中，进一步包括一级换热器、二级换热器、三级换热器；所述一级换热器具有烟气入口，所述烟气入口与所述反应器的烟气出口连接；所述二级换热器具有活性炭入口，所述活性炭入口与所述活化炉底部设置的活性炭出口连接；所述三级换热器具有活化气入口，所述活化气入口与所述活化炉顶部设置的活化气出口连接。本发明还公开了一种利用上述系统由废旧轮胎制备活性炭的方法，所述方法包括以下步骤：将废旧轮胎由所述废旧轮胎进口运送至所述反应器，进行热解反应得到炭黑和热解油气；所述炭黑经由所述炭黑出口运送至所述活化炉，与所述蒸汽入口喷入的蒸汽进行活化反应，得到所述活性炭；所述热解油气经由所述除尘区除尘，然后通过所述热解油气出口依次运送至所述分离器、净化装置，得到热解油和热解气。上述由废旧轮胎制备活性炭的方法中，所述废旧轮胎的粒径≤3mm；所述炭黑的温度为450-650℃。本发明采用流化床水蒸气活化法制备活性炭，可充分利用热解废旧轮胎生成炭黑的显热，能源利用率和活化效率较高，并且处理规模较大。本发明的系统具有内置除尘装置，可避免副产物热解油气中焦油的冷凝和二次裂解。并且除尘装置可利用反应器本身的热量，无需外加热源。该除尘装置对热解油气的除尘率达85％以上，大大简化了后续的处理工序。附图说明图1是本发明实施例中由废旧轮胎制备活性炭的系统结构组成示意图。图2是本发明实施例中具有内置除尘装置的热解反应器和流化床活化炉的装置图。附图中的附图标记如下：1、抽丝装置；2、粉碎机；3、料仓；4、进料螺旋；5、热解反应器；5a、热解区；5b、除尘区；5-1、辐射管；5-2、燃气进口；5-3、烟气出口；5-4、料位计；5-5、热解油气出口；5-6、斜板；5-7、隔板；6、出料螺旋；7、流化床活化炉；7-1、活化炉燃气出口；7-2、风帽；8、旋风分离器；9、热解油气净化装置；10、气柜；11、油罐；12、灰室；13、一级换热器；14、二级换热器；15、三级换热器；16、活化炉燃气净化单元；17、蒸汽发生器；18、活性炭储仓。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。如图1所示，本发明的实施例包括以下四个部分：⑴废旧轮胎热解本发明中的反应器用于废旧轮胎的热解，在本实施例中，采用热解反应器5。由图2所示，热解反应器5为方形立式结构，其顶部和底部的主视剖面图均为梯形。热解反应器5包括进料单元、反应器主体、出料单元。①反应器主体由图2所示，本发明实施例的反应器中设置有隔板5-7。隔板5-7沿反应器的高度方向布置，将反应器纵向分隔为两个区域：热解区5a和除尘区5b。并且，热解区5a和除尘区5b的底部是连通的。本发明实施例的反应器中具有侧壁a和侧壁a＇。并且，侧壁a和侧壁a＇相对布置，侧壁a和隔板5-7相对布置，隔板5-7和侧壁a＇也相对布置。即在本发明的方形立式反应器中，侧壁a、隔板5-7、侧壁a＇相互平行。并且，除尘区5b包括侧壁a和隔板5-7，热解区5a包括隔板5-7和侧壁a＇。热解区5a用于热解处理物料。其中设置有多个辐射管5-1，其在热解区5a中自上而下分层分布。辐射管5-1的两端分别与燃气进口5-2和烟气出口5-3连接，并且燃气进口5-2的水平位置在烟气出口5-3的水平位置之上。在热解区5a底部的梯形部分设置有料位计5-4。料位计5-4位于隔板5-7之下，并且与隔板5-7下端的垂直距离为100～500㎜。用于检测料位高度，控制出料。除尘区5b用于热解产物的除尘。在除尘区5b的侧壁a和隔板5-7上，自下而上均匀布置有多个斜板5-6。其在侧壁a和隔板5-7上的数量分别为m和n。此处，m和n所代表的数值可以相同也可以不同。每个斜板5-6都有两个端部，分别命名为端部b和端部b＇。其中，端部b固定在侧壁a或隔板5-7上，端部b＇悬空在除尘区5b中。并且，当斜板5-6的端部b固定在侧壁a上时，其相邻的斜板5-6的端部b均固定在隔板5-7上，使得每两个相邻的斜板5-6呈现交叉设置的方式。本发明实施例中，除尘区5b的宽度为W，除尘区5b横截面积为热解区5a横截面积的1/32～1/4。本实施例中，斜板5-6与水平方向的夹角均为45°～75°。并且，斜板5-6在水平方向的投影均为4/5W～9/10W。斜板5-6的端部b＇与相对侧的隔板5-7或侧壁a的垂直距离为1/10W～1/5W。每两个相邻的斜板5-6之间的夹角的范围均为30°～90°。在侧壁a上布置的最上端的斜板5-6之上，设置有热解油气出口5-5。本发明实施例中，斜板5-6由耐高温且耐腐蚀的不锈钢材料制成，隔板5-7由耐热且易传热的不锈钢材料制成。②进料单元进料单元包括料仓3和进料螺旋4。进料螺旋4设置在料仓3的下部，且与热解反应器5的废旧轮胎入口连接。进料单元用于废旧轮胎的进料，在进料之前需要对废旧轮胎进行预处理：将废旧轮胎运送至抽丝装置1中，将其中的钢丝剥离出来，避免钢丝对后续处理的影响。然后运送至粉碎机2中进行粉碎，得到粒径≤3㎜的废旧轮胎颗粒。进料过程为：将废旧轮胎颗粒加入料仓3中，然后通过进料螺旋4经由废旧轮胎入口下落至热解区5a中。③出料单元出料单元为位于料位计5-4之下的出料螺旋6，该出料螺旋6与热解反应器5底部的炭黑出口连接。废旧轮胎颗粒在热解区5a发生热解反应，生成炭黑和热解油气，其中热解油气中会夹杂大量的粉尘。热解油气在重力和浮力的作用下，经由热解区5a与除尘区5b底部相通的区域运动到除尘区5b中。夹杂粉尘的热解油气在除尘区5b中上升的过程中，会不断的与斜板5-6的表面进行碰撞，其中的粉尘会降落到反应器的底部，从而达到除尘的目的，经初步除尘的热解油气由热解油气出口5-5排出热解反应器5。炭黑的温度为450～650℃，随着热解反应的进行逐渐堆至反应器底部。当堆积的炭黑高度达到料位计5-4上部时，启动出料螺旋6；直到炭黑高度降低至料位计5-4下部时，关闭出料螺旋6，停止出料。⑵热解油气的处理旋风分离器8具有热解油气入口，该热解油气入口与热解油气出口5-5连接。热解油气在热解反应器5中经初步除尘后，由热解油气出口5-5进入旋风分离器8中，进行进一步的分离除尘。沉积在旋风分离器8底部的粉尘排出至灰室12中。上层除尘后的热解油气经由旋风分离器8上部的气液出口排出至热解油气净化装置9中，净化后得到热解油和热解气。热解油存储于油罐11中，热解气存储于气柜10中。一部分热解气经由燃气进口5-2被运送至辐射管5-1中为热解反应提供能量，还有一部分热解气被运送至蒸汽发生器17中，用于产生水蒸气。⑶炭黑的活化流化床活化炉7具有炭黑入口，该炭黑入口与出料螺旋6连接。其顶部设置有活化气出口，底部设置有活性炭出口和蒸汽入口，并在蒸汽入口处安装了风帽7-2。蒸汽入口与蒸汽发生器17的蒸汽出口连接，用于将蒸汽发生器17中产生的水蒸气运送至流化床活化炉7中。炭黑由出料螺旋6被热送到流化床活化炉7中，并在重力作用下沉降到底部，在底部的蒸汽入口喷入的水蒸气的作用下，炭黑被活化，得到多孔的活性炭以及活化气。活性炭和活化气分别由活性炭出口和活化气出口排出热解反应器5，该活性炭和活化气的温度分别为700～850℃和700～900℃。风帽7-2的作用是，使水蒸气产生第二次分流并具有一定的动能，可使活化炉底部的炭黑产生强烈扰动，增加水蒸气与炭黑的接触，提高炭黑的活化效率。⑷利用软水产生低温水蒸气本发明实施例中包括三个换热器，分别为一级换热器13、二级换热器14、三级换热器15。一级换热器13具有烟气入口，该烟气入口与热解反应器5的烟气出口5-3连接。二级换热器14具有活性炭入口，该活性炭入口与流化床活化炉7底部的活性炭出口连接。三级换热器15具有活化气入口，该活化气入口与流化床活化炉7顶部的活化气出口连接。本发明实施例中，将软水依次运送到一级换热器13、二级换热器14、三级换热器15中，分别与其中的烟气、活性炭、活化气进行换热，得到低温水蒸气。其中，烟气的温度为80～150℃，低温水蒸气的温度为120～150℃。将上述低温水蒸气输送至蒸汽发生器17中，在其中热解气的作用下，低温水蒸气升温得到温度为750～900℃的高温水蒸气，用于供给流化床活化炉7中炭黑的活化所需。其中，二级换热器14中换热后的活性炭温度降低，由其上设置的活性炭出口排出至活性炭储仓18中。三级换热器15中换热后的活化气温度降低，由其上设置的活化气出口排出至活化炉燃气净化单元16中。实施例将废旧轮胎依次运送至抽丝装置1、粉碎机2中，得到粒径≤3㎜的废旧轮胎颗粒。然后，废旧轮胎颗粒被运送到料仓3中，由进料螺旋4输送至热解反应器5中，在600℃的温度下发生热解反应产生炭黑和热解油气。炭黑由出料螺旋6热送至流化床活化炉7中，热解油气由热解油气出口5-5输送至旋风分离器8中。流化床活化炉7底部的蒸汽入口喷入500℃的高温水蒸气，使炭黑发生活化反应，得到的活化气和活性炭分别由活化气出口和活性炭出口排出流化床活化炉7。热解油气在旋风分离器8中分离除尘，然后进入净化装置9中进行净化，得到热解油和热解气。其中，部分热解气通入燃气进口5-2中为辐射管5-1提供热量，部分热解气通入蒸汽发生器17中用于产生水蒸气。软水依次运送到一级换热器13、二级换热器14、三级换热器15中，分别与其中的烟气、活性炭、活化气进行换热，得到150℃的低温水蒸气。并将低温水蒸气输送至蒸汽发生器17中，用于得到高温水蒸气。该实施例取得的有益效果见如下各表。表1产物分布热解油/％热解气/％活化气/％活性炭/％33.2129.2114.1923.39(备注：％为质量百分数)表2除尘前后热解油气含尘量对比除尘前热解油气含尘量除尘后热解油气含尘量133g/Nm311.5g/Nm3表3活性炭碘吸附值和亚甲基蓝吸附值碘吸附值亚甲基蓝吸附值955mg/g133ml/g由上述表格可知，本发明可在由废旧轮胎制备高品质活性炭的同时，有效提取其中的油气资源，并具有较优的除尘效果。需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。当前第1页1 2 3