液化天然气冷量在废旧轮胎低温粉碎中的应用.pdf

第 3 9 卷第 2 期 2 O1 O年 3月 石油化工设备 P ETRO CH EMI CAL E QUI PMENT Vo1 ． 39 NO ． 2 M a r ． 20 1 0 文章 编 号 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 0 0 2 0 0 6 7 0 4 液化天然气冷量在 废 旧轮胎低温粉碎 中的应用 张花敏 陈叔 平 ，王 宁 ，王鹏程 ，任永平 ，来进琳 1 ． 兰州理工 大学 石 油化 工学 院， 甘肃兰州 7 3 0 0 5 0 ； 2 ． 青 岛海尔股份有 限公 司，山东青岛 2 6 6 0 0 0 摘 要 基 于热 力学原理 对液 化 天然 气冷量及 冷量 火 用进行 了分析 计 算 ， 设 计 了利 用液化 天 然 气冷量 进 行废 旧轮 胎低 温粉 碎 的 工艺流程 。该 流程 包括 粉碎 和 冷 量传 递 两部 分 。粉碎 过程 分 常 温粗碎 、 冷 冻和低 温 细碎 3个阶段 。冷 量传 递过程 以液化 天然 气为冷 源 ， 以 空气为 中间冷媒 ， 将冷 量先传 给 空气 ， 再 由空气去喷 吹冷 却粗胶 粉 。该 流程 能 实现 液化 天然 气冷量 的有 效利 用 ， 达到 冷 冻废 旧轮 胎 制 取精 细胶 粉 的 目的 。 关键 词 液化天然气；低温粉碎；废旧轮胎；炯 ；冷量应用 中图分类 号 TE 0 9 文献标 志码 A Ap p l i c a t i o n o f Co l d En e r g y o f LNG i n t h e Cr y o g e n i c Pu l v e r i z a t i o n o f W a s t e Ru b b e r ZHANG Hu a mi n ， CHEN Shu - pi n g ，W ANG Ni ng ， W ANG Pe n g - c h e n g 。 ， REN Yo ng - pi ng ， LAI Ji n l i n 1 ．Sc ho ol o f Pe t r o c h e mi c a l En gi n e e r i ng，La n z hou Uni v e r s i t y o f Te c hn o l og y， La n z h o u 7 3 0 0 5 0，Ch i n a ； 2 ．Qi n g d a o Ha i e r Co ．Lt d ．， Qi n g d a o 2 6 6 0 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e r mo d y n a mi c p r i n c i p l e ，c o l d e n e r g y a n d c o l d e x e r g y o f LNG we r e a n a l y z e d，a n d a c r y o ge ni c pu l ve r i z a t i o n p r oc e s s o f wa s t e r ub be r t O p r od uc e r ub be r p o wde r u s i ng c o l d e ne r g y o f LNG wa s de s i g ne d ．The p r oc e s s f l o w c o ns i s t s o f t wo p a r t spu l v e r i z a t i on a n d c ol d e n e r gy t r a ns f e r ．The p ul ve r i z a t i o n i n c l u de s t hr e e s t a ge s o f n o r ma l t e m p e r a t ur e p ul v e r i z a t i o n，f r e e z i n g a n d c r y o ge ni c p ul v e r i z a t i o n． Fo r c ol d e ne r g y t r a n s f e r ，t a ki n g a i r a s i nt e r m e di a r y c oo l i n g m e d i u m ，c o l d e ne r g y o f LNG i s f i r s t l y t r a n s f e r r e d t O a i r，t he n us i ng c o l d a i r t o s p r a y a nd f r e e z e c o a r s e r ub be r p o wde r ． Th e pr o c e s s c a n r e a l i z e a n e f f i c i e nt ut i l i z a t i o n o f c ol d e n e r gy o f I NG ，a n d r e a c h t he a i m t o p r od uc e f i n e r u bb e r p o wde r ． K e y wor ds l i q ue f i e d na t u r a l g a s； c r y og e n i c p ul v e r i z a t i on； wa s t e r u bb e r e x e r g y； a pp l i c a t i o n o f c ol d e n e r g y 随着我 国汽 车工业 的发 展和 人 民生 活水 平 的提 高 ， 汽 车数 量不 断增长 ， 随之 而来 的废 旧轮胎 数量 增 长惊人 。废 旧轮 胎 的堆 积 居 民健 康且 易 引起 火 灾 。 占用土 地 ， 污 染环 境 ， 影 响 因此 ， 对 其 进行 回收 利 用 显得尤 为重 要 。 目前 ， 废 旧轮 胎 回收利 用 的方 法 大 体有 3种 热利用 、 再 生胶利 用 和胶粉制 备 。废 旧 轮胎 可 以通 过常 温粉碎 或低 温粉 碎制成 胶 粉而加 以 回收 ] ， 胶 粉可 广泛用 于建 材 、 交 通等领 域 l_ 3 ] 。国外 的低 温 粉碎 主要利 用 液 氮 喷淋 来 冷 冻橡 胶 ， 液 氮 消 耗 量大 ， 生产 成本 高 。液 化 天然 气 L N G 和 液氮 一 样 ， 蕴 含着 巨大 的冷 量 。根 据我 国 L NG 发展 规 划 ， 2 0 1 5年 L NG进口将达到 5 5 2亿 m。 ， 为 L NG冷量 利 用奠定 了 良好 的基础 。 如何将这部分能量用来进行低温粉碎越来越受 收 稿 日期 2 0 0 9 1 1 一 l 2 作者简介 张花敏 1 9 8 0 一 ， 女 ， 河 南南 阳人 ， 硕士研究生 ， 从事 液化 天然气冷量利用 的研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工设备 2 0 1 0年第 3 9 卷 到研究 者 的重 视 。国外一 些 国家运 用 L NG冷 量进 行低 温粉碎 的研 究 已经 比较 成 熟 ， 我 国这方 面 的研 究尚处于起步阶段 。文献[ 4 ] 主要介绍了利用 L NG 冷量进行低温粉碎的流程和物料衡算 。本文将从热 力学火 用 的角度来 分析如 何 合理利 用 L NG 冷量进 行 橡胶 的低 温粉碎 。 1 L NG 冷 量及 冷 量 炯 1 ． 1 冷量 从较 低温 度 物体转 移 的热 量 习惯上 称 为冷 量 。 L N G 是天然气 经过脱 酸 脱 水处理及 低 温工 艺冷冻 液化 而成的低 温液体混 合 物 ， 温 度一 般 为 一1 6 2℃ 1 l 1 K 。在 L NG 接 收 站 ， L NG 一般 需 通 过 汽化 器汽化后使用， 汽化时会放出很大的冷量。L NG气 化过程所 能 回收 的冷 量包 括 潜热 和 显热 两部 分 ， 可 用下式计算 。 Q r △丁 1 式 中 ， Q为单位质 量的 L NG 由一1 6 2 oC汽化 后达 到 常温所吸收 的热 量 ， k J ； r为 L NG 的 汽化 潜 热 ， k J ／ k g ； c 为 天然气 的 比定 压 热容 ， k J ／ k g K ； △丁为 常温 与 儿 1 K之 间的温差 ， K。 在 1 0 1 3 2 5 P a 1个 大 气 压 下 ， 单 位 质 量 的 L NG 由一1 6 2℃ 汽化 复热 到 0℃ ， 理论 上具有 的冷 量约为 8 6 0 k J ／ k g 。 1 ． 2冷量炯 系 统 由一 任 意 状 态 可逆 变 化 到 给定 环 境 状 态 时 ， 能最大限度转换为可完全转换能量的那部分能 量称 为炯 。L NG的冷量 火 用 是指 储存 状 态 下与 环境 状态 下存 在温度 差和 压 力差 而具 有 的作 功 能力 ， 是 物理火 用 。 炯 在数值 理论上 为某状态 经可逆过 程变化 到环境 状态 所 能 做 出 的最 大功 7 ] 。L N G 从 饱 和 的初态 1 。 ， T 。 为压力 ， P a ； T 为热力 学 温度 ， K 经定 压气化 过程到达 干饱和蒸 汽状态 2 p ， T 。 ， 再 定压复热 到温度 与环境一致 的状态 3 p 。 ， T o T o 为环境温度 ， K ， 然后 由状态 3定温膨胀到温度及 压力与环境均相一致的状态 4 。 ， T o 。为环境 压力 ， P a 。整 个 过程 由一 定 压 过程 和一 定 温 过 程 组 成 ， 见 图 1 。 从图 1中， 点 1 表示液化天然气处于湿饱和状 态点， 点 2表示气态天然气处于干饱和状态点， 点 3 、 点 4表示天然气处于过热蒸汽状态点 。 点 1 一 点 2 一 点 3的过程为定 压吸热过 程 ， L N G 从 环境 吸收 的热量 即为其所 拥 有 的冷 量 ， 该 温度 火 用 值 e 可按下 式计算 一 r Tr o m 图 1 朋计 算 简 图 从 点 3 - 点 4的过程 为 定温 膨胀 过 程 ， 该 过 程 的 火 甩 为压力火 用， 膨胀气体近似看作理想气体， 其压力 火 用 值 e x , p 按下式 计算 一 d pRTo d p RTo l P P 嗉 0 J 0 P P 3 式 中 ， 为 天 然气 比容 ， m。 ／ k g ； R 为气 体 常数 ， l 【 J ／ kg K。 总 的冷量 火 用 e 按 下式计 算 e x,q 孚 一 r To 凳 一 Cpd T R T o1唔 4 从 甲烷 的 物 性 来 看 ， 一 个 大 气 压 下 ， 在 1 1 0 ～ 3 0 0 K， 其比热容变化不会超过 5 。为分析方便 ， 在计 算 中将 比热容取 为定值 ， 则 e 一 一 。 一 1 r --- C o T o T , -k- c T。 I n 尺 l n 5 利用 式 5 可 以 计 算 L N G 的 冷 量 火 用。通 常 L NG储存的压力不 高， 压力炯 可以忽 略不计。在 1 0 1 3 2 5 P a 1 个 大气 压 下 ， 一1 6 2℃的 L NG相对 于0℃ 的环境条件所具有的火 用 值为9 2 0 k J ／ k g 。 2 L N G冷量在废 旧轮胎低温粉碎 中的应用 2 ． 1 废旧轮胎低温粉碎 废旧轮胎低温粉碎是废橡胶经低温作用冷冻到 玻 璃化温 度 高 聚物 由高 弹态 向玻璃 态 转化 的温 度 称 为玻璃化 温度 以下 ， 脆化 后采用 机械进行粉碎 的 一 种方法。其基本原理就是利用冷冻使得橡胶分子 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 张花敏 ， 等 液化天然气冷量在废 旧轮胎低温粉碎 中的应用 链段 不能运 动 而脆 化 ， 达 到 易 于粉 碎 的 目的 。该 方 法可 比常温 粉碎 法制得 粒径更 小 的胶粉 ] 。工 业 上 主要 用液氮 来冷 冻橡 胶 ， 也有 利 用 空 气膨 胀 制 冷 法 来冷 却 的。液氮 可 以直 接 喷 洒 到胶 块 上 ， 冷 冻 效 率 高 ， 装置 简单 ， 安全 性 好 。但 液氮 需 要专 门生产 ， 成 本高 ， 用液 氮冷冻 制 取 胶 粉 ， 每 生产 1 ． 0 k g胶 粉 需 耗用 1 ． O ～ 1 ． 5 k g液氮 ] ， 经 济成 本较 高 。此外 ， 液 氮沸点 为 一1 9 6 C ， 而橡 胶 只 要 冷冻 到 一 7 O℃左 右 即可粉 碎 ， 冷 冻过 程温 差大 ， 过 程炯 损较 大 。 利 用 I N G 气化 复热 过程 中 的冷量 来 冷 冻 废橡 胶 ， 不需 专 门生产 冷 量 ， 可 大 幅 降低 胶 粉 生 产成 本 。 又 因 L NG 的温 度 为 一1 6 2℃ ， 较 液 氮 高 ， 冷 冻 过程 的火 用 损 小。但 I NG作 为燃料 不能直 接与 胶块接 触 ， 其 冷冻过 程只 能是 问接 的 。 常温粗碎 2 ． 2 工 艺流程 根 据 常温 粉 碎法 和 低 温粉 碎 法各 自的优 缺 点 ， 采 用常温 、 低 温并用 的粉碎 工 艺 ， 废 旧轮胎 经常 温粉 碎 至粒度 约 5 O目的粗胶 粉 ， 然 后输入 冷冻 室冷冻 至 7 O℃ 以下 天然 橡胶 的玻 璃 化 温度 是 ～7 3。C 使 之脆 化 ， 再 送 到低温 粉碎机 或研 磨机 粉碎 ， 粒 度可 达 到 1 8 0 2 0 0目， 实 现废 旧橡 胶低 温粉 碎制取 精 细胶 粉 的 目的 。整个 工 艺 主要 分 为 常 温粗 碎 、 冷 冻 和低 温细 碎 3部分 ， 其 中冷冻过 程又 涉及 到 L NG、 空气 、 胶粉 3 种 介质 。L NG 为 冷 源 ， 空 气 为 中问 冷媒 ， 胶 粉 为被冷 工 质 ， 即 由 L NG 冷却 空 气 ， 由空气 冷 冻胶 粉 ， 胶 粉冷 冻 及 粉 碎 过 程 中 的 冷 量来 自由 L NG 冷 却 的循环 低温 空气 ， 其工艺 流程见 图 2 ] 。 来 自低温储 罐 的 一1 6 2 l C I NG 经空气 冷却器 、 空气 精细胶粉 图 2应用 I N G进行废 旧橡胶低温粉碎制取精细胶粉工艺流程 空气 预冷 器将 净 化 、 干燥 处 理 过 的空气 由 常温 利用 的最 大化 。 冷 却至 一1 2 0 lC以 下 ， 被 冷 却 的 空 气 流入 冷 冻 室 和 低 温粉碎 机 中 ， 胶 粒 首 先 在 冷 冻 室 内冷 至 一7 O ℃ ， 并 在低温 粉碎 机 内粉 碎 ， 生 产 精 细 胶粉 。空气 自身 被 加热到 一定 温度 ， 经 补 充一 部 分 预 冷 空气 后 由过 滤 器 、 鼓风 机进 行再 次循环 。L NG汽 化 复热 至 常温 的天然气 ， 输送 到储 罐或 直接供 给用 户 。 图 2 所 示 的工艺 流 程 实现 了 L NG 冷 量在 废 旧 轮 胎低温 粉碎 制取精 细胶 粉 中的应用 。流程 中设置 空 气冷却 器 、 空气 预冷 器 可 以充 分 利用 L NG 冷 量 ， 实 现 了 I NG冷量 的梯 级集成 利用 E l o ] 。利用 空 气作 为 中 间冷媒 ， 使 低温 空 气 可 以 直接 与粗 胶 粉接 触 换 热 ， 提高 了换热 效率 ； 冷空 气 回收利用 可 以获得 冷量 3 结 语 将 L NG 冷 量 利 用 与废 旧轮 胎 低 温 粉 碎 相 结 合 ， 是一 项应 用前 景 十分 广 阔 的实 用 技术 。以 空气 为 中间冷 媒是 实 现废 旧轮胎 低 温粉 碎 中 I NG 冷量 利用 的有 效 途 径 。相 关 的 研 究 工 作 还 需 要 深 入 开 展， 以便进一步完善工艺流程、 优化参数 、 匹配物料 ， 并进行 实 际开发 ， 实现 工程 应用 。 参 考 文 献 [ 1 ] 方芳 ， 周勇敏 ， 张继． 废轮胎 回收制胶粉及其应用进展[ J ] 材 料 科 学 与 工 程 学 报 ， 2 0 0 7 ， 2 5 1 1 6 4 1 6 8 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 9 卷第 2 期 2 0 1 0年 3月 石油化工设备 P ETR _ CHE M I CAI EQUI P MENT Vo1 ． 39 NO． 2 M a r ． 2 01 0 文章编号1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 0 0 2 0 0 7 0 0 4 油罐计量 中的光纤传感检测 系统 郑 平 。 ， 吴 明 ， 张 国 忠 1 ． 中国石油大学 华东储运与建筑工程学院，山东 青 岛 2 6 6 0 7 1 ； 2 ． 辽宁石油化工大学 石油与天然气学院，辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1 摘 要 介 绍 了利 用光纤传 感技 术研 制的一种 新型 油品储 罐液位 和温度 测量 系统 。该 系统 通过力 的 平衡 原理 测量液位 ， 利 用光纤特 性 随温度 变化 的原理 测量 温 度 ， 采 用 光纤传 感 器探 测和 传输信 号 ， 能够对 油罐 群进行 多点 、 多参 量 液位 、 温度 、 油 水界 面 等 、 在 线 、 高精 度 、 数 字化 和远 距 离传 榆 测 量。现场应用表明， 该系统的各项性能指标符合生产要求， 运行稳定， 性能可靠。该 系统的应用改 变了油品储罐液位和温度测量靠人工读数_ T - 作效率低、 误差大， 而且无法实现 自动化控制和管理的 状 况 。 关键词 油罐；液位；温度；光纤传感检测系统；测量 中图分 类号 T Q 0 5 6 ． 1 ；TN 2 4 7 文 献标志 码 A De s i g n a n d I mp l e me nt a t i o n o f Op t i c a l Fi b e r De t e c t i n g S y s t e m f o r oi l Ta n k M e a s u r e me n t ZHENG Pi n g 。 W U M i n g 2． ZHANG Gu o - z h o ng 1 ． Co l l e g e o f Ar c hi t e c t ur e S t o r a g e En gi n e e r i ng o f Chi n a Uni v e r s i t y o f Pe t r o l e u m ， Qi n g d a o 2 6 6 0 7 1 ，Ch i n a ；2 ．Co l l e g e o f Ar c h i t e c t u r e S t o r a g e En g i n e e r i n g o f Li a o n i ng S hi h ua Uni v e r s i t y， Fus hu n 1 1 3 00 1， Chi na Ab s t r a c t A n e w l i q u i d l e v e l a n d t e mp e r a t u r e me a s u r i n g s y s t e m b y t h e o p t i c a l f i b e r s e n s i n g t e c h no l o gy wa s i nt r od u c e d．Th e s y s t e m me a s u r e d t h e l i q u i d l e v e l by u s i ng t h e p r i n c i p l e o f f o r c e b a l a n c e ，a n d me a s ur e d t e mp e r a t ur e by whi c h o p t i c a l p r o pe r t i e s c ha ng e d wi t h t e mpe r a t u r e ．I t c a p t u r e d a nd t r a ns mi t t e d o pt i c a l s i gn a l s b y me a ns of t h e f i be r op t i c s e n s o r s ． I t c ou l d c a r r y o ut mul t i p o i nt ，mo r e p a r a me t e r s i nc l ud i n g l i qu i d l e v e l ，t e mp e r a t u r e，o i l wa t e r i nt e r f a c e e t c ． me a s u r e - me n t f o r o i l t a n k s g r o u p ，wh i c h wa s h i g h p r e c i s i o n ，d i g i t a l a n d o n l i n e f o r l o n g d i s t a n c e t r a n s - E 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 寇丽华。 魏清． 精 细胶粉的生产方法及 现状[ J ] ． 化工科 技市 场 ， 2 0 0 7 。 3 0 8 2 5 2 7 ． S c a f f a r o R，Di n t c h e v a N T ， No c i l l a M A ，e t a 1． M e c ha n i c a l a n d Rh e o l o g i c a l An a l y s i s [ J ] ． P o l y me r D e g r a d a t i o m a n d S t a b i l i t y ， 2 0 0 5 ， 9 0 2 8 1 2 87 ． 陈叔平 ， 谢振刚 ， 陈光奇 ， 等． 基于液化天然气 L NG 冷量的废 旧橡胶低温粉碎工艺流程[ J ] ． 低温工程 ， 2 0 0 9 ， 1 4 6 4 8 ． Wa n g Qi a n g，Li Ya n z h o n g，Z h a n g Zh e ，e t a 1． Ex e r g y An a l y s i s o f Li q u e f i e d Na t u r a l Ga s Co l d En e r g y Re c o v e r i n g Cy c l e s [ J ] ．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f E n e r g y Re s e a r c h ， 2 0 0 5 ，2 9 1 6 5 7 8 ． [ 6 ] 王坤 ， 鲁雪生 ， 顾安 忠． 液化天然气 冷能利用发 电技 术浅析 [ J ] ． 低温工程， 2 0 0 5 ， 1 5 4 5 5 ． [ 7 ] 王坤 ， 顾安忠 ， 鲁 雪生 ， 等． L NG冷 能利用技术 及经济 分析 [ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 4 ， 2 4 7 1 2 2 1 2 5 ． I s ] 杨艳利 ， 华贲， 徐文东 ， 等． 低温粉碎橡胶技术在我 国的发展 前景[ J ] ． 化工进展； 2 0 0 6 ， 2 5 6 6 6 3 6 6 5 ． [ 9 ] 熊永强 ， 华贲 ， 罗东晓， 等．天然气管网压力能用于废 旧橡胶 粉碎的制冷装 置_ J ] ．现代化工 ， 2 0 0 7 ， 2 7 1 4 9 5 2 ． [ 1 o ]徐文东 ， 高丽荣 ， 华贲， 等． 液化天然气冷 能梯级 集成利用技 术研究 L J ] ． 现代化工 ， 2 0 0 7 ， 2 7 4 1 1 - 1 3 ． 收 稿 日期 2 0 0 9 1 0 2 6 作者简介 郑平 1 9 7 3 一 ， 女 ， 辽宁沈阳人 ， 副教授 ， 博 士研究生 ， 主要从事油品储运技术的研究 。 杜编 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m