具有三段式反应炉系统的连续式热脱附及裂解设备的制作方法

本发明涉及具有三段式反应炉系统，尤其涉及一种对加工物进行加热脱附、脱附裂解及反应终止作业的三段式反应炉系统中，其对加工物进行加热脱附时以水平并列的二螺旋输送机平均入料同时进行反应且最终进行降温的终止反应的具有三段式反应炉系统的连续式热脱附及裂解设备。

背景技术：

随着全球经济的发展带动汽车工业及橡胶工业、塑料工业的蓬勃发展，每年有大量废弃橡、塑固体废弃物产生，尤其是废轮胎更为大宗，如果没有经适当处理或再回收利用，不但造成资源的浪费，且会给环境造成梦魇的冲击，危害全球土地及环境污染。若把废橡胶或轮胎用焚烧方式处理，不但不环保且浪费资源，因为橡胶为石化产物，其含有约88%碳，其配方中加了碳黑约30~40%是为99％纯碳，因此，橡胶或轮胎废弃物中的橡胶其含碳量极高，约为煤炭的两倍，燃烧后产出更大量二氧化碳排出大气，更是不利于全球环保关心的温室气体减排。另就节能角度而言，碳黑是石化产物，约两公吨的石化油品方能制得一吨碳黑，因此碳黑是高耗能产物，但碳是一极为稳定物质，若能回收再利用将可减少极大能源消耗与浪费。

固体废橡胶、塑料的脱附裂解，是此类废弃物除了焚化外的重要处理方法之一。此种方式是将废弃物粉碎后，在适当的温度下进行脱附及裂解，以产出气体、油品及固体碳黑等。这些产品都是高附加价值的产品，其中，油品来自于橡胶、塑料中的碳氢化合物，若是橡胶中含有天然橡胶，则是一种生质能，对节能减排有相当大的效益。上述油品可再以真空蒸馏法再分离出轻油及重油等，更提高其附加价值。但是过去对废橡胶进行裂解存在几个障碍无法规模化、产品标准化，导致此行业在全世界都无商业化生产的规范制程，主要是环保二次污染无法克服，固体产物碳黑无法回到橡胶工业系统中再利用，大大降低其回收价值。因此业界需要一种可以解决过去制程遭遇到的空气污染环保问题、制程不稳定产出的产品标准化问题、制程不安全产生气爆的工安问题、投料量无法提高的效率不佳问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种高效能、高投料量的热能利用、有效且高稳定的温度分布的三段式反应炉系统及其连续式热脱附及裂解设备。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种具有三段式反应炉系统的连续式热脱附及裂解设备，包括：呈大致水平设置的第一炉体，其内部的炉膛空间构成耐热及保温的第一夹套，第一夹套分别具有第一夹套入口、第一夹套出口，第一夹套内部空间套设多个第一炉体反应器，每个第一炉体反应器设有第一入料口及第一出料口，且第一入料口设置于第一炉体的外部；第二炉体内部的炉膛空间构成具有可耐热及保温的第二夹套，第二夹套分别具有第二夹套入口、第二夹套出口，第二夹套内设有第二炉体反应器，第二炉体反应器设有联通所述第一出料口的一第二入料口及一开口向下的第二出料口，和与第二炉体外部连通的制程瓦斯输出口；第三炉体内部的炉膛空间构成第三夹套，第三夹套分别具有与第三夹套入口及第三夹套出口，第三夹套内套设有第三炉体反应器，第三炉体反应器设有对应于第二出料口的第三入料口及一开口向下的第三出料口，且第三出料口设置于第三炉体的外部。

在一实施例中，所述第一炉体反应器为第一、第二螺旋输送机，该第二炉体反应器为第三螺旋输送机，该第三炉体反应器为第四螺旋输送机，该第一至第四螺旋输送机的螺旋叶片排列至该对应的排料口之后。

在一实施例中，更包含有一投料装置，其包括一由前至后设有螺旋叶片的进料螺旋输送机，且靠近其一排料口的前段不设置螺旋叶片，该进料螺旋输送机的该排料口外设有一隔板装置将该排料口的出料一分为二地分别以一连接管连接至该第一螺旋输送机进料口及该第二螺旋输送机进料口，以较均匀地分配该加工物进入该第一螺旋输送机及该第二螺旋输送机、及一氮气吹驱系统，应用一氮气产生器提供氮气，并以该氮气吹入该进料螺旋输送机的该排料口及该第一、第二螺旋输送机进料口之间。

在一实施例中，更包含一燃烧炉，该燃烧炉所产出的热风分别由一第一管热风输送管及一第二热风输送管输出到该第一夹套及该第二夹套：该第一管热风输送管连接该第一夹套入口，用以将热风送入该第一夹套，而对该第一炉体反应器加热，加热后的热风并由该第一夹套出口排出，该第二热风输送管输出连接该第二夹套入口，用以对该第二炉体反应器加热，加热后的热风并由该第二夹套出口排出。

在一实施例中，更包含冷却水循环单元，其包含有一连接于该第三夹套入口及该第三夹套出口的冷却管路，用以冷却该第三炉体反应器。

在一实施例中，该第一～第四螺旋输送机，其螺旋输送机叶片经过特殊构造开挖了数个缺口或孔口。

本发明的特点在于：

1）本发明是将废橡胶（塑料）等加工物在稳定方式下（化工程序称恒稳状态），以热进行脱附及裂解反应，使其中的碳氢化合物（橡胶）经上述反应脱离与其中的碳黑的交联作用并切断其中的链结变成气体，回收的气态碳氢化合物经冷凝为裂解油品，留于反应炉未反应者为碳黑。因为被反应物为固体，因此，要稳定的反应极为困难，且在反应条件中，因为脱附与裂解是吸热反应温度稳定最为重要，本发明具备高效能的热能利用，且可有效及稳定分布其温度，此两阶段的温度分布让裂解与脱附反应几达百分之百。

2）另一重要的操作参数是进料量及其稳定度，其变异会造成无法弥补而影响产品的质量。本发明产出产品碳黑及裂解油品较其他方法产出者稳定且质量是较好的。

3）本发明不易造成废橡胶或轮胎处理时产出的二次污染，通过本发明装置对废橡胶、塑料的回收再利用，既避免了污染又解决废轮胎处理上的问题，又能回收价值颇高的环保油品、碳黑等产品创造经济价值，可谓一举数得，值得大力推广。

附图说明

图1绘示本发明之连续式热脱附及裂解设备的三段式反应炉系统一实施例的俯视示意图；

图2绘示本发明之第一炉体反应器的径向剖面视图；

图3绘示本发明之第二炉体反应器的径向剖面视图；

图4绘示本发明之第三炉体反应器的径向剖面视图；

图5绘示本发明之投料装置之进料螺旋输送机俯视剖面示意图；

图6绘示本发明之连续式热脱附及裂解设备的三段式反应炉系统一实施例的前视剖面示意图；

图7绘示图6之沿7-7剖面线之移转剖视图；

图8绘示本发明之连续式热脱附及裂解设备的螺旋输送机的每一节距单位的螺旋叶片的开孔示意图；

图9绘示本发明之连续式热脱附及裂解设备的系统方块图。

【主要组件符号说明】

10 连续式热脱附及裂解设备

20 三段式反应炉系统

21 第一炉体

211 第一夹套

2111 第一夹套入口

2112 第一夹套出口

2113 导热孔

212 第一炉体反应器

2120 轴向输送结构

2121 第一入料口

2122 第一出料口

212a 第一螺旋输送机

212a1 进料口

212a2 排料口

212b 第二螺旋输送机

212b1 进料口

212b2 排料口

22 第二炉体

221 第二夹套

2211 第二夹套入口

2212 第二夹套出口

222 第二炉体反应器

2220 轴向输送结构

2221 第二入料口

2222 第二出料口

222a 第三螺旋输送机

222a1 螺旋叶片

222a2 节距

222a3 缺口或孔口

2223 制程瓦斯输出口

23 第三炉体

231 第三夹套

2311 第三夹套入口

2312 第三夹套出口

232 第三炉体反应器

2320 轴向输送结构

2321 第三入料口

2322 第三出料口

232a 第四螺旋输送机

232a1 螺旋叶片

232a2 反向螺旋叶片

30 投料装置

301 缓冲储料槽

3011 喉部空间

31 进料螺旋输送机

310 螺旋叶片

3101 螺旋叶片间距

311 排料口

3110 排料管

312 隔板装置

313,313’ 连接管

313 进料入口

32 氮气吹驱系统

321 氮气产生器

3211 氮气

40 燃烧炉

401 燃烧器

41 第一管热风输送管

42 第二热风输送管

43 流量控制装置

44 耐热导管

45 第一燃烧空气

46 第二燃烧空气

47 雾化燃油的油气

48 制程瓦斯气

50 冷却水循环单元

51 冷却管路

60 瓦斯及油气处理单元

A 加工物

B 伸缩囊接头。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明具有三段式反应炉系统的连续式热脱附及裂解设备作进一步详细的说明。

兹配合图式将本发明实施例详细说明如下，其所附图式均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此在该等图式中仅标示与本发明有关的组件，且所显示的组件并非以实施时的数目、形状、尺寸比例等加以绘制，其实际实施时的规格尺寸实为一种选择性的设计，且其组件布局形态有可能更为复杂。

首先请参见图1～图6所示。本实施例之连续式热脱附及裂解设备的三段式反应炉系统20，包含：一第一炉体21及其第一炉体反应器212，用以对加工物A进行的加热脱附阶段、一第二炉体22及其第二炉体反应器222，用以对加工物A继续进行脱附裂解以及一第三炉体23及其第三炉体反应器232。第一炉体21呈大致水平设置（当然，本发明中的第一炉体21并非一定要绝对地水平设置，其偏角只要不妨碍加工物A的承接及释出的角度即可），该第一炉体21内具有可耐热及保温的第一夹套211，例如在该第一夹套211的外侧使用钢板内衬耐火泥防止其热量发散，此耐热保温技术可应用于后述的第二炉体22上，该第一炉体21内的炉膛空间形成了该第一夹套211本身所定义出的空间形成，该第一夹套211分别具有与该第一炉体21外界空间联通（即穿过该第一炉体21）的一第一夹套入口2111及一第一夹套出口2112，该第一夹套211的内部空间套设有多个第一炉体反应器212（本实施例的图式为二个，如后述），每个第一炉体反应器212设有与该第一夹套211的外界空间联通的一第一入料口2121（开口向上）、一第一出料口2122（开口向下的）及将加工物A由该第一入料口2121传送至该第一出料口2122的一轴向输送结构2120，且该第一入料口2121设置于该第一炉体21的外部空间；（如图1、图2及图6所示）。

同样请再参见图1、图3、图4及图6。一设置于该第一炉体21下方的第二炉体22，其内部的炉膛空间构成具有可耐热及保温的一第二夹套221，该第二夹套221分别具有一第二夹套入口2211、一第二夹套出口2212，该第二夹套221内设有一第二炉体反应器222，该第二炉体反应器222设有联通所述第一出料口2122的一第二入料口2221（用以承接自所述第一出料口2122落下的加工物A而进入第二炉体反应器222内）、一开口向下的第二出料口2222、将加工物A由该第二入料口2221传送至该第二出料口2222的一轴向输送结构2220和与该第二炉体外部空间连通的制程瓦斯输出口2223；一设置于该第二炉体22下方的第三炉体23，其内部的炉膛空间构成一第三夹套231，该第三夹套231分别具有与其外部空间联通的一第三夹套入口2311及一第三夹套出口2312，该第三夹套231内套设有一第三炉体反应器232，该第三炉体反应器232设有对应于该第二出料口2222的一第三入料口2321（用以承接自该第二出料口2222落下的加工物A而进入第三炉体反应器232内）、一开口向下的第三出料口2322，及将加工物A由该第三入料口2321传送至该第三出料口2322的一轴向输送结构2320，且该第三出料口2322设置于该第三炉体23的外部空间。

在一实施例中，上述所述第一炉体反应器212为一对，分别是第一螺旋输送机212a与第二螺旋输送机212b，该第二炉体反应器222、第三炉体反应器232分别为第三螺旋输送机222a、第四螺旋输送机232a，该第一至第四螺旋输送机212a,212b,222a,232a的螺旋叶片排列至对应的排、出料口212a2，212b2，2322，311之后、且至少一螺旋输送机（在此以第四螺旋输送机232a为列），如图6所示，在其第三出料口2322之后的螺旋叶片的螺旋方向包含有与该第三出料口2322之前的螺旋叶片232a1的螺旋方向相反（反向螺旋叶片232a2）者，以使该第四螺旋输送机232a输送至该反向螺旋叶片232a2时产生阻力而能确实地使输送物落到第三出料口2322。

再如图6、图7及图8所示，所述第一至第四螺旋输送机212a,212b,222a,232a中，以下以第三螺旋输送机222a为例示说明（其他的螺旋输送机的螺旋叶片也可具有相同的技术特征）：其每一节距222a2的螺旋叶片222a1（由该节距222a2的0度开头位置环绕360度至尾端位置）上设有多个缺口或孔口222a3，进一步地，该多个缺口或孔口222a3较佳为3个，且互呈120度地平均分配于该每一节距222a2单位的螺旋叶片222a1上（但不以此为限），另外，缺口或孔口222a3的形状不拘，可让料槽内的气体方便通过并减轻螺旋叶片222a1的送料压力为原则。

另外，上述实施例中，该第一炉体21（或第一炉体反应器212）与该第二炉体22（或第二炉体反应器222）于俯视方向大致互呈90度设置，且该第一炉体21（或第一炉体反应器212）的头端（进料一端）为固定端，其尾端及其他（第二、第三）炉体反应器均设为活动端，如此方可使该第一炉体21的尾端（出料口端）在受热而产生轴向膨胀位移时，在连动该第二炉体22头端（入料方向）时，该第二炉体22只需作侧向的偏摆，较不易影响第二炉体22尾端（出料方向）的位移，同理，该第二炉体22与该第三炉体23于俯视方向大致互呈90度设置时，也有同样功效。

进一步地，前述该第一出料口2122与该第二入料口2221之间，及/或该第二出料口2222与该第三入料口2321之间的管路连接，可包含有伸缩囊接头B（如图6所示），以利于管路两端的接头产生热胀冷缩的位移作用时，仍能保持良好的连接状态。

请参见图5、图6所示。本实施例之连续式热脱附及裂解设备10更包含一投料装置30，包括：一缓冲储料槽301，可稳定地供应加工物A、一进料螺旋输送机31连接于该缓冲储料槽301，以取得加工物A，并应用进料螺旋输送机31的螺旋叶片310由前至后进行输送，该进料螺旋输送机31的料槽一般配置成具有一入口低、出口高的倾角，料槽内由前至后设置的螺旋叶片310，在靠近一排料口311的前段即不设置，以使该进料螺旋输送机31输送加工物A到该无螺旋叶片310段时，即会将加工物A累积在该段的输送槽，待加工物A填满输送槽后，即会将填满输送槽的加工物A整体地、平均地往排料口311递送，另，该进料螺旋输送机31的该排料口311后的排料管3110内设有一隔板装置312（可为橡胶制成物）将该排料管3110截面空间一分为二地，分别以一连接管313,313’连接至该第一螺旋输送机212a进料口212a1及该第二螺旋输送机212b进料口212b1，以能较均匀地分配该加工物A进入该第一螺旋输送机212a及该第二螺旋输送机212b进行加工。

再者，如图6所示，为使加工物A进入第一炉体反应器212时不会夹带氧气而使第一炉体反应器212产生氧化反应，进而降低产率，甚至发生爆炸，因此前述投料装置30更包含一氮气吹驱系统32，其应用一氮气产生器321提供氮气3211，并以该氮气3211吹入该缓冲储料槽301与该进料螺旋输送机31之间连接的喉部空间3011，以使该喉部空间3011充满氮气3211，而将空气吹驱远离进料螺旋输送机31的进料入口313。

如图1~图4、图9所示。本实施例之连续式热脱附及裂解设备10，可更包含一燃烧炉40，该燃烧炉40所产出的热风分别经一热风输出管送出，再分由一第一管热风输送管41及一第二热风输送管42输出，该第一管热风输送管41连接该第一夹套入口2111，用以将热风送入该第一夹套211使热风充满该第一夹套211空间，而对该第一炉体反应器211加热，加热后的热风并由该第一夹套出口2112排出，该第二热风输送管42连接该第二夹套入口2211，用以对该第二炉体反应器222加热，加热后的热风并由该第二夹套出口2212排出。且在一实施例中，该第二热风输送管42上更进一步地设置有一流量控制装置43，其可根据该第一夹套出口2112及该第二夹套出口2212的温度，控制该第二热风输送管42内的热风进入该第二夹套入口2211的流量，因在本发明中，该第一炉体反应器212所需的热能必需高于该第二炉体反应器222的热能，因此当该第一夹套出口2112的温度不高于该第二夹套出口2212的温度时，即使流量控制装置43减少该第二热风输送管42进入该第二夹套入口2211的热风，以使较大部分的热风跑向该第一管热风输送管41而进入该第一夹套211内，进而提高其加热所述第一炉体反应器212的能量。

进一步言，如图1所示，上述的燃烧炉40可使用双燃料系统，一为前述三段式反应炉系统20进行加工制程产出的制程瓦斯气48、一为制程产出的裂解油并形成雾化燃油的油气47，并以燃烧炉40的温度控制双燃料系统的使用，当制程瓦斯气48不足时起动裂解油以形成雾化燃油的油气47供应给燃烧器401（配合供给的第一燃烧空气45及第二燃烧空气46）使热气温度达到反应所需温度。

另外，请参见图1～图4所示。在一实施例中，该第一夹套入口2111、该第二夹套入口2211分别设置于该第一夹套211、该第二夹套221的以水平方向观察的下半部空间，另于该第一夹套211设有另一与该第一炉体21外界空间联通、且位于该第一炉体反应器212的以水平方向观察的上半部空间设有与该第一炉体反应器212内部空间连通的导热孔2113，该第二夹套出口2211以一耐热导管44连接至该导热孔2113，以使该第二热风输送管42加热过该第二炉体反应器222之后，仍保有一定温度的热风再导入该第一炉体反应器212的上部，以维持及补充该第一炉体反应器212的加热温度，以达余热利用的效果。

如图4、图9所示，在一实施例中，连续式热脱附及裂解设备10，可更包含一冷却水循环单元50，其包含有一连接于该第三夹套入口2311及该第三夹套出口2312的冷却管路51，以使冷却水充满该第三夹套231内部空间，当然，该冷却管路51上可应用一泵浦（未图示）使冷却水不断循环，用以冷却该第三炉体反应器232。

根据上述的连续式热脱附及裂解设备10，应用投料装置30可提供加工物A（如废橡胶、废轮胎）稳定地均分至第一炉体反应器212的第一、二螺旋输送机（212a,212b）内，并持续进行加工物A输送的同时，应用燃烧炉40所产生的热风对该第一炉体反应器212加热，以进行第一阶段：加热脱附阶段。接着该第一炉体反应器212再将脱附后的加工物A输送至第二炉体反应器222的第三螺旋输送机222a内持续进行输送的同时，应用燃烧炉40所产生的热风进行加热，以进行第二阶段：脱附裂解阶段作业，如图1、图3及图9所示，此时第二炉体反应器222产出的制程瓦斯气48可由制程瓦斯输出口2223排出，并可将其引导（如经由一瓦斯及油气处理单元60传送）至燃烧炉40的燃烧器401内作为燃烧炉40的燃料来源之一，之后，再将脱附裂解后的加工物A输送至第三炉体反应器232的第三螺旋输送机232a内，持续进行输送的同时，由冷却水循环单元50提供第三炉体反应器232的第三夹套231冷却作用，使其加工物A的温度降低，以进行第三阶段：反应终止阶段作业，再由该第三炉体反应器232的第三出料口2322输出碳黑。因为碳黑的碳氢化合物的残留量为微量级，控制碳黑温度不但可确保脱附裂解反应完全终止，并可杜绝反应器外序反应造成碳黑燃烧或少量裂解气逸散产生气爆的危险，因此在第三炉体反应器232的第三出料口2322可装置转动节气阀，以防止空气进入第三炉体反应器232内而产生氧化反应。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。