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国海分享:废轮胎裂解设备的技术与工艺


近年来各国在废轮胎裂解方面的研究取得了一些进展,研究方向已从批量小型试验阶段逐渐进入连续式中试试验阶段,部分还实现了工业化示范生产和商业化运行,但我国热裂解技术相关设备的开发和产品的分析应用研究才刚刚起步,如何实现无污染、连续化、自动化热裂解产品的回收利用,并实现工业化生产,是目前最需解决的问题。 废轮胎热裂解回收循环利用是个比较复杂的过程,如果沿用落后的生产工艺和简陋的热裂解加工设备而得到品质较差的裂解产物,不仅达不到使用要求,还会对环境造成二次污染。如若解决,必将带来又一次世界性的巨变。


废轮胎裂解设备是实现裂解反应的场所,它的设计成功是整个工艺的关键所在。虽然在许多实验室研究中都能得到质量不错的裂解产物,但废轮胎热裂解的工业化程度并不高,最主要的原因就是设计满足工艺要求的裂解设备存在很大困难,不仅要充分考虑到进料的复杂性、裂解设备的密封性,还要考虑到高温的反应条件以及保温要求等。

1、废轮胎热裂解设备

具有代表性的热裂解工艺包括真空移动床、两段移动床、流化床、连续烧蚀床和回转窑热裂解工艺等,其中以移动床、流化床、固定床和回转窑为主。移动床热裂解工艺属于慢速加热工艺,加拿大Laval大学的真空移动床工艺、比利时ULB大学的两段移动床工艺具有代表性。该裂解技术提高了裂解油和裂解炭黑的品质,可处理大块的废轮胎且不用除去钢丝和纤维帘线;缺点是热裂解炉的供热方式是外热式,传热效率低,整个系统不能满负荷工作。流化床热裂解工艺属于快速裂解工艺,其特点是加热速度快、反应迅速、气相停留时间短,因此热利用效率高,同时可以减少二次反应的发生,热裂解油的产率高。德国汉堡大学开发的流化床热裂解工艺具有代表性。固定床热裂解系统为批量给料,不能长期连续运行,而且热裂解条件不易长期保持,整胎热裂解导致金属丝在床内缠绕等问题也亟待解决。与流化床、移动床和固定床热裂解工艺相比,回转窑热裂解工艺具有对废物料形态、形状和尺寸适应性广的特点,几乎适用于任何固体废物料,对废轮胎给料尺寸几乎无要求,属于慢速热裂解工艺。中试回转窑热裂解系统,可在无氧的气氛下,成功地对废轮胎进行热裂解试验。

2、热裂解工艺条件

轮胎主要由橡胶、炭黑、其他有机成分、氧化锌和硫磺等组成,经过热裂解,橡胶和其他有机成分裂解成油和可燃气,裂解后的残余固体物质包括回收的炭黑填料、无机灰分和钢丝。废旧轮胎在290 ℃时开始分解,在570 ℃左右裂解就结束了。当然,不同胶种的裂解温度不同,天然橡胶的耐热性较差,裂解温度也较低,而丁苯橡胶和顺丁橡胶的裂解温度要高一些。

裂解温度和压力是影响裂解产物的两个重要参数。在真空条件下,进一步提高热裂解的温度对裂解产物的产率没有明显影响。在大气压下裂解,随裂解温度升高,油的产率会降低,而裂解气和炭黑的产率会有所提高。在真空裂解的过程中,产生的裂解气会很快被真空泵抽离反应器,限制了裂解气发生二次反应;而在大气压下裂解废轮胎,往往会发生二次反应,大分子橡胶烃会裂解成小分子的气态碳氢化合物,还会沉积在热裂解炭黑(CBp)的表面,将CBp表面的活性点和孔洞覆盖住,降低了CBp的使用价值。因此在真空或者减压条件下裂解得到的炭黑的表面化学性质更接近原来填充在橡胶中的炭黑。

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