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利用LNG冷能低温粉碎法生产胶粉简介

2021-04-09

        LNG是液化天然气的简称,将天然气经过净化后,采用压缩、节流、膨胀和外加冷源制冷的工艺而形成的,在被用于燃料或化工原料之前,需要进行热交换把它汽化为常温气体。LNG汽化过程中,其释放的大量冷能可采用直接或间接的方法加以利用,利用LNG冷能进行废轮胎粉碎是其利用方法之一。


        常压下LNG的温度低至-162℃, 其蕴含大量的冷能。我国每年将进口大量液化天然气,在沿海LNG建设接收站以形成布局。因此,利用液化天然气冷能粉碎废轮胎将有广阔的发展前景。用液化天然气的冷能进行粉碎与通常的液氮冷冻粉碎法相比,该工艺不消耗液氮,总体生产成本较低,但对设备及工艺安全性要求更高。废橡胶低温粉碎工艺需要大量的冷能,这些冷能主要消耗在以下两方面:一是为使得为使废橡胶温度降至玻璃化温度以下的冷冻过程;二是在粉碎机工作过程中,粉碎机的机械部件往复运动及橡胶化学键的断裂等产生热能的移除。橡胶冷冻过程需要的冷能主要由橡胶自身的热性质和橡胶的处理量决定,粉碎机中粉碎过程需要的冷量由粉碎机的性能、橡胶的低温机械性能和处理量等因素决定。而冷源选择往往是实现低温冷冻粉碎的关键,因冷源的使用成本关系到低温粉碎是否能够商业化运行。


        由上述可见,直接利用LNG冷能低温粉碎废橡胶一般有两类设想,一种是采用单一媒介将LNG冷能传递至胶块进行粉碎:另一种是采用两种媒介将LNG冷能传递至胶块进行粉碎,后者对安全因素考虑较多。直接用LNG冷能冷冻废轮胎,目前的研究大多停留在设想阶段,尚没有直接利用LNG冷能粉碎废橡胶的生产装置。


        美国 SuperCool 公司在US668562B1号专利中对LNG 冷能直接应用于废橡胶粉碎进行了描述:LNG经过换热器1把冷能传递给冷媒,冷媒再通过换热器2把冷能传递给氮气,冷氮气通过两级换热器与胶块进行冷能交换,冷冻后的胶块进入锤式磨进行粗粉及后处理,粗胶粒进入精细胶粉磨制备精细胶粉。两级换热器中的氮气循环回收利用,用于冷冻粉碎机的那部分氮气直接排放。该工艺选用两种冷媒作为载冷介质,冷媒之一为未指明的循环介质,其采用闭式循环方式在LNG与氮气之间进行冷能传递;冷媒之二为氮气,其对胶块及粉碎机进行冷冻,部分循环。该工艺构想尚未经过实践检验。


        华南理工大学提出的利用LNG冷能粉碎废橡胶设想是:废橡胶首先经过常温破碎成一定粒度的胶粒;氮气同LNG换热获得冷能,温度降至一95℃左右,然后进入冷冻室和低温粉碎机用于橡胶的冷冻和粉碎;从胶粒冷冻室和低温粉碎机出来的氮气温度仍然很低,为了充分利用这些剩余的冷能,将其输送到胶粒预冷室用于胶粒的预冷,最后氮气的温度升高至0℃以上。氮气同胶粒换热采用流化床式或沸腾式,氮气的压力有一定的损失,故将氮气送入压缩机中压缩升压,用来补充损失的压力,压缩后的氮气温度升高,经水冷器冷却至常温后进入换热器中同LNG换热,形成一个冷能回收循环。该构想未经实践检验,与 LNG换热后的氮气直接与胶粉接触,在安全性上存在一定风险。


        中海油能源发展股份有限公司石化分公司与天津化工研究设计院共同开发了一种新的利用LNG冷能进行低温粉碎的流程,该流程采用循环氮气与 LNG进行换热,然后循环氮气将冷量与干燥空气换热的两级换热模式,如图 3-7所示。

        


        LNG经过换热器1把冷量置换给冷媒氮气,冷媒氮气再通过换热器2把冷量传递给空气,此换热器中的氮气在密闭的系统中循环,低温空气进入胶粒换热器及粉碎机,对胶粒及粉碎机进行冷冻,冷冻后的胶粒进入粉碎机。冷冻胶粒后及粉碎机排出的部分空气循环使用。


        该流程以纯氮气为冷媒,LNG通过介质氮气将冷能传递给空气,空气再将冷能传递给胶粉,负责传递冷能的两个换热器中任何一个发生脱焊或内漏,系统都可以停止运转,有效防止了LNG与空气接触,安全性很高。


        中海油能源发展股份有限公司石化分公司与吉林松叶橡胶粉末有限公司共同开发的项目已经在福建省莆田市开工建设,建成后将向市场提供优质的、120~200目冷冻法微细胶粉。该技术运用液氮汽化理论设计间接深冷系统,在完成液氮汽化的同时,利用深冷计量泵将低温氨气导出,作为脆化胶粉的载体保温气和深冷输送气源,实现胶粉从冷冻系统到粉碎系统的低温输送。


        利用气力输送理论设计三个冷氨气循环系统,实现对胶粉的三级预冷。


        借鉴仓式泵工作原理设计深冷直接交换系统,由此产生的过冷氮气随胶粉进入粉碎系统,保证胶粉的粉碎环境温度在脆化温度以下。


        独特的回温系统设计,既充分利用了冷能又避免了最终产品温度过低产生凝露,不需要干燥设备,精细胶粉的液氮消耗量为0.4~0.8kg/kg,卧与目前国际上成熟低温粉碎工艺1.2kg/kg相比较,降低了50%。


        该技术由回温取冷循环、汽化预冷循环、间接深冷汽化、直接深冷发送、低温循环粉碎等组成,其产品微细胶粉的目数为80~200目。


        (1) 回温取冷循环系统 该系统是利用送料风机将中间成品料仓出来的低温氮气的冷量,在物料输送过程中进行置换。使输送物料的温度降低,对喂入的物料进行初步预冷。


        (2) 汽化预冷循环系统采 该系统是把上一系统输入到旋风分离器的物料,利用间接深冷汽化罐中的进一步低温的干氮气将物料送入间接深冷汽化罐中,为间接深冷汽化罐中液氮的完全汽化创造气体流量条件的同时,对物料进行二次预冷和二次低温干燥,避免物料在间接深冷汽化罐中因物料的水分存在而形成团聚,影响物料输送和冷冻。


        (3) 间接深冷汽化系统 间接深冷汽系统采用特殊的换热型式使液氮的冷能得到充分利用。间接深冷汽化罐采用分体式真空夹层设计,确保冷交换在绝热条件下进行。间接深冷汽化罐下部出料温度与液氮计量泵的电机进行变频调节,使其小于-75℃。


        (4) 直接深冷发送系统 该系统使雾化深冷液氮和低温脆化胶粉进行沸腾式交换,在气固喷射器的气流引射下将物料输入粉碎机中,过冷氮气也同时进入针盘粉碎机中,以确保物料在深冷条件下实现低温粉碎。


        (5)低温循环粉碎系统 该系统的关键设备为低温粉碎机,该技术采用针盘式粉碎机。针盘粉碎机出料温度由进入直接深冷发罐的液氮量进行调节,使其小于-100℃.出针盘粉碎机的胶粉被气流输送至低温捕粉仓中。


        我国中海油考察组在德国INTEC公司测试中心曾进行了冷冻粉碎实验,用粗胶粉先进行预冷,借助容积定量的螺旋加料器,将预冷的胶粉加入Alpine Comtraplex 250CW 粉碎机中进行粉碎。该粉碎机上安装有纵向销钉,温度通过液氮量调节阀来调节,该冷冻粉碎法可获得粒度为100μm (约150目)的微细股粉。


        胶粉的粒度采用马尔文激光粒度仪(Malvem Mastersizer) 测定。为了达到所需要的胶粉细度,必须选用筛选机进行筛分,粗粒子胶粉将返回以便进一步粉碎。生产上可选用800CW 型或 1120CW型粉碎机,它们的单台生产能力分别为1000kg/h和2000kg/h。

        

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