一种废轮胎固定床气化炉及气化方法

摘要

本发明涉及一种用于废轮胎固定床气化炉及气化方法，本发明的固定床气化炉主要由进料系统、出料系统、电弧式焦油分解器和炉体组成；气化方法主要流程为：轮胎料块在固定床气化炉内与气化剂反应产生的可燃气，经过气化炉内顶部的电弧式焦油分解器初步净化除去大部分焦油之后，被引出气化炉外，然后经过除尘、冷凝、喷淋、脱硫、干燥和稳压等后续净化与处理工序后成为中等热值可燃气，后续净化工序中分离出的焦油被重新引入气化炉内进行二次分解。本发明气化方法无需外加热源，整个系统为微负压运行，过程中无有害气体泄漏，并通过固定床气化炉独特的进料和出料结构设计使整套工艺设备实现连续化运行，是一种高效的废轮胎资源化利用方法。

主权项

一种应用废轮胎固定床气化炉进行废轮胎气化的方法，其特征在于所应用的气化炉的结构、配套设施及其气化工艺操作方法如下：本发明所述废轮胎气化方法所应用的固定床气化炉（5）是将废轮胎的气化设施和燃气中焦油分解净化设施集成在同一气化炉（5）的炉体内，在气化炉（5）内的顶部设置电弧式焦油分解器，该焦油分解器由一个电极阴极（106）、一个阴极保护套管（107）、四个电极阳极（104）、四个冷却通道外壳（123）组成；所说的电极阴极（106）布置在气化炉（5）的中心轴线位置，四个电极阳极（104）围绕电极阴极（106）中下端均匀分布在气化炉（5）周向上，并呈上窄下宽布置，与水平面夹角保持50°~75°；所说的四个电极阳极板的总面积占其所在同等高度下炉体内壁圆周侧面积的20%~35%；电极阴极（106）和电极阳极（104）间的电弧放电采用线性高压直流电源供电，供电电压800V~1200V，供电电流5A~8A；所说的每个冷却通道外壳（123）上均设置有一个冷却介质入口（124）和冷却介质出口（121），冷却介质（空气）由冷气介质入口（124）流入阳极冷却通道（103），对阳极进行冷却；在所说的固定床气化炉（5）的中上部、位于电弧式焦油分解器以下，设置进料系统，该进料系统由梁式进料管（101）、进料活塞（110）、一个横向布置的上电动插板阀（102）、立式布置的外电动插板阀（111）和内电动插板阀（112）组成；进料之前，进料活塞（110）首先运动至左端初始位置，然后外电动插板阀（111）和内电动插板阀（112）关闭，上电动插板阀（102）开启，这样两个立式电动插板阀（111）、（112）和梁式进料管（101）形成了一个敞口式料仓，来自上料皮带机（4）的废轮胎碎块在此堆积，待废轮胎碎块料位堆积至料仓高度的2/3后，上电动插板阀（102）关闭，外电动插板阀（111）和内电动插板阀（112）开启，来自上料皮带机（4）的料块暂时堆积在上电动插板阀（102）之上，此时进料活塞（110）启动，将料仓内堆积的物料全部推入气化炉内；之后，进料活塞（110）返程至左端初始位置，准备下次进料，外电动插板阀（111）和内电动插板阀（112）关闭，防止空气由此漏入气化炉（5）内，上电动插板阀（102）开启；由于气化炉（5）内是微负压运行，因此进料过程没有有毒气体外泄；上电动插板阀（102）、外电动插板阀（111）和内电动插板阀（112）之间启闭过程的配合以及进料活塞（110）的往复运动，满足了整个工艺连续进料的要求；在固定床气化炉（5）底部设置出料系统，由密封罩（116）、链条炉排（117）、上电动密封阀（119）和下电动密封阀（120）组成，密封罩（116）设置有竖直落料段，并和上电动密封阀（119）组成了一个出料储仓（118）；位于气化炉底部的链条炉排（117）将完成气化反应后的高温炉渣运输至出料储仓（118），炉渣在上电动密封阀（119）上堆积；出料时，首先开启上电动密封阀（119），关闭下电动密封阀（120），出料储仓（118）中堆积的炉渣全部落在了下电动密封阀（120）上，待炉渣料位堆积至出料储仓高度的2/3后，关闭上电动密封阀（119），开启下电动密封阀（120），炉渣依靠重力被运出气化炉（5）外，进入冷渣机（17）；依靠竖直落料段内上电动密封阀（119）和下电动密封阀（120）的启闭配合，可以实现炉渣被连续送出气化炉（5），并有效防止空气漏入与高温炉渣反应；所述的固定床气化炉（5）的系统配套装置主要包括：上料系统、固体分离系统、冷却系统以及燃气后处理系统；所说的上料系统由切圈机（1）、切条机（2）、切块机（3）和上料皮带机（4）组成，废轮胎A依次经过切圈、切条和切块三道切割工序后，以尺寸约5cm×5cm的碎块形式被上料皮带机（4）运输至气化炉（5）上部，经由气化炉（5）的进料系统进入气化炉（5）内，与来自气化炉（5）底部的气化剂发生气化反应，气化剂由送风机（15）送入炉内，并依靠进气调节阀（16）调节气化剂流量；气化反应完毕的固体高温炉渣，经由气化炉（5）的出料系统排出气化炉（5），并进入固体分离系统；固体分离系统由冷渣机（17）、对辊破碎机（18）和磁选机（19）组成，高温炉渣首先进入冷渣机（17）进行间接式换热，炉渣得到冷却，然后进入对辊破碎机（18），将包覆在炭黑中的钢丝剥离出来，最后炉渣进入磁选机（19），利用电磁场将炭黑和钢丝进行分离；气化炉（5）内由气化反应产生的可燃气经高温引风机（7）引出气化炉（5），进入燃气后处理系统；燃气后处理系统由旋风分离器（8）、填料塔（10）、冷凝器（11）、喷淋塔（12）、干式脱硫塔（13）、干燥塔（14）和气柜（24）组成；可燃气首先进入旋风分离器（8）除去大颗粒粉尘，然后进入填料塔（10）进一步除去微细粉尘，经过冷凝器（11）冷却后进入喷淋塔（12），除去气体中少量未分解的焦油液滴，然后可燃气进入干式脱硫塔（13）除去气体中的H₂S和SO₂，并经干燥塔（14）脱除气体中携带的水蒸汽后，成为洁净的可燃气；其中一小部分送回气化炉（5）内顶部的电弧式焦油分解器的阴极冷却通道（122），冷却电极阴极（106），其余可燃气经过气柜（24）稳定压力之后，送至可燃气用户使用；工艺过程中冷渣机（17）和冷凝器（11）为间接式换热器，其热量由冷却系统带走；冷却系统由循环水加压泵（20）、冷却塔（21）、回水泵（22）和油水分离器（23）组成；循环水加压泵（20）将循环水分别送至冷渣机（17）、冷凝器（11）及喷淋塔（12）；冷凝器（11）中收集到的焦油液滴及喷淋塔（12）收集的油水混合物一起送至油水分离器（23），将焦油和循环水分离，得到的焦油经过回油泵（9）送回气化炉（5）内进行二次分解，分离得到的循环水连同冷凝器（11）和冷渣机（17）换热后的水经由回水泵（22）送至冷却塔（21）进行冷却，以便循环使用；本发明所述废轮胎气化方法的具体操作步骤和工艺条件如下：废轮胎A经过切圈、切条和切块三道切割工序后，以尺寸约5cm×5cm的碎块形式被上料皮带机（4）运输至气化炉（5）上部，由进料活塞（110）送入气化炉（5）内；气化炉（5）内的气化温度在350℃~1000℃，压力为‑50Pa~‑200Pa的微负压，沿气化炉（5）高度逐渐降低的方向，根据气体温度范围不同可以划分为干燥区：温度为350℃~450℃、位于炉内料层上部，热解区和还原区：温度为450℃~650℃、位于炉内料层中上部，氧化区：温度为650℃~1000℃、位于炉内料层中下部，灰渣区：温度为50℃~650℃、位于炉内料层底部；轮胎碎块在气化炉内由高到低依次经过各个区域，与来自气化炉底外部送风机（15）鼓入的气化剂—空气逆向接触发生气化反应，生成可燃气及一部分焦油蒸汽，气体温度沿气化炉高度增加的方向先迅速增加然后又逐渐降低；气化剂的流量由进气调节阀（16）控制；上述经氧化区、热解区和还原区生成的可燃气，离开干燥区后，进入位于气化炉（5）顶内部的电弧式焦油分解器，将可燃气中的大分子链结构的焦油蒸汽，进一步分解成小分子链的烷烃和烯烃类的不凝可燃成分，然后经气化炉（5）顶部燃气出口（108）被高温引风机（7）引出气化炉（5）外，经过旋风分离器（8）除尘、填料塔（10）后进入冷凝器（11）降温至40℃~80℃，同时将一小部分未完全分解的焦油蒸汽冷凝收集，与可燃气分离；然后可燃气进入喷淋塔（12），进一步清洗除去其中携带的少量焦油液滴，随后进入含有氧化铁和熟石灰成分的干式脱硫塔（13），脱除气体中的H₂S和SO₂，最后经过干燥塔（14）干燥后，一部分气体D进入气柜（24）稳压后作为清洁的成品可燃气，送至最终燃气用户，另一部分气体E，送回至气化炉（5）顶的阴极保护套管（107），用于冷却电弧式焦油分解器；成品可燃气主要成分为CO、H₂、CO₂、N₂以及小分子烷类和烯烃类，其中CH₄、C₂H₂、C₂H₄等总体积比约为21%~26%，CO和H₂总体积比约为14%~22%，热值约为10~14MJ/Nm³；气化反应完毕的高温炉渣排出气化炉（5）之后，进入冷渣机（17）进行间接式换热，冷却至40℃~80℃，然后进入对辊破碎机（18），将包覆在炭黑中的钢丝剥离出来，最后炉渣进入磁选机（19），利用电磁场将炭黑和钢丝进行分离；从冷凝器（11）捕获的焦油和喷淋塔（12）收集的油水混合物送入油水分离器（23），将焦油和水进行分离，分离后的焦油被回油泵（9）送至回油管（109），进入气化炉（5）内，再次分解为小分子链不凝可燃气成分；分离后的水送至冷却塔（21）进行降温，冷却塔同时为冷凝器（11）和冷渣机（17）提供间接换热用的循环冷却水。