CN104650932A - 热解工艺和产物 - Google Patents

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W·J·兰利
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Abstract

一种将碳质供料转化为碳固体和热解气体的热解装置和工艺，以及用于精制所得到的碳固体和热解气体的工艺。该热解工艺可以包括将碳质供料引入一具有垂直旋转盘处理器的热解处理器，加热所述进料至高于约790℉的温度，从所述热解处理器的底部移除碳材料，以及从所述热解处理器的顶部移除热解气体。

Description

热解工艺和产物
本申请是2010年10月13日递交的PCT国际申请PCT/US2010/052530于2012年6月14日进入中国国家阶段的中国专利申请号为201080056905.0、发明名称为“热解工艺和产物”的发明专利申请的分案申请。
本申请要求2009年10月14日递交的美国临时申请61/251,721的优先权权益，所述申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及一种将碳质供料转化为碳固体和热解气体的热解装置和工艺，以及用于精制所得到的碳固体和热解气体的工艺。
背景技术
热解是用于在不存在氧时将烃材料拆解为较小成分材料的热过程，所述较小成分材料包括具有宽范围分子量的碳和烃以及气体。当供料由有机聚合物组成时，热解使得聚合物主干分解，并且产物可以包括焦炭以及可凝和不可凝气体。
在轮胎热解期间，在橡胶化合物中的化学键被拆解，创建有机化合物和不可凝气体的混合物。碳黑，作为轮胎聚合物基体中的主要组分，被释放。存在于轮胎中的其他无机化合物，例如二氧化硅、氧化锌和氧化铝，也从聚合物基体释放出来。基体中由较大的碳链(C6以及更大)组成的有机化合物在常规操作温度升华为气态，这些有机化合物包括芳族的、脂族的和烯族的烃。不可凝气体，例如甲烷、乙烷、丙烷、氢、一氧化碳和硫化氢，在热解期间也被形成。当碳从聚合物链分裂并且碳化时，少量额外的碳黑也被形成。轮胎热解过程的终产物典型地包括碳黑、热解油、不可凝气体和无机灰。
几个问题被认为阻碍了商用热解系统在技术上和在商业上的可行性。例如，热解过程和得到的产物高度依赖于数个变量，所述变量包括进料材料的类型、尺寸和形状；热解条件，例如热解速率、处理器类型、处理器内的热和气体流梯度；共混合和离开处理器的气体和碳；以及用于有效地回收和分离期望的产物的方法。
进一步地，从热解系统离开的热解气体料流典型地包含可凝和不可凝气体的混合物和一小部分流化的碳黑和无机灰颗粒，所述碳黑和无机灰颗粒被夹带在气体料流中。在气体中的某些化学品，特别是烯烃和芳香烃，与碳颗粒有亲和力并且开始在碳表面凝结。在气体中的其他化学品，特别是极性化合物，会在无机灰颗粒上凝结。这样的凝结导致碳和无机灰混合物会附着在表面上，引起不期望的积聚遍布系统。这样的积聚能够终究导致过度的积污和堵塞。最终，这样的积聚能够导致增加的维护和用于清洁的停工期。如果可凝热解气体通过例如冷凝的方法被收集，被碳黑和无机灰污染的热解油或热解气体会是不可接受的污染物，降低产物的纯度。如果轻的不可凝气体要被收集或被燃烧，夹带的碳和无机灰会最终弄脏管道、阀门、泵、压缩机、燃烧器或其他设备。
以下提供热解系统的举例：2008年2月12日颁布的USPN 7,329,329；2004年5月18日颁布的USPN 6,736,940；2001年4月24日颁布的USPN 6,221,329；2000年11月21日颁布的USPN 6,149,881；授予Green的USPN 6,048,374；1993年7月6日颁布的USPN5,225,044；1991年8月6日颁布的USPN 5,037,628。上述专利的每一个通过引用整体并入本申请。
以下提供针对热解得到的产物的进一步后处理和用途的举例：2008年8月26日颁布的USPN 7,416,641；2006年9月5日颁布的USPN 7,101,463；2001年11月27日颁布的USPN 6,322,613；2000年8月15日颁布的USPN 6,103,205；1999年4月13日颁布的USPN5,894,012；1989年6月13日颁布的USPN 4,839,151。上述专利的每一个通过引用整体并入本申请。
在轮胎热解期间，硫化锌的生成也在以下文献中被报道，所述文献通过引用整体并入本申请：“旧轮胎的真空热解。针对油和碳黑产物的终用途”(The Vacuum Pyrolysis of usedtires.End use for the oil and carbon black products)；C Roy,A Chaala和H.Darmstadt；分析和应用热解杂志(Journal of Analytical and Applied Pyrolysis)，1999年第5期第201-221页。
发明内容
碳质供料的热解方法包括将碳质供料引入一热解处理器，所述热解处理器包括垂直旋转盘处理器，加热所述供料至高于约790℉的温度，从所述热解处理器的底部部分移除碳材料，以及从所述热解处理器的顶部部分移除热解气体。
在一些实施方案中，所述引入步骤包括将所述供料引入垂直旋转盘处理器，所述垂直旋转盘处理器具有至少两个大体水平的盘，所述盘围绕所述垂直旋转盘处理器的纵向轴线旋转，所述加热步骤还包括使所述供料重力跌落。
在一些实施方案中，所述引入步骤包括将所述供料引入垂直旋转盘处理器，所述垂直旋转盘处理器包括在所述重力跌落期间调平所述供料的调平臂，和移动所述供料经第一盘中的狭槽到在所述第一盘垂直下方的第二盘的耙状物。
在一些实施方案中，所述加热步骤包括利用来自所述处理器内的加热元件的辐射热，并且其中所述热解气体的对流从所述垂直旋转盘处理器的中心轴线向所述热解处理器的圆周边穿过所述大体水平的盘发生。
在一些实施方案中，所述引入步骤包括从具有大约3/4x3/4x3/8英寸的尺寸的碎轮胎引入没有钢的碳质供料。
在一些实施方案中，还包括在引入所述供料至所述热解处理器之前对所述供料进行除气，以及对来自所述热解处理器的碳材料进行除气，其中，已除气的供料被输送至所述热解处理器，并且已除气的碳材料从所述热解处理器经冷却螺旋被输送，所述冷却螺旋包括经过所述冷却螺旋的轴、条板和套的冷却材料。
在一些实施方案中，所述移除碳材料的步骤包括移除包括大约80-99％的碳的碳材料，所述碳包含与1-19％的无机灰混杂的直至4％的表面结合热解油，所述碳材料具有与直至2％的ZnS颗粒混杂的有机化合物。
在一些实施方案中，还包括通过将碳和无机金属氧化物连同来源于橡胶的热解油的粘合材料共混创建所述供料，其中所述加热步骤包括在惰性气氛中加热，所述加热使得所述粘合材料分解，在碳无机金属氧化物吸附剂上留下烃液的敷层。
在一些实施方案中，所得到的固体材料可以进一步被加工，所述加工通过减小碳材料的尺寸以创建大体在20微米以下的减小的碳产物，将所述减小的碳产物按尺寸分级，以移除超过不期望的尺寸的颗粒，来提供大体一致的碳产物，通过将所述大体一致的碳产物与粘合剂混合使所述大体一致的碳产物粒化，形成小丸，并且干燥所述小丸；以及针对期望的尺寸分布筛分所述小丸。
优选地，减小所述碳材料的尺寸是通过尺寸减缩磨进行的，所述分级是用一系列期望的筛孔尺寸的筛进行的，所述粒化包括用热解来源的油产物的粘合剂来粒化，而所述筛分产生在负14目和正35目之间的期望的尺寸分布。
所得到的气体可以进一步被加工以分离期望的热解油(pyrol oils)和不可凝气体，所述加工通过使来自于热解处理器的热解气体通过第一冷凝塔，所述第一冷凝塔包括第一过滤器和第一冷凝面，其中第一冷凝油被冷凝且被捕获在第一油罐中，并且所述第一冷凝油的一部分经过第一冷凝塔被再循环，使来自于所述第一冷凝塔的热解气体通过第二冷凝塔，所述第二冷凝塔包括第二过滤器和第二冷凝面，其中第二冷凝油被冷凝且被捕获在第二油罐中，并且所述第二冷凝油的一部分经过所述第二冷凝塔被再循环，以及使来自所述第二冷凝塔的热解气体通过第三冷凝塔，所述第三冷凝塔包括第三冷凝面，其中第三冷凝油被冷凝并且被捕获在第三油罐中，并且所述第三冷凝油的一部分经第三冷凝塔被再循环。
本发明的一个方面提供一种经多重冷凝塔加工来自于碳质供料热解过程的排气的方法，所述排气包括不可凝气体和热解油，所述方法包括：使来自于热解过程的排气通过第一冷凝塔，所述第一冷凝塔包括第一过滤器和第一冷凝面，其中第一冷凝油被冷凝且被捕获在第一油罐中，并且其中所述第一冷凝油的一部分再循环经过所述第一冷凝塔；以及使来自于所述第一冷凝塔的热解气体通过第二冷凝塔，所述第二冷凝塔包括第二过滤器和第二冷凝面，其中第二冷凝油被冷凝且被捕获在第二油罐中，并且其中所述第二冷凝油的一部分再循环经过所述第二冷凝塔的一部分。
在一些实施方案中，还包括加热所述第一冷凝油的步骤，其中所述第一冷凝油的所述部分被再循环至所述第一冷凝塔的顶部部分，以控制第一温度，所述第一冷凝油在所述第一温度冷凝。
优选地，其中所述第一冷凝油的所述部分被加热并且经第一喷射器被再循环至所述第一冷凝塔的所述顶部部分，并且其中所述第一冷凝油的第二部分经指向所述第一过滤器的第二喷射器被再循环，来移除细粒积聚以收集在所述第一油罐中。
优选地，其中所述第二冷凝油的所述部分经第三喷射器被再循环至所述第二冷凝塔的顶部部分，以控制第二温度，所述第二冷凝油在所述第二温度冷凝，并且所述第二冷凝油的第二部分经指向所述第二过滤器的第四喷射器被再循环，来移除细粒积聚以收集在所述第二油罐中。
优选地，还包括使来自所述第二冷凝塔的所述热解气体通过第三冷凝塔，所述第三冷凝塔包括第三冷凝面，其中第三冷凝油被冷凝并且被捕获在第三油罐中，并且所述第三冷凝油的一部分从所述第三油罐被再循环至所述第三冷凝塔的顶部部分。
优选地，还包括使来自所述第三冷凝塔的所述热解气体通过热交换器以冷凝第四冷凝油。
优选地，其中所述第一冷凝油在所述第一冷凝塔中在大约325℉和420℉之间的温度被冷凝，所述第二冷凝油在所述第二冷凝塔中在大约275℉和375℉之间的温度被冷凝，所述第三冷凝油在所述第三冷凝塔中在大约175℉和325℉之间的温度被冷凝，并且所述第四冷凝油在所述热交换器中在低于大约85℉的温度被冷凝。
优选地，还包括使来自所述热交换器的所述热解气体通过凝聚过滤器以移除任何剩余的污染物。
优选地，其中所述第一过滤器、第二过滤器、第一冷凝面、第二冷凝面和第三冷凝面包括填充材料。
根据本申请的一个方面，提供一种碳质供料的热解方法，包括将碳质供料引入热解处理器，所述热解处理器包括垂直旋转盘处理器，所述垂直旋转盘处理器包括至少两个大体水平的盘，所述盘围绕所述垂直旋转盘处理器的纵向轴线旋转；加热所述供料至高于约790℉的温度，其中所述供料通过耙状物移动所述供料经所述盘中的狭槽在盘之间被重力跌落，并且通过调平臂在每个盘处被调平；移除来自所述热解处理器的底部工段的碳材料；移除来自所述热解处理器的顶部工段的热解气体；使来自所述热解处理器的所述热解气体通过第一冷凝塔，所述第一冷凝塔包括第一过滤器和第一冷凝面，其中第一冷凝油被冷凝并且被捕获在第一油罐中，并且所述第一冷凝油的一部分经第一冷凝塔被再循环；使来自所述第一冷凝塔的热解气体通过第二冷凝塔，所述第二冷凝塔包括第二过滤器和第二冷凝面，其中第二冷凝油被冷凝并且被捕获在第二油罐中，并且所述第二冷凝油的一部分经所述第二冷凝塔被再循环；以及使来自所述第二冷凝塔的热解气体通过第三冷凝塔，所述第三冷凝塔包括第三冷凝面，其中第三冷凝油被冷凝并且被捕获在第三油罐中，并且所述第三冷凝油的一部分经所述第三冷凝塔被再循环。
附图说明
图1图示说明了根据本文中描述的实施方案，将碳质供料转化为碳黑、矿物粉、油和不可凝气体的示例的热解处理器。
图2图示说明了根据本文中描述的实施方案，图1的热解处理器的示例的旋转盘。
图3图示说明了来自图1的处理器的示例的TDCB材料。
图4提供了图3的关联点基于重量的百分比的材料分布。
图5和图6图示说明了根据本文中描述的实施方案，将碳质供料热转化为与矿物粉、油和不可凝气体结合的碳黑的示例的连续热解过程。
图7图示说明了来自图5和图6的热解过程所得到的固体材料的示例的尺寸分布图。
图8图示说明了用于加工来自图5和图6的热解过程的固体材料的示例系统。
图9和图10图示说明了用于加工来自图5和图6的热解过程的气体的示例系统。
具体实施方式
以下详细描述以举例而并非限定的方式说明本发明的原理。此描述使得本领域技术人员能够制造和使用本发明，并且此描述描述了本发明的数个实施方案、适应体、变体、替换物和用途，包括什么是目前被认为是用于实现本发明的最好的模式。可以被理解的是，附图是对本发明的示例实施方案的图示的和图解的表现形式，而不是对本发明的限制，也无需按预定比例被描绘。
热解对含烃废料的有效管理提供了远大前景。商业上可行的热解过程的发展是可期望的，因为随着废弃轮胎的数量和总量的增长，烃资源持续萎缩。就热解而言，废弃汽车轮胎是特别受关注并且是具利益的。单单在美国，每年超过3亿个轮胎被丢弃，代表全国固体废物的约2％，包含估计为9千万MMBTU的能量。可以得益于商业上可行的热解的额外的废料为塑料，包括丢弃的电子产品。
本发明的实施方案一般地可以应用于热解系统，并且特定地是应用于轮胎热解系统。例如，描述的系统和过程的实施方案用于将没有钢的轮胎碎片连续加工热转化为碳黑、油和不可凝气体。描述的实施方案一般提及没有钢的轮胎碎片作为优选的供料，但是系统并不限于此，并且可以包括包含钢筋的轮胎碎片。此外，本文中描述的实施方案提及轮胎碎片，但该系统和过程可以用于热解其他有机材料，例如塑料、木料、其他橡胶材料或其他有机材料。
图1图示说明了根据本文中描述的实施方案，将供料(例如轮胎碎片)转化为碳黑、矿物粉、油和不可凝气体的示例的热解处理器。在示例的实施方案中，垂直热解处理器用于经多个垂直移置盘(vertically displaced trays)输送轮胎碎片。进来的供料在反应器的顶部被引入并且在盘之间重力跌落。固体材料从处理器的底部被提取，而气体从顶部部分被提取。
在一个实施方案中，垂直盘处理器100用于允许在一致加工环境中连续加工。垂直盘处理器100包括经圆筒炉1(cylindrical furnace)的顶表面的进料入口12a和经圆筒炉1的底表面的进料排出口12b。垂直盘处理器100包括加热元件2以提供足够用于热解的热。大体水平的盘3经圆筒炉1被垂直地移置并且在热解过程期间支撑供料。盘3与沿着圆筒炉1的中心轴线的旋转驱动轴9对准并且被旋转驱动轴9支撑。此旋转驱动轴9被机动化的驱动轴组件10驱动，所述机动化的驱动轴组件10可以包括链齿轮、链、齿轮等，以在保持低振动调谐的同时以期望的速度旋转所述的驱动轴。盘3围绕圆筒炉1的中心轴线的旋转使供料通过辐射、传导和对流受到热传递。盘的旋转也辅助保持盘的一致的温度以避免盘自身的变形和弯翘。供料在盘之间重力跌落至垂直盘处理器100的底部和进料排出口12b。此过程持续直至初始材料的热解反应完成。所得到的大量固体，由碳黑、矿物氧化物和少量高温增强纤维组成，下文中被总体称为源于轮胎的碳黑(“Tire-Drived CarbonBlack,TDCB”)，可以随后在垂直盘处理器100的底部收集，经产物出口17被移除。在一个实施方案中，圆筒炉大约为10-25英尺高，具有大约4-20英寸垂直间隔的盘。
在示例的过程中，碎轮胎块超过790℉以完全热解。此外，在示例的实施方案中，热梯度被用于在克服橡胶和TDCB二者的差的热传递特性的同时，驱动热解反应和改进完全热解需要的时间。通过控制供料流动和调整内部径流式风扇(radial fan)，温度梯度被保持在1℉和40℉之间变化。在大约825℉至980℉的范围内最适宜操作热处理器，其中会产生最大量的热解油并且在TDCB中残余油含量将少于3％重量。较高的操作温度并不改进油生产量且减少碳黑生产量。较高的温度热分解油化合物以创建较轻分子量的化合物，并且也产生更多的不可凝气体，例如甲烷和氢。较低的操作温度增加用于热解的时间且将残余油份留在碳黑中。然而，应该被理解的是，操作温度可以取决于期望的产品而变化。相应地，操作温度的上述优选不被认为是对本公开的限制。
图2图示说明了示例的旋转盘3，所述旋转盘3包括调平固体的固定调平臂6、固定耙状物7和狭槽16，经所述狭槽16，剩余的固体跌落至下一个旋转盘3。在一个实施方案中，材料从垂直向较高的旋转盘或从进料入口12a被投放于旋转盘3上。当盘3的旋转时，被投放的固体遇到固定调平臂6以调平在盘3上的碎片，以允许一致有效的热解。调平步骤得到碎片的一致的层且允许一致性的加热和热解。调平臂6提供在旋转盘3上方的间隙以允许固体材料通过。间隙取决于初始供料的尺寸和热解在处理器的每个水平的进展。相应地，在调平臂6和相关的旋转盘3之间的间隙针对每个盘3可以是相等的，或在依次较低的盘之间可以变化。在一个实施方案中，调平器是间隔的以创建在旋转盘上大约1至6英寸的材料层。调平的固体随后遇到固定耙状物7，所述固定耙状物7使得固体通过重力经狭槽16掉落并到落至下方的旋转盘3上。
每个旋转盘3的固定调平臂6，用于进料跌落的固定耙状物7和狭槽16以旋转的方式对齐以在该盘旋转期间提供最大化的一致的加热。如图示说明的，固定调平臂6在固定耙状物7的对面仅用于说明。固定调平臂6可更优选地被放置，以致跌落的材料一被投放于盘上就遇到固定调平臂6，以提供最大化的一致的加热。也如图示说明的，相邻盘的固定耙状物7位于处理器的对面仅出于说明的目的。每个依次的旋转盘3的固定耙状物7可以以旋转的方式不对齐，以致在固体材料被下一个固定耙状物7刮到下一个狭槽16之前，固体材料可以旋转至少3/4转。每个依次的旋转盘3的狭槽16也可以以旋转的方式不对齐，以致来自之前的盘的材料以旋转的方式被投放于所述材料被投放的盘的狭槽之后。换言之，较低的盘的狭槽在旋转的方向上在较高的盘的狭槽之前。通过此布置，当固定调平臂6铺展材料时，固体材料不会过早地经狭槽跌落。
在盘3之间的固体的跌落料流允许材料紧密接触热解气体4。物理跌落到下一个盘从固体表面移除热解分解产物，暴露未热解的橡胶用于分解。固体材料在被耙、跌落和调平期间也被以物理的方式搅动以进一步暴露未热解的橡胶用于分解。从轮胎碎片的表面移除热解产物优化经由对流、传导和辐射传递到剩下的固体的热量的热传递。此过程导致固体碳黑粉，TDCB，所述固体碳黑粉在尺寸分布上一致且呈现最小化的残留油含量。此外，随着材料在盘之间下落，固体暴露于热解气体允许包含在炭中的氧化锌与热解气体中的硫化合物反应以形成硫化锌。此反应(ZnO+S→ZnS+1/2O2)捕获一部分硫，减少在冷凝油产物中的硫含量。图3图示说明了示例的TDCB材料150。图4提供相关点基于重量的百分比的材料分布。点a、c和e是占优势的锌和硫；点b是占优势的铝和硅与少量的锌和硫；而点d是占优势的钛、铝和硅与少量的锌和硫。点e具有代表硫化锌、锌硫比2:1的组成，符合上述反应产生的硫化锌的化学计量学。
垂直盘处理器100包括加热源2以提供热解必需的温度。示例的加热源为位于与圆筒炉1的内壁相邻的电加热元件。电加热元件可以因此位于旋转盘3和圆筒炉1内壁之间，以向炉内部提供辐射热。固体也被循环气体加热，所述循环气体向轮胎碎片的床提供对流热传递并且帮助保持释出的碳黑和矿物在大约+/-1℉之内一致的温度。轮胎碎片因此在贯穿加工期间经受更一致的温度，创建充分的热解和一致的、可再现的产物。这种加热伴随以在处理器的进口和出口锁住空气的方法也保持容器内的气氛在少于大约0.5％氧而没有使用吹扫氮气。这样做，最小化了在循环气体中夹带的碳黑和矿物的量。因此，操作成本被降低而热效率被优化。其他加热源可以被用于代替图示说明的电加热元件。
可替换地，垂直盘处理器100可以通过在圆筒炉1的壁内的环形空间之内燃烧燃料源而被间接加热。例如，天然气、加热油或热解油，并将燃烧气体产物通过在热解处理器的内壁1a和外壁1b之间的环形空间。在此方法中，内壁1a可以被加热并且向盘3和固体材料提供辐射热传递，以及向循环热解气体提供传导和辐射热。这种提供热的方法最小化在热解处理器之内的气体的循环体积，由此最小化在热解气体中夹带的碳黑的量。
在示例的实施方案中，气流4通过中心涡轮风扇5被保持穿过在盘3中的固体，所述中心涡轮风扇5被用于涡轮机8的驱动轴驱动。驱动轴8可以通过驱动轴组件10被机动化，所述驱动轴组件10可以包括链齿轮、链、齿轮等，以在保持低振动调谐的同时以期望的速度旋转驱动轴。径流式涡轮风扇5温和地移动热解气体4穿过在每个盘3上的固体以提供对流热传递。床的转向和热解气体穿过床的动作创建贯穿床的一致的温度并且导致一致性的产品组成和物理特性。进一步地，释放的碳黑颗粒的温和滚动允许颗粒通过聚集(aggregation)和附聚(agglomeration)的机理生长至大于20微米的尺寸，充分地减少散灰和碳黑对热解气体的夹带。
热解处理器100也可以包括气闸11和氧吹扫以提供在处理器内的基本上没有氧的环境。在一个实施方案中，氮吹扫被用于移除含氧空气，所述含氧空气占据轮胎碎片块之间的空隙部分并且被吸收在轮胎碎片中。从材料中移除氧可以阻止热氧化(即，燃烧)并且出于工艺、安全性和环境角度是有利的。可优选地，在热解过程期间，氧水平被保持在或低于1％。处理器可以在大体上中性压力下操作，例如，+/-3英寸WC(水柱)。尽管不同的压力可以被使用，但是负压不是优选的，因为负压能允许空气的漏入，而正压不是优选的是因为正压能允许可燃的和爆炸性气体经系统的垫片和密封逃脱。在一个实施方案中，压力可以作为氮气从处理器入口和排出口的气闸进入引起的压力变化的结果，从轻微的负至中性至轻微的正进行循环。在一个实施方案中，处理器中的压力可以被具有一个或更多个在处理器容器上的压力传感器的闭合回路控制中的抽风机或鼓风机控制。
在一个实施方案中，在进料入口12a和进料排出口12b处，固体材料可以被氮吹扫系统13脱氧，所述氮吹扫系统13使用吹扫气体14，导致离开在15处气闸的材料是被吹扫掉了氧或炉气。气闸和氮吹扫可以包括入口阀18a和保持室19以及排出口阀18b。气闸维持密封以保持氧在炉1之外。保持室允许受控量的碎片被氮吹扫以移除在碎片之间空隙部分中包含的空气。
如本文描述的实施方案，可优选地用于连续进料系统。然而，实施方案对于间歇进料系统也可以是适用的。在间歇进料系统中，干馏甑被充入固定量的供料并且典型地在足够低以致进料的燃烧不会发生的温度装载。干馏甑被密封，或通过真空或用惰性气体吹扫掉氧，并且使用预定的温度曲线被加热。进料材料被热解并且热解气体被提取。在干馏甑中期望的停留时间和充分的冷却达成之后，干馏甑被打开并且固体产物被收集。可替换地，在连续进料系统中，供料被引入到热处理器，经加热了的系统被传送，随后使用预定的温度曲线和进料速度被热解。随着进料材料被热解，气体被提取和收集。固体产物被生产出来并被传送到处理器之外。典型地，固体通过热交换机械装置冷却，并且被持续地排出。
图5图示说明了示例的连续热解过程200以将轮胎热转化为与矿物粉末、油和不可凝气体组合的碳黑。在示例的实施方案中，轮胎被切碎，所述切碎过程与热解过程联在一起工作。示例的过程包括准备用于热解的轮胎250，热解轮胎252，精制包括可凝油的气体产出254，以及精制TDCB产出256。在准备250期间，轮胎被切碎、干燥并且被传递到热解处理器。在热解252期间，轮胎碎片可以随后在除氧的环境被加热至足以热解的温度以避免有机物在正常操作温度燃烧。没有氧也避免可燃气体在存在氧同时在它们的自燃温度之上时的危险情况。材料固体256的加工可以包括从处理器中移除TDCB，冷却以及分离该材料。热解气体也可以从处理器被移除，并且针对期望的产物254进行进一步处理。例如，系统可以也包括各种过程以从不可凝气体中冷凝热解油。不可凝气体代表可以随后被燃烧或被作为燃料在发电机中使用以产生电的炉气。
在示例的实施方案中，轮胎201a被切碎204，干燥206，以及被传递202，上述过程与热解过程252联在一起工作。例如，轮胎201a被输送到传送器202，所述传送器202将轮胎201a引入到切碎器204。轮胎201a可以在切碎器204中被切割，其中水被添加以冷却刀片。湿的碎片201b可以随后经干燥器206被传送器202传递。干燥器206可以是燃气的或燃汽的(steam-fired)干燥器208，其中碎片201b经流化床被传递，被干燥和除尘以去除橡胶和纤维的小块，以及被送至热解处理器210用于分解。在一个实施方案中，用于燃气的或燃汽的干燥器的热源是来自源于如本文描述的热解过程的不可凝气体，或者来自从由不可凝气体提供能量的往复式驱动式发电机回收的蒸汽。可替换地，轮胎可以被单独准备，然后带到热解加工厂用于分解。在此情况下，轮胎可以仍然被干燥以移除任何过量的或残留的水分，或者可以被直接使用。
可优选地，为了在与如本文描述的实施方案一起被使用时生产更好质量的碳和油，并且减少热解发生所需的时间，被引入到热解处理器的轮胎碎片201c是小的，由此增加处理器的容量或者减少用于处理器的所需的基本建设费用。轮胎碎片可以来自多重来源。热解设施可以包括用以在进行热解之前加工轮胎的现场位置。轮胎和/或轮胎碎片可以用设备在热解过程的前端处被加工以移除任何钢和大量来自轮胎碎片的增强纤维。现场设备可以直接与热解设备线联在一起工作，或者可以与热解设备线相邻。可替换地，轮胎碎片可以被场外预加工或者得于独立的来源。
在一个示例的实施方案中，轮胎被切割成在长度上小于6英寸的块。可优选地，轮胎碎片被切割成在长度上小于约2英寸的块。例如，示例的轮胎碎片大约为3/4英寸宽乘以3/4英寸长乘以3/8英寸厚，或者更小。尽管较大的碎片尺寸可以被使用，但是更小的碎片是可优选的。更大的碎片尺寸，包括6英寸长和1.5英寸宽，可能不能经连续热解系统被同样有效地传送。进一步地，由于橡胶的热性质，即，橡胶是非常差的热导体，大于3/8英寸厚的碎片尺寸可能不能像较小厚度的碎片那么快或那么一致地热解。当使用如本文描述的实施方案用连续过程被加工时，较小的碎片尺寸也优选产生质量更一致的碳和油。因此，较小的碎片是优选的。
在一个实施方案中，轮胎碎片被精确地调整尺寸，故其维度变化不多于固定的百分比。在一个实施方案中，轮胎碎片具有变化不多于0至20％百分比的堆密度。相较于不一致尺寸和/或密度的轮胎碎片，一致尺寸和/或堆密度的轮胎碎片热解更一致。因此，当使用如本文描述的实施方案用连续过程被加工时，一致维度和/或密度的轮胎碎片优选产生质量更一致的碳和油和不可凝气体。
干燥的碎片也是优选的，因为干燥的碎片减少使材料到达足以热解的温度所需的热的加热负载。此外，干燥的供料允许生产者控制在处理器中水蒸汽的量，由此控制水与碳的侧链反应以产生一氧化碳和二氧化碳(取决于操作温度)。同样，过量的水蒸气可以与油产物作用引起乳化。从轮胎碎片移除水比从热解过程之后的乳化物中移除水容易。因此，即使碎片得自场外资源，碎片仍然可以依照本文描述的实施方案被预处理以移除过量的水。
在一个实施方案中，在热解过程前，钢从轮胎碎片中移除。许多客用车和卡车轮胎包括钢带，在准备用于热解过程的轮胎时，所述钢带可优选地被移除。留在碎片中的钢可能不能经连续热解过程有效传递，造成困难的材料处置问题导致系统的堵塞。进一步地，在轮胎中的增强钢丝一旦从硫化橡胶基体中释放就倾向于纠结在一起，形成钢“毛团”，所述钢“毛团”进一步使材料处置复杂化。另外，由于钢的磨蚀本性，存在于碎片中的钢可能损坏或过早地损耗设备，例如阀、管道等。因此，钢和几乎全部增强纤维一起可优选地被移除。在切碎期间，各种移除钢和纤维的工艺可以被使用，例如用于生产碎橡胶、竞技场橡胶和运动场橡胶的那些。被移除的钢可以被分离并且从剩余的轮胎碎片中单独地再循环。
机械传送系统202可以被用于传递原材料201a、201b、201c到热解处理器210。可以被用于输送原材料的示例的传送器系统202可以包括，例如，斗式提升机或其他机械设备。在一个实施方案中，正压气动传送系统被用于将轮胎碎片搬到热解处理器的顶部。例如，气动传送系统垂直搬运轮胎碎片大约50英尺到热解处理器210的顶部。相较于例如斗式提升机的机械替换方案，气动输送减少碎片的总存货量，最小化污染的可能性并且降低材料处置设备中火灾隐患的等级。进一步地，材料的垂直加工最大化重力的使用来移动轮胎碎片并且最小化在单元操作之间材料处置设备的使用。在正压气动传递系统的末端，空气可以经由空气旋风分离器从碎片中分离，随后碎片重力跌落到斜槽212中。斜槽212可以是大体上圆柱形的。斜槽也可以在排出处包括相较于入口更大直径的截面。该倒圆锥形状减少斜槽堵塞的可能性，因为橡胶碎片具有高摩擦系数并且倾向于轻易地堵塞斜槽。
参照图6，在示例的系统中，轮胎碎片201c在处理器210中在足以热解的温度被热解。处理器210可以是，例如，如同上文针对图1描述的。进来的碎片201c可以在进入处理器210之前被除气。在被除气之后，碎片进入热解处理器210的顶部，所述碎片被加热元件加热并且重力跌落到旋转产物盘上。处理器可以以足以热解的方式加热固体，例如超过790℉。可优选地，处理器加热所述材料至大约825℉和980℉之间。固体经辐射、对流和传导加热被保持在大约+/-1℉。在一个实施方案中，热解处理器额外地或可替换地持续从系统移除氧。因此，热解处理器210不断地被用氮气吹扫以保持氧水平处于或低于1％。在一个实施方案中，热解处理器210由垂直旋转盘反应器组成。通过在每个水平盘上使用固定机械耙状物和固定调平臂系统，固体材料向下行经多个旋转盘。耙状物有效地从盘到盘地移动碎片，而调平系统可以铺开堆并且由此确保有效的热传递和热解。气流被中心涡轮式风扇保持穿过盘中的碎片。此过程持续直至初始材料的热解反应完成。在此时，TDCB到达产物出口218并被从热解处理器210移除。
热加工单元的尺寸可以依据特定装备的设计容量。例如，15至25个旋转盘，垂直间隔4至20英寸，可以与直径10至20英尺且15至40英尺高的热加工单元一起使用。间歇过程可以也用于热解，但可能不会同样有效。此外，间歇过程能够在真空下操作，此真空操作作为排出包含在轮胎片之间的空隙部分体积中的空气的优选方法。然而，间歇系统典型地不具有温和地循环热解气体以改进热传递和反应化学的便捷或廉价方式。进一步地，间歇容器在每个批次之后必须被冷却到低于400℉，以允许TDCB在低于TDCB的自燃温度(大约500℉)的温度从容器中被移除。这样的时间耗费和热的加热损失致使其他过程效率低下。
在一个实施方案中，氮吹扫被用于移除氧，在进入处理器之前，所述氧占据轮胎碎片块之间的空隙部分并且被吸收在轮胎碎片中。氮吹扫给定量的时间以移除任何存在于碎片中的氧。例如，轮胎碎片201c从斜槽21落下到上部的阀216a上，所述阀216a打开以允许已测定量的材料重力跌落到室216中，所述室216在下部的阀216b的顶部。上部的阀216a随后闭合。氮216c被引入在闭合的阀216a和216b之间的室以移除夹带在材料流中的氧。氧可优选地在热处理器中和紧接在热解过程之后是受限的，以减小燃烧和爆炸的可能性。在给定量的时间之后，在为另一次受控的碎片添加再次闭合之前，下部的阀216b被打开，并且跌落碎片到下一个传递系统上。在下部的阀216b闭合之后，上部的阀216a打开以重复该循环。在一个实施方案中，下部的阀12b的直径为12英寸，而上部的阀12a的直径为8英寸，并且已测定量的材料为约1立方英尺，以及用于氮吹扫的给定量的时间为大约0.3分钟。气闸216在处理器210之前和之后可以以相似的方式操作。在一个实施方案中，在处理器出口218处的气闸216采用氮来吹扫来自退出的炭的炉气。气闸室安装真空泵，所述真空泵保持轻微的吸力以排净吹扫氮和任何炉气。真空泵也将吹扫氮从冷却螺旋214抽出。
冷却螺旋214可以就在热解过程之前和/或就在热解过程之后被使用以分别阻止被运输的材料变粘或燃烧。这些冷却螺旋可以包括空心的轴和条板(flight)以及外部的冷却套以均匀地冷却被输送的材料。例如，螺旋轴和条板是中空的，经螺旋轴和条板，来自冷却塔的冷却水可以流动。进一步地，进料螺旋的壳可以被夹套，在那里，冷却塔的水的接触流也可以循环的。在一个实施方案中，进料螺旋214被用于输送碎片201c到热解处理器210中。在示例的实施方案中，在移除来自轮胎碎片的氧之后，碎片跌落到进料螺旋中。进料螺旋也可以用氮吹扫以阻止热解气体逃离处理器。进料螺旋可以也被冷却，使得热加工在碎片进入热处理器之前不开始。进料螺旋的使用均衡前往处理器的碎片流，避免在盘中过量的堆积。
固体材料220在热解之后可以经气闸216退出热解处理器的底部。从气闸阀退出的固体材料220由TDCB和其他化合物组成，统称为灰。固体材料可以从热解处理器210被移除并且被冷却。TDCB可以被冷却至低于其自燃温度(大约500℉)，以阻止在TDCB从处理器被移除之后燃烧。例如，材料从热加工单元以1立方英尺半连续体积经气闸216被排出。冷却系统可以包括如上述设计的冷却螺旋214以允许来自冷却塔的冷却水流经中空的螺旋轴和条板。冷却螺旋也可以被夹套以允许额外的冷却水循环。在一个实施方案中，冷却螺旋将来自热解温度大约为980℉的炭在退出冷却螺旋之前冷却至大约100℉或者更低。冷却螺旋可以有足够的长度以提供用于炭的适当的冷却时间，例如大约20英尺长。在一个实施方案中，冷却螺旋也被用氮吹扫222以扫除来自TDCB的炉气并且在TDCB冷却时避免氧的存在，由于TDCB在离开热解处理器时处于它的自燃温度之上，由此阻止TDCB点燃。另外，氮吹扫气阻止处理器气体伴随TDCB经过冷却螺旋。因此，当气闸216被打开以跌落固体材料220到冷却螺旋214中时，吹扫气222进入气闸216并且阻止热解气体的逃脱。当气闸216闭合时，吹扫气222被定向沿着具有固体材料220的冷却螺旋214以阻止氧进入螺旋出口。
来自本文描述的热解过程的TDCB包括大约80-99％碳，所述碳包含直至4％表面结合热解油，所述碳与1-19％无机灰混杂，所述无机灰包含直至4％表面结合热解油，并且TDCB可以包括与直至2％的ZnS颗粒混杂的极性有机化合物。此材料形成固体附聚物，所述固体附聚物的直径范围从0.040μm至10000μm。图7图示说明了所得到的固体材料的尺寸分布。TDCB退出处理器的底部，并且被收集。TDCB可以被用作具有如同上文提及的特性的吸附剂并且可应用于各种目的，例如水纯化、气体纯化、空气纯化、溶剂纯化、碳氢化合物纯化、蒸汽回收、脱色和除臭。TDCB可以也被用作着色剂，对于向印墨、塑料、聚合物、涂料、橡胶材料和无机材料(例如水泥、混凝土和石膏)添加暗色色调剂和灰色色调剂是有用的。TDCB也可以用作在塑料、涂料、橡胶材料和无机材料(例如水泥、混凝土和石膏)中的增强剂。
在该过程的一个实施方案中，通过共混碳、无机金属氧化物(包括硅氧化物、锌氧化物、铝氧化物)与结合剂材料(例如源自橡胶的热解油)形成TDCB聚集物。混合物被加热使得结合剂材料在TDCB聚集物和金属氧化物聚集物之间流动。在惰性气体的气氛中，进一步加热聚集物，即热解过程，使得结合材料拆解，在碳和金属氧化物颗粒上留下烃液的敷层。在一个实施方案中，与结合剂混合的TDCB、金属氧化物聚集物被用作上文描述的热解过程的供料。此材料退出处理器的底部并被收集。所得到的TDCB聚集物可以被用作塑料、聚合物、涂料、橡胶材料和无机材料(例如水泥、混凝土和石膏)中的增强剂。TDCB聚集物也可以被用于纯化溶剂、加工助剂和来自液体基材料的颜料。
回去参照图5，热解过程也可以移除和进一步加工热解气体254。在一个实施方案中，热解系统210还可以包括排出系统224，所述排出系统224包括排风扇226以持续地从处理器210移除热解的气态产物，所述气态产物包括可凝的和不可凝的气体。热解气体可以也被进一步处理以产生期望的产物254。例如，系统也可以包括各种过程以从不可凝气体冷凝出和分离热解油。不可凝气体代表炉气，所述炉气可以随后被燃烧或被用作在发电机中的燃料以产生电。
在一个实施方案中，热解过程200可以是全部自动化的。例如，使用自动化的分配控制系统，伴随以人机界面(HMI系统)。分配控制系统被设计包括梯形逻辑(ladder logic)和屏幕图形(screen graphics)。具有图形界面的自动化系统允许加工工厂连续操作(24/7)而用最少的员工。系统也可以包括额外的内置安全联锁装置(safety interlock)。进一步地，系统可以包括一旦被技术人员启动就可以自动运行的开启和停机序列。
图8图示说明了示例的用于加工254来自图5和图6的热解过程的TDCB的系统400。在一个实施方案中，图5和图6的固体材料220经历进一步加工以产生粒化的TDCB产物。粒化的TDCB比粉末状的TDCB更稳定并且更容易处置，改进了处置、装袋和运送的便利。粒化的TDCB产物也减少了气带微粒，改进与橡胶、塑料、液体和固体共混时的一致的分散，并且被在商业市场上经销商和消费者指定。有了这样的市场，粒化的TDCB必须满足额外的规格，例如尺寸、压碎强度、倾注密度、细粒含量和结合剂类型。其他已知的用于生产粒化的TDCB的热解方法和配方不能满足这些规格的一个或更多个，也许是由于TDCB的尺寸、结构或组成的缘故。此实施方案生产的粒化的TDCB产物满足这些商业市场的规格，并且实施方案由示于图8的如下阶段组成：减小尺寸402，分级404，小丸形成406，小丸干燥408，筛分410以及装袋412。在任何上述阶段之间的传递414的方法可以是气动、推运螺旋、传送器或通过容器的方式，例如料仓或料袋。
在减小尺寸阶段402，TDCB被传递到尺寸减小器中以减小源于热解的TDCB的平均附聚物尺寸至期望的尺寸范围。例如，也取决于经销商或消费者的规格，减小尺寸阶段能够获得从平均附聚物尺寸为大约500微米至平均尺寸在大约50-20微米之间，或者在大约20-10微米之间，或者小于大约5微米，或者甚至降至亚微米范围的TDCB。另外，减小尺寸阶段402可以被用于拆解包含在TDCB中的残留的纤维或矿物含量。减小尺寸阶段402产生具有特定尺寸分布范围的TDCB。减小尺寸使用任何如下的尺寸减缩磨完成，所述尺寸减缩磨包括但不限于气流粉碎磨、空气分级器磨、锤磨机、滚磨机、球磨机或振动磨机(使用陶瓷或钢筒)，以拆解TDCB附聚物。在热解过程之间到减小尺寸阶段402中的传递414的方法可以是气动、推运螺旋、传送器或通过容器的方式，例如料仓或料袋。
在减小尺寸阶段402之后，减小了尺寸的TDCB可选地被传递到分级阶段404用于移除任何残留的纤维和任何超出尺寸或尺寸过小的TDCB和矿物的附聚物。在减小尺寸阶段402和分级阶段404之间的传递414的方法可以是气动、推运螺旋、传送器或通过容器的方式，例如料仓或料袋。分级阶段404可以由一系列具有确定的筛孔尺寸的筛网组成，其中减小了尺寸的TDCB有选择地经过提供超出尺寸的材料的移除。可替换地，减小了尺寸的TDCB可以被转移到空气分级系统中，所述空气分级系统被配置以移除任何残留的纤维或者超出尺寸和尺寸过小的TDCB和矿物的附聚物，提供期望的减小了尺寸的被分级的TDCB产物。
接着减小尺寸阶段402和/或分级阶段404，源自热解的减小了尺寸和/或被分级的TDCB，下文被成为“TDCB产物”，被传递到粒化阶段406，在那里，TDCB产物与结合剂混合以形成小丸(pellet)。传递414到粒化阶段406的方法可以是气动、推运螺旋、传送器或通过容器的方式，例如料仓或料袋。一旦传递到粒化阶段406，TDCB产物经由结合剂递送系统以适合的比例与结合剂混合以发起并扩展粒化。结合剂可以是液体，包括水，或者是包含结合剂材料的含水混合物，所述结合剂材料例如木质素、木质素磺酸钙、糖蜜、淀粉、食糖、盐、可水溶聚合物(例如聚醋酸乙烯酯、聚羧酸、纤维素材料)或其混合物。可替换地，结合剂可以是烃油、蜡、沥青质或焦油。结合剂也可以包括源自热解的油产物，作为热解和后加工条件的产物或者添加到TDCB产物中或者结合到TDCB产物中。与TDCB产物有关的结合剂的浓度可以从大约0.1重量百分数至90重量百分数变化。结合剂可以经由计量系统例如喷雾或液体料流，被连续地与TDCB产物混合。优选的粒化方法包括，但不限于，装备有或者圆柱棒或者特定构形的朝向的刀片的销棒磨(pinmill)造粒机。TDCB产物的性质取决于结合剂类型、结合剂浓度、温度、磨机的旋转速度、TDCB的性质和在造粒机中的停留时间。TDCB产物的尺寸可以落在从大约0.01微米至6000微米的范围内。
在粒化的TDCB产物形成之后，TDCB产物退出粒化阶段406并且被可选地传递到干燥阶段408。在粒化阶段406和干燥阶段408之间传递414的方法可以是气动、推运螺旋、传送器或通过容器的方式，例如料仓或料袋。干燥阶段408被用于将结合剂浓度固定在期望的水平或范围，而结合剂浓度相对于粒化的TDCB产物典型地为从大约0.01重量百分数至90重量百分数。小丸也可以被干燥以进一步给予小丸特定的性质，例如小丸尺寸范围、小丸硬度、倾注密度、流动性和细粒含量。小丸的最终性质取决于最终结合剂/粒化的TDCB产物浓度、加热温度、干燥时间和加热曲线。干燥系统的实施例包括，但不限于，具有可选地被加热的强制气(如，空气)的振动床、具有或不具有强制气的内部地或外部地加热的回转窑、强制气和或/加热了的传送式烤箱(conveyance oven)或者对流式烤箱。
在期望的干燥之后，粒化的TDCB产物可以被传递到筛分阶段410以产出在特定的尺寸范围之内的小丸。在干燥阶段408和筛分阶段410之间传递414的方法可以是气动、推运螺旋、传送器或通过容器的方式，例如料仓或料袋。在一个实施方案中，筛分阶段410由一系列具有特定的筛孔尺寸的筛网组成。随着粒化的TDCB产物被传递到筛网上，超出尺寸的小丸和尺寸过小的小丸根据尺寸被移除。例如，用于橡胶加工中的小丸可以被要求具有负14目至正35目的尺寸。这说明小丸符合通过14目筛网且被留在35目筛网上。在此范围之外的小丸可以被传递回到减小尺寸阶段402用于再加工，可替换地用于另一产物或者不使用。
在筛分阶段410之后，特定的粒化的TDCB产物被传递到装袋阶段412，其中所述TDCB产物被装入料袋或其他容器中用于运送、储存或后续的使用。在筛分阶段410和装袋阶段412过程之间传递414的方法可以是气动、推运螺旋、传送器或通过容器的方式，例如料仓或料袋。
如本文描述的固体精制过程400可以如本领域技术人员理解的那样，被独立地实施，重新排序或者在各种组合和亚组合中使用。在任何上述阶段之后，产物可以被传递到料袋或其他容器中用于运送、储存或后续的使用。在其他的过程不被实施时，选择过程也可以被实施。例如，固体材料220可以如在上述步骤404中描述的那样被分离和分级，并且随后如在步骤412中，直接装袋，而没有介于中间的粒化步骤。所描述的过程的其他组合和亚组合也在本公开的范围之内。在一个实施方案中，固体材料220从图5和图6的冷却螺旋214经重力跌落斜槽被传递到用于尺寸分离的筛分器。期望的TDCB随后跌落到气动传递系统，所述传递系统将TDCB搬运到空气分级器。分离的TDCB可以随后按重量和颗粒尺寸被进一步分级。可优选地，端产物为细的粉状的材料。
由非常细的材料组成的产物料流，可也以具有小量较重的和较大的颗粒尺寸材料，包括可能未有效热解的纤维。分级器可以有效地按重量和/或颗粒尺寸随着产物连续地流经该系统而分离该材料。例如，分级器系统从产物料流中移除尺寸在0.1微米和10微米之间的材料。这样的材料包含氧化锌和二氧化硅和氧化铝的矿物，所述矿物代表加入到轮胎的原始配方的添加剂。矿物的移除有效地改进TDCB产物的纯度，减少TDCB的灰分含量。进一步地，空气分级器可以移除尺寸上大于200微米的超出尺寸的材料，包括保持未热解的纤维，由此确保产物纯度。退出空气分级器的TDCB产物的示例的颗粒尺寸分布示于图7。目标的TDCB，按颗粒尺寸和重量被选择，可以随后跌出到最终的用于装袋412的系统。例如，目标的TDCB颗粒跌出到最终的气动系统，所述最终气动系统将颗粒传递用于装袋。
图9和图10图示说明了用于加工254来自图5和图6的热解过程的气体的示例的系统。在一个实施方案中，图9，系统包括水冷却冷凝器以在热解过程后分离可凝的和不可凝的气体。该过程产生升华了的油从大约600℉至85℉的“闪”冷("flash”cooling)。可替换地，图10，热解气体可以经多个在不同的温度操作的冷凝塔被加工，以致油可以通过缓慢地降低温度被冷凝。以这种方式，较高分子量化合物被形成并且冷凝的液体可以通过其沸点被分离成为较高价值化合物。冷凝油可以进一步被处理以移除碳尘、无机灰、低沸点碳氢化合物和冷凝水(如果有的话)。
图9图示说明了用于加工来自热解过程224的气体501a的示例的系统，所述系统包括升华了的油的闪冷以从不可凝气体501c中分离油501b。当水冷冷凝器被采用以冷凝热解油时，被冷凝的油501b可以被用于洗涤处理器气体以从不可凝气体移除夹带的TDCB尘，由此阻止避免碳尘在下游过程中累积。例如，由壳体和管式热交换器组成的立式冷凝器502可以被用于以或是冷却水或是冷冻水冷却可凝气体。进来的气体可以被冷却至在150℉至200℉之间或更低的温度，以分离热解油。油在冷凝器的底部收集并且随后被过滤504以从产物油移除尘。一部分被冷凝的油501b可以被再循环回到冷凝器的前部以改进在热交换器表面的液体周转速率并且从交换器的表面洗涤TDCB。立式冷凝器的使用辅助保持管道整个圆周清洁而不被碳尘堆积。一个或更多个立式冷凝器502可以被用于冷凝热解油。一个或更多个喷射器504可以被用于分配再循环油510b到气体料流中。喷射器将油510b引入冷凝器的内部以接触气体料流。再循环油从气体料流中捕获微粒物质，冷却进来的气体料流并且洗涤冷凝器的内部表面以保持冷凝器的热交换效率。未被冷凝的气体501d可以随后如下面描述的被进一步加工。在图9的一个示例的实施方案中，未被冷凝的气体经除雾器506过滤并且随后输送到燃烧单元。蒸汽排风扇508，如针对图5和图6描述的，可以被用于经系统移动排气。
图10图示说明了用于加工来自热解过程的气体的示例的系统，所述系统包括多个在不同的温度操作的冷凝塔以缓慢地冷凝升华了的油并且按分子量分离油。在一个实施方案中，油可以在多个在逐步降低的温度操作的填料塔中被冷凝。在温和的温度梯度下的冷凝，其中气体在大约5至12秒的时间段被从大约600℉冷却至250℉，促使较大有机化合物(C8至C20及以上)的形成，而相应的减少较小的C4至C7有机化合物的形成。以这种方式，被冷凝的油的分子量和产物油的物理性质可以被控制，而油的较迅速的，或“闪”冷凝产生具有较大比例的较低分子量化合物和较大挥发性的产物油。
参照图10，温度在大约600℉至800℉来自排出系统224的热解气体进入柱1。气体经设计用于捕获小量的夹带的TDCB尘的规整填料520行进。气体继续经过柱1的下一个部分，所述部分包含紧密填料(sheet packing)或疏松填料以提供冷凝表面，其中较高分子量的油被冷凝。被冷凝的油靠重力下落到捕获罐524中，在那里，被冷凝的油被加热到大约500℉至550℉并且被泵经喷射器526以移除任何碳尘堆积。被冷凝的油也经喷射喷嘴528被泵到柱1的顶部。再循环到柱顶部的油被用作加热媒介以保持所述的柱在期望的冷凝温度。柱1在大约325℉至420℉的标称温度操作。
未被冷凝的蒸汽继续向柱2，所述柱2操作与柱1类似，但在大约275℉至375℉的操作温度操作。被冷凝的油被捕获在留存罐530，所述留存罐530为将被冷凝的油经喷射喷嘴532泵至柱的顶部充当蓄留池(reservoir)。如上文描述的，喷射器534循环被冷凝的油以移除在规整填料520内任何的碳尘堆积。在一个实施方案中，冷凝塔由安装填料未夹套的管道部分组成，以提供或是过滤器或是冷凝表面。填料可以或是紧密填料或是疏松填料。
具有低于大约300℉至375℉的沸点的热解气体继续向柱3的底部。此柱在大约175℉至325℉操作，用或是紧密填料或是疏松填料536填充以促进冷凝。柱3也在柱的顶部安装喷射喷嘴538。循环油起保持柱操作温度的作用。冷凝油被捕获在蓄留池540中。退出柱3的气体经水冷热交换器542被加工，在那里，蒸汽被冷却至大约60℉至85℉以冷凝任何剩下的轻碳氢化合物和水。冷凝物被收集在蓄留池544中。剩下的由微小的夹带油滴加上不可凝气体(例如甲烷、氢、二氧化碳、一氧化碳和水蒸气)组成的气体料流经凝聚式过滤器546被加工以在进入排风机548之前移除油滴。不可凝气体代表在用于电力的生产的发动机驱动式发电机中使用的炉气，并且在大约60℉至85℉退出系统。
一个实施方案使用陶瓷过滤器以在气体被加工之前从热解气体移除细的TDCB。过滤器表面被保持在与热解处理器的操作温度相同或更高的温度以避免热解油在过滤器表面上的冷凝。
留在冷凝器的下游的气体，统称为不可凝气体，可以主要地由氢、甲烷、乙烷、二氧化碳和一氧化碳组成。在一个示例的实施方案中，不可凝气体从热解加工单元与可凝气体一起连续地被移除。不可凝气体如上文描述的被从可凝油中分离。不可凝气体，构成进来的轮胎供料重量的8％至30％，可以随后被排风扇输送至燃烧单元，或者作为合成的炉气在燃气的发电机被利用以生产电。例如，不可凝气体可以构成炉气，所述炉气可以在往复式发动机驱动发电机中被燃烧以发电。在任一情况中，有对环境最小化的不利影响。
重要的需注意的是描述的热解系统和方法体现了多个新颖的特征，所述特征，单个地或组合地，将所述热解系统和方法与现有技术中的轮胎热解和热解材料后加工区分开来。同样的，所述热解系统和方法可以使用一个或更多个这样的特征以若干方式被表征。尽管本发明的实施方案已经参照附图被充分地描述，要被注意的是对于本领域技术人员来说各种变化和修改将变得明显。这样的变化和修改将被理解为被包括在如所附的权利要求书定义的本发明的实施方案的范围之内。相应地，描述不意图将如所描述的实施方案的应用限定为如在详细的描述和说明性的附图中所述的组分的构造和布局。同样，将被理解的是本文采用的术语是出于描述的目的而不应被认为是限定。
尽管本文提供的是针对没有钢的轮胎碎片热解系统和过程，本文描述的发明的原理是可以被应用于与其他类型的碳质供料(例如塑料和木料)一起使用的。进而，尽管本发明的实施方案在本文中以特定的实施方案被描述和图示说明，或者以组合的方式被提供，但应被理解的是实施方案并不限于此。出于简洁的目的，在一个单独的实施方案的内容中被描述的发明的各种特征，也可以单独地或者以任何适合的亚组合的方式被提供。进一步地，如在单独的实施方案的内容中描述的特征可以被重新组合到任何适合的亚组合中。

Claims (18)

1.一种热解以回收没有钢的轮胎碎片中的碳黑的方法，包括：
将由没有钢的轮胎碎片组成的碳质供料引入维持大体中性压力的竖直盘热解处理器的顶部部分，所述处理器包括多个盘和一加热元件；
将所述轮胎碎片加热至超过约790℉的温度以热解所述轮胎碎片，并形成多种固体和热解气体；
将所述热解气体在所述热解处理器中循环；
将所述固体从所述热解处理器中位于较高处的盘移动至所述热解处理器中位于较低处的盘，所述固体在所述移动期间接触所述热解气体；
从所述热解处理器的底部部分移除碳黑；以及
从所述热解处理器的顶部部分移除热解气体。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述多个盘与旋转驱动轴对准并且被所述旋转驱动轴支撑。
3.如权利要求2所述的方法，还包括围绕所述驱动轴旋转所述多个盘。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述循环的热解气体向所述固体提供对流热传递，以有助于所述固体中大体一致的温度的维护。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述加热元件提供辐射热。
6.如权利要求1所述的方法，其中形成于所述热解处理器中位于较低处的盘的所述热解气体向上循环至所述热解处理器中位于较高处的盘。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述移动步骤包括使用调平臂来调平所述盘中的所述固体和使用耙状物以使所述固体经所述盘中的狭槽跌落。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述引入步骤包括引入具有大约3/4x 3/4x 3/8英寸的尺寸的没有钢的轮胎碎片。
9.如权利要求1所述的方法，还包括在引入所述供料至所述热解处理器之前对所述供料进行除气，以及对来自所述热解处理器的碳材料进行除气，其中，已除气的供料被输送至所述热解处理器，并且已除气的碳材料从所述热解处理器经冷却螺旋被输送，所述冷却螺旋包括经过所述冷却螺旋的轴、条板和套的冷却材料。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述移除碳黑的步骤包括移除包括大约80-99％的碳的碳黑，所述碳包含与1-19％的无机灰混杂的直至4％的表面结合热解油，所述碳黑具有与直至2％的ZnS颗粒混杂的有机化合物。
11.如权利要求1所述的方法，还包括加工从所述热解处理器的所述底部部分移除的所述碳黑，所述加工包括：
减小所述碳黑的尺寸以创建大体在20微米以下的减小的碳黑产物；
将所述减小的碳黑产物按尺寸分级，以移除超过不期望的尺寸的颗粒，来提供大体一致的碳黑产物；
通过将所述大体一致的碳黑产物与粘合剂混合使所述大体一致的碳黑产物粒化，形成小丸，并且干燥所述小丸；以及
针对期望的尺寸分布筛分所述小丸。
12.如权利要求11所述的方法，其中减小所述碳黑的尺寸是通过尺寸减缩磨进行的，所述分级是用一系列期望的筛孔尺寸的筛进行的，所述粒化包括用热解来源的油产物的粘合剂来粒化，而所述筛分产生在负14目和正35目之间的期望的尺寸分布。
13.如权利要求1所述的方法，还包括将遍布所述热解处理器的温度梯度保持在1℉和40℉之间。
14.如权利要求1的方法，其中所述引入还包括通过利用氮吹扫系统对所述碳质供料进行脱氧。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述氮吹扫系统包括保持室，其中所述脱氧包括将大量所述碳质供料隔离在所述保持室中以及用氮从所述碳质供料移除空气。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述热解处理器包括位于所述顶部部分的第一气闸和位于底部部分的第二气闸，所述方法还包括通过使用第一和第二氮吹扫系统，对通过所述第一和第二气闸的材料进行脱氧。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述第一和第二氮吹扫系统包括各自的第一和第二保持室，其中所述脱氧包括将大量所述材料隔离在所述保持室中，以及使用氮从所述材料移除空气。
18.如权利要求1所述的方法，其中所述引入包括将所述热解处理器中的中性压力保持为+/-3英寸WC。
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