水平移动床反应器 【发明领域】
本发明涉及热分解领域。具体而言，本发明涉及一种用于热分解颗粒物料的、改进地水平移动床反应器。
背景技术
热分解是用来解决普遍存在的和世界范围的废弃轮胎及自动纤维疏散机残余屑累积所造成的环境问题的有吸引力的方案。申请者已经在美国专利No.4,740,270中提出了用真空热分解法来处理废弃轮胎。使用过的橡胶轮胎以碎屑状在真空中和大约360～415℃的温度内分解成有用的产品如碳黑和烃类的油或气体。在美国专利No.5,451,297中，申请者基于回收具有商业价值的产品，提出了利用真空热分解来处理自动纤维疏散机残余屑。在每一种情况下，热分解在多托盘反应器中进行。该反应器具有一些间隔分布的加热托盘，一个布置在另一托盘的上方，每个托盘可容纳装在反应器最上层托盘上的切屑或碎屑层。颗粒物料床通过耙运臂从上层托盘输送到下层托盘，其中耙运臂在每个托盘上缓慢移动颗粒物料指向并进入托盘的排料嘴，从而落到下层托盘上。托盘加热时，在最上层和最下层托盘之间存在垂直温度梯度，其中最低层托盘的加热温度比最上层托盘的加热温度高。
申请者发现，与每个加热托盘接触的料床会阻碍从加热托盘到料床中心的有效热传递。这里热分解的颗粒材料是碳基材料如橡胶轮胎，与加热托盘接触的橡胶颗粒会成为一层碳质材料，并涂在托盘上；这一碳层会起到热绝缘作用而进一步阻碍热传递。当材料进行普通的热辐射时，会发生同样的问题。
发明综述
因此，本发明的一个目的是克服上述缺点，并增加水平移动床反应器中的热传递。
按照本发明，提供了一种用于热处理颗粒物料的水平移动床反应器，它包括一个壳体，该壳体具有允许要热处理的颗粒物料进入的进料件和排放热处理物料的出料件；至少一个在壳体内部且在进料件和出料件之间水平布置的托盘，该托盘具有支承颗粒物料床的支承面；还有在支承面上加热颗粒物料床的加热件；以及一个在加热颗粒物料床的同时并在支承面上沿预定的方向移动颗粒物料床的传输系统。该传输系统包括一些水平间隔开的耙状件；这些耙状件沿所述预定方向横向延伸跨过支承面，并且每个具有一些间隔开的指状物与支承面滑动接触；还有沿预定方向移动耙状件及指状物并移动颗粒物料的装置。任一耙状件的指状物与任何其它耙状件的指状物部都不共线，彼此间隔分布，使得指状物大体上耙过托盘的整个支承面并在移动的同时稳定地搅拌颗粒物料。这样，常使“新鲜”颗粒物料面被加热并在料床中增加了热传递。
申请者很意外地发现，使用上述的一些耙状件移动在支承面上加热的颗粒物料床，颗粒物料在移动过程中稳定地搅拌，结果其“新鲜面”常接触到热源而被加热。同时，颗粒物料的稳定搅拌提供了料床中颗粒间更好的热传递。这样增加了颗粒物料床中的热传递。与支承面滑动接触的指状物确保与托盘接触的物料颗粒床也得到搅拌。
术语“颗粒物料”这里用于指片状的固体材料。因此，这个术语不但包括颗粒，还包括细粒、切屑和碎屑。
按照本发明的优选实施例，至少一个托盘的形式为端部开口的槽。该槽具有宽的U-形截面，包括一个底壁和一对从底壁向上延伸的相对的侧壁，底壁的顶面构成上述支承面。最好有两个这样的槽，其中一个布置在另一个上面，提供排料件将颗粒物料从上槽排放到下槽中。
按照本发明的另一优选实施例，传输系统适合沿一个方向移动在上槽底壁上的颗粒物料床，而在相反的方向移动在下槽底壁上的颗粒物料床。最好，移动耙状件的装置包括一对闭合链，其中每个闭合链具有上连续运转行程和下连续运转行程，并且这样布置它们使得一个链的上连续运转行程邻近上槽的一个侧壁的上方延伸，而该链的下连续运转行程邻近下槽的一个侧壁的上方延伸，另一个链的上连续运转行程在上槽的另一侧壁的上方和邻近处延伸，而该链的下连续运转行程在下槽的另一个侧壁的上方和邻近处延伸。该装置还包括驱动上述链的驱动装置。在本实施例中，每个耙状件最好包括在其端部固定到链上的横向杆，上述指状物安装在这个杆上，并从其相反的两侧向外延伸。这样，当耙状件沿着一个槽移动时，这个杆一侧的指状物与该槽的底壁接触；而当耙状件沿着另一个槽移动时，这个杆另一侧的指状物同该槽的底壁接触。
在本发明的一个具体实施例中，每个指状物滑动式延伸通过贯穿每个耙状件的杆的开口，允许指状物能沿其纵轴方向移动，结果指状物从杆的上述两侧突出来。在允许指状物有限地纵向移动的同时，每个指状物具有保持这些指状物在每个耙状件的杆上的阻止件。这样，每个耙状件在由链从一个槽移动到另一个槽中时，其指状物可上升和落下与另一个槽的底壁接触。
按照本发明的又一实施例，加热件适合加热每个槽的底壁，结果热量从加热底壁传递到其上面的颗粒物料床中。这种加热件最好包括在下槽底壁下面延伸并与之接触的第一系列管状件；在上槽底壁上面延伸并与之接触的第二系列管状件；连接第一系列和第二系列管状件的管道件；以及通过第一系列和第二系列管状件循环热流体的装置。
本发明的水平移动床反应器不但可用于热分解颗粒物料，而且能干燥和混合颗粒材料，以及进行各种需要热量的反应。
【附图说明】
通过结合附图，对本发明优选实施例的示例性的下述描述，本发明的其它特征和优点会很明显。
这些附图包括：
图1是按照本发明优选实施例的水平移动床反应器的纵向垂直截面图；
图2是沿图1中线2-2位置的水平的纵向截面图；
图3是沿图1中线3-3位置的垂直截面图；
图4是一个局部截面图，表示图1中所示反应器的所用传输系统；
图5是一个传输系统的部分顶视图；
图6是沿图5中线6-6的垂直截面图；
图7是一个耙状件的部分剖视图，表明它的一个指状物。
实施方式
参照图1、2和3，这里表示由标号10表示的水平移动床反应器，用于对颗粒物料进行热处理。反应器10包括一个纵长的、端部开口的壳体12，该壳体具有一圆环状截面式的且具有圆形法兰16的圆筒壁14；一个用于容纳要被热处理的颗粒物料的进料口18；一个排放热处理物料的第一排料口20；以及用于排出热处理过程中产生的气体产物的第二排放口22。在颗粒物料在反应器中进行真空热分解时，排放口22经由一系列冷凝单元与真空泵相连。壳体12的端部用可拆卸盖24封闭，用螺栓和螺母将盖24可拆卸式地固定到法兰16上。
提供了两个支座组件26来支承壳体12。每个支座组件26包括一个有两个底脚30的底座28；一对连接板32和一个壳体12位于其上面的半圆形支承件34(如图3所示)。支承件34焊接到底座28上。如图3所示，为使壳体12能被提升而使反应器10重新定位，在壳体12相反的两侧且在每个支座组件26的上方有一对提升装置36。每个提升装置36包括一个焊接到弧形件40上的翼板状的板38，其中弧形件40焊接到壳体12的壁14上；板38具有带孔吊耳42，吊耳42通过上面的孔44容纳起重机的吊钩。每个提升装置36还包括焊接到板38上的连接板46，连接到支承组件26的相应板32上。利用紧固螺栓和螺母将一对提升装置36的板46可拆式地固定到下方支承组件26的板32上，而另一对提升装置36的板46同板32利用非紧固的螺栓和螺母松散地固定在一起，螺栓伸过在板32、46上形成的槽中。这样，在壁14热膨胀过程中，允许另一对提升装置36的板46在板32上移动。
反应器10包括两个端部开口槽48a、48b，其中一个布置在另一个上方，每个槽构成支承颗粒物料床50的托盘(图3中虚线所示)；一个用于加热在每个槽中的颗粒物料床的加热件52；以及沿着各自槽移动每个料床的传输系统54。进料口18相对于上槽48b布置；结果颗粒物料经过进料嘴56装入到邻近其一端的上槽48b中。每个槽48a、48b具有宽的U形横截面，并包括底壁58和一对从底壁58竖直向上延伸的相对的侧壁60、60′，底壁58的顶面62构成支承颗粒物料床50的支承面。上槽48b被支承到下槽48a的上方，这是通过一间隔分布且向上延伸的、焊接到上槽48b和下槽48a的侧面60′、60上的侧支架64实现的，侧支架64在其下端焊接到L形截面的框架件66上，它构成矩形框架并靠在圆筒壁14的内表面68上。一些间隔开的横向支承件70在框架件66相对的两侧之间延伸。如图4所示，开口72分布于上槽48b的底壁58上，用于在其一端排放颗粒物料进入下槽48a。开口74位于下槽48a的底壁58的另一端上；用于从下槽48a排放颗粒物料进入位于圆筒壁14上的排料嘴76中(图1)。
加热件52包括在下槽48a的底壁58下方且与之接触的第一系列间隔开的平行管状件78a，以及在上槽48b的底壁58下面且与之接触的第二系列间隔开的平行管状件78b(图3)。管状件78a的端部同进口和出口导管80和82相连，而管状件78b的端部同进口和出口导管84和86相连。管道88连接出口导管82和进口导管84。进口、出口管道90、92分别连接到进口导管80、出口导管86，用来通过管状件78a、78b循环热流体，从而加热每个槽48a、48b的底壁58，结果从加热的底壁将热量传递到底壁上的颗粒物料床50中。颗粒物料与加热表面52的直接接触使传导和辐射热传递很显著，从而大大增加了加热表面处的接触传热系数(可高达200～1000W/m2·℃，具体依赖于颗粒物料的大小)。通过一些间隔开的且具有宽的U形形状的横向保持件94，管状件78a、78b与槽48a、48b的底壁58保持接触。如图3所示，每个保持件94具有凹形部分96，用于保持管状件与底壁58接触；还有一对支架部分98、98′分别固定到槽48a、48b的侧壁60、60′上。这样，当加热流体通过管状件78b循环时，加热的流体提供一般的热辐射，来加热下槽48a中的颗粒物料床50。
如图2、3和4所示，传输系统54包括一些水平间隔开的耙状件100，这些耙状件100横向延伸而跨过每个槽48a、48b的底壁58并固定到一对闭合链102、102′上，这对链分别与链轮104、106和104′、106′啮合。链轮104和104′安装在与马达110相连的驱动轴108上。链轮106和106′安装在驱动轴112上。驱动轴108由一对相对的端板114和114′支承，这对端板分别可拆卸地连接到槽48a、48b的侧板60、60′上，并连接到框架件60上。板114如图1所示。类似，驱动轴112由一对相对的端板116和116′支承，这对端板分别可拆卸地连接到槽48a、48b的侧板60、60′上，并连接到框架件66上。板116示于图1中。链张紧装置118和118′用于调节链102和102′的张紧程度。分别沿着槽48a、48b的侧壁60和60′的上边缘延伸的轨道120和120′，沿链的下连续运转行程和上连续运转行程来支承链102和102′。一些焊接到轨道120、120′上的导向件122引导和保持链102和102′分别位于轨道120和120′上(如图5所示)。参照图4，传输系统54适合沿着上槽48b从左到右移动颗粒物料床并适合沿着下槽48a从右到左移动颗粒物料床。
每个耙状件100包括其端部固定在链102、102′上的横向杆124，以及一些安装在杆124上的圆形截面的间隔开的细长形指状物126。如图5和6所示，杆124通过一对L形托架128固定在链102、102′上，每个托架128具有带孔支架130、132。杆124通过螺栓134和焊接螺母136可拆卸地固定到支架130上。支架132取代一个与链辊140相连的链节138，并固定在链轴142上。每个指状物126滑动式延伸通过贯穿杆124的相应开口144，允许指状物126沿其纵轴移动，结果指状物126从杆124相反的两侧突出来。在允许指状物126沿纵向有限移动的同时，指状物126有两个阻止件146分别布置在杆124的每一侧，用于将指状物保持在杆上。这样，当每个耙状件100由链102、102′从槽48a、48b中的一个中移动到另一个槽中时，耙状件100的指状物126上升和下降与另一个槽的底壁58接触。因此，当耙状件100沿槽48a移动时，杆124一侧的指状物126与下槽48a的底壁58接触。当耙状件100沿槽48b移动时，杆124另一侧的指状物与上槽48b的底壁58接触。如图2和5所示，任何一个耙状件100的指状物126与其它任一耙状件100的指状物126都不共线，而是彼此间隔分布。结果指状物126大体上耙过每个槽48a、48b的底壁58的顶面62，并在移动颗粒物料的同时，对其进行稳定地搅拌。结果，颗粒物料的“新鲜表面”不断地与热源接触，增加了从加热的底壁58到其上面的颗粒物料床50的热传递。
从图1可以明显地看出，下槽48a和上槽48b，以及加热件52和传输系统54构成一个标准组件148。在拆下进口、出口管90、92和驱动轴108后，可将组件148从壳体12中取出来。在较大的壳体中，也可将几个组件148放入，其中一个在另一个上方。