CN116925803A - 一种废轮胎多效资源化利用系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种废轮胎多效资源化利用系统及其工作方法，解决了多余裂解气无处可去，只能通过火炬对空排放的问题，又解决了裂解设备换热源能量波动的问题。一级预热装置、二级裂解装置、三级精裂装置依次连接；三级精裂装置与燃气轮机发电机组连接；燃气轮机发电机组与二级裂解装置和余热锅炉连接；二级裂解装置与余热锅炉连接；余热锅炉与汽轮发电机组连接；汽轮发电机组与一级预热装置连接，一级预热装置与汽拖空压机的蒸汽进口连接，汽拖空压机与减温减压装置连接，减温减压装置与溴化锂制冷机组连接，溴化锂制冷机组与烟气‑凝结水换热器连接，烟气‑凝结水换热器与余热锅炉连接，烟气‑凝结水换热器与烟气净化装置连接。

Description

一种废轮胎多效资源化利用系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及废轮胎资源化利用技术领域，具体地说，涉及一种废轮胎多效资源化利用系统及其工作方法。

背景技术

废轮胎资源化处置是目前国内可再生资源利用的热门领域，裂解处置工艺是废轮胎资源化处置中极具前景的工艺路线，热裂解的产物有热解油、热解气和热解炭黑，极具经济价值。

但是，目前该工艺的运行存在如下问题：

1、裂解系统的能量维持采用裂解气燃烧后的高温烟气间接换热得到，裂解气产气率随着燃料成份波动和裂解环境温度变化，产气率会间歇性波动，带来高温烟气与裂解器的换热能量随着产气率变化而变化，进而进一步影响裂解气的产气量，系统抗波动、自恢复的能力差，系统控制困难。2、多余裂解气储存及再利用困难，多数项目通过火炬焚烧，烟气净化后向空排放，既浪费能源，又需设置裂解气暂存系统，厂房等级及工厂安全管理要求高。

发明内容

本发明的目的是提供一种废轮胎多效资源化利用系统及其工作方法，解决了多余裂解气无处可去，只能通过火炬对空排放的问题，又解决了裂解设备换热源能量波动的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种废轮胎多效资源化利用系统，其特征在于，包括废轮胎裂解装置、燃气轮机发电机组、余热锅炉、汽轮发电机组、汽拖空压机、减温减压装置、溴化锂制冷机组、烟气-凝结水换热器和烟气净化装置；废轮胎裂解装置包括一级预热装置、二级裂解装置和三级精裂装置，一级预热装置的出口与二级裂解装置的进口连接，二级裂解装置的出口与三级精裂装置的进口连接；三级精裂装置的裂解油和裂解气出口与燃气轮机发电机组的进口连接；燃气轮机发电机组设置有一个烟气出口，该烟气出口与二级裂解装置的烟气进口连接；二级裂解装置的烟气出口与余热锅炉的烟气进口连接；燃气轮机发电机组的排烟口与余热锅炉的烟气进口连接；余热锅炉的蒸汽出口与汽轮发电机组的蒸汽进口连接；汽轮发电机组的背压排汽出口与一级预热装置的蒸汽进口连接，一级预热装置的蒸汽出口与汽拖空压机的蒸汽进口连接，汽拖空压机的排汽出口与减温减压装置的蒸汽进口连接，减温减压装置的蒸汽出口与溴化锂制冷机组的蒸汽进口连接，溴化锂制冷机组的凝结水与烟气-凝结水换热器的进水口连接，烟气-凝结水换热器的出水口与余热锅炉的进水口连接，烟气-凝结水换热器的进气口与余热锅炉的排烟口连接，烟气-凝结水换热器的出气口与烟气净化装置连接。

本发明所述的与二级裂解装置的烟气进口连接的烟气出口设置于燃气轮机发电机组的中段。

本发明还包括增压水泵，溴化锂制冷机组的凝结水通过增压水泵与烟气-凝结水换热器的进水口连接。

一种废轮胎多效资源化利用系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）废轮胎裂解装置采用三级裂解工艺：一级预热、二级主裂解、三级精裂，原料废轮胎胶粒进入一级预热装置进行预热，预热后进入二级裂解装置进行主裂解，主裂解后进入三级精裂装置进行精裂；

（2）经过三级裂解工艺后，原料废轮胎胶粒将彻底转化为含油率≤0.3%的高品质炭黑、裂解油及裂解气；裂解油和裂解气送入燃气轮机发电机组焚烧，焚烧产生≥1400℃的高温烟气，并带动发电机发电；

（3）燃气轮机发电机组做功发电后的烟气分两路，一路730℃-770℃的烟气从燃气轮机发电机组中段抽取，并送入二级裂解装置，供裂解用能，换热后烟气温度430℃-470℃，送回余热锅炉继续余热利用；另一路经燃气轮机发电机组完全膨胀做工后排出，温度530℃-570℃，并送入余热锅炉，与上一股烟气汇合，余热利用；

（4）余热锅炉产出压力3.8-4.0Mpa、温度380-420℃的中温中压蒸汽，蒸汽拖动汽轮发电机组继续发电；

（5）汽轮发电机组发电后产出压力1-1.2Mpa、温度330℃-350℃的背压排汽分两路应用，一路作为园区的汽源点，直接外售蒸汽；一路在厂内做热能梯级利用：首先送入一级预热装置预热轮胎胶粒，胶粒温度由常温加热至180-200℃，换热后产生压力0.5-0.7Mpa、温度280℃-300℃的蒸汽送入后端的汽拖空压机，带动汽拖空压机制取压缩空气外售；汽拖空压机产生压力0.14-0.16Mpa、温度150℃-160℃的排汽，通过减温减压装置制取饱和蒸汽，送入溴化锂制冷机组，制取供回水温度为7-12℃的中央空调系统冷冻水，为全厂或园区提供冷量；蒸汽经溴化锂制冷机组换热后冷凝成的凝结水，送回余热锅炉循环利用；

（6）蒸汽经溴化锂制冷机组的凝结水进入余热锅炉前在烟气-凝结水换热器中与余热锅炉的排烟做烟气-凝结水换热，通过凝结水回收烟气中的能量，凝结水提高温度后回余热锅炉循环利用；换热后的烟气经烟气净化装置后，达标排放。

本发明步骤（3）中，从燃气轮机发电机组中段抽取的烟气温度为750℃；换热后烟气温度为450℃；膨胀做工后排出的烟气为温度550℃。

本发明步骤（4）中，余热锅炉产出中温中压蒸汽的压力为4.0Mpa、温度为400℃。

本发明步骤（5）中，汽轮发电机组发电后产出的背压排汽压力为1.1Mpa、温度为330℃；胶粒温度由常温加热至180℃，换热后产生的蒸汽压力为0.6Mpa、温度为280℃；汽拖空压机产生的排汽压力为0.15Mpa、温度为160℃。

在上述技术方案中，本发明提供的一种废轮胎多效资源化利用系统及其工作方法，具备以下有益效果：

1、物料转化利用方面，本申请将裂解油和裂解气协同焚烧，实现燃气-蒸汽联合循环，发电及供热，能量梯级利用率极高，有效解决了常规工艺裂解油闪点低，防爆要求高，安全间距大，占地大的问题，也解决了多余裂解气无处可去，只能通过火炬对空排放的问题。制取的电力能源不仅可以供厂内自用，余电可以上网发电，蒸汽可外供工业园区，项目成为园区的热源点。

2、针对核心裂解设备由于换热源能量波动的问题，本申请由于采用裂解气和裂解油协同焚烧工艺，产生的大量高温烟气能量远远满足裂解本身的用能需求，裂解装置换热能量供应充沛。在满足裂解装置用能的前提下，剩余高温烟气及换热后的回流烟气进入余热锅炉，制取中温中压参数蒸汽。为了提升炭黑品质，三级精裂装置采用电能供热，可精确控温及确保装置整体受热均匀，显著降低炭黑的残油率，解决筒体局部过热结焦问题。

3、汽轮机排汽实现了多级利用。汽轮机排汽供厂内利用部分，先预热胶粒，然后带动汽拖空压机制取压缩空气外供，最后的排汽进一步在溴化锂制冷机组中制取冷量。原1.1Mpa、330℃蒸汽经过梯级利用后，最终成为冷凝水，冷凝水回到锅炉工质循环，蒸汽能量实现了全利用。过程中制取压缩空气、冷量产品外供。

4、设置烟气-凝结水换热设备，低温凝结水吸收烟气排烟热能，等同于回收了整个系统中需要外排的废热能量，提升了能量的利用率。

5、裂解气和裂解油焚烧需要的空气由裂解车间、炭黑车间吸取，可替代常规项目必须要建设的除尘除臭系统，满足可燃气体和粉尘防爆的要求，大大改观车间的操作环境，投资省，运行成本几乎为零。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

如图1所示，一种废轮胎多效资源化利用系统，包括废轮胎裂解装置、燃气轮机发电机组4、余热锅炉5、汽轮发电机组6、汽拖空压机7、减温减压装置8、溴化锂制冷机组9、增压水泵10、烟气-凝结水换热器11和烟气净化装置12。

废轮胎裂解装置包括一级预热装置1、二级裂解装置2、三级精裂装置3，一级预热装置1的出口与二级裂解装置2的进口连接，二级裂解装置2的出口与三级精裂装置3的进口连接。

三级精裂装置3的裂解油和裂解气出口与燃气轮机发电机组4的进口连接。燃气轮机发电机组4中段设置一个烟气出口，该烟气出口与二级裂解装置2的烟气进口连接；二级裂解装置2的烟气出口与余热锅炉5的烟气进口连接。燃气轮机发电机组4的排烟口与余热锅炉5的烟气进口连接。

余热锅炉5的蒸汽出口与汽轮发电机组6的蒸汽进口连接。

汽轮发电机组6的背压排汽出口与一级预热装置1的蒸汽进口连接，一级预热装置1的蒸汽出口与汽拖空压机7的蒸汽进口连接，汽拖空压机7的排汽出口与减温减压装置8的蒸汽进口连接，减温减压装置8的蒸汽出口与溴化锂制冷机组9的蒸汽进口连接。

在溴化锂制冷机组9和余热锅炉5之间设置了烟气-凝结水换热器11，溴化锂制冷机组9的凝结水通过增压水泵10与烟气-凝结水换热器11的进水口连接，烟气-凝结水换热器11的出水口与余热锅炉5的进水口连接，烟气-凝结水换热器11的进气口与余热锅炉5的排烟口连接，烟气-凝结水换热器11的出气口与烟气净化装置12连接。

一种废轮胎多效资源化利用系统的工作方法，包括如下步骤：

（1）废轮胎裂解装置采用三级裂解工艺：一级预热、二级主裂解、三级精裂，原料废轮胎胶粒进入一级预热装置1进行预热，预热后进入二级裂解装置2进行主裂解，主裂解后进入三级精裂装置3进行精裂。

（2）经过三级裂解工艺后，原料废轮胎胶粒将彻底转化为含油率≤0.3%的高品质炭黑、裂解油及裂解气；裂解油和裂解气送入燃气轮机发电机组4焚烧，焚烧产生≥1400℃的高温烟气，并带动发电机发电。

（3）燃气轮机发电机组4做功发电后的烟气分两路，一路730℃-770℃的烟气从燃气轮机发电机组4中段抽取，并送入二级裂解装置2，供裂解用能，换热后烟气温度430℃-470℃，送回余热锅炉5继续余热利用；另一路经燃气轮机发电机组4完全膨胀做工后排出，温度530℃-570℃，并送入余热锅炉5，与上一股烟气汇合，余热利用。

本实施例中，从燃气轮机发电机组4中段抽取的烟气温度为750℃；换热后烟气温度为450℃；膨胀做工后排出的烟气为温度550℃。

（4）余热锅炉5产出压力3.8-4.0Mpa、温度约380-420℃的中温中压蒸汽，蒸汽拖动汽轮发电机组6继续发电；汽轮发电机组6和燃气轮机发电机组4产生的电能可供三级精裂装置3用。

本实施例中，余热锅炉5产出中温中压蒸汽的压力为4.0Mpa、温度为400℃。

（5）汽轮发电机组6发电后产出压力1-1.2Mpa、温度330℃-350℃的背压排汽分两路应用，一路作为园区的汽源点，直接外售蒸汽；一路在厂内做热能梯级利用：首先送入一级预热装置1预热轮胎胶粒，胶粒温度由20℃的常温加热至180-200℃，换热后产生压力0.5-0.7Mpa、温度280℃-300℃的蒸汽送入后端的汽拖空压机7，带动汽拖空压机7制取压缩空气外售；汽拖空压机7产生压力0.14-0.16Mpa、温度150℃-160℃的排汽，通过减温减压装置8制取适宜的饱和蒸汽，送入溴化锂制冷机组9，制取供回水温度为7-12℃的中央空调系统冷冻水，为全厂或园区提供冷量。蒸汽经溴化锂制冷机组9换热后冷凝成的凝结水，送回余热锅炉5工质侧循环利用。

本实施例中，汽轮发电机组6发电后产出的背压排汽压力为1.1Mpa、温度为330℃；胶粒温度由20℃的常温加热至180℃，换热后产生的蒸汽压力为0.6Mpa、温度为280℃；汽拖空压机7产生的排汽压力为0.15Mpa、温度为160℃。

（6）为进一步节约能源，凝结水进入余热锅炉5前在烟气-凝结水换热器11中与余热锅炉5的排烟做烟气-凝结水换热，通过凝结水回收烟气中的能量，凝结水提高温度至158℃后回余热锅炉5工质侧循环利用，提升全厂能量的利用率。换热后的烟气经烟气净化装置12除尘、脱硫、脱硝后，达标排放。

此外，废轮胎裂解车间、炭黑包装车间，属于甲类防火防爆及乙类粉尘防爆车间。常规轮胎裂解项目需配置独立的除尘及除臭系统。本工艺由于设置了燃气轮机4，燃气轮机4焚烧用空气通过鼓风机抽吸裂解车间、炭黑包装车间环境及局部设备，相比常规项目，可节省一套除尘除臭系统，对降低投资与成本极为有利。

案例关键参数：

以年处理10000吨废轮胎胶粒为例，系统关键参数如下：

1、 年处理废轮胎胶粒10000吨，折算日处理约30吨，每小时1.25吨。

2、 一级预热装置1的胶粒入口温度按常温计算，出口温度按180℃计算，加热胶粒所需能量约4.6×10⁵KJ/h。低压蒸汽按1.1Mpa、330℃入口蒸汽品质、0.6Mpa、280℃出口蒸汽品质计算，约需蒸汽量5.5t/h。

3、 一级预热装置1的出口低压蒸汽送入汽拖空压机7，带动汽拖空压机7压缩制取压缩空气产品，按5.5t/h，0.6Mpa、280℃蒸汽品质计算，约能制取8200Nm³/h压缩空气(1.1Mpa品质)。汽拖空压机7的排汽参数可控制在0.15Mpa、160℃。

4、 汽拖空压机7排汽送入减温减压器8，实现进一步降温降压，得到约5.7吨、0.15Mpa、112℃低饱和排汽，饱和排汽送入单效溴化锂制冷机组9进一步制取冷量。这其中，减温减压器8是关键设备，采用一用一备。

5、 溴化锂制冷机组9的COP约为0.80，经过计算，5.7吨的饱和废蒸汽经溴化锂制冷机组9可制取冷量约3MW，该规模可完全满足国内大型垃圾焚烧厂的制冷需求，溴化锂制冷机组9的排汽完全转变为约90℃凝结水。

6、 凝结水经增压后与余热锅炉5出口的排烟进行烟气-凝结水换热，凝结水吸收烟气能量，提高温度至158℃，从而提高了整个系统的热能利用效率约10%。

7、 废轮胎胶粒经过预热后，经二级裂解装置2及三级精裂装置3，产生裂解炭黑、裂解气及裂解油三种产品。按本案例1.25t/h的轮胎胶粒处理量计算，每小时约能得到裂解炭黑0.5t/h，裂解气0.15t/h（145Nm³/h），裂解油0.6t/h。

8、 裂解气与裂解油全部送入燃气轮机发电机组4发电，裂解油热值约为44MJ/kg，裂解气热值约为43MJ/Nm³，经计算每小时可制取电能约2000kWh，并产生高温烟气排气36000Nm³/h。

9、 高温烟气中，约20%的烟气从燃气轮机发电机组4中段抽取（约750℃），引入二级裂解装置2，加热轮胎胶粒裂解，并约450℃的烟气回流至余热锅炉5继续做工。剩余80%的烟气在燃气轮机发电机组4完全膨胀做工后，约500℃的烟气进入余热锅炉与上一股烟气汇合，加热凝结水，制取中温中压蒸汽（4.0Mpa、400℃）。经计算，约可制取蒸汽7.8t/h。

10、中温中压蒸汽送入汽轮发电机组6内继续发电，每小时可制取电能约1800kWh，产生排汽蒸汽7.5t/h，其中5.5t/h送入厂内各系统做梯级利用，剩余2t/h蒸汽外供园区用热点。

11、三级精裂装置由于采用电力供热，因此可确保装置加热的稳定和均匀，同时大部分裂解用能依然采用烟气，可实现较小的电能消耗，带来较高的炭黑品质。经计算，三级精裂装置每小时约需消耗电能89kWh。

经过计算，年处理10000吨废轮胎胶粒，每天可制取压缩空气1.968×10⁵Nm³，供园区用蒸汽48t，外供电力能源8.96×10⁴kWh，外供冷量72MW，此外可外售高品质炭黑12吨，经济效益非常显著。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (7)

1.一种废轮胎多效资源化利用系统，其特征在于，包括废轮胎裂解装置、燃气轮机发电机组、余热锅炉、汽轮发电机组、汽拖空压机、减温减压装置、溴化锂制冷机组、烟气-凝结水换热器和烟气净化装置；废轮胎裂解装置包括一级预热装置、二级裂解装置和三级精裂装置，一级预热装置的出口与二级裂解装置的进口连接，二级裂解装置的出口与三级精裂装置的进口连接；三级精裂装置的裂解油和裂解气出口与燃气轮机发电机组的进口连接；燃气轮机发电机组设置有一个烟气出口，该烟气出口与二级裂解装置的烟气进口连接；二级裂解装置的烟气出口与余热锅炉的烟气进口连接；燃气轮机发电机组的排烟口与余热锅炉的烟气进口连接；余热锅炉的蒸汽出口与汽轮发电机组的蒸汽进口连接；汽轮发电机组的背压排汽出口与一级预热装置的蒸汽进口连接，一级预热装置的蒸汽出口与汽拖空压机的蒸汽进口连接，汽拖空压机的排汽出口与减温减压装置的蒸汽进口连接，减温减压装置的蒸汽出口与溴化锂制冷机组的蒸汽进口连接，溴化锂制冷机组的凝结水与烟气-凝结水换热器的进水口连接，烟气-凝结水换热器的出水口与余热锅炉的进水口连接，烟气-凝结水换热器的进气口与余热锅炉的排烟口连接，烟气-凝结水换热器的出气口与烟气净化装置连接。

2.根据权利要求1所述的废轮胎多效资源化利用系统，其特征在于：所述的与二级裂解装置的烟气进口连接的烟气出口设置于燃气轮机发电机组的中段。

3.根据权利要求1所述的废轮胎多效资源化利用系统，其特征在于：还包括增压水泵，溴化锂制冷机组的凝结水通过增压水泵与烟气-凝结水换热器的进水口连接。

4.一种权利要求1-3任一权利要求所述的废轮胎多效资源化利用系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）废轮胎裂解装置采用三级裂解工艺：一级预热、二级主裂解、三级精裂，原料废轮胎胶粒进入一级预热装置进行预热，预热后进入二级裂解装置进行主裂解，主裂解后进入三级精裂装置进行精裂；

（2）经过三级裂解工艺后，原料废轮胎胶粒将彻底转化为含油率≤0.3%的高品质炭黑、裂解油及裂解气；裂解油和裂解气送入燃气轮机发电机组焚烧，焚烧产生≥1400℃的高温烟气，并带动发电机发电；

（3）燃气轮机发电机组做功发电后的烟气分两路，一路730℃-770℃的烟气从燃气轮机发电机组中段抽取，并送入二级裂解装置，供裂解用能，换热后烟气温度430℃-470℃，送回余热锅炉继续余热利用；另一路经燃气轮机发电机组完全膨胀做工后排出，温度530℃-570℃，并送入余热锅炉，与上一股烟气汇合，余热利用；

（4）余热锅炉产出压力3.8-4.0Mpa、温度380-420℃的中温中压蒸汽，蒸汽拖动汽轮发电机组继续发电；

（5）汽轮发电机组发电后产出压力1-1.2Mpa、温度330℃-350℃的背压排汽分两路应用，一路作为园区的汽源点，直接外售蒸汽；一路在厂内做热能梯级利用：首先送入一级预热装置预热轮胎胶粒，胶粒温度由常温加热至180-200℃，换热后产生压力0.5-0.7Mpa、温度280℃-300℃的蒸汽送入后端的汽拖空压机，带动汽拖空压机制取压缩空气外售；汽拖空压机产生压力0.14-0.16Mpa、温度150℃-160℃的排汽，通过减温减压装置制取饱和蒸汽，送入溴化锂制冷机组，制取供回水温度为7-12℃的中央空调系统冷冻水，为全厂或园区提供冷量；蒸汽经溴化锂制冷机组换热后冷凝成的凝结水，送回余热锅炉循环利用；

（6）蒸汽经溴化锂制冷机组的凝结水进入余热锅炉前在烟气-凝结水换热器中与余热锅炉的排烟做烟气-凝结水换热，通过凝结水回收烟气中的能量，凝结水提高温度后回余热锅炉循环利用；换热后的烟气经烟气净化装置后，达标排放。

5.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于：步骤（3）中，从燃气轮机发电机组中段抽取的烟气温度为750℃；换热后烟气温度为450℃；膨胀做工后排出的烟气为温度550℃。

6.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于：步骤（4）中，余热锅炉产出中温中压蒸汽的压力为4.0Mpa、温度为400℃。

7.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于：步骤（5）中，汽轮发电机组发电后产出的背压排汽压力为1.1Mpa、温度为330℃；胶粒温度由常温加热至180℃，换热后产生的蒸汽压力为0.6Mpa、温度为280℃；汽拖空压机产生的排汽压力为0.15Mpa、温度为160℃。