一种废轮胎全组分资源化系统和方法

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1.本发明属于废轮胎回收再利用技术领域，具体涉及一种废轮胎全组分资源化系统和方法。

背景技术：

2.随着我国工农业的快速发展，废轮胎的年产量急剧增加。目前由于废轮胎的处理处置不当，部分未被回收利用的废轮胎，已经成为“黑污染”。热解油和热解焦是废轮胎加压热解的主要产物，其回收利用很大程度上决定了废轮胎加压热解工艺的经济可行性。同时，将加压热解焦进一步处理，提高热解焦品质有利于废轮胎加压热解工艺经济最大化。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种废轮胎全组分资源化系统和方法，热解油和热解焦的产率高，原位活化热解焦的灰分含量低、比表面积大、颗粒均匀且品质好，碱洗沉淀物煅烧得到的灰渣可用作催化剂制备富氢气体，实现全组分资源化处理。
4.为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
5.一种废轮胎全组分资源化系统，包括分质处理单元，所述分质处理单元根据废轮胎不同部位灰分含量差异将废轮胎分质为钢丝、低灰组分以及高灰组分；所述的低灰组分与高灰组分分别通过加压热解单元加压热解为热解气、热解油以及热解焦，低灰组分得到的热解焦经过第一原位活化单元进行原位活化后得到活化碳，高灰组分得到的热解焦经过第二原位活化单元进行原位活化后再依次经过碱洗单元和水洗单元得到活化碳与碱液沉淀物，第一原位活化单元与第二原位活化单元中通入水蒸气；所述低灰组分与高灰组分得到的热解气均通入活化碳进行催化重整后得到富甲烷气体和活性碳；所述碱液沉淀物通过煅烧单元进行煅烧后得到灰渣，灰渣作为催化剂对富甲烷气体进行催化重整制备得到富氢气体。
6.作为本发明系统的一种优选方案，所述低灰组分与高灰组分得到的热解油收集至同一个容器；所述低灰组分与高灰组分通过热解焦得到的活化碳收集至同一个容器。
7.作为本发明系统的一种优选方案，所述水洗单元通过去离子水将经过碱洗单元之后的热解焦水洗至中性，得到活化碳与碱液沉淀物。
8.一种废轮胎全组分资源化方法，包括以下步骤：
9.将废轮胎根据不同部位灰分含量差异进行全组分分质处理，获得钢丝、低灰组分和高灰组分；
10.对低灰组分和高灰组分分别进行加压热解，获得热解气、热解油以及热解焦；
11.对低灰组分得到的热解焦进行原位活化，得到活化碳；对高灰组分得到的热解焦进行原位活化后，再依次进行碱洗和水洗，得到活化碳与碱液沉淀物；
12.将低灰组分与高灰组分得到的热解气均通入活化碳进行催化重整，获得富甲烷气
体和活性碳；
13.将碱液沉淀物进行煅烧后得到灰渣；
14.将灰渣作为催化剂对富甲烷气体进行催化重整，制备得到富氢气体。
15.作为本发明方法的一种优选方案，所述对低灰组分和高灰组分分别进行加压热解的步骤，压力为0.1mpa～30mpa，温度为400℃～850℃，反应时间为0.5h～1.5h。
16.作为本发明方法的一种优选方案，所述对低灰组分得到的热解焦进行原位活化，以及所述对高灰组分得到的热解焦进行原位活化的步骤均通入水蒸气完成，原位活化的温度为600℃～1000℃，反应时间为0.5h～2h，水蒸气与热解焦的质量比为0.01～10。
17.作为本发明方法的一种优选方案，所述活化碳的灰浓度为0.01wt.％～2.00wt.％，比表面积为100m2/g～1000m2/g。
18.作为本发明方法的一种优选方案，所述将低灰组分与高灰组分得到的热解气均通入活化碳进行催化重整，获得富甲烷气体和活性碳的步骤中，催化重整的温度为500℃～800℃，活化碳与低灰组分或高灰组分的质量比为0.1～5.0。
19.作为本发明方法的一种优选方案，所述对高灰组分得到的热解焦进行原位活化后，再依次进行碱洗和水洗的步骤中，碱液浓度为1.0mol/l～10.0mol/l，热解焦和碱液的固液比为1g/10ml～5g/10ml，碱洗搅拌时间为2h～6h。
20.作为本发明方法的一种优选方案，所述将灰渣作为催化剂对富甲烷气体进行催化重整，制备得到富氢气体的步骤中，催化重整的温度为600℃～1000℃，灰渣与低灰组分或高灰组分的质量比为0.1～3.0。
21.相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：
22.根据废轮胎不同部位灰分含量差异对废轮胎进行全组分分质并加压热解，可使废轮胎的钢丝、低灰组分和高灰组分轮胎有效分离且提高不同组分的热解产物品质。废轮胎全组分分质加压热解产生高品质的热解油、热解焦和热解气，是废轮胎高效处理的一种终极处理方式。本发明加压热解焦在常压下水蒸气原位活化制备高比表面积活化碳，可广泛应用于污水处理、催化剂载体、储能材料等领域，是提高有机固体废轮胎热解工艺经济性的主要利用方向。通过本发明废轮胎全组分资源化方法制备得到的高比表面积活化碳，其粒径均匀且品质好，对水中的酚、镉等污染物吸附去除率高，对热解气的催化裂解制备富甲烷气体的选择性高，产品质量符合国家工业标准。同时，通过本发明废轮胎全组分资源化方法制备得到的灰渣富含zno和sio2，对富甲烷气体进行催化裂解制备富氢气体的选择性高。本发明不仅解决了废轮胎污染问题，而且也为废轮胎进行资源化再利用提供了途径，具有广泛的应用前景。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。下面描述中的附图是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1本发明实施例废轮胎全组分资源化系统的工作原理示意图；
25.附图中：1-废轮胎；2-水蒸气；
26.11-分质处理单元；12-第一加压热解单元；13-第二加压热解单元；14-第一原位活
化单元；15-第二原位活化单元；16-碱洗单元；17-水洗单元；18-煅烧单元；
27.21-钢丝；22-低灰组分；23-高灰组分；24-低灰组分热解气；25-高灰组分热解气；26-热解油；27-低灰组分热解焦；28-高灰组分热解焦；29-碱液沉淀物；30-活化碳；31-活性碳；32-富甲烷气体；33-灰渣；34-富氢气体。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，也都属于本发明保护的范围。
30.如图1所示，本发明实施例的废轮胎全组分资源化系统，包括分质处理单元11，分质处理单元11根据废轮胎1不同部位灰分含量差异将废轮胎1分质为钢丝21、低灰组分22以及高灰组分23。低灰组分22与高灰组分23分别通过加压热解单元加压热解为热解气、热解油26以及热解焦，低灰组分22得到的热解焦经过第一原位活化单元14进行原位活化后得到活化碳30，高灰组分23得到的热解焦经过第二原位活化单元15进行原位活化后再依次经过碱洗单元16和水洗单元17，水洗单元17通过去离子水将经过碱洗单元16之后的热解焦水洗至中性，得到活化碳30与碱液沉淀物29，第一原位活化单元14与第二原位活化单元15中通入水蒸气2；低灰组分22与高灰组分23得到的热解气均通入活化碳30进行催化重整后得到富甲烷气体32和活性碳31；碱液沉淀物29与碱洗单元16排出的碱液通过煅烧单元18煅烧后得到灰渣33，灰渣33作为催化剂对富甲烷气体32进行催化重整制备得到富氢气体34。
31.在一种可能的实施方式中，低灰组分22与高灰组分23得到的热解油26收集至同一个容器；低灰组分22与高灰组分23通过热解焦得到的活化碳30收集至同一个容器。
32.本发明实施例的废轮胎全组分资源化方法，包括以下步骤：
33.将废轮胎1根据不同部位灰分含量差异进行全组分分质处理，获得钢丝21、低灰组分22和高灰组分23；
34.对低灰组分22和高灰组分23分别进行加压热解，获得热解气、热解油26以及热解焦；
35.对低灰组分22得到的热解焦进行原位活化，得到活化碳30；对高灰组分23得到的热解焦进行原位活化后，再依次进行碱洗和水洗，得到活化碳30与碱液沉淀物29；
36.将低灰组分22与高灰组分23得到的热解气均通入活化碳30进行催化重整，获得富甲烷气体32和活性碳31；
37.将碱液沉淀物29进行煅烧后得到灰渣33；
38.将灰渣33作为催化剂对富甲烷气体32进行催化重整，制备得到富氢气体34。
39.在一种可能的实施方式中，对低灰组分22和高灰组分23分别进行加压热解时，压力为0.1mpa～30mpa，温度为400℃～850℃，反应时间为0.5h～1.5h。
40.在一种可能的实施方式中，对低灰组分22得到的热解焦进行原位活化，以及所述对高灰组分23得到的热解焦进行原位活化的步骤均通入水蒸气2完成，原位活化的温度为600℃～1000℃，反应时间为0.5h～2h，水蒸气2与热解焦的质量比为0.01～10。
41.得到的活化碳30为一种高比表面积活化碳，活化碳30的灰浓度为0.01wt.％～
2.00wt.％，比表面积为100m2/g～1000m2/g。将低灰组分22与高灰组分23得到的热解气均通入活化碳30进行催化重整，获得富甲烷气体32和活性碳31的步骤中，催化重整的温度为500℃～800℃，活化碳30与低灰组分22或高灰组分23的质量比为0.1～5.0，更进一步优选0.2～2.0。
42.在一种可能的实施方式中，所述对高灰组分23得到的热解焦进行原位活化后，再依次进行碱洗和水洗的步骤中，碱液浓度为1.0mol/l～10.0mol/l，热解焦和碱液的固液比为1g/10ml～5g/10ml，碱洗搅拌时间为2h～6h。
43.得到的灰渣33主要富含zno和sio2，将灰渣33作为催化剂对富甲烷气体32进行催化重整，制备得到富氢气体34的步骤中，催化重整的温度为600℃～1000℃，灰渣33与低灰组分22或高灰组分23的质量比为0.1～3.0，更进一步的优选0.5～3.0。
44.实施例1
45.参见图1，本发明实施例的废轮胎全组分资源化方法步骤如下：
46.(1)根据废轮胎1不同部位灰分含量差异，将废轮胎1送入分质处理单元11进行全组分分质处理，得到钢丝21、低灰组分22和高灰组分23。将低灰组分22和高灰组分23切割成小块(小于2mm),方便装样。
47.(2)低灰组分22和高灰组分23进入第一加压热解单元12和第二加压热解单元13，填装到加压热解炉中，物料高度不超过炉身2/3。加压热解过程中，首先在氮气流速为100ml/min，压力为3.0mpa,温度为500℃的热解工艺条件下，加压热解低灰组分22和高灰组分23。然后在常压，温度为700℃的条件下，水蒸气2与物料的质量比为0.5的条件下，原位活化低灰组分22和高灰组分23的低灰组分热解焦27和高灰组分热解焦28。
48.(3)收集到的高灰组分热解焦活化碳依次进入碱洗单元16和水洗单元17。将高灰组分热解焦活化碳与5mol/l naoh溶液以固液比为3g/10ml进行混合，在常温下搅拌4h。将碱洗后的碳黑抽滤，用去离子水水洗至中性(ph＝7.0)，于700℃煅烧得低灰分高比表面积活化碳。
49.(4)碱洗液浓缩沉淀后进入煅烧单元18，在600℃的条件下进行煅烧，得到富含zno和sio2的灰渣33。
50.(5)将活化得到的活化碳30在600℃，且活化碳30与低灰组分22或高灰组分23的质量比为1.5的条件下用作低灰组分热解气24、高灰组分热解气25的催化剂，催化重整制备富甲烷气体32。灰渣33在700℃，且灰渣33与低灰组分22或高灰组分3的质量比为0.5的条件下用作富甲烷气体32的催化剂，催化重整制备富氢气体34。
51.实施例2
52.参见图1，本发明实施例的废轮胎全组分资源化方法步骤如下：
53.(1)根据废轮胎1不同部位灰分含量差异，将废轮胎1送入分质处理单元11进行全组分分质处理，得到钢丝21、低灰组分22和高灰组分23。将低灰组分22和高灰组分23切割成小块(小于2mm),方便装样。
54.(2)低灰组分22和高灰组分23进入第一加压热解单元12和第二加压热解单元13，填装到加压热解炉中，物料高度不超过炉身3/5。加压热解过程中，首先在氮气流速为150ml/min，压力为10.0mpa,温度为600℃的热解工艺条件下，加压热解低灰组分22和高灰组分23。然后在常压，温度为800℃的条件下，水蒸气2与物料的质量比为0.8的条件下，原位
活化低灰组分22和高灰组分23的低灰组分热解焦27和高灰组分热解焦28。
55.(3)收集到的高灰组分热解焦活化碳依次进入碱洗单元16和水洗单元17。将高灰组分热解焦活化碳与10mol/l naoh溶液以固液比为5g/10ml进行混合，在常温下进行搅拌6h。将碱洗后的碳黑抽滤，用去离子水水洗至中性(ph＝7.0)，于800℃煅烧得低灰分高比表面积活化碳。
56.(4)碱洗液浓缩沉淀后进入煅烧单元18，在650℃的条件下进行煅烧，得到富含zno和sio2的灰渣33。
57.(5)将活化得到的活化碳在800℃，且活化碳30与低灰组分22或高灰组分23的质量比为3.0的条件下用作低灰组分热解气24、高灰组分热解气25的催化剂，催化重整制备富甲烷气体32。灰渣33在800℃，且灰渣33与低灰组分22或高灰组分3的质量比为2.0的条件下用作富甲烷气体32的催化剂，催化重整制备富氢气体34。
58.实施例3
59.参见图1，本发明实施例的废轮胎全组分资源化方法步骤如下：
60.(1)根据废轮胎1不同部位灰分含量差异，将废轮胎1送入分质处理单元11进行全组分分质处理得到钢丝21、低灰组分22和高灰组分23。将低灰组分22和高灰组分23切割成小块(小于2mm),方便装样。
61.(2)低灰组分22和高灰组分23进入第一加压热解单元12和第二加压热解单元13，填装到加压热解炉中，物料高度不超过炉身1/2。加压热解过程中，首先在氮气流速为100ml/min，压力为15.0mpa,温度为600℃的热解工艺条件下，加压热解低灰组分22和高灰组分23。然后在常压，温度为600℃的条件下，水蒸气2与物料的质量比为1.0的条件下，原位活化低灰组分22和高灰组分23的低灰组分热解焦27和高灰组分热解焦28。
62.(3)收集到的高灰组分热解焦活化碳依次进入碱洗单元16和水洗单元17。将高灰组分热解焦活化碳与8mol/l naoh溶液以固液比为4g/10ml进行混合，在常温下进行搅拌4h。将碱洗后的碳黑抽滤，用去离子水水洗至中性(ph＝7.0)，于600℃煅烧得低灰分高比表面积活化碳。
63.(4)碱洗液浓缩沉淀后进入煅烧单元18，在700℃的条件下进行煅烧，得到富含zno和sio2的灰渣33。
64.(5)将活化得到的活化碳在700℃，且活化碳30与低灰组分22或高灰组分23的质量比为5.0的条件下用作低灰组分热解气24、高灰组分热解气25的催化剂，催化重整制备富甲烷气体32。灰渣33在600℃，且灰渣33与低灰组分22或高灰组分3的质量比的质量比为3.0的条件下用作富甲烷气体32的催化剂，催化重整制备富氢气体34。
65.本发明不仅解决了废轮胎污染问题，而且为废轮胎进行资源化利用提供了有效途径，通过本发明废轮胎全组分资源化方法制备高比表面积活化碳，粒径均匀且品质好，对水中的酚、镉等污染物吸附去除率高，对热解气的催化裂解制备富甲烷气体的选择性高，产品质量符合国家工业标准。通过本发明废轮胎全组分资源化方法制备得到的灰渣富含zno和sio2，对富甲烷气体进行催化裂解制备富氢气体的选择性高，具有广泛的应用前景。
66.以上所述仅仅是本发明的优选实施方式，并不用以对本发明技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均落入由权利要求书所划定的保护范围
之内。

技术特征：

1.一种废轮胎全组分资源化系统，其特征在于：包括分质处理单元(11)，所述分质处理单元(11)根据废轮胎(1)不同部位灰分含量差异将废轮胎(1)分质为钢丝(21)、低灰组分(22)以及高灰组分(23)；所述的低灰组分(22)与高灰组分(23)分别通过加压热解单元加压热解为热解气、热解油(26)以及热解焦，低灰组分(22)得到的热解焦经过第一原位活化单元(14)进行原位活化后得到活化碳(30)，高灰组分(23)得到的热解焦经过第二原位活化单元(15)进行原位活化后再依次经过碱洗单元(16)和水洗单元(17)得到活化碳(30)与碱液沉淀物(29)，第一原位活化单元(14)与第二原位活化单元(15)中通入水蒸气(2)；所述低灰组分(22)与高灰组分(23)得到的热解气均通入活化碳(30)进行催化重整后得到富甲烷气体(32)和活性碳(31)；所述碱液沉淀物(29)通过煅烧单元(18)进行煅烧后得到灰渣(33)，灰渣(33)作为催化剂对富甲烷气体(32)进行催化重整制备得到富氢气体(34)。2.根据权利要求1所述的废轮胎全组分资源化系统，其特征在于：所述低灰组分(22)与高灰组分(23)得到的热解油(26)收集至同一个容器；所述低灰组分(22)与高灰组分(23)通过热解焦得到的活化碳(30)收集至同一个容器。3.根据权利要求1所述的废轮胎全组分资源化系统，其特征在于：所述水洗单元(17)通过去离子水将经过碱洗单元(16)之后的热解焦水洗至中性，得到活化碳(30)与碱液沉淀物(29)。4.一种基于权利要求1-3中任一项所述废轮胎全组分资源化系统的废轮胎全组分资源化方法，其特征在于，包括以下步骤：将废轮胎(1)根据不同部位灰分含量差异进行全组分分质处理，获得钢丝(21)、低灰组分(22)和高灰组分(23)；对低灰组分(22)和高灰组分(23)分别进行加压热解，获得热解气、热解油(26)以及热解焦；对低灰组分(22)得到的热解焦进行原位活化，得到活化碳(30)；对高灰组分(23)得到的热解焦进行原位活化后，再依次进行碱洗和水洗，得到活化碳(30)与碱液沉淀物(29)；将低灰组分(22)与高灰组分(23)得到的热解气均通入活化碳(30)进行催化重整，获得富甲烷气体(32)和活性碳(31)；将碱液沉淀物(29)进行煅烧后得到灰渣(33)；将灰渣(33)作为催化剂对富甲烷气体(32)进行催化重整，制备得到富氢气体(34)。5.根据权利要求4所述的废轮胎全组分资源化方法，其特征在于，所述对低灰组分(22)和高灰组分(23)分别进行加压热解的步骤，压力为0.1mpa～30mpa，温度为400℃～850℃，反应时间为0.5h～1.5h。6.根据权利要求4所述的废轮胎全组分资源化方法，其特征在于，所述对低灰组分(22)得到的热解焦进行原位活化，以及所述对高灰组分(23)得到的热解焦进行原位活化的步骤均通入水蒸气(2)完成，原位活化的温度为600℃～1000℃，反应时间为0.5h～2h，水蒸气(2)与热解焦的质量比为0.01～10。7.根据权利要求4所述的废轮胎全组分资源化方法，其特征在于，所述活化碳(30)的灰浓度为0.01wt.％～2.00wt.％，比表面积为100m2/g～1000m2/g。8.根据权利要求7所述的废轮胎全组分资源化方法，其特征在于，所述将低灰组分(22)与高灰组分(23)得到的热解气均通入活化碳(30)进行催化重整，获得富甲烷气体(32)和活
性碳(31)的步骤中，催化重整的温度为500℃～800℃，活化碳(30)与低灰组分(22)或高灰组分(23)的质量比为0.1～5.0。9.根据权利要求4所述的废轮胎全组分资源化方法，其特征在于，所述对高灰组分(23)得到的热解焦进行原位活化后，再依次进行碱洗和水洗的步骤中，碱液浓度为1.0mol/l～10.0mol/l，热解焦和碱液的固液比为1g/10ml～5g/10ml，碱洗搅拌时间为2h～6h。10.根据权利要求4所述的废轮胎全组分资源化方法，其特征在于，所述将灰渣(33)作为催化剂对富甲烷气体(32)进行催化重整，制备得到富氢气体(34)的步骤中，催化重整的温度为600℃～1000℃，灰渣(33)与低灰组分(22)或高灰组分(23)的质量比为0.1～3.0。

技术总结

一种废轮胎全组分资源化系统和方法，系统包括分质处理单元，分质处理单元根据废轮胎不同部位灰分含量差异将废轮胎分质为钢丝、低灰组分及高灰组分；低灰组分与高灰组分分别通过加压热解单元加压热解为热解气、热解油及热解焦，低灰组分得到的热解焦经过第一原位活化单元进行原位活化后得到活化碳，高灰组分得到的热解焦经过第二原位活化单元进行原位活化后再依次经过碱洗单元和水洗单元得到活化碳与碱液沉淀物；低灰组分与高灰组分得到的热解气通入活化碳进行催化重整后得到富甲烷气体和活性碳；碱液沉淀物通过煅烧单元进行煅烧后得到灰渣，灰渣作为催化剂对富甲烷气体进行催化重整制备富氢气体。本发明为废轮胎进行资源化再利用提供了途径。再利用提供了途径。再利用提供了途径。