二冷凝塔，所述第二冷凝塔包括第二過濾器和第二冷凝面，其中第二冷凝油被冷凝并且被捕獲在第二油罐中，并且所述第二冷凝油的一部分經(jīng)所述第二冷凝塔被再循環(huán)；以及使來自所述第二冷凝塔的熱解氣體通過第三冷凝塔，所述第三冷凝塔包括第三冷凝面，其中第三冷凝油被冷凝并且被捕獲在第三油罐中，并且所述第三冷凝油的一部分經(jīng)所述第三冷凝塔被再循環(huán)。
【附圖說明】
[0032]圖1圖示說明了根據(jù)本文中描述的實施方案，將碳質(zhì)供料轉(zhuǎn)化為碳黑、礦物粉、油和不可凝氣體的示例的熱解處理器。
[0033]圖2圖示說明了根據(jù)本文中描述的實施方案，圖1的熱解處理器的示例的旋轉(zhuǎn)盤。
[0034]圖3圖示說明了來自圖1的處理器的示例的TDCB材料。
[0035]圖4提供了圖3的關(guān)聯(lián)點基于重量的百分比的材料分布。
[0036]圖5和圖6圖示說明了根據(jù)本文中描述的實施方案，將碳質(zhì)供料熱轉(zhuǎn)化為與礦物粉、油和不可凝氣體結(jié)合的碳黑的示例的連續(xù)熱解過程。
[0037]圖7圖示說明了來自圖5和圖6的熱解過程所得到的固體材料的示例的尺寸分布圖。
[0038]圖8圖示說明了用于加工來自圖5和圖6的熱解過程的固體材料的示例系統(tǒng)。
[0039]圖9和圖10圖示說明了用于加工來自圖5和圖6的熱解過程的氣體的示例系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0040]以下詳細描述以舉例而并非限定的方式說明本發(fā)明的原理。此描述使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明，并且此描述描述了本發(fā)明的數(shù)個實施方案、適應體、變體、替換物和用途，包括什么是目前被認為是用于實現(xiàn)本發(fā)明的最好的模式?？梢员焕斫獾氖?，附圖是對本發(fā)明的示例實施方案的圖示的和圖解的表現(xiàn)形式，而不是對本發(fā)明的限制，也無需按預定比例被描繪。
[0041]熱解對含烴廢料的有效管理提供了遠大前景。商業(yè)上可行的熱解過程的發(fā)展是可期望的，因為隨著廢棄輪胎的數(shù)量和總量的增長，烴資源持續(xù)萎縮。就熱解而言，廢棄汽車輪胎是特別受關(guān)注并且是具利益的。單單在美國，每年超過3億個輪胎被丟棄，代表全國固體廢物的約2%，包含估計為9千萬MMBTU的能量。可以得益于商業(yè)上可行的熱解的額外的廢料為塑料，包括丟棄的電子產(chǎn)品。
[0042]本發(fā)明的實施方案一般地可以應用于熱解系統(tǒng)，并且特定地是應用于輪胎熱解系統(tǒng)。例如，描述的系統(tǒng)和過程的實施方案用于將沒有鋼的輪胎碎片連續(xù)加工熱轉(zhuǎn)化為碳黑、油和不可凝氣體。描述的實施方案一般提及沒有鋼的輪胎碎片作為優(yōu)選的供料，但是系統(tǒng)并不限于此，并且可以包括包含鋼筋的輪胎碎片。此外，本文中描述的實施方案提及輪胎碎片，但該系統(tǒng)和過程可以用于熱解其他有機材料，例如塑料、木料、其他橡膠材料或其他有機材料。
[0043]圖1圖示說明了根據(jù)本文中描述的實施方案，將供料(例如輪胎碎片)轉(zhuǎn)化為碳黑、礦物粉、油和不可凝氣體的示例的熱解處理器。在示例的實施方案中，垂直熱解處理器用于經(jīng)多個垂直移置盤(vertically displaced trays)輸送輪胎碎片。進來的供料在反應器的頂部被引入并且在盤之間重力跌落。固體材料從處理器的底部被提取，而氣體從頂部部分被提取。
[0044]在一個實施方案中，垂直盤處理器100用于允許在一致加工環(huán)境中連續(xù)加工。垂直盤處理器100包括經(jīng)圓筒爐I (cylindrical furnace)的頂表面的進料入口 12a和經(jīng)圓筒爐I的底表面的進料排出口 12b。垂直盤處理器100包括加熱元件2以提供足夠用于熱解的熱。大體水平的盤3經(jīng)圓筒爐I被垂直地移置并且在熱解過程期間支撐供料。盤3與沿著圓筒爐I的中心軸線的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸9對準并且被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸9支撐。此旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸9被機動化的驅(qū)動軸組件10驅(qū)動，所述機動化的驅(qū)動軸組件10可以包括鏈齒輪、鏈、齒輪等，以在保持低振動調(diào)諧的同時以期望的速度旋轉(zhuǎn)所述的驅(qū)動軸。盤3圍繞圓筒爐I的中心軸線的旋轉(zhuǎn)使供料通過輻射、傳導和對流受到熱傳遞。盤的旋轉(zhuǎn)也輔助保持盤的一致的溫度以避免盤自身的變形和彎翹。供料在盤之間重力跌落至垂直盤處理器100的底部和進料排出口 12b。此過程持續(xù)直至初始材料的熱解反應完成。所得到的大量固體，由碳黑、礦物氧化物和少量高溫增強纖維組成，下文中被總體稱為源于輪胎的碳黑(“Tire-Drived CarbonBlack，TDCB”)，可以隨后在垂直盤處理器100的底部收集，經(jīng)產(chǎn)物出口 17被移除。在一個實施方案中，圓筒爐大約為10-25英尺高，具有大約4-20英寸垂直間隔的盤。
[0045]在示例的過程中，碎輪胎塊超過790 °F以完全熱解。此外，在示例的實施方案中，熱梯度被用于在克服橡膠和TDCB 二者的差的熱傳遞特性的同時，驅(qū)動熱解反應和改進完全熱解需要的時間。通過控制供料流動和調(diào)整內(nèi)部徑流式風扇(radial fan)，溫度梯度被保持在I °F* 40 °F之間變化。在大約825 °?至980 °F的范圍內(nèi)最適宜操作熱處理器，其中會產(chǎn)生最大量的熱解油并且在TDCB中殘余油含量將少于3%重量。較高的操作溫度并不改進油生產(chǎn)量且減少碳黑生產(chǎn)量。較高的溫度熱分解油化合物以創(chuàng)建較輕分子量的化合物，并且也產(chǎn)生更多的不可凝氣體，例如甲烷和氫。較低的操作溫度增加用于熱解的時間且將殘余油份留在碳黑中。然而，應該被理解的是，操作溫度可以取決于期望的產(chǎn)品而變化。相應地，操作溫度的上述優(yōu)選不被認為是對本公開的限制。
[0046]圖2圖示說明了示例的旋轉(zhuǎn)盤3，所述旋轉(zhuǎn)盤3包括調(diào)平固體的固定調(diào)平臂6、固定耙狀物7和狹槽16，經(jīng)所述狹槽16，剩余的固體跌落至下一個旋轉(zhuǎn)盤3。在一個實施方案中，材料從垂直向較高的旋轉(zhuǎn)盤或從進料入口 12a被投放于旋轉(zhuǎn)盤3上。當盤3的旋轉(zhuǎn)時，被投放的固體遇到固定調(diào)平臂6以調(diào)平在盤3上的碎片，以允許一致有效的熱解。調(diào)平步驟得到碎片的一致的層且允許一致性的加熱和熱解。調(diào)平臂6提供在旋轉(zhuǎn)盤3上方的間隙以允許固體材料通過。間隙取決于初始供料的尺寸和熱解在處理器的每個水平的進展。相應地，在調(diào)平臂6和相關(guān)的旋轉(zhuǎn)盤3之間的間隙針對每個盤3可以是相等的，或在依次較低的盤之間可以變化。在一個實施方案中，調(diào)平器是間隔的以創(chuàng)建在旋轉(zhuǎn)盤上大約I至6英寸的材料層。調(diào)平的固體隨后遇到固定耙狀物7，所述固定耙狀物7使得固體通過重力經(jīng)狹槽16掉落并到落至下方的旋轉(zhuǎn)盤3上。
[0047]每個旋轉(zhuǎn)盤3的固定調(diào)平臂6，用于進料跌落的固定耙狀物7和狹槽16以旋轉(zhuǎn)的方式對齊以在該盤旋轉(zhuǎn)期間提供最大化的一致的加熱。如圖示說明的，固定調(diào)平臂6在固定耙狀物7的對面僅用于說明。固定調(diào)平臂6可更優(yōu)選地被放置，以致跌落的材料一被投放于盤上就遇到固定調(diào)平臂6，以提供最大化的一致的加熱。也如圖示說明的，相鄰盤的固定耙狀物7位于處理器的對面僅出于說明的目的。每個依次的旋轉(zhuǎn)盤3的固定耙狀物7可以以旋轉(zhuǎn)的方式不對齊，以致在固體材料被下一個固定耙狀物7刮到下一個狹槽16之前，固體材料可以旋轉(zhuǎn)至少3/4轉(zhuǎn)。每個依次的旋轉(zhuǎn)盤3的狹槽16也可以以旋轉(zhuǎn)的方式不對齊，以致來自之前的盤的材料以旋轉(zhuǎn)的方式被投放于所述材料被投放的盤的狹槽之后。換言之，較低的盤的狹槽在旋轉(zhuǎn)的方向上在較高的盤的狹槽之前。通過此布置，當固定調(diào)平臂6鋪展材料時，固體材料不會過早地經(jīng)狹槽跌落。
[0048]在盤3之間的固體的跌落料流允許材料緊密接觸熱解氣體4。物理跌落到下一個盤從固體表面移除熱解分解產(chǎn)物，暴露未熱解的橡膠用于分解。固體材料在被耙、跌落和調(diào)平期間也被以物理的方式攪動以進一步暴露未熱解的橡膠用于分解。從輪胎碎片的表面移除熱解產(chǎn)物優(yōu)化經(jīng)由對流、傳導和輻射傳遞到剩下的固體的熱量的熱傳遞。此過程導致固體碳黑粉，TDCB，所述固體碳黑粉在尺寸分布上一致且呈現(xiàn)最小化的殘留油含量。此外，隨著材料在盤之間下落，固體暴露于熱解氣體允許包含在炭中的氧化鋅與熱解氣體中的硫化合物反應以形成硫化鋅。此反應(ZnO+S — ZnS+l/202)捕獲一部分硫，減少在冷凝油產(chǎn)物中的硫含量。圖3圖示說明了示例的TDCB材料150。圖4提供相關(guān)點基于重量的百分比的材料分布。點a、c和e是占優(yōu)勢的鋅和硫；點b是占優(yōu)勢的鋁和硅與少量的鋅和硫；而點d是占優(yōu)勢的鈦、鋁和硅與少量的鋅和硫。點e具有代表硫化鋅、鋅硫比2:1的組成，符合上述反應產(chǎn)生的硫化鋅的化學計量學。
[0049]垂直盤處理器100包括加熱源2以提供熱解必需的溫度。示例的加熱源為位于與圓筒爐I的內(nèi)壁相鄰的電加熱元件。電加熱元件可以因此位于旋轉(zhuǎn)盤3和圓筒爐I內(nèi)壁之間，以向爐內(nèi)部提供輻射熱。固體也被循環(huán)氣體加熱，所述循環(huán)氣體向輪胎碎片的床提供對流熱傳遞并且?guī)椭３轴尦龅奶己诤偷V物在大約+/-1 T之內(nèi)一致的溫度。輪胎碎片因此在貫穿加工期間經(jīng)受更一致的溫度，創(chuàng)建充分的熱解和一致的、可再現(xiàn)的產(chǎn)物。這種加熱伴隨以在處理器的進口和出口鎖住空氣的方法也保持容器內(nèi)的氣氛在少于大約0.5%氧而沒有使用吹掃氮氣。這樣做，最小化了在循環(huán)氣體中夾帶的碳黑和礦物的量。因此，操作成本被降低而熱效率被優(yōu)化。其他加熱源可以被用于代替圖示說明的電加熱元件。
[0050]可替換地，垂直盤處理器100可以通過在圓筒爐I的壁內(nèi)的環(huán)形空間之內(nèi)燃燒燃料源而被間接加熱。例如，天然氣、加熱油或熱解油，并將燃燒氣體產(chǎn)物通過在熱解處理器的內(nèi)壁Ia和外壁Ib之間的環(huán)形空間。在此方法中，內(nèi)壁Ia可以被加熱并且向盤3和固體材料提供輻射熱傳遞，以及向循環(huán)熱解氣體提供傳導和輻射熱。這種提供熱的方法最小化在熱解處理器之內(nèi)的氣體的循環(huán)體積，由此最小化在熱解氣體中夾帶的碳黑的量。
[0051]在示例的實施方案中，氣流4通過中心渦輪風扇5被保持穿過在盤3中的固體，所述中心渦輪風扇5被用于渦輪機8的驅(qū)動軸驅(qū)動。驅(qū)動軸8可以通過驅(qū)動軸組件10被機動化，所述驅(qū)動軸組件10可以包括鏈齒輪、鏈、齒輪等，以在保持低振動調(diào)諧的同時以期望的速度旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸。徑流式渦輪風扇5溫和地移動熱解氣體4穿過在每個盤3上的固體以提供對流熱傳遞。床的轉(zhuǎn)向和熱解氣體穿過床的動作創(chuàng)建貫穿床的一致的溫度并且導致一致性的產(chǎn)品組成和物理特性。進一步地，釋放的碳黑顆粒的溫和滾動允許顆粒通過聚集(aggregat1n)和附聚(agglomerat1n)的機理生長至大于20微米的尺寸，充分地減少散灰和碳黑對熱解氣體的夾帶。
[0052]熱解處理器100也可以包括氣閘11和氧吹掃以提供在處理器內(nèi)的基本上沒有氧的環(huán)境。在一個實施方案中，氮吹掃被用于移除含氧空氣，所述含氧空氣占據(jù)輪胎碎片塊之間的空隙部分并且被吸收在輪胎碎片中。從材料中移除氧可以阻止熱氧化(即，燃燒)并且出于工藝、安全性和環(huán)境角度是有利的?？蓛?yōu)選地，在熱解過程期間，氧水平被保持在或低于1%。處理器可以在大體上中性壓力下操作，例如，+/-3英寸WC(水柱)。盡管不同的壓力可以被使用，但是負壓不是優(yōu)選的，因為負壓能允許空氣的漏入，而正壓不是優(yōu)選的是因為正壓能允許可燃的和爆炸性氣體經(jīng)系統(tǒng)的墊片和密封逃脫。在一個實施方案中，壓力可以作為氮氣從處理器入口和排出口的氣閘進入引起的壓力變化的結(jié)果，從輕微的負至中性至輕微的正進行循環(huán)。在一個實施方案中，處理器中的壓力可以被具有一個或更多個在處理器容器上的壓力傳感器的閉合回路控制中的抽風機或鼓風機控制。
[0053]在一個實施方案中，在進料入口 12a和進料排出口 12b處，固體材料可以被氮吹掃系統(tǒng)13脫氧，所述氮吹掃系統(tǒng)13使用吹掃氣體14，導致離開在15處氣閘的材料是被吹掃掉了氧或爐氣。氣閘和氮吹掃可以包括入口閥18a和保持室19以及排出口閥18b。氣閘維持密封以保持氧在爐I之外