废轮胎裂解新工艺方案的设备设计(编辑修改稿)

废轮胎裂解新工艺方案的设备设计(编辑修改稿)内容摘要：

第 5 页 共 22 页 应器，使用的惰性气体为 N2 作为保护气体，并以一定的流速把 热解反应产生的热解气体带出反应器，以减少再次裂解等反应的发生。 其中，惰性气体的种类和流速对热解产物的产率与组成有较大的影响。 该技术在试验研究中应用较多，常压热解的优点在于操作简便，油品的产量和质量便于控制。 但在推广到工业化生产中，存在惰性气体，成本较高，以及热解气中混有惰性气体成分等问题。 废旧轮胎裂解反应的影响因素 像任何反应一样，废旧轮胎的裂解反应同样会受到各方面的影响，先将主要的影响因素续述如下： (1)预热温度的影响 废轮胎的热解过程存在两个主要失重过程，第一失重温度区间为 200500℃ ，第二失重温度区间为 650800℃ ， 升温速率仅改变了热解的最大失重速率，并未改变废轮胎最终热解失重率。 固定床实验表明 :初始温度低于 100 ℃ 时，废轮胎在 800℃ 时热解己基木结束，当终温为 800℃ ，初始温度在 100550℃ 范围内时，随着初始温度的提高，固、气两相产物产率均提高，而液相产物产率降低，其中气相中 H2， CO,CH4的含量高于初始温度小于 100℃ 时的含量，分析认为 ： 可通过调节热解的初始温度调节废轮胎热解在不同热解阶段的时间分配，适当提高热解初始温度有利于提高整个热解过程中的时间利用效率、改 变废轮胎热解产物的分布，废轮胎热解气化的最佳温度区间为500800℃。 (2)废旧轮胎小块大小的影响 在裂解反应中，废旧轮胎小块的大小直接影响到反应的进行程度和反应的时间效率等问题，所以合理的轮胎小块的大小的设计就显得十分重要。 在本次设计中，我们将废旧轮胎小块的大小设计为 1cm3 大小的正方体。 这样一来，不仅可以受热均匀，而且方便裂解仓中的搅拌和受热均匀。 小块过大则不利于均匀的受热和搅拌，给反应的设备造成不便，综上所述，我们将废旧轮胎小块的大小设计为 1cm3大小的正方体。 常压惰性气体热解技术 法的特点 本设计最大的特点，是利用了钢厂的废气。 包括高炉煤气 (主要用于热风炉燃烧的原料 )和氮气（主要是转炉利用氧气后将空气剩余的气体，主要是氮气）。 在裂解处理废旧轮胎的过程中，同时将钢厂的废气利用。 本文提出了一种高效、环保的有吸引力的热解废轮胎的价值增殖与能源和材料回收的工艺。 轮胎的管理问题对生活有很大的毕 业 设 计 第 6 页 共 22 页 影响，不仅不环保而且也难进行资源的维护。 因为涉及到资源的枯竭、能源需求和废物管理的问题，这个问题急须采取综合办法治理。 这个问题一般情况下为欧盟成员国解决，旨在二十一世纪结束前达到轮胎弃置在堆填区零的消费量， 优化和扩展他们的待遇已经很好的研究方法，为了完成经济和环保之间取得平衡去找到新的解决方法。 在这种情况下，报废轮胎的热处理可以发挥对资源（物质和 /或能量）的恢复的作用。 在过去 1015 年，有几个基础的应用研究表明，如果仔细控制，轮胎热解可产生一些有价值的产品。 热解固体残余物的最终目的也极大地影响热解的工业应用。 常压惰性气体热解技术的应用 本设计在实验室进行反应成功后，就可以进行扩大试验的阶段。 接下来就是半工业阶段和工业生产阶段。 可以进行工业阶段后，就可以将这个废旧轮胎裂解长靠近钢厂建立，充分实 现废弃物的充分二次利用。 废旧轮胎的分类和物理参数 轮胎的分类 提起轮胎的种类，其实有很多种分法：有按车种分类的，有按用途分类的，有按大小分类的，有按花纹分类的，有按构造分类的。 按汽车种类分类。 轮胎按车种分类，大概可分为 8 种。 即： PC—轿车轮胎； LT—轻型载货汽车 轮胎； TB—载货汽车 及 大 客车胎； AG—农用车轮胎； OTR—工程车轮胎； ID—工业用车轮胎； AC—飞机轮胎； MC—摩托车轮 胎。 按轮胎用途分类 : 轮胎按用途分类，包括载重轮胎、客车用轮胎及矿山用轮胎等种类。 载重轮胎除了在胎壁上标有规格尺寸以外，还必须标明层级数。 但在这里需要告诉大家的是，载重轮胎的层级数 并不是指它的实际层数，而是指用高强度材料帘线制作胎体的轮胎，其负荷性能相当于用棉帘线制作胎体的轮胎帘布层数。 这是因为棉帘线是最早用于制作胎体帘线的，因此，国际惯例即以棉帘线层为表示轮胎层数的基准。 不同层级，轮胎的负荷能力不同。 即使相同规格的轮胎，因为它的层级数不同，它的负荷能力也不相同，所以，不同层级的轮胎，不能在同一轴上使用，否则，在高速行驶并负载的情况下就会发生危险。 比如：解放车用的 900—20轮胎 (16层级 )就不能和 900—20轮胎 (14层级 )同用在一轴上，因为它们的层级不同，负荷不同，混用以后就容易 发生危险。 毕 业 设 计 第 7 页 共 22 页 轮胎规格 轮胎规格常用一组数字表示，前一个数字表示轮胎断面宽度，后一个表示轮辋直径，以英寸为单位。 例如 165/70R14 表示胎宽 165 毫米，扁平率 70,轮辋直径 14 英寸的子午线轮胎。 有的轮胎还含有其他的字母或符号，是有特殊含义的： “X”表示高压胎；“C”表示加强型； B表示斜交胎； “一 ”表示低压胎。 M、 S 分别是英文 Mud 和 Snow的缩写，它表示这种轮胎适合于在冰雪和泥泞的道路上使用。 某些轮胎的胎壁上标有箭头或 OUTER SIDE 字样，它表示轮胎的转动方向。 如果胎壁上画有一个小 雨伞标志，就表明这种轮胎适合于在雨天或湿滑路面上行驶。 DOT 标记表示这种轮胎通过了美国 和加拿大运输部门的认证。 在 DOT 标志后面通常跟一个 4 位的数字，而且与其他文字不同，不是早期模具出来的，是后期压在轮胎上的，如（ 1805），这表示轮胎的生产日期。 05 即 2020 年。 轮胎上还有一个很特别的标志：磨损更换指示。 不同的厂商有不同的标记，米其林是一个很小的轮胎人，倍耐力是显示出 TWI 记号，还有的轮胎用显眼的白色来表示。 轮胎的速度等级 速度等级表明轮胎在规定条件下承载规定负荷的最高速度。 常用的速度等级有： Q 160 公里 /小时 V 240 公里 /小时 R 170 公里 /小时 W 270 公里 /小时 S 180 公里 /小时 Y 300 公里 /小时 T 190 公里 /小时 H 210 公里 /小时 Z ZR 速度高于 240 公里 /小时 ——如果出现 ZR，如 P275/40ZR1793W, 那么最高速度等级（ 93W中的 W）为 270 公里 /小时 [22]。 毕 业 设 计 第 8 页 共 22 页 课题的提出和主要研究内容 课题的提出 由于 现存的废旧轮胎的 裂解 设备大都是在用电能进行加热，能耗大，使废旧轮胎的裂解成为能耗的 消耗 大户，效益较低。 从而限制了废旧轮胎产业的进一步发展。 针对这种情况，我们将钢厂的废弃物和废旧轮胎的裂解反应联系在一起，使能源得到充分利用的同时，减小了能耗，降低了成本，具有很好的前景。 主要研究内容 主要研究在废旧轮胎裂解反应中的主要的设备。 由于之前的裂解设备大都是利用电能加热，而在本次设计中，是利用钢铁生产中的氮气做保护气，利用钢厂的高炉废气来做蜂窝式加热炉的供热燃烧气体，所以设备会有很大的不同。 本设计就是 针对这种改变设计出合理的设备。 这些设备中包括预热炉，裂解炉，蜂窝式加热炉。 毕 业 设 计 第 9 页 共 22 页 2 轮胎参数和裂解反应流程 工艺路线 如下图示： “图 21 废旧轮胎裂解流程图 ” 氮气 热解气 图 21 废旧轮胎裂解流程图 本论文采用间歇釜式反应器，对废旧轮胎及轮胎组成中的几种主要的橡胶，包括天然橡胶（ NR） ,聚丁二烯（ BR），及丁苯橡胶（ SBR)的热解和催化裂解行为进行了系统的研究，为通过催化裂解回收废旧轮胎提供坚实的理论基础。 轮胎切成 1cm3 的小块的物理密度是 800kg/m3,据此可以根据 vm/ （  代表轮胎的密度， m 代表参与本次设预热仓 轮胎清洗、去杂、磁选 干净轮胎 热交换 钢厂废气（ N2） 烟囱 排出 N2的回 收 裂 解仓 烟囱 排出 外 售 裂解 气 外售 储油罐 成品油 烟气 热风炉 高炉废气 燃烧器 冷凝 储气罐 炭黑生产车间 钢丝 装袋 成品库 含微量杂质的炭黑 预热仓 轮胎清洗、去杂、磁选 干净轮胎 热交换 钢厂废气（ ） 毕 业 设 计 第 10 页 共 22 页 计的废旧轮胎的质量， v 代表废旧轮胎的体积可有前两项求出），设计中所有的物理量都是国际单位制。 根据上述数据， 得到体积大约为。 先将废旧轮胎高温下裂解的主要流程叙述如下： (1) 将轮胎进行清洗 ， 烘干等前处理，并添加适当的催化剂以降低裂解反应所需要的温度，以提高裂解的效率和生产效率；再通过螺旋输送机进入裂解塔内进行裂解，裂解气引入冷凝器冷凝得到裂解油与不凝气体。 裂解油可直接作为 燃料或进行进一步的蒸馏、分离等单元操作得到质量更高的油品；不凝气体通入缓冲罐，作为燃料气提供裂解反应所需高温的烟道气。 裂解产物炭黑在炉内冷却到常温，从下方排出，再经螺旋输送器送入细磨机中细磨，再经分离得到质量较高的商品炭黑。 烟道气从裂解塔排出后一部分通入热风炉与燃烧气混合，一部分用于烘干湿轮胎，剩余部分排放至大气中。 (2) 关闭进料门，先向进料仓充入 N2 排出装置内空气，创造稳定的保护气气氛。 在蜂窝式热风炉提供的热风下受热裂解，裂解反应装置由传送系统带动旋转，废旧轮胎由低温区向高温区移动进行反应裂解； (3) 控制系统通过控制热风炉送来热风流量来控制裂解反应的温度； (4) 裂解产生的油气在压力作用下从反应釜油气出口排出，现将其中的热 N2 进行回收，用利于进一步的裂解气净化。 然后将除 N2 后的裂解气送进冷凝器；经过冷凝系统冷却，油气分为凝结的裂解油和不凝结的热解气； (5) 裂解油收集在集油罐中，可当做工业用油，热解气经过净化系统后进入储气罐，可作为热解反应提供燃烧的气体； (6) 控制系统根据液位传感器信号控制热解油在集油罐的与储油罐之间的自动存贮；燃烧烟气经过净化系统处理后直接排入大气，烟道中带出的热量可利用 余热回收装置回收，进而用于烘干湿轮胎； (7) 裂解反应完成，反应釜冷却到一定温度，电机带动裂解反应装置反转，裂解碳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，实现自动密封。