用于橡胶废料特别是废弃轮胎的多级热处理的方法和装置

摘要

本发明提供了一种用于橡胶废料特别是废弃轮胎的多级处理的方法。该方法包括将橡胶废料的产品颗粒转移至反应器（10）的三个不同的顺序加热区中的几个步骤。在加热区（11a、11b、11c）中，将产品颗粒在100-200℃，优选为150-180℃的第一温度下加热，然后在200-350℃的第二温度下加热，以及在300-600℃的第三温度下加热。将温度保持至在各自的加热区内不再有油排出时为止。作为最后一步，将产品颗粒从反应器（10）中移除，并分离想要的固体材料。

说明书

发明背景

本发明涉及从橡胶废料，特别是废弃轮胎中回收想要的材料的方法和 装置。

在欧盟每年有大约320万吨的废弃轮胎产生。在过去，大多数废弃轮 胎沉积在垃圾填埋场。自从2003年以来，欧盟指导方针（EU Guideline） 禁止了废弃轮胎的倾倒。目前，废弃轮胎作为锅炉燃料特别是水泥工业中 的锅炉燃料烧掉。其他旧的车辆轮胎被回收用于路面。

人们还知道废弃轮胎的热解已经有许多年了。热解是在500℃以上的 缺氧条件下进行的，并且是吸热的过程，废弃轮胎通过热解分解。因此， 可以从废弃轮胎中回收大量的炭黑、钢铁、油和气体。但是，废弃轮胎的 热解方法没有得到广泛建立，特别是由于热解产品的质量低劣，达不到商 业要求。

在EP 1163092B 1中，公开了一种废弃轮胎的热解方法，其中，提供 了具有3个包括不同温度的加热区的热解室。使废弃轮胎以颗粒形式进料 到热解室，该热解室包括不同的加热区。热解室相对于螺旋片（flight）旋 转，以输送颗粒化的轮胎碎片。热解室的第一加热区的温度为700-800℃。 热解室的第二加热区的第二温度为600-700℃。第三加热区的温度为 500-600℃。

在US 6835861B2中，公开了一种橡胶材料热解的低能热解方法。在 第一个实施方案中，将橡胶材料与粘土催化剂一起加入具有3个不同加热 阶段的热解装置中。在称为活化阶段的第一阶段中，将所述橡胶材料加热 至68.3-287.8℃的温度。在第二阶段中，使反应温度保持在287.8-454.4℃。 在第三阶段中，通过加热使温度保持在相同水平。在第二个实施方案中， 将所述橡胶材料输送通过3个不同的区，每个区包括优选地约287.8℃的 温度，该第二个实施方案也公开于US 6833484B2和US 7341646B2中。两 种方法中，在热解结束后均未除去所述催化剂。

如上所述，废弃轮胎的已知方法的一个问题是回收的炭黑的质量超出 了炭黑的商业规格，这是由于上述方法的温度过高或过低。因此，回收的 炭黑只具有有限的商业用途。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于橡胶废料特别是废弃轮胎的 热处理的热处理方法和装置，该方法和装置提供的回收材料具有如此高的 纯度，使得其可以在商业上使用。

发明概述

本发明涉及一种用于橡胶废料特别是废弃轮胎的多级热处理的方法， 该方法包括以下步骤：

-将橡胶废料的产品颗粒从供应源转移至热解反应器中；

-在反应器的第一加热区中，将所述产品颗粒在100-200℃，优选为 150-180℃的第一温度下加热，直至不再排出轻油；

-将所述产品颗粒从所述反应器的第一加热区转移至所述反应器的第 二加热区；

-在所述反应器的第二加热区中，将所述产品颗粒在200-300℃的第二 温度下加热，直至不再排出中等重油(medium heavy oil)；

-将所述产品颗粒从所述反应器的第二加热区转移至所述反应器的第 三加热区；

-在第三加热区中，将所述产品颗粒在300-600℃，优选为400-550℃ 的第三温度下加热，直至不再排出重油；

-将所述产品颗粒从所述热解反应器中移除，并分离想要的固体材料。

其中，所述方法是在低压环境下进行的。

在所述第一加热区中，发生橡胶废料的解聚作用。该过程与已知的热 解过程不同。

申请人发现，在第一加热区中，在低温下缓慢且持久的热处理工艺具 有使轻油不形成不可移除的产物的效果，所述不可移除的产物污染炭黑。 该工艺也适用于在反应器的其他加热区中进行的其他步骤。热解仅在所述 第三加热区中进行，在所述第三加热区中所有可能的污染物均已去除，结 果是在第三加热区后得到具有非常高纯度的炭黑。另外，炭黑具有大的表 面，从而使其具有高的吸附性能。所述回收的炭黑由于其特殊的结构而漂 浮在水上。因此，在第三加热区后得到的炭黑可以用作吸附材料，特别是 用于油类和脂类吸附的吸附材料。

与权利要求1一致的进一步开发参考从属权利要求。

所述多级热处理方法是在低压环境下进行的，其中，所述压力有利地 为20-50mbar。

所述方法在每个加热区中非常缓慢地进行2-4小时的时间。如此缓慢 的热处理过程防止了不可移除产物的形成，该不可移除产物污染想要的材 料。

根据一个优选的实施方案，将在所述第三加热区后回收的炭黑在高温 下精炼约2小时的时间。精炼工艺后得到的炭黑具有可与商业级炭黑相比 的非常高的纯度百分比。因此，所述回收的炭黑可以在商业上使用。特别 地，所述回收的炭黑可以在工业生产中再次使用。

有利的是，所述产品颗粒在反应器内缓慢移动并通过反应器。

根据一个优选的实施方案，所述产品借助于螺旋输送机（conveyor  screw）移动。

将所述反应器装填至其体积的约60%。

在不进一步进给产品的情况下，可以在高温下进行清洗步骤约2小时。

根据另一个方面，本发明还涉及一种用于橡胶废料特别是废弃轮胎的 多级热处理的装置，该装置具有反应器，所述反应器包括：

-第一加热区，所述第一加热区可以加热至100-200℃，优选为 150-180℃的第一温度；

-第二加热区，所述第二加热区可以加热至200-300℃的第二温度；和

-第三加热区，所述第三加热区可以加热至300-600℃，优选为 400-550℃的温度；以及

-输送设备(conveyor means)，所述输送设备在反应器内输送产品颗粒 并使产品颗粒通过反应器。

相应地，所述产品颗粒借助于所述输送设备输送通过所述反应器的不 同加热区。

根据一个优选的实施方案，所述输送设备为驱动的螺旋输送机。

为了在反应器中提供不同的速度，所述螺旋输送机可以包括不同螺距 的蜗杆。

根据一个优选的实施方案，所述螺旋输送机包括凹槽，将辊置于该凹 槽中以防止产品的沉积。

更有利的是，所述辊应沿螺旋输送机的圆周方向交错排列。

根据更进一步的实施方案，所述螺旋输送机在其外圆周上包括由有色 金属(non-ferrous metal)制成的支撑体，以支撑反应器的内壁。

更有利的是，所述反应器包括外壳，所述外壳在螺旋输送机的有色金 属支撑体(non-ferrous support)区域内被加强。

有利的是，在所述反应器的加强区域中，降低的温度应占优势。这导 致反应器内油的冷凝，由此使螺旋输送机在有色金属支撑体的区域中被润 滑。

根据一个优选的实施方案，所述反应器包括上部，在该上部中设置有 蒸汽排出装置。在热处理过程中，所述蒸汽排出装置接纳通过本发明的方 法从产品颗粒中回收的气体和油。

根据一个优选的实施方案，所述蒸汽排出装置包括与冷凝器连接的环 形管。

更有利的是，所述蒸汽排出装置内设置有清洗设备。

根据一个优选的实施方案，所述清洗设备为环形驱动链，该环形驱动 链上配置有刷或刷元件。

根据进一步的实施方案，所述反应器的外壳包括纵向槽，该纵向槽在 蒸汽排出装置处具有穿孔板，在纵向槽中导向清洗设备。

有利的是，所述穿孔板包括纵向狭槽。清洗设备的这些刷元件通过啮 合所述纵向狭槽能够适当地清洗环形管。

在所述反应器的出口处配置有出口螺旋输送机。该螺旋输送机输送来 自反应器的热解后的产品颗粒。

在本发明的另一特征中，用于加热所述加热区的加热垫配置在反应器 外壳的外面。

由以下实施方案的更加详细的描述，本发明的其他特征和优点将变得 更加明显，所述实施方案通过实例的方式描述本发明的原理。

附图简述

图1显示了在根据本发明的多级热处理方法中使用的反应器的示意 图；

图2显示了通过根据本发明的装置的反应器的垂直局部剖视图；

图3显示了沿图2中的III-III线的剖视图；

图4显示了通过根据本发明的装置的反应器的垂直局部剖视图；

图5显示了沿图4的V-V线的垂直剖视图；

图6显示了反应器的蒸汽排出装置的示意图；

图7显示了沿图6的VII-VII线的垂直剖视图；

图8显示了沿图7的VIII-VIII线的垂直剖视图；

图9是配置在反应器入口处的颗粒进料器的示意剖视图；和

图10是配置在反应器出口处的分离器的示意图。

附图描述

图1一般地说明了本发明的多级热处理装置。所述装置包括反应器10， 该反应器10具有圆筒形的外壳19。沿反应器10的纵轴设置有三个不同的 加热区11a、11b和11c。第一加热区11a可以加热至100-200℃，优选为 150-180℃的第一温度。第二加热区11b可以加热至200-300℃的第二温度。 第三加热区11c可以加热至300-600℃，优选为440-550℃的温度。

反应器10还包括由驱动设备（未显示）驱动的螺旋输送机20。螺旋输 送机20配置在反应器10的外壳19内。

容器14接纳橡胶废料特别是废弃轮胎的产品颗粒。将产品颗粒从容器 14输送至反应器10的入口12。产品颗粒借助于螺旋输送机20在反应器10 内输送并通过反应器10。相应地，螺旋输送机20输送产品颗粒通过加热 区11a、11b和11c至出口13。在此处，回收固体产品颗粒特别是炭黑16。

反应器10还包括用于接纳热处理产品的汽相的蒸汽排出装置15。该 汽相包括所谓的热解油17和热解气体18。

反应器10内提供压力为约20-50mbar的低压环境。用产品颗粒将所 述反应器10装填至其体积的约60%。

在第一加热区11a中，第一过程进行2-4小时的时间，直至从产品颗 粒中不再排出轻油。在第一加热区11a中，在低温下缓慢且持久的过程具 有使轻油不形成不可移除产物的效果，该不可移除产物污染炭黑。

在第二加热区11b中，产品颗粒在第二温度下热解，直至不再排出中 等重油。同样，该缓慢且持久的过程避免了污染炭黑的不可移除产物的形 成。

在第三加热区11c中，产品颗粒在第三温度下热解，直至不再排出重 油。

在出口13处，将产品颗粒从反应器10中移除。将想要的固体材料， 特别是炭黑和钢铁保留，并分离。

从所述第三加热区11c后回收的炭黑16具有非常高的纯度，特别是 在第三加热区11c中所采用的温度超过500℃的阈值时。另外，炭黑16具 有大的表面，从而使其具有高的吸附性能。炭黑16由于其结构而可以漂 浮在水上。因此，得到的炭黑16可以用作吸附材料，特别是用于吸附油 类和脂类的吸附材料。

如果第三加热区11c中使用低于500℃的温度，炭黑16可以在低压条 件下，在约800℃的高温下精炼约2小时的时间，以得到商业级炭黑16a。 回收的炭黑具有与商业级炭黑可比的纯度，并因此可以在商业上使用。

精炼处理后以及在第三加热区11c（T>500℃）后的炭黑的性质列于表 1中（如下）。

表1：精炼或在高于500℃下加热后的炭黑的性质。

现参照附图描述多级热处理装置的细节。

图2显示了通过反应器10的局部剖视图。如图所示，所述反应器10 包括沿其纵轴30延伸的圆筒形的外壳19。在所述外壳19内配置有螺旋输 送机20，该螺旋输送机20用于在反应器10内输送产品颗粒并使其通过反 应器10。

螺旋输送机20包括轴21，轴21借助于位于反应器10的入口12和出 口13处的轴承22支撑。螺旋输送机20包括具有多种螺距以在反应器10 内提供不同速度的蜗杆25。在蜗杆25的外圆周设置有有色金属支撑体26， 以在反应器10的外壳19内侧支撑螺旋输送机20。

在外壳19处，在支撑体26的区域设置有加强环23。

加热垫24a和24b配置在外壳19的外圆周上。加热垫24a、24b可以 分别进行控制，以在加热区11a、11b和11c内提供不同的温度。

在加强环23的区域中，降低的温度占优势。这导致在支撑体26的区 域中油的冷凝，由此润滑螺旋输送机20。在支撑体22的区域中出现相同 的效果。

图3显示了沿图2的III-III线的垂直剖视图。如图所示，有色金属支 撑体26通过外壳19支撑，在该区域中，外壳19通过加强环23加强。

现参考图4和图5，螺旋输送机20包括辊28，辊28配置在螺旋输送 机20的蜗杆25内。辊28防止产品颗粒在螺旋输送机20上沉积。

如图5最佳地显示，蜗杆25包括沿螺旋输送机20的径向延伸的凹槽 27。在每个凹槽27内安装有旋转辊28。

图6显示了反应器10的蒸汽排出装置15。蒸汽排出装置15包括环形 管31，该环形管31与冷凝器35连接。冷却装置（未显示）连接在环形管 31上。在环形管31内设置有清洗设备32。清洗设备32包括由电动机34 驱动的链33。刷元件36以彼此间有一定的距离配置在链33上。当清洗设 备32沿箭头37方向驱动时，环形管31被清洗。此外，冷凝器35内和环 形管31内设置有喷雾器38，该喷雾器38借助于热解油清洗刷元件。

图7显示了沿图6的VII-VII线的垂直剖视图。蒸汽排出装置15位于 反应器10的上部区域。在该区域中，反应器10的外壳19包括纵向槽15a， 纵向槽15a容纳并导向清洗设备32的刷元件36。

图8显示了沿图7的VIII-VIII线的垂直剖视图。穿孔板15b配置在纵 向槽15a的底部，该穿孔板15b包括多个纵向狭槽15c。当链33通过环形 管33导向时，刷元件36与这些纵向狭槽15c啮合，从而彻底地清洗蒸汽 排出装置15的环形管31。

图9显示了产品颗粒的容器14，容器14的出口包括用于压紧产品颗 粒并将产品颗粒输送至反应器10的入口12的输送机39。输送机39包括 驱动的螺旋输送机40。容器14中充满保护气体，例如氩气，以防止氧气 进入输送机39。从而，防止氧气与产品颗粒一起进入。

图10显示了分离器42，分离器42配置在反应器10的出13处。产 品颗粒借助于输送机41输送至分离器42。分离器42包括沉淀池43。磨 粉机45将产品颗粒粉碎成约1-10微米的颗粒，并促进不同材料的分离。 固体材料在分离器42内分离。热解产品中所含有的钢铁沉积在沉淀池43 的底部。炭黑26由于其特殊结构而在水表面上积聚，并且可以通过分离 装置（stripper）44移除。

标记列表

10反应器         33链

11a第一加热区    34电动机

11b第二加热区    35冷凝器

11c第三加热区    36刷元件

12入口           37箭头

13出口           38喷雾器

14容器           39输送机

15蒸汽排出装置   40螺旋输送机

15a纵向槽        41输送机

15b穿孔板        42分离器

15c纵向狭槽      43沉淀池

16炭黑           44分离装置（stripper）

17热解油         45箭头

18热解气体       46箭头

19外壳

20螺旋输送机

21轴

22轴承

23加强环

24加热垫

25蜗杆

26支撑体

27凹槽

28辊

29填装水平

30纵轴

31环形管

32清洗设备