隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的普遍提高,汽車已經(jīng)逐步進入人們的日常生活之中,由此產(chǎn)生了大量的廢舊輪胎。資料顯示,2006年我國輪胎產(chǎn)量高達2.8億條,居世界第一,當年產(chǎn)生的廢舊輪胎也多達1.4億條,約360萬噸,預計到2010年,我國廢舊輪胎的產(chǎn)生量將達 2 億多條。大量廢舊輪胎的堆積不僅占用土地,還極易引起火災,造成環(huán)境污染。對廢舊輪胎進行回收處理,則不僅可以緩解其對環(huán)境的壓力,減少污染,更可實現(xiàn)資源的有效回收利用。
目前處理廢舊輪胎的方法有原型改制、生產(chǎn)再生膠和膠粉、焚燒以及熱解等, 其中熱解技術一種很具潛力的處理廢舊輪胎的方法。廢舊輪胎熱解技術是將廢舊輪胎在缺氧或惰性氣體中進行熱分解, 可產(chǎn)生熱解氣、熱解油和炭殘渣等。這些產(chǎn)品經(jīng)進一步加工處理可轉(zhuǎn)化成具有各種用途的高價值產(chǎn)品。與傳統(tǒng)處理方法相比, 熱解法不僅可以回收高附加值的產(chǎn)物, 而且可以回收近 70％的能源, 具有較高的經(jīng)濟和環(huán)境效益。
氣體熱解廢舊輪胎的煉油工藝的裝置包括切塊機、熱解爐、旋風除焦冷卻器、分餾塔、熱風爐和金屬蜂巢換熱器。熱解爐包括干燥段、熱解段和灰段。原料廢舊輪胎經(jīng)過切塊機切塊后，進入熱解爐內(nèi)，經(jīng)過干燥段進行干燥后，在熱解段內(nèi)，熱解氣將原料廢舊輪胎加熱，廢舊輪胎熱解產(chǎn)生油氣；然后熱解出來的油氣經(jīng)過管道進入旋風除焦冷卻器中，分離的油品進入分餾塔進行進一步處理，熱解爐內(nèi)被熱解完全的輪胎形成炭黑和鋼絲，在自身重力作用下進入熱解爐下部的灰段，從底部排出；最后。分離出來的熱解氣一部分通入熱風爐燃燒，另一部分進入高效金屬蜂巢換熱器，經(jīng)熱風爐燃燒的熱煙氣通過金屬蜂巢換熱器與熱解氣換熱，被加熱的熱解氣通入熱解爐作為熱載體熱解廢舊輪胎以此實現(xiàn)循環(huán)。
溫度是影響廢舊輪胎熱解產(chǎn)物及產(chǎn)量的主要因素, 目標產(chǎn)物、反應器等條件不同, 所需的熱解溫度不同。一般地,隨著溫度升高,廢舊輪胎熱解油相產(chǎn)物的產(chǎn)量會先增大后減小的變化規(guī)律;以液相產(chǎn)量峰值為界,可將熱解過程分為低溫液化(油化)階段和高溫氣化兩個階段。在低溫液化(油化) 階段,溫度升高,氣體和油相產(chǎn)物的產(chǎn)量增加,固體殘余量減少;在高溫氣化階段,繼續(xù)升溫,氣體產(chǎn)量增加迅速,而殘余固體和油相產(chǎn)量下降。這主要是由于在初始裂解階段,升溫有助于橡膠的轉(zhuǎn)化,繼續(xù)升溫,產(chǎn)物繼續(xù)分解成小分子化合物,導致液態(tài)產(chǎn)物減少,氣態(tài)產(chǎn)物增加。
由于長鏈烴的碳鏈在高溫下發(fā)生斷裂, 熱解溫度的升高有助于提高熱解油中輕餾分的質(zhì)量分數(shù),且烯類物質(zhì)通過Diels-Alder等途徑發(fā)生環(huán)化反應,使熱解油具有較強的芳香性。
因此在實際應用中,不同目標產(chǎn)物的廢舊輪胎熱解技術采取不同的加熱方式, 以控制熱解溫度與升溫速率。例如,為了提高廢舊輪胎熱解液化產(chǎn)油效率,一般采用電加熱或者熱解氣加熱的方式,終溫控制在400℃～800℃,因升溫速率較慢,從而可以抑制揮發(fā)相二次熱解反應的發(fā)生。等離子或微波加熱技術,因其加熱效率高,升溫速率快,熱解終溫度能達到2000℃，從而多用于回收氣相產(chǎn)物。利用熱等離子體處理廢舊輪胎，熱解產(chǎn)物中無油性產(chǎn)物，所得氣體產(chǎn)物主要為C2H2、CH4、H2、CO，熱值在（4~7）MJ/m3左右。在等離子體反應器內(nèi)進行了一系列廢舊輪胎的熱解實驗，結(jié)果表明氣體產(chǎn)物產(chǎn)率可達40%，且熱解氣熱值較高。
廢舊輪胎熱解可形成氣體、液體和固體產(chǎn)物，氣體產(chǎn)物主要包括CO2、CO、H2、CH4、C2H4、C2H6、C3H8、C4H6等，液體產(chǎn)物為熱解油，主要成分為烷烴、烯烴、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯及稠環(huán)芳烴，將其作為燃料油使用具有粘度低、輕質(zhì)餾分油含量高的優(yōu)點。
工藝條件不同、廢舊輪胎的差異及計算方式的誤差都可能導致得出裂解氣的GCV不盡相同。在550℃時的熱解氣熱值進行計算，氣體量產(chǎn)占輪胎質(zhì)量百分比17.6%，僅計算熱解氣的主要成分H2、CH4、C2H4、C2H6，計算結(jié)果如表1所示。
按照工業(yè)生產(chǎn)熱利用率計算為60%~65%，廢舊輪胎熱實際所需要的能量約為3005~3255MJ/t，經(jīng)熱解可得15%~20%燃料氣，38%~42%燃料油、34%~36%炭黑和8%~10%鋼絲。每噸輪胎熱解所得熱解氣熱值為5496.4MJ，遠大于輪胎熱解所需的能量，輪胎熱解過程所需能量完全可以自給自足，并能儲存余下熱解氣。
煉油企業(yè)的氣體監(jiān)測分析是安全生產(chǎn)的一項重要內(nèi)容，直接或間接影響著煉油企業(yè)的生產(chǎn)效益與安全。廢舊輪胎經(jīng)過熱解后可產(chǎn)生CO、H2、CH4、CnHm等可燃成分。當熱解工藝中CO、H2、CH4、CnHm等達到一定濃度，與空氣中的O2混合會形成爆炸氣體。因此，從安全角度考慮，必須對熱解氣體中的可燃成分濃度進行有效控制。快速、穩(wěn)定、準確的氣體分析儀在熱解工藝系統(tǒng)中非常重要。企業(yè)可采用天禹智控的在線氣體分析儀對熱解氣體中的氣體含量進行在線分析、監(jiān)測，滿足熱解生產(chǎn)的需要。CO、H2、CH4、CnHm的體積分數(shù)也是工藝控制的重要參數(shù)，能否準確測量其體積分數(shù)成為考核整體裝置節(jié)能效率的重要指標之一。
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