[发明专利]通过在热解反应器中热解从优选废轮胎形式的聚合物中回收碳和烃混合物的方法

说明书

本发明涉及通过在热解反应器中热解从优选废轮胎形式的聚合物中回收碳和烃混合物的方法。

近来，废车胎和其它橡胶材料成为主要的环境问题，部分是因为这些材料本身不能简单地生物降解，而需要极大的储存和倾卸面积，部分是因为这些材料在专用设备中燃烧生成对环境有害的物质如含硫的酸和有燃料味的其它气体。

由于构成轮胎的材料本身含有很大一部分对石油化学工业有价值的物质，所以找到回收这些有价值物质的有效方法倍受关注。轮胎主要由约35％在轮胎壁和耐磨表面中作为增强物的炭黑、约60％苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)和相当量的油、以及钢丝和/或玻璃纤维聚酯形式的帘布组成。所有这些物质都很有价值，而且由现有原料通过常规方法生产都很贵。可惜另一方面，构成轮胎材料并使轮胎具有要求性能的物质主要也是使轮胎的有效再利用更难的那些物质。

已知通过所谓热解法循环利用废轮胎，其中将废轮胎或废橡胶破碎成要求尺寸的碎片后引入大炉状反应器在无氧情况下气化，所述气化在450和600℃之间的温度下发生。所述热解法产生挥发性气体(称为裂解气)，除水蒸汽之外还含有一氧化碳、二氧化碳、烷烃、烯烃和一些其它的烃，可从该裂解气中回收油和气体。可由热解结束后留在反应器中的含碳固体残余生产炭黑和/或活性炭。由循环利用的轮胎生产的产品主要由20％油、25％气体、约15％钢和其它材料、以及约40％碳构成。

迄今该热解法仅在非常小的程度上用于循环利用轮胎和其它橡胶的原因之一在于设备本身需要很大的投资，与通过常规方法生产的同等产品的价格相比，在该设备中可由废轮胎获得的产品价格太低。尤其是可通过该热解法和后续的分离和精制步骤生产的各类石油产品更是如此。

从成本看，作为该热解法的残余物得到的碳或热解焦炭本身与通过常规方法生产的碳相当，特别是通过热解法得到的碳进一步精制成炭黑时。常通过分几步粉碎，尤其包括研磨和密度分离，进行精制。大量的炭黑在橡胶和塑料工业作为颜料和填料，通过上述方法生产时其价格易与通过常规方法生产的炭黑竞争。

使由所述热解法得到的裂解气的低挥发性组分冷凝，可得到所谓的裂解油，它与柴油或轻燃料油基本相似，区别在于硫和芳烃的含量较高。可通过例如过滤、通过冷凝将烃混合物分成不同的馏分，降低硫和其它杂质的高含量。油从裂解气中冷凝的温度随油的密度不同而不同，但原则上重油馏分在约350℃的温度下冷凝，中质油馏分在100和350℃之间的温度下冷凝，轻油馏分在100℃以下的温度冷凝。将已冷凝的油馏分引入专用收集罐中进一步储存，剩余的未冷凝热解气利于作为该循环设备的燃料。

如前面所述，某些热解产品很有价值，可作为原料进一步加工和精制。但实验表明热解过程中所述热解产品的性质在很大程度上取决于诸如温度、加热速度、在反应器内的停留时间和冷却速度等因素。因此希望能在热过程中非常仔细地控制这些参数。

如果热解后残留的焦炭要用作固体燃料，则通过筛分与钢和玻璃纤维残余物分离，然后储存。另一方面，要进一步精制成例如炭黑或活性炭的焦炭必须经过另一热解处理步骤，包括使温度升至800和900℃之间的温度以从所述焦炭中除去可能存在的任何挥发性烃，然后使温度降低，可能进行蒸汽处理。

根据通过热解法从废轮胎中回收炭黑和烃的已知技术，使用间接加热的反应器，通常使熔盐通过排列在反应器周围的通道或盘管。间接加热技术的缺点主要是对时刻测定的参数的响应时间太慢，不能令人满意地控制反应器中轮胎材料的裂解过程，也不能在反应的最后阶段迅速加热或冷却已通过热解处理的残余物或向其中加入蒸汽。此外，由于能耗，加热和使轮胎材料裂解所需能量通常比直接加热法所需能量高。

为实现废轮胎的直接加热，从而更好地操纵和控制热解过程，适合将生成的裂解气再循环，使所述气体加热后通过废轮胎，然后经过冷凝器冷凝成流体馏分。

US3 962 045描述了用于热解处理塑料和橡胶形式废品的设备，利用循环的加热裂解气加热所述废品，其中使循环裂解气通过反应区，使之横过经过反应区的连续废品流。经过反应区后，生产的部分裂解气回到冷凝装置冷凝成流体相，另一部分热解气转向换热器，再加热并返回所述反应区。利用螺旋进料机将热解过程中产生的焦炭从反应器下部送入收集装置。但由于所述废品连续地通过反应区，控制热解过程的可能性有限，生成的焦炭必须从贮存状态经过进一步的处理和热解处理步骤，即加热至800和900℃之间的温度，在该情况下将焦炭进一步精制以生产炭黑或活性炭。此外，由于生成的裂解气仅一部分通过所述冷凝装置，所以冷凝产品的生产率很低。