廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明揭示了一種廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的方法及系統，包括廢橡膠塑料制品采用熱解工藝制得熱解炭并進行粉碎；熱解炭分別通過兩次不同的酸反應以及一次堿反應，將其中的絕大部分灰分轉化成可溶性鹽；用水洗滌熱解炭，過濾，去除可溶性鹽；除灰后的熱解炭與改性劑反應，改變熱解炭表面微化學環境，形成新的結合層，強化熱解炭粒子與橡膠、塑料間的結合力，從而制得再生炭黑，經過上述處理，熱解炭中的灰分含量得以大大降低，實現廢橡膠塑料制品循環利用。同時，本發明還揭示了廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的系統，該系統將反應過程中所需熱量取自于廢橡膠塑料制品熱解產生的可燃氣，進一步實現了能源的循環利用。
【專利說明】廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的方法及系統，特別涉及一種對熱解炭高比例深度除灰、表面改性提高補強效果的熱解炭除灰改性制再生炭黑的方法及系統。
【背景技術】
[0002]隨著橡膠、塑料工業的加速發展，世界范圍內出現大量廢棄橡膠塑料制品，這些橡膠塑料制品通常含有高分子聚合物、炭黑以及一些灰分。灰分中含有鋅、鈣、硅、鋁、鈉、鐵、鎂、鉀、硫、磷等元素。
[0003]隨著技術進步，熱解技術可以將廢橡膠塑料轉化為炭、油和可燃氣體，但熱解炭中含有大量灰分，灰分通常占熱解炭質量比的15%——20%，這導致熱解炭的性能與普通工業炭黑有很大差距，特別是某些灰分的存在導致熱解炭無法進行循環利用。
[0004]在申請號為CN03129370.0、名稱為“一種低灰分再生碳素材料的生產方法”的中國專利中，揭示了在惰性氣氛下將廢舊高聚物材料升溫熱裂解炭化得到裂解炭黑后，加入一種無機鹽與該裂解炭黑混合焙燒，使無機鹽呈熔融狀態并與該裂解炭黑中的金屬氧化物反應，生成可溶性的金屬鹽，經過水洗、干燥、粉碎分級等后續工藝，制備低灰分再生碳素材料。然該專利采用無 機鹽與炭黑混合焙燒，其除灰效果不理想，且焙燒所需設備較復雜、昂貴，焙燒所需能源較多。
[0005]另外，在申請號為CN201310165196.5、名稱為“一種再生裂解炭黑的固相接枝改性方法”的中國專利中，揭示了在廢舊橡膠、塑料高溫裂解產生的熱解炭中加入有機化合物，借助粉磨設備，使有機化合物原位接枝到熱解炭的表面，得到固相接枝改性的再生裂解炭黑。該專利通過粉磨設備將有機化合物與熱解炭表面充分接觸、反應，但其不足之處在于這種反應效果不佳，且沒有解決熱解炭灰分高的問題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種能夠工業化生產的廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的方法及裝置，使用熱解氣為能源，以較簡單的化學反應去除熱解炭中的灰分，改變熱解炭表面微化學環境，從而將熱解炭轉化為類似普通工業炭黑性能的再生炭黑。
[0007]為實現上述發明目的，本發明提出如下技術方案:一種廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一，廢橡膠塑料制品通過熱解反應制得熱解炭；
[0009]步驟二，將所述熱解炭與第一種酸反應，并洗滌過濾；
[0010]步驟三，將經步驟二處理后的熱解炭與第二種酸反應，并洗滌過濾；以及
[0011]步驟四，將經步驟三處理后的熱解炭與改性劑反應并過濾后得到所述再生炭黑。
[0012]更優地，在所述步驟二和步驟三之間，還包括熱解炭和堿的反應步驟。
[0013]所述堿選自碳酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或幾種的組合；[0014]所述熱解炭和堿的反應條件為溫度70°C~100°C、常壓或溫度120°C~151°C、壓力 0.2MPa ~0.5MPa。
[0015]所述第一種酸和第二中酸選自鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸、磷酸中的一種或幾種的組合，且第一種酸與第二種酸的成分不同；
[0016]所述步驟二、步驟三中的反應條件為溫度70°C~100°C、常壓或溫度120°C~151℃、壓力 0.2MPa ~0.5MPa。
[0017]所述改性劑選自硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、硬脂酸、硬脂酸鈉中的一種或幾種的組合。
[0018]本發明還提出一種廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的系統的技術方案，包括酸反應容器、改性反應容器、噴淋設備、過濾設備、沉淀及水處理系統；其中所述酸反應容器與改性反應容器相連，分別用于將熱解炭與酸及改性劑進行反應；所述噴淋設備與酸反應容器相連，用于對酸反應產生的氣體進行中和、吸收；所述過濾設備設置在酸反應容器及改性反應容器的后道，用于對酸反應、改性反應完成后的出料進行固液分離；所述沉淀及水處理系統與所述過濾設備相連，用于對過濾后所得濾液中的固體物進行沉淀。
[0019]更優地，所述系統還包括與所述酸反應容器及改性反應容器相連通的堿反應容器，所述堿反應容器用于將所述熱解炭與堿進行反應。
[0020]所述系統還包括與過濾設備相連的造粒設備，所述造粒設備用于將粉狀再生炭黑造粒。
[0021]所述系統還包括破碎裝置、熱解裝置、粉碎裝置以及燃氣鍋爐、；所述破碎裝置將廢橡膠塑料制品破碎成顆粒；所述熱解裝置將廢橡膠塑料制品熱解成熱解炭、油和可燃氣；所述粉碎裝置與熱解裝置的炭出口相連，用于將熱解炭粉碎；所述燃氣鍋爐與熱解裝置的燃氣出口相連，用于將熱解燃氣燃燒制水蒸氣。
[0022]本發明以廢橡膠塑料制品熱解炭為原料，通過兩次不同的酸反應以及一次堿反應將熱解炭中的灰分轉化為可溶性鹽，再通過水洗、過濾將鹽從熱解炭中分離，實現除灰；通過改性反應改變熱解炭表面微化學環境，形成新的結合層，強化熱解炭粒子與橡膠、塑料間的結合力，提高補強效果，從而制得再生炭黑，基本達到普通工業炭黑的性能指標。
[0023]所述熱解炭與第一種酸的反應過程包括:將第一種酸加入熱解炭中，攪拌混合均勻，攪拌的同時對熱解炭進行加熱，所述熱解炭在溫度為70°C~100°C、常壓條件下或在溫度為120°C~151°C，壓力為0.2MPa~0.5MPa條件下與第一種酸充分反應，部分灰分轉化成可溶性鹽；反應完成后用水洗滌熱解炭、出料并進行過濾，去除可溶性鹽；剩余的熱解炭繼續進行接下來的反應。
[0024]所述熱解炭與堿的反應過程包括:將堿加入熱解炭中，攪拌混合均勻，攪拌的同時對熱解炭進行加熱，所述熱解炭在溫度為70°C~100°C、常壓條件下或在溫度為120°C~151°C，壓力為0.2MPa~0.5MPa條件下與堿充分反應，部分灰分轉化成可溶性鹽；反應完成后用水洗滌熱解炭、出料并進行過濾，去除可溶性鹽；剩余的熱解炭繼續進行接下來的反應。
[0025]所述熱解炭與第二種酸的反應過程包括:將第二種酸加入熱解炭中，攪拌混合均勻，攪拌的同時對熱解炭進行加熱，所述熱解炭在溫度為70°C~100°C、常壓條件下或在溫度為120°C~151°C，壓力為0.2MPa~0.5MPa條件下與第二種酸充分反應，部分灰分轉化成可溶性鹽；反應完成后用水洗滌熱解炭、出料并進行過濾，去除可溶性鹽；剩余的熱解炭繼續進行接下來的反應。
[0026]所述熱解炭與改性劑的反應過程包括:將改性劑加入熱解炭中，攪拌混合均勻，攪拌的同時對熱解炭進行加熱，所述熱解炭在溫度為70V~100°C、常壓條件下反應，完成后過濾。所制得再生炭黑可進行進一步的處理。
[0027]與現有技術相比，本發明能將灰分含量高達20 %的原始熱解炭的灰分含量可降低到 I %-2%，制得的再生炭黑的補強能力可以與N330、N660等工業炭黑相媲美，實現廢橡膠塑料制品循環利用。更有意義的是，上述反應、干燥過程中所需熱量來自于廢橡膠塑料制品熱解產生的可燃氣，既避免了熱解氣的外排污染環境，又充分實現循環利用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的方法的流程圖；
[0029]圖2是圖1細化的流程圖；
[0030]圖3為本發明廢橡 膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的系統的結構示意圖。
[0031]圖中元件標號為:
[0032]廢橡膠塑料破碎機1，輸送機21~28，熱解裝置3，熱解炭粉碎裝置4，燃氣鍋爐5，酸A反應容器6，過濾設備71~74，堿B反應容器8，堿噴淋塔9，酸C反應容器10，改性反應容器11，造粒機12，干燥設備13，包裝設備14，沉淀及水處理系統15
【具體實施方式】
[0033]下面將結合本發明的附圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整的描述。
[0034]結合圖1、圖2所述，本發明廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的方法包括以下步驟:
[0035]SI，廢橡膠塑料制品采用熱解工藝制得熱解炭、油、可燃氣。
[0036]S2，熱解炭粉碎至325目以下細度(粒徑< 45 μ m)。
[0037]S3，熱解炭與酸A反應，將部分灰分轉化成可溶性鹽，再經過洗滌過濾去除。
[0038]具體來說，熱解炭與酸A的反應過程包括:將酸A加入熱解炭中，攪拌混合均勻，攪拌的同時對熱解炭進行加熱，所述熱解炭在溫度為70V~100°C、常壓條件下或在溫度為120°C~151°C，壓力為0.2MPa~0.5MPa的條件下與酸A充分反應，反應后部分灰分轉化成可溶性鹽；反應完成后用水洗滌熱解炭、出料并進行過濾，去除可溶性鹽；剩余的熱解炭繼續進行后續反應。其中酸A選自鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸、磷酸中的一種或幾種的組合。
[0039]S4，熱解炭與堿B反應，將部分灰分轉化成可溶性鹽，再經過洗滌過濾去除。
[0040]具體來說，熱解炭與堿B反應的過程包括:將堿B加入熱解炭中，攪拌混合均勻，攪拌的同時對熱解炭進行加熱，所述熱解炭在溫度為70V~100°C、常壓條件下或在溫度為120°C~151°C，壓力為0.2MPa~0.5MPa條件下與堿充分反應，部分灰分轉化成可溶性鹽；反應完成后用水洗滌熱解炭、出料并進行過濾，去除可溶性鹽；剩余的熱解炭繼續進行后續反應。堿B為碳酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或幾種的組合。
[0041]熱解炭與堿B反應的步驟為可選步驟，根據廢橡膠塑料制品的灰分種類不同而選擇是否采用。[0042]S4，熱解炭與酸C反應，將部分灰分轉化成可溶性鹽，再經過洗滌過濾去除。
[0043]具體來說，熱解炭與酸C反應的過程包括:將酸C加入熱解炭中，攪拌混合均勻，攪拌的同時對熱解炭進行加熱，所述熱解炭在溫度為70V~100°C、常壓條件下或在溫度為120°C~151°C，壓力為0.2MPa~0.5MPa條件下與酸C充分反應，部分灰分轉化成可溶性鹽；反應完成后用水洗滌熱解炭、出料并進行過濾，去除可溶性鹽；剩余的熱解炭繼續進行后續反應。酸C為鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸、磷酸中的一種或幾種的組合，且與酸A成分不同。[0044]針對不同的廢橡膠塑料制品熱解炭，可替換的方案為，S3、S4、S5的先后順序可以改變。
[0045]S6，熱解炭與改性劑D反應，改變熱解炭表面微化學環境，形成新的結合層，強化熱解炭粒子與橡膠、塑料間的結合力，提高補強效果，從而制得再生炭黑。
[0046]具體來說，熱解炭與改性劑D反應的過程包括:將改性劑D加入熱解炭中，攪拌混合均勻，攪拌的同時對熱解炭進行加熱，所述熱解炭在溫度為70V~100°C、常壓條件下反應，完成后過濾。所制得再生炭黑繼續進行所述步驟七。改性劑D為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、硬脂酸、硬脂酸鈉中的一種或幾種的組合。
[0047]S7，除灰改性后所得再生炭黑經過造粒、干燥、包裝，可供使用。
[0048]如圖3所示，本發明所揭示的一種廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的系統，包括廢橡膠塑料破碎機1，輸送機21~27，熱解裝置3，熱解炭粉碎裝置4，燃氣鍋爐5，酸A反應容器6，過濾設備71~74，堿B反應容器8，堿噴淋塔9，酸C反應容器10，改性反應容器11，造粒機12，干燥設備13，包裝設備14，沉淀及水處理系統15。所述破碎機I將廢橡膠塑料破碎到粒徑2-5cm顆粒，通過所述輸送機21進入所述熱解裝置3，作為熱解反應的原料。
[0049]廢橡膠塑料被熱解裝置3轉化成熱解炭、油和可燃氣。可燃氣輸入至所述燃氣鍋爐5燃燒產生蒸汽供反應容器、干燥設備使用。熱解炭被所述粉碎裝置4粉碎至325目以下細度(粒徑<45 μ m)，經所述輸送機22送至酸A反應容器6。熱解炭在反應容器6內與酸A進行反應，將熱解炭中的部分灰分轉化成可溶性鹽。反應過程中產生的氣體收集到所述堿噴淋塔9，經處理后外排。反應完成后，反應容器6出料通過所述過濾設備71過濾，再將濾渣用水洗滌、過濾。濾液收集到沉淀及水處理系統15，經處理環保達標后外排。
[0050]過濾設備71產生的濾渣經所述輸送機23送至堿B反應容器8。熱解炭在反應容器8內與堿B進行反應，將熱解炭中的部分灰分轉化成可溶性鹽。反應完成后，反應容器8出料通過所述過濾設備72過濾，再將濾渣用水洗滌、過濾。濾液收集到沉淀及水處理系統15，經處理環保達標后外排。
[0051]過濾設備72產生的濾渣經所述輸送機24送至酸C反應容器10。熱解炭在反應容器10內與酸C進行反應，將熱解炭中的部分灰分轉化成可溶性鹽。反應過程中產生的氣體收集到所述堿噴淋塔9，經處理后外排。反應完成后，反應容器10出料通過所述過濾設備73過濾，再將濾渣用水洗滌、過濾。濾液收集到沉淀及水處理系統15，經處理環保達標后外排。
[0052]本實施例中以酸A反應容器6在前、堿B反應容器8居中、酸C反應容器10置后介紹廢橡膠塑料制品熱解炭酸、堿除灰反應的過程，在其他實施例中，所述酸A反應容器6、堿B反應容器8、酸C反應容器10連接的前后位置可以具體根據廢橡膠塑料制品熱解炭所含灰分種類的不同進行前后更換，某些實施例也可省略堿B反應容器8。
[0053]過濾設備73產生的濾渣經所述輸送機25送至改性反應容器11。熱解炭在反應容器11內與改性劑D進行反應，制得再生炭黑。反應容器11出料通過所述過濾設備74過濾。濾液收集到沉淀及水處理系統15，經處理環保達標后外排。
[0054]所制得再生炭黑經所述輸送機26送至造粒機12，將再生炭黑造粒。炭黑粒子經所述輸送機27送至干燥設備13，進行干燥。干燥后的炭黑粒子經所述輸送機28送至包裝設備14進行包裝。
[0055]下面以廢輪胎熱解炭除灰改性制再生炭黑為例，說明本發明對廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的過程。廢輪胎通過輸送裝置(圖未示)送至破碎機1，破碎成2-5cm的膠粒。膠粒通過輸送機21進入熱解裝置3，經熱解反應轉化成熱解炭、油和可燃氣。可燃氣輸入至所述燃氣鍋爐5燃燒產生蒸汽供反應容器、干燥設備使用。熱解炭被粉碎裝置4粉碎至325目，經輸送機22送至酸A反應容器6。熱解炭在反應容器6內與鹽酸(酸A)進行反應，將熱解炭中的部分灰分轉化成可溶性鹽。反應過程中產生的氣體收集到堿噴淋塔9，經處理后外排。反應完成后，反應容器6出料通過過濾設備71過濾，再將濾渣用水洗滌、過濾。濾液收集到沉淀及水處理系統15，經處理環保達標后外排。
[0056]過濾設備71產生的濾渣經輸送機23送至堿B反應容器8。熱解炭在反應容器8內與純堿(堿B)進行反應，將熱解炭中的部分灰分轉化成可溶性鹽。反應完成后，反應容器8出料通過過濾設備72過濾，再將濾渣用水洗滌、過濾。濾液收集到沉淀及水處理系統15，經處理環保達標后外排。
[0057]過濾設備72產生的濾渣經所述輸送機24送至酸C反應容器10。熱解炭在反應容器10內與硝酸(酸C)進行反應，將熱解炭中的部分灰分轉化成可溶性鹽。反應過程中產生的氣體收集到堿噴淋塔9，經處理后外排。反應完成后，反應容器10出料通過過濾設備73過濾，再將濾渣用水洗滌、過濾 。濾液收集到沉淀及水處理系統15，經處理環保達標后外排。
[0058]上述鹽酸、硝酸、純堿加入量根據熱解炭測得灰分含量及灰分中各種成分比例而定。
[0059]過濾設備73產生的濾渣經輸送機25送至改性反應容器11。熱解炭在反應容器11內與鈦酸酯偶聯劑CT-136進行反應，制得再生炭黑。鈦酸酯加入量是熱解炭質量的1%-2%。反應容器11出料通過所述過濾設備74過濾。濾液收集到沉淀及水處理系統15，經處理環保達標后外排。
[0060]所制得再生炭黑經輸送機26送至造粒機12，將再生炭黑造粒。炭黑粒子經輸送機27送至干燥設備13，進行干燥。干燥后的炭黑粒子經輸送機28送至包裝設備14進行包裝。
[0061]經上述處理后，廢輪胎熱解炭的灰分含量從18%降低至1.5%, DBP吸附值85，拉伸強度17MPa，扯斷伸長率440%，300%定伸應力8.1MPa0性能指標與普通工業炭黑N330、N660接近。
[0062]本發明的技術內容及技術特征已揭示如上，然而熟悉本領域的技術人員仍可能基于本發明的教示及揭示而作種種不背離本發明精神的替換及修飾，因此，本發明保護范圍應不限于實施例所揭示的內容，而應包括各種不背離本發明的替換及修飾，并為本專利申請權利 要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一，廢橡膠塑料制品通過熱解反應制得熱解炭； 步驟二，將所述熱解炭與第一種酸反應，并洗滌過濾； 步驟三，將經步驟二處理后的熱解炭與第二種酸反應，并洗滌過濾；以及 步驟四，將經步驟三處理后的熱解炭與改性劑反應并過濾后得到所述再生炭黑。
2.根據權利要求1所述的廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的方法，其特征在于:在所述步驟二和步驟三之間，還包括熱解炭和堿的反應步驟。
3.根據權利要求2所述的廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的方法，其特征在于:所述堿選自碳酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或幾種的組合；所述熱解炭和堿的反應條件為溫度70°C~100°C、常壓或溫度120°C~151°C、壓力0.2MPa~0.5MPa。
4.根據權利要求1所述的廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的方法，其特征在于:所述第一種酸和第二中酸選自鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸、磷酸中的一種或幾種的組合，且第一種酸與第二種 酸的成分不同。
5.根據權利要求1所述的廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的方法，其特征在于:所述步驟二、步驟三中的反應條件為溫度70°C~100°C、常壓或溫度120°C~151°C、壓力 0.2MPa ~0.5MPa。
6.根據權利要求1所述的廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的方法，其特征在于:所述改性劑選自硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、硬脂酸、硬脂酸鈉中的一種或幾種的組合。
7.一種廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的系統，其特征在于，包括酸反應容器、改性反應容器、噴淋設備、過濾設備、沉淀及水處理系統；其中所述酸反應容器與改性反應容器相連，分別用于將熱解炭與酸及改性劑進行反應；所述噴淋設備與酸反應容器相連，用于對酸反應產生的氣體進行中和、吸收；所述過濾設備設置在酸反應容器及改性反應容器的后道，用于對酸反應、改性反應完成后的出料進行固液分離；所述沉淀及水處理系統與所述過濾設備相連，用于對過濾后所得濾液中的固體物進行沉淀。
8.根據權利要求7所述的廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的系統，其特征在于，還包括與所述酸反應容器及改性反應容器相連通的堿反應容器，所述堿反應容器用于將所述熱解炭與堿進行反應。
9.根據權利要求7所述的廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的系統，其特征在于，還包括與過濾設備相連的造粒設備，所述造粒設備用于將粉狀再生炭黑造粒。
10.根據權利要求7所述的廢橡膠塑料制品熱解炭除灰改性制再生炭黑的系統，其特征在于，還包括破碎裝置、熱解裝置、粉碎裝置以及燃氣鍋爐；所述破碎裝置將廢橡膠塑料制品破碎成顆粒；所述熱解裝置將廢橡膠塑料制品熱解成熱解炭、油和可燃氣；所述粉碎裝置與熱解裝置的炭出口相連，用于將熱解炭粉碎；所述燃氣鍋爐與熱解裝置的燃氣出口相連，用于將熱解燃氣燃燒制水蒸氣。
【文檔編號】C09C1/56GK103540172SQ201310534302
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】王兢 申請人:王兢