CN110760204B - 一种降低废旧轮胎裂解炭黑灰分并回收Zn的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种降低废旧轮胎裂解炭黑灰分并回收Zn的系统及方法，所述的系统包括依次连接的蒸馏室、第一冷凝塔、第二冷凝塔，所述的第一冷凝塔还连接有集锌罐，所述的第二冷凝塔还连接有集油罐和尾气处理装置，所述的蒸馏室与真空泵连接。本发明的方法利用真空蒸馏室对裂解炭黑进行再处理，在高温真空的环境下，裂解炭黑中的炭黑与氧化锌发生碳热还原反应，生成锌并高温汽化，冷凝回收，炭黑中残留的油份也同时被高温汽化去除，本发明的方法不但可以降低裂解炭黑中的灰分并大幅度提高其性能，同时达到回收锌和去除多余油份的目的，处理后的炭黑不仅达到了除味、除油的目的，其灰分可明显降低，粗锌及油份的回收率高。
Description
技术领域
本发明属于废旧轮胎处理技术领域，具体涉及一种降低废旧轮胎裂解炭黑灰分并回收Zn的系统及方法。
背景技术
随着经济、工业化的快速发展，废旧轮胎的数量急剧增长，因此，如何实现废旧轮胎资源的回收和利用，对循环经济、工业化生态和社会的可持续发展有着十分重要的意义。
废旧轮胎热裂解的主要产品为裂解油与裂解炭黑。裂解炭黑经深加工处理后可作为轮胎补强炭黑、色素等，大大提高了附加值。轮胎制作过程中往往会添加ZnO、SiO2、硫磺等各种化学助剂，这些助剂会随着废旧轮胎的裂解而富集与裂解炭黑中。通常裂解炭黑灰分含量为15％～20％左右，远远高于商品炭黑，灰分主要组成为ZnO、SiO2等无机氧化物，其中ZnO的含量为8％～9％。灰分会覆盖裂解炭黑表面的活性位点，阻碍裂解炭黑真实与橡胶分子链直接接触，从而大大降低裂解炭黑的补强效果。
降低炭黑灰分的方法有两种：物理分选法、化学法，由于裂解炭黑的纳米级结构且成分复杂，物理分选方法难以达到效果，故现多采用化学法降低灰分含量。化学法降低灰分含量主要有两种工艺：酸(盐酸、硫酸、硝酸等)-碱(氢氧化钠等)联合洗；酸洗，而这两种方法不仅会消耗大量强酸、强碱类化学药品，也不能对Zn进行有效回收，还会加大后续废水、废酸、废碱等废液的处理难度。
中国专利CN1206286C公开了一种低灰分碳黑的生产方法。它是在惰性气体中将废旧高聚物材料升温至350～700℃，热裂解炭化得到裂解炭黑后，加入无机盐与该裂解炭黑混合焙烧，焙烧熔融温度为150～480℃，焙烧熔融时间为30～200min，无机盐与裂解炭黑的质量比为0.1～0.4∶1，使无机盐呈熔融状态并与该裂解炭黑中的金属氧化物反应，生成可溶性的金属盐，经过水洗、干燥、粉碎分级后续工艺，制备得到低灰分碳黑。该发明需要添加化学品，以及增加水洗工艺，会产生大量废水。
中国专利CN109705635A公开了一种废轮胎裂解炭黑脱灰及ZnO回收的方法，将高温裂解废轮胎得到的裂解渣加入到有机弱酸性溶液中进行处理，将处理后的溶液进行过滤，过滤得到的固体残渣进行洗涤、干燥，得到纯度较高的炭黑；将过滤得到的滤液进行氮气气提处理，气提处理后过滤进行固液分离，将得到的固体进行洗涤、干燥、焙烧处理，得到ZnO。该发明的方法工艺流程较长，也需要添加化学品，并产生大量的废水。
现有的降低裂解炭黑灰分的技术中大部分都是通过调整药剂的用量、种类、添加工艺等方法，并未解决药剂耗量大、耗水量大、废液治理复杂等问题，同时大都并未对Zn进行高效回收。
鉴于以上原因，特提出本发明。
发明内容
为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种降低废旧轮胎裂解炭黑灰分并回收Zn的系统及方法，采用本发明的方法降低了裂解炭黑中的灰分，并高效回收了锌。
本发明的第一目的提供了一种降低废旧轮胎裂解炭黑灰分并回收Zn的系统，所述的系统包括依次连接的蒸馏室、第一冷凝塔、第二冷凝塔，所述的第一冷凝塔还连接有集锌罐，所述的第二冷凝塔还连接有集油罐和尾气处理装置，所述的蒸馏室与真空泵连接。
进一步的，所述的蒸馏室与真空泵之间设置有真空阀门。
通过控制真空阀门的开或关，可以实现对蒸馏室的抽真空的控制。
进一步的，所述的蒸馏室与第一冷凝塔之间设置有只允许气体从蒸馏室单方向进入第一冷凝塔的止回阀。
本发明的止回阀可以使蒸馏室的气体进入到第一冷凝塔，而第二冷凝塔内的气体不能进入蒸馏室，从而外部的空气不会流入蒸馏室，这样可以实现更高效率的反应进行。
进一步的，所述的第一冷凝塔还连接有加热装置。
加热装置可以对第一冷凝塔进行加热，以防从蒸馏室出来气体中的油份在第一冷凝塔冷凝，降低收集到锌的纯度。
本发明的第二目的提供了一种利用所述的系统降低废旧轮胎裂解炭黑灰分并回收Zn的方法，所述的方法包括如下步骤：
(1)将废旧轮胎裂解炭黑经进料口送至蒸馏室，关闭进料口；
(2)打开真空泵，对蒸馏室进行抽真空，关闭真空泵和真空阀门，将第一冷凝塔经过加热装置加热至200℃；
(3)加热蒸馏室，随着温度的升高，裂解炭黑中的油份挥发依次经过第一冷凝塔和第二冷凝塔，油份在第二冷凝塔冷却后进入到集油罐中回收；
(4)蒸馏室的温度达到900-1100℃时，裂解炭黑中的氧化锌还原成气态的锌，气态的锌经过第一冷凝塔冷却进入到集锌罐中回收；
(5)将油份和锌回收完后进行降温、卸料处理。
进一步的，步骤(2)中抽真空至绝对压力为10-100Pa，达到基本无氧的环境。
进一步的，步骤(2)中第一冷凝塔加热至温度为200-400℃。
进一步的，步骤(3)中第二冷凝塔的温度为25-35℃。
进一步的，步骤(3)中第二冷凝塔的温度为30℃。
进一步的，步骤(4)中蒸馏室的温度保持在900-1100℃下0.5-2h。
随着蒸馏室温度的逐渐升高，裂解炭黑中的油份开始挥发，油气经过第二冷凝塔进行冷凝，冷凝后的油份进入到集油罐中收集处理。当蒸馏室内的温度达到900-1100℃时，在高温真空的条件下，裂解炭黑中的油份已经挥发完全，且未裂解完全的高分子材料和炭黑中的油份会裂解、挥发完全，达到裂解炭黑除油、除味的效果，同时，裂解炭黑灰分中的ZnO发生碳热还原反应：
ZnO+C→Zn+CO；
ZnO+CO→Zn+CO2；
保持温度在900-1100℃下，反应进行0.5-2h，ZnO完全反应生成Zn并汽化挥发，此时，还原出来的Zn挥发为气态，在第一冷凝塔温度为200-400℃下进行冷凝，冷凝后的Zn进入到集锌罐中收集处理。
进一步的，步骤(5)中温度降至700℃以下时，关闭集液罐和第一冷凝塔之间的阀门，再关闭第一冷凝塔上的加热装置。
本发明的方法无需消耗大量的化学药品、无需废水处理，不仅仅变废为宝，在不破坏炭黑结构的基础上，大幅提高了裂解炭黑的性能，并有效地回收了锌和油份。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的方法利用真空蒸馏室对裂解炭黑进行再处理，在高温真空的环境下，裂解炭黑中的炭黑与氧化锌发生碳热还原反应，生成锌并高温汽化，冷凝回收，炭黑中残留的油份也同时被高温汽化去除，本发明的方法不但可以降低裂解炭黑中的灰分并大幅度提高其性能，同时达到回收锌和去除多余油份的目的，处理后的炭黑不仅达到了除味、除油的目的，其灰分可明显降低，锌及油份的回收率高；
(2)本发明的系统及工艺流程简单，无需消耗大量的强酸、强碱等其他化学药剂，无需进行废液治理排放，符合废弃物处理的资源化、无害化和减量化原则，具有很好的应用前景；
(3)本发明的工艺与采用酸洗碱洗等化学工艺相比，保留了裂解炭黑中的白炭黑(二氧化硅)，二氧化硅是轮胎制造过程中不可或缺的重要组分，二氧化硅的沸点为2230℃，化学性质比较稳定，在本发明的方法下不易与其他物质发生反应，依然保留于炭黑中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
图1是本发明的降低废旧轮胎裂解炭黑灰分并回收Zn的系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种降低废旧轮胎裂解炭黑灰分并回收Zn的系统，所述的系统包括依次连接的蒸馏室、第一冷凝塔、第二冷凝塔，所述的第一冷凝塔还连接有集锌罐，所述的第二冷凝塔还连接有集油罐和尾气处理装置，所述的蒸馏室与真空泵连接。所述的蒸馏室与真空泵之间设置有真空阀门，通过控制真空阀门的开或关，可以实现对蒸馏室的抽真空的控制。所述的蒸馏室与第一冷凝塔之间设置有只允许气体从蒸馏室单方向进入第一冷凝塔的止回阀，本发明的止回阀可以使蒸馏室的气体进入到第一冷凝塔，而第二冷凝塔内的气体不能进入蒸馏室，从而外部的空气不会流入蒸馏室，这样可以实现更高效率的反应进行。所述的第一冷凝塔还连接有加热装置，加热装置可以对第一冷凝塔进行加热，以防从蒸馏室出来气体中的油份在第一冷凝塔冷凝，降低收集到锌的纯度。
本实施例的蒸馏室的顶部设置有进料口，底部设置有出料口，裂解炭黑通过进料口进入蒸馏室，待蒸馏室的反应完全后，从底部的出料口取出裂解炭黑。第一冷凝塔与集锌罐之间设置有第一阀门，第一阀门的开关控制收集的锌进入集锌罐中，第二冷凝塔与集油罐直接设置有第二阀门，第二阀门的开关控制收集的油份进入集油罐中。此外，从第二冷凝塔排出的气体进入到尾气处理装置中进行处理，回收利用。
实施例2
本实施例中所述的废旧轮胎裂解炭黑中总灰分为16.8％，其中氧化锌的含量为8.5％。
本实施例的一种利用实施例1的系统降低废旧轮胎裂解炭黑灰分并回收Zn的方法，所述的方法包括如下步骤：
(1)将废旧轮胎裂解炭黑经进料口送至蒸馏室，关闭进料口；
(2)打开真空泵，对蒸馏室进行抽真空至30-40Pa，达到基本无氧环境，关闭真空泵和真空阀门，将第一冷凝塔经过加热装置预先加热至200℃；
(3)开始加热蒸馏室，随着温度的升高，裂解炭黑中的油份开始挥发依次经过第一冷凝塔和第二冷凝塔，第二冷凝塔的温度为25℃，油份在第二冷凝塔冷却后进入到集油罐中回收；
(4)蒸馏室的温度达到900℃时，裂解炭黑中的大部分油份已经挥发完毕，保持温度不变，反应进行2h，裂解炭黑中的氧化锌还原成气态的锌，气态的锌经过第一冷凝塔冷却进入到集锌罐中回收；
(5)将油份和锌回收完后进行降温，先停止对蒸馏室的加热，待温度降至700℃以下时，关闭第一冷凝塔和集锌罐之间的第一阀门，再关闭第一冷凝塔上的加热装置，当蒸馏室和第一冷凝塔冷却至室温时，从蒸馏室底部的出料口取出裂解炭黑，关闭第二冷凝塔和集油罐之间的第二阀门。
实施例3
本实施例中所述的废旧轮胎裂解炭黑中总灰分为16.8％，其中氧化锌的含量为8.5％。
本实施例的一种利用实施例1的系统降低废旧轮胎裂解炭黑灰分并回收Zn的方法，所述的方法包括如下步骤：
(1)将废旧轮胎裂解炭黑经进料口送至蒸馏室，关闭进料口；
(2)打开真空泵，对蒸馏室进行抽真空至10-30Pa，达到基本无氧环境，关闭真空泵和真空阀门，将第一冷凝塔经过加热装置预先加热至300℃；
(3)开始加热蒸馏室，随着温度的升高，裂解炭黑中的油份开始挥发依次经过第一冷凝塔和第二冷凝塔，第二冷凝塔的温度为30℃，油份在第二冷凝塔冷却后进入到集油罐中回收；
(4)蒸馏室的温度达到1000℃时，裂解炭黑中的大部分油份已经挥发完毕，保持温度不变，反应进行1.25h，裂解炭黑中的氧化锌还原成气态的锌，气态的锌经过第一冷凝塔冷却进入到集锌罐中回收；
(5)将油份和锌回收完后进行降温，先停止对蒸馏室的加热，待温度降至700℃以下时，关闭第一冷凝塔和集锌罐之间的第一阀门，再关闭第一冷凝塔上的加热装置，当蒸馏室和第一冷凝塔冷却至室温时，从蒸馏室底部的出料口取出裂解炭黑，关闭第二冷凝塔和集油罐之间的第二阀门。
实施例4
本实施例中所述的废旧轮胎裂解炭黑中总灰分为16.8％，其中氧化锌的含量为8.5％。
本实施例的一种利用实施例1的系统降低废旧轮胎裂解炭黑灰分并回收Zn的方法，所述的方法包括如下步骤：
(1)将废旧轮胎裂解炭黑经进料口送至蒸馏室，关闭进料口；
(2)打开真空泵，对蒸馏室进行抽真空至40-100Pa，达到基本无氧环境，关闭真空泵和真空阀门，将第一冷凝塔经过加热装置预先加热至400℃；
(3)开始加热蒸馏室，随着温度的升高，裂解炭黑中的油份开始挥发依次经过第一冷凝塔和第二冷凝塔，第二冷凝塔的温度为35℃，油份在第二冷凝塔冷却后进入到集油罐中回收；
(4)蒸馏室的温度达到1100℃时，裂解炭黑中的大部分油份已经挥发完毕，保持温度不变，反应进行0.5h，裂解炭黑中的氧化锌还原成气态的锌，气态的锌经过第一冷凝塔冷却进入到集锌罐中回收；
(5)将油份和锌回收完后进行降温，先停止对蒸馏室的加热，待温度降至700℃以下时，关闭第一冷凝塔和集锌罐之间的第一阀门，再关闭第一冷凝塔上的加热装置，当蒸馏室和第一冷凝塔冷却至室温时，从蒸馏室底部的出料口取出裂解炭黑，关闭第二冷凝塔和集油罐之间的第二阀门。
试验例1
分别对实施例2-4的方法处理后的裂解炭黑中的灰分进行测定，以及计算锌和油份的总回收率，结果见表1。
表1
| 样品 | 灰分含量(％) | 锌和油份的总回收率(％) |
| 实施例2 | 8.3 | 99.03 |
| 实施例3 | 7.9 | 99.24 |
| 实施例4 | 8.1 | 99.16 |
从上表可以看出，经过本发明的方法处理的裂解炭黑，其灰分含量降低至8.3％以下，锌和油份的总回收率可达99％以上，有效的回收了锌及油份。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种降低废旧轮胎裂解炭黑灰分并回收Zn的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
(1)将废旧轮胎裂解炭黑经进料口送至蒸馏室，关闭进料口；
(2)打开真空泵，对蒸馏室进行抽真空至绝对压力为10-100Pa，关闭真空泵和真空阀门，将第一冷凝塔经过加热装置加热至温度为200-400℃；
(3)加热蒸馏室，随着温度的升高，裂解炭黑中的油份挥发依次经过第一冷凝塔和第二冷凝塔，第二冷凝塔的温度为25-35℃，油份在第二冷凝塔冷却后进入到集油罐中回收；
(4)蒸馏室的温度保持在900-1100℃下0.5-2h，裂解炭黑中的氧化锌还原成气态的锌，气态的锌经过第一冷凝塔冷却进入到集锌罐中回收；
(5)将油份和锌回收完后进行降温、卸料处理，温度降至700℃以下时，关闭集液罐和第一冷凝塔之间的阀门，再关闭第一冷凝塔上的加热装置；
所述方法利用降低废旧轮胎裂解炭黑灰分并回收Zn的系统，所述的系统包括依次连接的蒸馏室、第一冷凝塔、第二冷凝塔，所述的第一冷凝塔还连接有集锌罐，所述的第二冷凝塔还连接有集油罐和尾气处理装置，所述的蒸馏室与真空泵连接，所述的第一冷凝塔还连接有加热装置。
2.根据权利要求1所述的降低废旧轮胎裂解炭黑灰分并回收Zn的方法，其特征在于，所述的蒸馏室与真空泵之间设置有真空阀门。
3.根据权利要求1所述的降低废旧轮胎裂解炭黑灰分并回收Zn的方法，其特征在于，所述的蒸馏室与第一冷凝塔之间设置有只允许气体从蒸馏室单方向进入第一冷凝塔的止回阀。
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