專利名稱：從廢橡膠回收可市場化產(chǎn)物的裝置和方法
技術領域：
本專利申請要求具有相同或相似標題的2000年9月29日提交的U.S.臨時申請No.60/236.519作為優(yōu)先權。
本發(fā)明一般涉及熱解具有高烴含量廢材料和從這些材料的熱解回收可市場化的最終產(chǎn)物的方法和設備。更特別地，本發(fā)明涉及熱解廢橡膠碎片和精煉熱解副產(chǎn)物以生產(chǎn)高質(zhì)量炭黑和增塑劑油的系統(tǒng)。
背景技術：
現(xiàn)代社會不斷地生產(chǎn)增加量的具有高烴含量的廢材料。某些廢材料源自一般通過要求含烴天然來源的工業(yè)工藝生產(chǎn)的商業(yè)產(chǎn)品，該含烴天然來源可能是可再生的(如森林產(chǎn)品)或不可再生的，如石油，油和煤。必須將它們傾倒為填埋垃圾，放入海洋，或以一些方式分解/破壞。然而，這些替代方案每種都有它自身的問題，后者方案的優(yōu)點在于從這樣分解/破壞得到的最終產(chǎn)物可具有進一步的商業(yè)價值，該商業(yè)價值可在經(jīng)濟上證明工藝的成本。非常需要發(fā)現(xiàn)一種方式，其中從這樣的廢材料有效回收有價值的材料以降低來自它們分解/破壞的環(huán)境污染物。
特別關注的廢材料是汽車輪胎的處理。僅在美國，每年廢棄大約3億5千萬條輪胎。將這些輪胎的大多數(shù)支解或切碎和在支解或切碎之后將碎片送到垃圾填埋場。在美國這樣的碎片構成固體廢物的約百分之二和約1億6千4百萬立方英尺每年的垃圾填埋空間。此外，由于這些碎片由烴材料組成和烴是能量的主要來源，燃燒的輪胎代表超過9千萬MMBTU每年的廢能。處理廢輪胎的替代方法是燃燒它們。在炭黑和產(chǎn)生的能量方面這并不回收約三分之一的經(jīng)濟價值。然而，此處理方法不是有效的，和它產(chǎn)生環(huán)境污染物。
令人遺憾地，由于采用不同類型的橡膠，來自廢輪胎的橡膠不能直接回收用于新輪胎的制造。廢輪胎橡膠的小部分，約15％可以回收為用于各種最終產(chǎn)物如席子和道路表面組合物的輪胎屑片。然而，此處理方法限制于可以處理的廢橡膠數(shù)量。由于屑片循環(huán)工藝要求的液氮數(shù)量，它也相對昂貴。
熱解提供一般含烴廢材料和特別是廢輪胎處理的極大期望。熱解提供處理大體積廢橡膠和回收可市場化最終產(chǎn)物的有效，成本有效方法。常規(guī)的廢橡膠熱解產(chǎn)生兩種最終產(chǎn)物。首先，它產(chǎn)生粗和不純等級的炭黑，該炭黑在再使用之前要求進一步的處理。雜質(zhì)一般是用于輪胎胎體的鋼，用于橡膠硫化的硫，一些鋅，和其它痕量材料。其次，廢橡膠熱解產(chǎn)生含有重質(zhì)烴級分和輕質(zhì)烴級分的熱解氣體。重質(zhì)烴級分，它從熱解氣體冷凝為液體，是合適用作潤滑油的低等級油。保留為蒸氣狀態(tài)的輕質(zhì)烴級分具有低價值和可典型地通過熱解工藝循環(huán)回作為燃燒器的燃料；它也可在某些特殊條件下銷售為燃料或簡單地送到火炬排入大氣。
輪胎碎片的熱解呈現(xiàn)幾種獨特的問題。首先，從熱解系統(tǒng)離開的熱解氣體包含夾帶的炭黑粒子，炭黑粒子難在在熱解氣體的冷凝成它的液體和蒸氣級分期間除去。其次，當將熱解氣體冷凝成它的液體和蒸氣級分時，難以獲得一致的冷凝物組合物。第三，由于炭黑具有對于氣體的高親合力，它經(jīng)常包含過量的熱解氣體，該熱解氣體被吸附同時仍然在熱解系統(tǒng)中，這在炭黑的進一步精煉中呈現(xiàn)問題。
可以看出烴回收系統(tǒng)的普通模型可考慮為由如下三個子系統(tǒng)組成熱解系統(tǒng)，氣體處理系統(tǒng)，和固體處理系統(tǒng)。熱解系統(tǒng)接收含烴材料和在氧氣不存在下，通過使用強烈的熱量，將材料破壞成含烴熱解氣體和固體。系統(tǒng)可包括用于處理輸入材料和將它送到熱解工藝組件的輸入組件，它也可包括用于向進一步精煉的其它系統(tǒng)以預處理形式提供熱解氣體和固體的脫除組件。氣體處理系統(tǒng)精煉熱解氣體的液體級分以生產(chǎn)可使用的最終產(chǎn)物。固體處理系統(tǒng)精煉由熱解系統(tǒng)提供的不純炭黑以依賴于應用，生產(chǎn)可使用形式的炭黑。根據(jù)此模型，應當注意在氣體/固體處理系統(tǒng)和熱解系統(tǒng)脫除組件之間的功能區(qū)分實際上非常依賴于在這兩個區(qū)域之間的功能分配。此功能分配也可依賴于組件的配置和它們在設備內(nèi)如何布置。
烴回收系統(tǒng)也可特征為連續(xù)系統(tǒng)，其中以更大或更小的連續(xù)速率，而不是以批次物提供輸入材料，和在連續(xù)速率下產(chǎn)生產(chǎn)物。希望工藝原料由一般描述為廢產(chǎn)物的相當均勻烴材料組成。這些原料的形式為從使用的汽車輪胎生產(chǎn)的廢橡膠，它們已經(jīng)切碎；具有高硫含量的煤或頁巖；或森林產(chǎn)物如樹皮、廢木材、葉子、樹枝等。理想地，烴回收系統(tǒng)以能量有效，成本有效的方式處理這樣的材料，該系統(tǒng)關于生產(chǎn)的可市場化材料和工藝副產(chǎn)物，如廢氣、熱解蒸氣、加熱的冷卻劑、除去的污染物等是環(huán)境安全的。這樣的系統(tǒng)會提供可市場化，可回收和經(jīng)濟的最終產(chǎn)物。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)迄今為止描述的模型，本發(fā)明提供用于形式為廢輪胎碎片的廢橡膠的烴回收系統(tǒng)，它包括廢橡膠熱解系統(tǒng)，炭黑精煉和精制系統(tǒng)和增塑劑油精制系統(tǒng)。廢橡膠熱解系統(tǒng)產(chǎn)生來自熱解氣體的選擇烴冷凝物和包含無機雜質(zhì)，但基本沒有吸附熱解氣體的粗炭黑。炭黑精煉和精制系統(tǒng)混煉和精制炭黑以生產(chǎn)低結(jié)構爐黑。此低結(jié)構爐黑比由常規(guī)熱解生產(chǎn)的低等級炭黑具有更大的市場價值和具有各種商業(yè)應用，例如，包括油墨和粘合劑的生產(chǎn)。增塑劑油精制和精煉系統(tǒng)產(chǎn)生透明，無色的油或“光亮油”，它可市場化為橡膠和塑料配混工藝用增塑劑和填充油。此增塑劑/填充油比由常規(guī)熱解方法生產(chǎn)的燃料級油具有相當更大的市場價值。
因此本發(fā)明的目的是提供用于熱解從輪胎碎片提供的廢橡膠的改進廢橡膠熱解系統(tǒng)。
本發(fā)明的進一步目的是提供改進的廢橡膠熱解系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供基本沒有夾帶炭黑粒子的熱解氣體。
本發(fā)明的進一步目的是從熱解氣體回收選擇的烴冷凝物級分的增塑劑油精制和精煉系統(tǒng)，該烴冷凝物級分用作增塑劑和溶劑。
本發(fā)明的進一步目的是提供改進的增塑劑油精制和精煉系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供沒有多環(huán)芳族物質(zhì)的環(huán)境安全增塑劑/填充油。
本發(fā)明的進一步目的是提供用于高等級炭黑生產(chǎn)的改進炭黑精制和精煉系統(tǒng)。
本發(fā)明的進一步目的是提供用于形式為軟粒料的高等級炭黑生產(chǎn)的改進炭黑精制和精煉系統(tǒng)。
從如下優(yōu)選實施方案的詳細描述可以更清楚地看出本發(fā)明的這些和其它目的。


當結(jié)合附圖閱讀時，更地理解以上的概述，以及本發(fā)明優(yōu)選實施方案的以下詳述。對于說明本發(fā)明的目的，在附圖中顯示目前優(yōu)選的實施方案。然而，應當理解本發(fā)明并不限于所示的精確布置和配置。在附圖中，自始至終相同的數(shù)字用于指示相同的組件。在附圖中圖1為顯示含有它的三個子系統(tǒng)和它們輸出的烴回收系統(tǒng)的通用模型的框圖。
圖2是廢橡膠熱解系統(tǒng)的框圖。
圖3是顯示它的組件和它們?nèi)绾蜗嗷プ饔玫膹U橡膠熱解系統(tǒng)實施方案的詳細框圖。
圖4是顯示它的組件和它們?nèi)绾蜗嗷プ饔玫脑鏊軇┯途坪途珶捪到y(tǒng)圖5是顯示它的組件和它們?nèi)绾蜗嗷プ饔玫奶亢诰坪途珶捪到y(tǒng)實施方案的詳細框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及從廢橡膠回收可市場化最終產(chǎn)物的廢橡膠回收系統(tǒng)。它由三個子系統(tǒng)組成。首先，它包括用于將輪胎碎片原料破壞成它的組分部分，即，由揮發(fā)性烴組成的熱解氣體和包含無機雜質(zhì)沒有吸附熱解氣體的粒狀炭黑的廢橡膠熱解系統(tǒng)。將熱解氣體提供而基本沒有夾帶的炭黑粒子和進一步破壞成選擇的烴冷凝物級分和蒸氣級分。其次，它包括炭黑精制和精煉系統(tǒng)，該系統(tǒng)進一步精煉和精制粒狀炭黑以生產(chǎn)用于油墨、橡膠產(chǎn)物等的高等級炭黑。第三，它包括增塑劑油精制和精煉系統(tǒng)，該系統(tǒng)進一步精煉和精制烴冷凝物以生產(chǎn)高等級增塑劑/填充油，或“光亮油”，從中已經(jīng)除去認為是環(huán)境有害的多環(huán)烴。
A.廢橡膠熱解系統(tǒng)通過將它破壞成主要組分部分，組分部分主要由含有無機污染物的粗炭黑和包括揮發(fā)性烴混合物的熱解氣體組成，此系統(tǒng)和方法處理原料，原料優(yōu)選由廢產(chǎn)物組成，具有高烴含量。當原料由廢輪胎碎片組成時，所需的最終產(chǎn)物由可商業(yè)市場化的炭黑和增塑劑油組成。
發(fā)現(xiàn)優(yōu)選使用密閉的穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)以實施熱解工藝，表示將在氧氣不存在下提供的已知組成的原材料測量，計量輸入輸入系統(tǒng)，對于恒定的停留時間在恒定的壓力條件下向材料施加恒定量的熱量，和在恒定速率下從系統(tǒng)除去最終材料，根據(jù)反應容器的體積選擇原材料的停留時間和輸入速率。這最好由如下方式完成將材料作為緩慢移動的床通過熱解容器，床的不同部分在總體熱解工藝的不同階段。不向系統(tǒng)中引入外來材料或最終產(chǎn)物，這是由于這會改變系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)組成。必須通過消除容器中的溫度梯度而保持在整個熱解容器中的均勻溫度。為建立穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)維持的必須開始條件，在引入輸入材料之前，將系統(tǒng)采用氮氣凈化和達到溫度。
熱解一般是在氧氣不存在下將烴材料破壞成它的組分部分，即碳形式物和具有寬范圍分子量的各種烴化合物。不同烴化合物的百分比分布依賴于生產(chǎn)它們的溫度，由于高溫傾向于導致具有低分子量烴化合物更大百分比的混合物和低溫傾向于導致具有高分子量烴化合物更大百分比的混合物。這部分是由于稱為“裂化”的工藝，其中高溫或用于分解或破裂長烴鏈成更短的鏈。應當認識到，如果熱解溫度足夠高，熱解溫度會直接影響從中獲得的獲得氣體/液體中烴的分布。
因此可以看出熱解溫度的明智選擇不僅僅導致給定原料的分解而且導致由于該原料熱解的獲得烴副產(chǎn)物的可預測分布。例如，如果原料由切碎的汽車輪胎組成，由于這樣的增塑劑油由烴產(chǎn)物的已知百分比混合物組成，則由制造商使用以提供輪胎它們的彈性體性能的增塑劑油可回收再使用。
迄今為止難以達到這些最終產(chǎn)物彼此的有效分離。當將原料引入在選擇熱解溫度下的熱解反應器中，它快速破壞成由揮發(fā)性烴組成的熱解氣體和包含無機雜質(zhì)的炭黑。由于公知的是碳對氣體有親合力(如例如由活性炭用于空氣過濾系統(tǒng)所證明)，熱解氣體傾向于由已知為吸附的工藝粘合到固體最終產(chǎn)物炭黑組分的表面上。當除去最終產(chǎn)物時，它因此由必須在隨后精煉工藝中除去的烴化合物污染。這樣的脫除是昂貴的，耗時的，和不必要地復雜碳精煉工藝。需要在含碳材料離開反應器之前盡可能多地除去表面烴化合物。
此外，也必須將熱解氣體作為最終產(chǎn)物從反應器除去。熱解氣體向出口的流動允許氣體拾取炭黑粒子，該炭黑粒子因此夾帶在離開的熱解氣體中。這些夾帶的粒子傾向于復雜化和干擾液體過濾設備的合適操作和需要過濾措施的更經(jīng)常更換。這樣炭黑粒子的脫除更容易進行而熱解氣體仍然比處于液態(tài)更多地處于氣態(tài)。夾帶粒子的存在因此可不必要地復雜化熱解氣體的精煉。可以通過如下方式降低這些夾帶粒子的數(shù)量通過降低或消除被熱解材料移動床的攪拌；通過降低離開熱解氣體的速度；或通過粒子的脫除而熱解氣體為氣態(tài)。優(yōu)選，使用所有這三種方法。
由本發(fā)明采用的熱解工藝使得工程師能夠可靠地預測獲得最終產(chǎn)物的數(shù)量和組成。作為增加的益處，炭黑最終產(chǎn)物在炭黑粒子表面包含較少或不包含烴殘余物，因此簡化了炭黑的隨后精煉工藝?？梢匀菀椎鼐珶掃@樣的炭黑最終產(chǎn)物以生產(chǎn)直接用于汽車輪胎和其它橡膠產(chǎn)品具有足夠質(zhì)量的炭黑。采用不同的精煉方法，可以將此最終產(chǎn)物進一步精制和加工以生產(chǎn)用于采用靜電工藝的復印機和打印機的色淀黑。由廢橡膠熱解系統(tǒng)生產(chǎn)的最終產(chǎn)物的質(zhì)量和組成必須一致以設計有效的工業(yè)工藝以有效精制和精煉這些最終產(chǎn)物。
為達到所需的可預測性程度，在其中熱解原料的熱解容器內(nèi)溫度必須恒定及可允許變化為±0.1％。另外，整個熱解工藝必須達到穩(wěn)態(tài)條件，它表示如下情況a.在恒定進料速率下輸入原料；b.所有材料必須在移動床中在恒定，受控速率下通過熱解容器，使得床層的所有部分曝露于恒定溫度下相同量的時間；c.在恒定速率下從熱解容器除去最終產(chǎn)物；和d.不將最終產(chǎn)物再引入熱解容器用于進一步加工。
兩種最終產(chǎn)物，烴氣體和炭黑，必須盡可能完全地在熱解容器中分離，即，炭黑在從廢橡膠熱解系統(tǒng)離開時必須含有較少或不含有粘合到它粒子表面上的烴。
由本發(fā)明實現(xiàn)的這些特征表示相對于現(xiàn)有技術的令人驚奇和非顯而易見的結(jié)果，現(xiàn)有技術迄今為止強調(diào)使用具有不同溫度的多個加熱區(qū)或特殊的燃燒器構型以達到在移動床長度上溫度的逐漸增加/降低。也必須認識到在現(xiàn)有技術中描述的熱解工藝實際上由兩個單獨和不同的步驟組成(1)烴原料變成它的兩種最終產(chǎn)物，包含無機污染物的炭黑和包括揮發(fā)性烴的熱解氣體的真實熱解；和(2)這兩種最終產(chǎn)物彼此的完全分離以簡化每種最終產(chǎn)物的隨后精煉和精制。
現(xiàn)有技術教導，明顯地或暗示地，熱解工藝在反應器中材料的整個停留時間期間進行和僅當熱解完成時除去最終的含碳固體?，F(xiàn)有技術也教導，明顯地或暗示地，必須攪拌移動床以充分曝露原料和促進更完全的熱解。真實上，熱解非?？焖俚卦诔跏紩r間(熱解時間)期間發(fā)生，在此期間原料破壞成包含無機雜質(zhì)的不純，粒狀炭黑材料和在氣相的揮發(fā)性烴。然而，炭黑對烴具有強的親合力，和在熱解容器中顯著量的烴由炭黑吸附。在一定時間內(nèi)，必須解吸些吸附的烴以改進最終炭黑產(chǎn)物的質(zhì)量(即解吸時間)。在現(xiàn)有技術中還沒有識別在熱解時間和解吸時間之間的區(qū)分。吸附的烴由炭黑在具有恒定溫度的穩(wěn)態(tài)環(huán)境中的足夠停留時間釋放。此外，炭黑粒子由炭黑的攪拌被夾帶在烴氣體中。這樣夾帶的炭黑粒子必須在以后的工藝中在烴氣體的有效精煉可發(fā)生之前除去。由于對于足夠持續(xù)時間的解吸時間會發(fā)生幾乎完全的解吸，需要讓炭黑在它的停留時間期間不受干擾。作為妥協(xié)，要求系統(tǒng)溫和地移動床層通過反應區(qū)而沒有在炭黑的攪拌下，使得降低烴氣體中夾帶的粒子而同時允許炭黑解吸它的吸附烴氣體組分。
此重要的事實，即停留時間變成熱解時間和解吸時間的分叉，以用在此顯然的其它特征和創(chuàng)新，用于本發(fā)明改進和有效的熱解方法和裝置。通過保留固體在反應器在高溫下足夠的時間，穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)允許烴化合物在從移動床中的炭黑解吸。同樣，通過溫和地移動原料床層通過反應器而同時降低反應器中熱解氣體的速度以不擾亂移動床的表面，將離開熱解氣體中夾帶的固體材料數(shù)量降低到小的數(shù)量。
現(xiàn)在更詳細參考附圖，圖2表示廢橡膠熱解系統(tǒng)10的框圖，輸入機構11，處理機構12，和脫除機構13。輸入機構11的功能是在受控速率下在從中排除氧氣的條件下輸送廢橡膠5到處理機構。處理機構12用于進行廢橡膠5的破壞蒸餾和因此將它分解成固體和氣體。處理機構12是僅含有一個輸入，即由輸入機構提供的廢橡膠5，和一個輸出，即熱解和解吸工藝的最終產(chǎn)物的穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。脫除機構13用于從處理機構的最終產(chǎn)物除去總污染物以生產(chǎn)氣體，烴冷凝物，和粗炭黑。依賴于所需的最終產(chǎn)物，這些輸出的形式允許它們由其它系統(tǒng)以有效和成本有效的方式進一步精煉。
現(xiàn)在更詳細參考附圖，圖3表示本發(fā)明廢橡膠熱解系統(tǒng)組件的簡要流程圖。根據(jù)圖，材料通過系統(tǒng)的流動一般是從左到右和從系統(tǒng)的輸出在右邊給出。
以輪胎胎體的形式向系統(tǒng)提供廢橡膠5，這些廢橡膠由切碎機20切碎，或粉碎，該切碎機將廢橡膠材料切碎成用于熱解的合適尺寸的片段。在此使用的術語“切碎機”表示各種尺寸降低設備的任何設備，它們產(chǎn)生任何形狀的片段片。相似地，術語“碎片”表示可由廢橡膠熱解系統(tǒng)接受的片段的任何尺寸或形狀。優(yōu)選，主要尺寸為約2英寸的碎片是優(yōu)選的。過大尺寸的碎片可非必要地除去和加回到切碎機20以增強碎片尺寸的均勻性。對于本發(fā)明的目的，碎片可以不在現(xiàn)場生產(chǎn)和輸送到系統(tǒng)位置或碎片可以現(xiàn)場生產(chǎn)。
通過稱重帶式輸送機21將碎片引入系統(tǒng)中，輸送機控制輸送碎片的速率。稱重帶式輸送機的速度響應于放置在其上的碎片重以保持碎片本體的恒定流動。可以采用料斗(未示出)由重力將碎片加入到稱重帶式輸送機21以進一步促進流動的均勻性。輸送機23在它它的輸入端25接收來自稱重帶式輸送機21的碎片和在它的輸出端26輸送它們到脫氧器30的輸入端27。如圖3所示，輸送機30形式為由電機28驅(qū)動的螺旋運輸機。當水平地板空間非常珍貴時，使用斗式運輸機或刮板輸送機代替螺旋運輸機以將碎片從稱重帶式輸送機21垂直輸送到脫氧器30的輸入端27。可以采用在輸入端27的料斗(未示出)以促進向脫氧器30的進入。
脫氧器30在它的輸送端27接收碎片。設計它由將碎片通過多個垂直布置的加熱的，非干擾空氣鎖氣室35，36，和37使得裝置形成重力填充的進料塔，而從碎片除去氧氣。鎖氣室35，36，和37由片門或滑動門分隔，滑動門以順序方式開啟和關閉以采用有效排除氧氣的方式輸送碎片到脫氧器30的輸出端31。將一定數(shù)量的氮氣注入中間鎖氣室36中的材料中以置換更輕分子量的氧氣。在正壓下注入氮氣以保證沒有氧氣通過脫氧器30中不完全的密封泄漏。
廢橡膠處理系統(tǒng)的主要部分是用于熱解和解吸的處理機構。將廢橡膠碎片由熱解，或破壞蒸餾的工藝分解成熱解氣體和粗炭黑最終產(chǎn)物。熱解氣體由輕和重烴揮發(fā)物兩者組成。輕揮發(fā)物可以作為熱解系統(tǒng)的燃料循環(huán)，在某些專門應用中市場化為燃料級氣體，或送到火炬排入大氣，而將重揮發(fā)物從熱解氣體冷凝為用于市場化的有用產(chǎn)物，如高等級增塑劑油。粗炭黑僅包含無機雜質(zhì)如玻璃纖維纖維和金屬片段，以及少量硫和鋅化合物，所有有機雜質(zhì)如尼龍或聚酯由熱解工藝分解。
熱解容器40由內(nèi)熱解腔43組成。內(nèi)熱解腔由伸長容器45確定。伸長容器45是由具有高傳熱系數(shù)的不銹鋼組成的圓筒形容器和設計以承受高溫較長的時間。優(yōu)選是包含高百分比鉻和鉬的合金。脫氧器30的輸出端31通過導管41與內(nèi)熱解腔43直接連通。
軸向安裝在伸長容器45內(nèi)的螺桿輸送機包括軸47，軸支撐在其上以斷螺旋圖案布置的附件48。附件可以是釘子、漿、葉片，或具有相似設計的一些其它伸長器件。軸47在密封軸承(未示出)上旋轉(zhuǎn)，軸承防止外部空氣進入容器。如圖所示，電機50提供軸47的旋轉(zhuǎn)運動，然而，可以使用提供旋轉(zhuǎn)運動的其它機構而不背離本發(fā)明的意圖，如鏈傳動器等。由電機50提供的旋轉(zhuǎn)速率控制移動床在伸長容器45中的停留時間。此螺桿輸送機的目的是當軸47旋轉(zhuǎn)時，將材料床層從伸長容器47的輸入端44移動到輸出端47。另外，附件48溫和地攪拌床層以將床層的所有部分曝露于熱解腔43中的內(nèi)部氣氛以促進熱解氣體從床層中固體的解吸和防止熱點。必須仔細以防止在熱解腔中過量粒子由床層的太多移動而夾帶在熱解氣體中。不要求攪拌或攪拌不是必須的但，實際上，攪拌用于允許更短的熱解容器和降低移動床通過伸長容器45要求的時間。
在內(nèi)熱解腔51中發(fā)生的熱解反應的熱量由發(fā)生在加熱腔51中的燃燒提供，加熱腔由耐火襯里的爐箱52確定，爐箱圍繞伸長容器45。爐箱52裝配有多個燃燒器55，燃燒器燃燒加熱腔51中的燃料氣體。通過最小化內(nèi)熱解腔43中的溫度梯度，設計燃燒器55以提供伸長容器45整個長度中的恒定溫度。環(huán)境考慮指示最小化或消除NOX放出物的數(shù)量。為消除這樣的NOX放出物，通過風機56向燃燒器提供過多空氣。由于速度考慮，提供到燃燒器55的燃料也通過風機57提供。調(diào)節(jié)燃料/空氣混合物使得氧氣對火焰的增加供應冷卻它的溫度到小于2000°F，在該溫度以下不形成NOX。獲得的廢氣因此沒有NOX和可以如由煙霧釋放到周圍的大氣中。這些廢氣并不適用于工藝的其它部分。由于過量的氧氣可引起熱固體點燃，廢氣的高氧氣含量使得它們不適于系統(tǒng)其它部分中加壓的目。熱電偶控制機械(未示出)用于根據(jù)熱解腔43的內(nèi)部溫度自動調(diào)節(jié)燃燒器。發(fā)現(xiàn)熱電偶控制機械相對于測量溫度的較老紅外機構具有許多優(yōu)點。首先，熱電偶提供比紅外機構提供更精確的溫度讀數(shù)。其次，它不在熱解容器45的壁中要求觀察口。第三，它容易集成到用于系統(tǒng)功能自動監(jiān)測的現(xiàn)代數(shù)字控制系統(tǒng)中。
來自碎片熱解的粗炭黑在熱解容器45的輸出端49收集。炭黑輸出口60位于熱解容器45的底部在它的輸出端49以接收粗炭黑為重力填充的塔。旋轉(zhuǎn)閥，也稱為“星形閥”用作鎖氣室和粗炭黑脫除調(diào)節(jié)器兩者。在自動控制系統(tǒng)的控制下，可以控制旋轉(zhuǎn)閥62的旋轉(zhuǎn)速率以將恒定的炭黑流輸送出熱解容器。堰61圍繞炭黑輸出口60的上端以進一步控制落入其中的粗炭黑數(shù)量。
離開熱解容器45的粗炭黑由炭黑的變化尺寸結(jié)塊，玻璃纖維條，和其它無機污染物組成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在從熱解容器離開時立即粉碎這些結(jié)塊，而不是以后在工藝中在冷卻之后進行，具有許多益處。首先，可以將結(jié)塊尺寸降低成相對均勻的粒子。這使得精制工藝中的其它設備操作更有效而沒有經(jīng)常的清潔或干擾。其次，防止分裂已經(jīng)附聚的玻璃纖維條(“鳥巢”)成小片，已知這樣的鳥巢引起螺旋運輸機束縛。第三，粉碎增加總本體的表面積以促進更快速的冷卻和破碎可能機械連接到炭黑上的任何總污染物。錘磨機63含有通過旋轉(zhuǎn)閥62與炭黑輸出口60連通的入口64。錘磨機63用作篩析機構以破碎粗炭黑流中的任何大片和降低物流到更小，更均勻的粒度。因此將玻璃纖維的所有無機條，鋼，和其它金屬破碎成更小的片，使得消除產(chǎn)生玻璃纖維纖維“鳥巢”的問題。此結(jié)果具有不可預料的設計優(yōu)點在于由于不考慮鳥巢的問題，可以更簡單和有效地設計隨后的設備。
錘磨機63的輸出65與炭黑輸送機/冷卻器67的輸入66直接連通。輸送機/冷卻器67可以是螺旋或螺桿輸送機和優(yōu)選由包含傳熱流體如水或防凍劑的冷卻夾套包圍，當它通過其中輸送時傳熱流體可以冷卻熱炭黑。輸送機/冷卻器67降低來自熱解的炭黑的溫度到約200°F。然后將冷卻的炭黑通過導管傳導到炭黑篩分組合體68以從冷卻炭黑除去過大尺寸和含鐵污染物。篩分組合物68包括篩分設備70，該設備從炭黑分離和除去過大尺寸的片段和總污染物，如玻璃纖維長絲和更大的含鐵材料。磁力分離器69分離和除去任何含鐵污染物如保留的金屬粒子。它是轉(zhuǎn)筒類型，如通常由公司如Eriz Magnetics，Erie，Pensylvania銷售的Grizzley EREIZ機械分離器。應當注意其中將篩分設備70和磁力分離器69應用于炭黑的順序是無形的和可以為相反的順序而不背離本發(fā)明的精神。同樣，可以使用其它機械如尺寸計量設備等代替篩分設備70而不背離本發(fā)明的精神。
通過位于鄰近導管41的熱解容器45輸入端44的熱解氣體輸出導管42，從腔除去在熱解腔43中產(chǎn)生的熱解氣體。已知離開的熱解氣體包含由炭黑粒子組成的粒狀物質(zhì)。由于在將它的烴分離成輕級分和重級分之前從熱解氣體脫除粒子比在分離之后從冷凝的，重烴組分脫除粒子更經(jīng)濟，需要在精制之前從熱解氣體降低夾帶粒子的數(shù)量。包含炭黑粒子的烴冷凝物形成淤泥，淤泥集合在設備內(nèi)部和必須艱苦除去。可以初始防止氣體拾取粒子或一旦它們被夾帶時除去粒子，完成夾帶粒子從氣體的降低。為此目的，使用三種方法以降低離開熱解氣體中夾帶固體的密度(1)當它在容器中時，移動床的最小攪拌，(2)當它離開容器時氣體速度的降低，和(3)在熱解氣體級分冷凝為液體之前所有可能粒子的物理脫除。
通過保持軸47的旋轉(zhuǎn)速度盡可能低而在本發(fā)明中實施第一種方法。通過將導管42的直徑尺寸化盡實際可能地大以降低離開氣體的速度而實施第二種方法。公知的物理原則是移動床的速度關于它的導管直徑指數(shù)增加。此外，當它流過輕材料表面時，移動氣體拾取，或夾帶的輕材料數(shù)量直接與它的速度成比例。因此，依賴于熱解容器40的尺寸，可以通過導管42的直徑盡實際可能地大而降低離開熱解氣體的速度。
熱解腔43通過導管42與離心分離機構75的入口71直接連通。離心分離機構75從離開的熱解氣體除去夾帶的炭黑粒子。以上方式除去這樣夾帶粒子的優(yōu)點是(1)在冷凝熱解氣體之前除去粒子和因此消除了在精制工藝下游組件中的淤泥問題，(2)過濾或裝填材料是不必須的，因此不需要替換或清潔過濾材料；和(3)由于熱解氣體的溫度高于存在的任何揮發(fā)性烴沸點，在設備自身中沒有淤泥或焦油積累。此方法已經(jīng)顯示從熱解氣體除去至多98％的夾帶粒子。
在本發(fā)明中用作離心分離機構75的設備是旋風分離器。盡管在其它技術領域是公知的，相信它在此應用中的使用迄今為止還沒有認定和表示對從熱解氣體分離夾帶粒子問題的新和新穎方案。旋風分離器構造為反轉(zhuǎn)的，截短錐體及大直徑端向上導向和小直徑端向下導向。熱解氣體通過輸入口71切向進入頂部，或大直徑端和帶有夾帶粒子的氣體沿錐內(nèi)部圓周導向。此方向的變化改變了夾帶粒子的速度。當它們在內(nèi)部環(huán)繞時，速度的此變化允許重力將粒子拉低直到最終它們損失足夠的能量以通過在分離器小直徑端的底部口73下落。在旋風分離器75的頂部從端口72除去輕熱解氣體。螺旋鉆74以確定的方式除去粒子以保證沒有積累或干擾，和將它們返回到脫氧器30的最后鎖氣室37，其中它們與進入的碎片合并。通過熱解氣體中的夾帶，離開系統(tǒng)的粒子數(shù)量等于進入系統(tǒng)的粒子數(shù)量，這樣保持熱解容器的穩(wěn)態(tài)條件。
將來自旋風分離器75輸出口72的熱解氣體導向到油/氣體分離器組合體，它們將熱解氣體分離成為液體，或油的重烴組分，和輕烴組分，它們保留在氣態(tài)和包含烴如甲烷，丙烷，丁烷等。在初始分離之后，將輕烴組分加入到次級分離器以除去以夾帶液滴形式保留的任何重烴。油/氣體分離器組合體包括冷凝器80，次級分離器90，和氣體保持罐95。
冷凝器80配置為含有擋板89的立式圓筒體，擋板布置在內(nèi)部86和支撐內(nèi)冷卻管(未示出)。將加熱的熱解氣體通過氣體入口81在冷凝器80的頂部提供，其中當它冷卻時通過內(nèi)部86向下流動。熱解氣體的級分冷凝以在冷凝器80的下端形成烴冷凝物的儲槽84。在冷凝器80底部提供液體出口85以排出冷凝液，在冷凝器下端提供氣體出口83以除去輕氣態(tài)烴級分。將儲槽84的液位保持與出口83大致一樣。冷卻夾套82包含外部盤管，它與冷凝器80內(nèi)部和非必要地與擋板89和內(nèi)部管換熱。將傳熱流體通過冷卻夾套由泵87泵送。傳熱流體通過冷卻夾套82和內(nèi)部冷卻管循環(huán)以從熱解氣體除去熱量，和然后返回到其中冷卻它們的冷凍單元88。通過控制泵87循環(huán)流體的速率，而控制從進入的熱解氣體傳遞到傳熱流體的傳熱量。
通過端口72將離開旋風分離器75的熱熱解氣體導向到冷凝器80的入口81。當它向下流動時，它損失熱量和具有高沸點的重烴開始冷凝和落入冷凝物儲槽84。氣體繼續(xù)損失熱量直到它達到冷凝器80的底端，其中冷卻的傳熱流體在根據(jù)烴冷凝物要求組成的選擇溫度下進入冷卻夾套82。冷卻的傳熱流體與進入的熱解氣體逆向流動。以此方式，在要求的溫度下保持在冷凝物和蒸氣之間的平衡和將烴冷凝物的組成保持一致。通過當溫度升高時增加和當溫度下降時降低，傳熱流體流動的速率保持在儲槽84表面附近液體/氣體的溫度，然而，將進入傳熱流體的溫度保持在恒定值。通過精確控制傳熱流體流動速率和溫度，相信從熱解氣體冷凝重烴冷凝物的此方法在此技術領域是新和獨特的。
在用于運輸?shù)絼e處或在增塑劑油精制和精煉系統(tǒng)中進一步處理的準備中，將在儲槽84中收集的烴冷凝物通過液體輸出口85除去和轉(zhuǎn)移到液體保持罐105(圖4)。在流過儲槽84的表面和夾帶重烴冷凝物的液滴之后，從冷凝器80通過輸出口83除去輕氣態(tài)烴組分。為除去此夾帶的冷凝物，將離開的氣態(tài)烴級分導向到次級分離器90。
次級分離器90構造為在底端含有氣體入口91和在頂端含有氣體出口95的立式圓筒體。次級分離器90的底端形成在它的最低限度處含有液體出口92的儲槽93，用于收集烴冷凝物。當它進入氣體入口91和沿及通過擋板94向上流動以通過氣體出口95度開時，在輕烴級人通道中布置擋板94。擋板94構造為穿孔板，輕烴級分通過它。夾帶的液滴太大而不能通過孔和因此從輕烴級分除去，其中它們落入在次級分離器90底部的儲槽92中。在用于運輸?shù)絼e處或在增塑劑油精制和精煉系統(tǒng)中進一步處理的準備中，將在儲槽93中收集的烴冷凝物通過液體輸出口92除去和轉(zhuǎn)移到液體保持罐105(圖4)。
將由低沸點烴組成的剩余烴從氣體排出口95取出和送到氣體保持罐96。將它累積用于所示的發(fā)動機型發(fā)電機97，循環(huán)到燃燒器55，或在某些專門狀況下銷售為高BTU燃料氣體，或送火炬排入大氣。
B.增塑劑油精制或精煉系統(tǒng)現(xiàn)在參考圖4，現(xiàn)在描述本發(fā)明的增塑劑油精制或精煉系統(tǒng)。盡管如果它們具有相同的通用性能，可以輸入來自任何系統(tǒng)的烴液體，已知由廢橡膠熱解系統(tǒng)產(chǎn)生的烴冷凝物具有對于系統(tǒng)輸入的性能。將要處理的烴冷凝物通過導管102轉(zhuǎn)移和貯存在液體保持罐105要待處理。液體保持罐105可接收來自可以在相同裝置內(nèi)幾個廢橡膠熱解系統(tǒng)或在相同或不同裝置中這樣熱解系統(tǒng)任何結(jié)合的烴冷凝物。在生產(chǎn)中暫時停產(chǎn)的情況下，此罐也用作緩沖罐。
將烴冷凝物通過導管110轉(zhuǎn)移到混合容器120。此混合容器適于在允許助濾劑130吸引冷凝物中污染物的條件下混合烴冷凝物與助濾劑130?；旌先萜餮b配有螺旋漿類型攪拌器設備，然而，用于攪拌的任何合適機構是可接受的。對于助濾劑130向混合容器120中的自動，調(diào)節(jié)進料，助濾劑進料系統(tǒng)125用于保持助濾劑130和稱重和在選擇速率下如通過重力分配助濾劑130到混合容器120。希望從冷凝物由助濾劑除去的污染物包括任何懸浮的炭黑粒子，它們可保留在混合物中，用于此目的優(yōu)選助濾劑是硅藻土(diatomaceous earth)，和最優(yōu)選硅藻土(kieselguhr)。懸浮粒子和助濾劑形成聚集體，聚集體在溶液中保留為固體。
一旦助濾劑和污染物已經(jīng)形成聚集體，將包含聚集體的烴冷凝物由泵(未示出)通過導管輸送到助濾劑脫除組合體135用于聚集體的脫除。用于此目的的優(yōu)選設備是轉(zhuǎn)鼓真空過濾器，它包括過濾器，真空泵和冷凝器。真空泵將烴冷凝物拉入設備內(nèi)部，因此通過圓筒形旋轉(zhuǎn)過濾器介質(zhì)過濾助濾劑濾。位于收集容器以上的刮除葉片從轉(zhuǎn)筒的外部刮除聚集體，或濾餅，其中它落入用于以后脫除的收集容器。可以在市政固體廢物垃圾填埋場中處理濾餅。
在用于多環(huán)芳族物質(zhì)脫除的準備中，過濾的烴冷凝物通過導管137進入換熱器140，其中將它加熱。換熱器140具有標準的殼和管結(jié)構。它在入口142接收相對冷的烴冷凝物，使得它通過換熱器140和通過出口144離開。在冷卻劑入口146接收來自炭黑輸送機/冷卻器67的溫度為300°F-400°F的傳熱流體，其中它通過盤管以加熱進入的烴冷凝物，和然后返回到炭黑輸送機/冷卻器67。將烴冷凝物加熱到其中重烴幾乎蒸發(fā)的點，輕烴已經(jīng)在換熱器中蒸發(fā)。此工藝降低油的粘度和促進更好的過濾。
將加熱的多環(huán)烴冷凝物由泵149通過導管170泵送到多環(huán)芳族物質(zhì)脫除組合體180，該組合物包括多個碳過濾罐175，每個包含活性炭；用于加熱的增塑劑油最終產(chǎn)物的出口185，和用于檢測在碳過濾罐175入口側(cè)和出口側(cè)壓差的檢測機構。多環(huán)芳族物質(zhì)脫除組合體180從加熱的烴冷凝物除去膠體污染物，顏色體，和多環(huán)芳族物質(zhì)。優(yōu)選是活性炭過濾器。在大多數(shù)情況下，碳過濾罐會包括雙罐系統(tǒng)，其中罐在備用模式和過濾模式之間交替使得可以保持連續(xù)過濾。由泵149在壓力下通過罐泵送加熱的烴冷凝物。檢測機構監(jiān)測活性炭過濾罐上的壓差，當壓力超過臨界值時指示罐已經(jīng)達到它的能力，產(chǎn)生信號以自動切換到未使用的罐或設定用于維護人員的報警以進行切換操作。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)加熱的烴冷凝物具有低粘度，它促進通過活性炭罐的更好流動。多環(huán)芳族物質(zhì)也是已知的致癌劑，和它們由多環(huán)芳族物質(zhì)脫除組合體180的脫除使得系統(tǒng)可以滿足對于危險物質(zhì)釋放和處理的政府規(guī)范。最后，多環(huán)芳族物質(zhì)是烴冷凝物中顏色的來源，使得它們的脫除也導致透明，無色的增塑劑油，它們具有高市場價值。將離開出口185的熱增塑劑油送到最終的冷卻器或冷凝器(未示出)以冷卻最終產(chǎn)物到其中它們可以安全處理的點。
可以將離開最終冷卻器的透明無色增塑劑油泵送到貯存設備中，從中可以將它泵送入用于銷售的罐車或筒中。注意到增塑劑油是具有適度閃點的溶劑，因此，精制油應當貯存在與廢橡膠熱解系統(tǒng)分離和除去的設備中。
由此系統(tǒng)生產(chǎn)的精制增塑劑/填充油有利地與由其它常規(guī)熱解系統(tǒng)生產(chǎn)的那些比較。精制油具有更低的粘度。消除懸浮固體和實際上除去所有的顏色，產(chǎn)生特征為水白色和透明度的油。此“光亮油”具有基本大于燃料油的市場價值。表1列出由本發(fā)明生產(chǎn)的增塑劑油的一套測量特性。增塑劑油滿足American Society for Testing Materials的ASTM 104A的規(guī)定，即由最大20％芳族物質(zhì)，小于20％鏈烷烴含量，和剩余環(huán)烷烴組成。
表1

C.炭黑精制和精煉系統(tǒng)炭黑精制和精煉系統(tǒng)精制和精煉包含無機污染物由廢橡膠熱解系統(tǒng)提供的粗粒狀炭黑。具有一般相似于由本發(fā)明產(chǎn)生的那些特性的任何粗炭黑產(chǎn)物也可由系統(tǒng)接收。獲得的最終產(chǎn)物是結(jié)構相似于等級N326低結(jié)構爐黑的炭黑。這樣的爐黑適用于油墨和粘合劑，模塑橡膠和塑料配制劑，油漆和其它涂料。此系統(tǒng)的優(yōu)選實施方案簡要示于圖5，現(xiàn)在描述該實施方案。
將由本發(fā)明廢橡膠熱解系統(tǒng)提供的粗炭黑從中通過輸送機210轉(zhuǎn)移，輸送機輸送粗炭黑到密閉的炭黑保持罐215。應當注意到保持罐215可接收來自多個廢橡膠熱解系統(tǒng)的粗炭黑物流，這些系統(tǒng)可位于相同的位置或不同的位置。此外，保持罐215用作緩沖罐以允許任一系統(tǒng)的暫時停產(chǎn)。
從保持罐210，對于恒定的連續(xù)輸送由旋轉(zhuǎn)閥220將炭黑計量到碾磨230的入口232。選擇此碾磨以接收粒狀物質(zhì)和降低其中炭黑粒子的尺寸到選擇的平均尺寸。例如，由廢橡膠熱解系統(tǒng)產(chǎn)生的粒狀炭黑的聚集體的平均尺寸可以是約60-80目(約0.007-0.010英寸)。選擇碾磨以降低平均聚集體尺寸到小于約325目(約0.001英寸)?？諝鈩恿Φ牧黧w能量氣流粉碎機組合體優(yōu)選作為能夠產(chǎn)生非常細粉末的氣流粉碎機，和通過入口231接收空氣。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)優(yōu)選是含有露點為-50°F或更低的干燥空氣的100psi空氣流。這是由于如下事實炭黑粉末在水分存在下具有強烈的附聚傾向和干燥空氣的使用防止以后在系統(tǒng)中的附聚問題。優(yōu)選是空氣動力的流體能量氣流粉碎機。合適的氣流粉碎機是由The Jet PulverizerCompany(Moorestown，New Jersey)JET PULVERIZER牌。
一旦粉碎，炭黑粉末可以有效地由氣流輸送系統(tǒng)處理，該系統(tǒng)在離散部分，即在隨后處理組件之間的芯塊中移動炭黑粉末。通過使用來自通常來源的壓縮空氣完成在組件之間芯塊的移動。采用的輸送機可以最好描述為三階段，濃相輸送機系統(tǒng)，如由幾個公司，如Dynamic AirConveyingSystems，St.Paul，Minnesota生產(chǎn)。用于描述炭黑精制和精煉系統(tǒng)的剩余部分的三個輸送機階段如下(1)階段一-在氣流粉碎機230和旋轉(zhuǎn)篩分設備250之間的輸送機(2)階段二-在旋轉(zhuǎn)篩分設備250和造粒機260之間的輸送機；和(3)階段三-在造粒機260和炭黑貯存罐270之間的輸送機。
階段一輸送機242從氣流粉碎機230的出口233輸送混煉的炭黑粉末到最終篩分組合體，該組合體包括適于除去過大尺寸粒狀污染物，如玻璃纖維和二氧化硅的篩分設備，和用于除去任何剩余含鐵粒子的磁力分離器258。優(yōu)選的旋轉(zhuǎn)篩分設備是旋轉(zhuǎn)篩分設備，如由Kason Corporation生產(chǎn)的改進以采用325目的Centri-篩粉機?；鞜挼奶亢诜勰┻M入旋轉(zhuǎn)篩分設備250的入口252。允許在旋轉(zhuǎn)篩分設備內(nèi)部254中作為更細炭黑粉末捕集的過大尺寸粒狀污染物通過325目篩達到外部256。這些過大尺寸的粒狀污染物，可以在任何固體廢物非危險垃圾填埋場處理。也處理混煉的炭黑粉末用于脫除細含鐵粒子，它們不在熱解系統(tǒng)中的總篩分組合體中除去。磁力分離器258用作除去保留的任何含鐵粒子如鐵、鎳和鈷粒子的最后嘗試。各種可靠的磁力分離器可購得和一般配置為在炭黑流任一側(cè)上的一對陶瓷板。由磁力分離器除去的含鐵粒子容易地在規(guī)則基礎上，即每日收集和拋棄。其中因此由旋轉(zhuǎn)篩分設備250和磁力分離器258精制炭黑粉末的順序不是相關的和可以采用相反的順序而不背離本發(fā)明的精神。
階段二輸送機244將篩分和混煉的炭黑粉末從磁力分離器258輸送到造粒機260，造粒機包括密閉的保持罐和用于形成炭黑沒有粘合劑的壓縮粒料，即“軟粒料”的造粒設備。造粒步驟降低在運輸中的粉塵問題但是整個工藝的非必要部分?？梢允褂霉I(yè)已知的任何標準設備，優(yōu)選是由FecoInternational或Ferro-Tech制造的類型設備。
階段三輸送機246然后將炭黑軟粒料從造粒機260輸送到密閉的炭黑保持罐270?？梢园ǚQ重和包裝組合體280用于接收來自貯存容器的炭黑粒料和以預選擇的數(shù)量自動包裝市場用粒料。非必要地，如果不采用造粒機和生產(chǎn)炭黑粉末，則稱重和包裝組合體接收來自貯存罐270的炭黑粉末和自動包裝粉末，如50和100磅袋或大容器。
由于在此系統(tǒng)中采用的混煉，分離和輸送設備是完全密閉的，不生產(chǎn)氣運炭黑污染物。因此，粉塵收集步驟通常是不必須的。由此系統(tǒng)生產(chǎn)的混煉和精制炭黑有利地與由其它系統(tǒng)生產(chǎn)的炭黑比較。此混煉的，精煉炭黑具有更低焦油含量和在105℃下顯示更低的熱損失因子。主要由于玻璃纖維和二氧化硅粒子的更有效脫除，降低灰分含量，和固定碳的百分比更大。表2給出在由此系統(tǒng)生產(chǎn)的炭黑粉末中發(fā)現(xiàn)的典型數(shù)值。
表2


盡管僅說明和描述優(yōu)選的實施方案，可以在所述本發(fā)明范圍內(nèi)進行顯然的改進而不基本改變它的功能。因此，本發(fā)明的范圍應當不由說明的實施方案但由它們進行的功能和它們的法律同等物確定。
權利要求
1.一種從廢橡膠回收可市場化最終產(chǎn)物的方法，包括如下步驟熱解廢橡膠碎片以產(chǎn)生烴冷凝物，輕烴氣體，和由粒狀炭黑和含鐵片組成的固體；在允許助濾劑與粒狀污染物形成聚集體的條件下，混合冷凝物與選擇的助濾劑以吸引冷凝物中的粒狀污染物；從冷凝物除去助濾劑和粒狀污染物的聚集體；從冷凝物除去多環(huán)芳族物質(zhì)，分離粒狀炭黑和含鐵片；將粒狀炭黑混煉成由具有選擇尺寸的炭黑粒子和細污染物粒子組成的炭黑粉末；和從炭黑粉末中除去細污染物粒子。
2.權利要求1的方法，其中助濾劑是硅藻土(diatomaceous earth)。
3.權利要求1的方法，其中助濾劑是硅藻土(kieselguhr)。
4.權利要求1的方法，其中使用轉(zhuǎn)鼓真空過濾器進行從冷凝物除去助濾劑和粒狀污染物的聚集體的步驟。
5.權利要求1的方法，進一步包括造粒炭黑粒子以產(chǎn)生炭黑粒料的步驟。
6.權利要求5的方法，其中造粒炭黑粒子的步驟產(chǎn)生沒有粘合劑的軟粒料。
7.權利要求5的方法，其中方法進一步包括包裝炭黑粒料的步驟。
8.權利要求1的方法，其中從冷凝物除去多環(huán)芳族污染物質(zhì)的步驟包括將冷凝物通過活性炭的床層。
9.權利要求8的方法，其中從冷凝物除去多環(huán)芳族物質(zhì)的步驟進一步包括在通過活性炭床層之前加熱冷凝物。
10.權利要求1的方法，其中該方法進一步包括包裝炭黑的步驟。
11.權利要求1的方法，其中使用磁力分離器完成分離粒狀炭黑和含鐵片的步驟。
12.權利要求1的方法，進一步包括在熱解步驟之前將廢橡膠片段切碎成碎片的步驟。
13.權利要求1的方法，其中熱解廢橡膠碎片的步驟由如下步驟組成在恒定輸入速率下在有效從中排除氧氣的條件下將廢橡膠碎片引入加熱區(qū)；在恒定速率下在恒定溫度下將作為床層的廢橡膠碎片通過加熱區(qū)，選擇速率和溫度以允許廢橡膠碎片熱解成熱解氣體和固體，并允許保留在固體表面上熱解氣體的解吸；在恒定氣體脫除速率下從加熱區(qū)除去熱解氣體；和在恒定固體脫除速率下從加熱區(qū)除去固體；因此在加熱區(qū)中將廢橡膠碎片，熱解氣體，和固體的數(shù)量保持在穩(wěn)態(tài)，從加熱區(qū)除去的固體和熱解氣體不再引入其中。
14.權利要求13的方法，其中從加熱區(qū)除去熱解氣體的步驟由如下步驟組成分離夾帶的炭黑與熱解氣體和將炭黑返回到加熱區(qū)。
15.權利要求14的方法，其中從加熱區(qū)除去熱解氣體的步驟進一步包括如下步驟在選擇的恒定溫度下冷凝熱解氣體的級分以產(chǎn)生烴冷凝物級分和含有夾帶烴冷凝物的蒸氣級分；和從蒸氣級分除去夾帶的烴冷凝物。
16.權利要求15的方法，其中在選擇的恒定溫度下冷凝熱解氣體級分的步驟包括如下步驟保持傳熱流體以與熱解氣體傳熱關系的流動和響應于烴冷凝物的選擇恒定溫度，其中從熱解氣體傳遞足夠的熱量以引起選擇的冷凝物級分冷凝出熱解氣體；和保持傳熱流體在恒定溫度。
17.權利要求16的方法，其中保持傳熱流體在恒定溫度的步驟由恒溫控制的冷凍單元進行。
18.權利要求16的方法，其中保持傳熱流體以與熱解氣體傳熱關系的流動和響應于烴冷凝物的選擇恒定溫度的步驟由恒溫控制的泵完成。
19.一種精制由廢橡膠熱解系統(tǒng)產(chǎn)生的烴冷凝物的方法，包括如下步驟在允許助濾劑與其中粒狀污染物形成聚集體的條件下，混合烴冷凝物與選擇的助濾劑以吸引冷凝物中的粒狀污染物；從烴冷凝物除去助濾劑和污染物的聚集體；加熱烴冷凝物；和從加熱的烴冷凝物除去多環(huán)芳族物質(zhì)。
20.權利要求19的方法，其中助濾劑是硅藻土(diatomaceous earth)。
21.權利要求19的方法，其中助濾劑是硅藻土(kieselguhr)。
22.權利要求19的方法，其中使用轉(zhuǎn)鼓真空過濾器進行助濾劑和污染物的聚集體的脫除。
23.權利要求19的方法，其中使用活性炭進行多環(huán)芳族物質(zhì)的脫除。
24.一種用于加工廢橡膠以生產(chǎn)可市場化最終產(chǎn)物的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括a.廢橡膠熱解系統(tǒng)，包括(1)用于接收廢橡膠碎片的稱量帶式輸送機，稱量帶式輸送機確定碎片的重量和在基于重量的恒定速率下輸送碎片；(2)接收來自稱量帶式輸送機的碎片的斗式輸送機；(3)接收來自斗式輸送機的碎片的料斗；(4)在有效從中排除氧氣的條件下接收來自料斗的碎片和提供碎片的脫氧器；(5)接收來自脫氧器的碎片的熱解容器，在恒定溫度條件下，熱解容器將碎片作為床層通過容器，使得碎片在足夠的持續(xù)時間下保留在熱解容器中，以允許碎片完全熱解成炭黑和熱解氣體并允許熱解氣體從炭黑表面的解吸；(6)用于接收來自熱解容器的熱解氣體，除去夾帶的炭黑粒子和在有效從中排除氧氣的條件下將它們返回到脫氧器的離心分離機構；(7)接收來自離心分離機構的熱解氣體和將熱解氣體分成烴冷凝物級分和蒸氣級分的冷凝物分離組合體；(8)從由熱解容器提供的炭黑中除去總污染物和含鐵粒子的炭黑篩分組合體；b.增塑劑油精制系統(tǒng)，包括(1)接收來自廢橡膠熱解系統(tǒng)的烴冷凝物的液體保持罐；(2)接收來自液體保持罐的烴冷凝物并在形成烴冷凝物中粒狀污染物和助濾劑的聚集體的條件下，混合烴冷凝物與助濾劑的混合容器；(3)用于從混合容器接收的烴冷凝物中脫除助濾劑和污染物的聚集體的助濾劑脫除組合體；(4)接收來自助濾劑脫除組合物的烴冷凝物和從烴冷凝物除去多環(huán)芳族物質(zhì)的多環(huán)芳族物質(zhì)脫除組合體；c.炭黑精制和精煉系統(tǒng)，包括(1)用于接收來自廢橡膠熱解系統(tǒng)的炭黑的密閉炭黑保持罐；(2)用于在干燥空氣存在下將炭黑混煉成具有選擇平均尺寸的粒子的氣流粉碎機；(3)在受控速率下將來自炭黑保持罐的炭黑分配到碾磨機的閥門；(4)適于分離過大尺寸污染物和混煉炭黑的篩分設備；(5)適于從混煉炭黑除去含鐵片的磁力分離器；和(6)用于收集精制的混煉炭黑的炭黑貯存容器。
25.權利要求24的系統(tǒng)，其中接收熱解氣體的離心分離機構加速其中夾帶的炭黑粒子和允許炭黑粒子從熱解氣體由重力除去。
26.權利要求24的系統(tǒng)，其中離心分離機構是旋風分離器。
27.權利要求24的系統(tǒng)，其中熱解容器進一步包括加熱夾套和在加熱夾套中的多個燃燒器，到燃燒器的燃料由第一風機提供，到燃燒器的空氣由第二風機提供，其中將過多空氣提供到燃燒器以降低燃燒器火焰溫度到小于2000°F。
28.權利要求24的系統(tǒng)，其中廢橡膠熱解系統(tǒng)的冷縮物分離組合體包括a.接收來自離心分離機構的冷凝器，冷凝器將熱解氣體分成烴冷凝物級分和包含夾帶的烴冷凝物液滴的蒸氣級分；b.接收蒸氣級分和除去夾帶的烴冷凝物液滴的次級分離器；c.用于接收來自次級分離器的蒸氣級分的氣體貯存罐。
29.權利要求28的系統(tǒng)，其中冷凝器由如下部分組成a.含有擋板和用于接收熱解氣體的熱解氣體管線的冷凝部分，熱解氣體經(jīng)過位于熱解氣體流道中的擋板，冷凝部分也含有用于烴冷凝物收集的儲槽和用于從儲槽排出烴冷凝物的冷凝物管線，冷凝部分也含有用于接收包含夾帶的冷凝物液滴的蒸氣的蒸氣管線；b.含有循環(huán)傳熱流體的冷卻部分，布置冷卻部分以促進在熱解氣體和傳熱流體之間的傳熱；c.接收來自冷卻部分的傳熱流體和在選擇溫度下將傳熱流體送到冷卻部分的冷凍單元；和d.保持傳熱流體通過冷卻部分流量的泵，流量響應于在儲槽中處于平衡的烴冷凝物級分和蒸氣級分的溫度，控制流量以在儲槽保持恒定的選擇溫度。
30.權利要求24的系統(tǒng)，其中廢橡膠熱解系統(tǒng)的炭黑篩分組合體包括a.用于分離從熱解容器接收的炭黑的過大尺寸污染物粒子的振蕩細篩分板；和b.用于分離從熱解容器接收的炭黑的含鐵粒子的磁力分離器。
31.權利要求24的系統(tǒng)，其中在增塑劑油精制系統(tǒng)中的助濾劑脫除組合體包括轉(zhuǎn)鼓真空過濾器。
32.權利要求31的系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)鼓真空過濾器包括含有外表面的轉(zhuǎn)鼓和沿外表面布置以當轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時從表面刮除聚集體的刮除葉片。
33.權利要求24的系統(tǒng)，其中在增塑劑油精制系統(tǒng)中的多環(huán)芳族物質(zhì)脫除組合體包括活性炭。
34.權利要求24的系統(tǒng)，其中在送到多環(huán)芳族物質(zhì)脫除組合體之前加熱烴冷凝物。
35.權利要求24的系統(tǒng)，其中廢橡膠熱解系統(tǒng)進一步包括用于將廢橡膠片段切碎成適于由稱重帶式輸送機處理的選擇平均尺寸的切碎機組合體。
36.權利要求24的系統(tǒng)，其中炭黑精制和精煉系統(tǒng)進一步包括適于接收混煉的精制炭黑和以選擇的重量包裝它的自動稱重和包裝系統(tǒng)。
37.權利要求24的系統(tǒng)，其中炭黑精制和精煉系統(tǒng)進一步包括適于接收炭黑軟粒料用于由重量包裝成選擇數(shù)量的自動稱重和包裝系統(tǒng)。
38.權利要求24的系統(tǒng)，其中炭黑精制和精煉系統(tǒng)中的閥門進一步定義為含有可變傳動器的旋轉(zhuǎn)閥設備。
39.權利要求24的系統(tǒng)，其中炭黑精制和精煉系統(tǒng)中的碾磨機包括流體能量氣流粉碎機。
40.權利要求24的系統(tǒng)，其中炭黑精制和精煉系統(tǒng)中的篩分設備包括旋轉(zhuǎn)篩分分離器。
41.權利要求40的系統(tǒng)，其中旋轉(zhuǎn)篩分分離器包含325目篩。
42.一種精制從廢橡膠熱解系統(tǒng)獲得的烴冷凝物的系統(tǒng)，包括a.用于烴冷凝物暫時貯存的液體保持罐；b.適于接收來自液體保持罐的烴冷凝物并在允許烴冷凝物中的粒狀污染物與助濾劑形成聚集體的條件下混合烴冷凝物與助濾劑的混合容器；c.用于從混合容器接收的烴冷凝物除去助濾劑和污染物聚集體的助濾劑脫除組合體；d.用于加熱從助濾劑脫除組合體接收的烴冷凝物的機構；和e.適于接收來自助濾劑脫除組合體的加熱熱解油和從熱解油除去多環(huán)芳族污染物的多環(huán)芳族物質(zhì)脫除組合體。
43.權利要求42的系統(tǒng)，其中多環(huán)芳族物質(zhì)脫除組合體包括活性炭。
44.權利要求42的系統(tǒng)，其中助濾劑脫除組合體包括轉(zhuǎn)鼓真空過濾器。
45.一種加工廢橡膠的系統(tǒng)，包括用于熱解廢橡膠碎片以產(chǎn)生熱解氣體和炭黑混合物的機構；用于混煉炭黑混合物以產(chǎn)生具有選擇平均粒度的混煉炭黑粒子的機構；用于從混煉炭黑混合物除去過大尺寸污染物粒子的機構；用于從混煉炭黑混合物除去含鐵污染物粒子的機構；用于從熱解氣體除去顯著量夾帶粒子的機構；用于將已經(jīng)從中除去夾帶粒子的熱解氣體分離成烴冷凝物組分和蒸氣級分的機構；用于在允許助濾劑與粒狀污染物形成聚集體的條件下，混合冷凝物與選擇的助濾劑以吸引冷凝物中的粒狀污染物的機構；用于從烴冷凝物除去助濾劑和污染物聚集體的機構；和用于從烴冷凝物除去多環(huán)芳族污染物的機構。
46.權利要求45的方法，其中用于分離熱解氣體的機構包括用于通過將具有流體流量的傳熱流體與熱解氣體成傳熱關系而從熱解氣體冷凝選擇的烴組分的機構，流體流量響應于烴級分的溫度，和傳熱流體保持在恒定的流體溫度下。
47.一種熱解粉碎的固體烴材料以形成熱解氣體和固體的熱解方法，包括如下步驟在從中有效排除氧氣的條件下將材料引入第一加熱區(qū)；在第一加熱區(qū)中保留材料第一持續(xù)時間同時保持足以引起碎片離解成熱解氣體和固體的第一恒定溫度；將熱解氣體和固體轉(zhuǎn)移入第二加熱區(qū)；在熱解氣體的存在下，在第二加熱區(qū)中和在足以保證熱解氣體從固體表面解吸的第二恒定溫度下保留固體第二持續(xù)時間；和從第二加熱區(qū)除去熱解氣體和固體。
48.權利要求47的熱解方法，其中第一加熱區(qū)和第二加熱區(qū)相同。
49.權利要求47的熱解方法，其中第一恒定溫度和第二恒定溫度相同。
50.權利要求47的熱解方法，其中粉碎的固體烴材料是廢橡膠輪胎。
51.一種熱解粉碎的固體烴材料以形成熱解氣體和固體的熱解方法，包括如下步驟在恒定輸入速率下，在從中有效排除氧氣的條件下將材料引入第一加熱區(qū)；在第一速率下將材料作為床層通過第一加熱區(qū)，第一加熱區(qū)保持在選擇的第一恒定溫度下以將材料熱解成熱解氣體和固體；在恒定第二速度下在熱解氣體存在下將固體作為床層通過第二加熱區(qū)，第二加熱區(qū)保持在選擇的第二恒定溫度下以保證保留在固體表面上的熱解氣體的解吸；和在恒定輸出速率下從第二加熱區(qū)除去熱解氣體和固體；因此將材料，熱解氣體，和固體的數(shù)量保持在穩(wěn)態(tài)，并從第二加熱區(qū)除去的固體和熱解氣體不再引入第一加熱區(qū)或第二加熱區(qū)。
52.權利要求51的熱解方法，其中選擇輸入速率和輸出速率使得在第一加熱區(qū)和第二加熱區(qū)中的材料，固體，和熱解氣體數(shù)量保持在穩(wěn)態(tài)。
53.權利要求51的熱解方法，其中第一加熱區(qū)和第二加熱區(qū)相同且第一恒定溫度和第二恒定溫度相同。
54.權利要求51的熱解方法，其中粉碎的固體烴材料是廢橡膠輪胎。
55.一種熱解廢橡膠的方法，包括在熱解容器中在氧氣不存在下，在足以將材料分解成含有夾帶粒狀物質(zhì)的熱解氣體流和熱炭黑固體流的選擇容器溫度下加熱廢橡膠；從熱解氣體流通過離心作用除去夾帶的粒子；和冷凝已經(jīng)從中除去夾帶粒狀物質(zhì)的熱解氣體流的選擇烴冷凝物級分。
56.權利要求55的方法，其中從熱解氣體流通過離心作用除去夾帶粒子的步驟由旋風分離器完成。
57.權利要求55的方法，進一步包括如下步驟將熱炭黑固體流導向篩析機構。
58.權利要求55的方法，其中篩析機構是錘磨機。
59.權利要求57的方法，進一步包括如下步驟冷卻熱的篩析炭黑混合物；和從篩析炭黑混合物除去總污染物。
60.權利要求57的方法，其中導向炭黑固體由旋轉(zhuǎn)閥完成。
61.權利要求55的方法，進一步包括如下步驟以受控加料速率向熱解容器加入廢橡膠；在恒定容器速度下將廢橡膠作為床層通過熱解容器移動；除去含有夾帶粒狀物質(zhì)的熱解氣體流；在受控脫除速率下除去炭黑固體流。
62.權利要求55的方法，其中冷凝步驟由含有與熱解氣體為換熱關系的傳熱流體的冷凝器完成，傳熱流體由冷凍單元保持在選擇的第一溫度下，且在冷凝器和冷凍單元之間的傳熱流體流量由響應于烴冷凝物的選擇第二溫度的泵保持，其中調(diào)節(jié)流量以通過從冷凝器中的熱解氣體除去熱量而保持第二溫度。
全文摘要
提供輪胎熱解系統(tǒng)和方法，它們包括向熱解容器(40)加入輪胎碎片和在熱解容器(40)中熱解碎片以產(chǎn)生熱解氣體和炭黑混合物。通過從中離心分離夾帶的粒子而處理熱解氣體，將熱解氣體分離成烴冷凝物和輕蒸氣，從輕蒸氣除去夾帶的烴冷凝物，和精制和精煉烴冷凝物。通過如下方式處理炭黑混合物粉碎裂混合物以破碎無機固體的所有條和塊，冷卻炭黑混合物，分離總污染物和炭混合物，和精制和精煉炭黑。通過除去所有的剩余污染物，除去任何的多環(huán)芳族物質(zhì)而精制和精煉烴冷凝物以生產(chǎn)透明，無色增塑劑油。通過將它粉碎成粉末，除去所有的剩余粒狀污染物，非必要地造粒炭黑，和將它裝袋或包裝用于運輸而精制和精煉炭黑。
文檔編號C10B53/07GK1468288SQ01816644
公開日2004年1月14日 申請日期2001年10月1日 優(yōu)先權日2000年9月29日
發(fā)明者吉爾伯特·W·丹尼森, 吉爾伯特 W 丹尼森 申請人:聯(lián)合循環(huán)技術公司, 吉爾伯特·W·丹尼森