隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的普遍提高,汽車(chē)已經(jīng)逐步進(jìn)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(guó)輪胎產(chǎn)量高達(dá)2.8億條,居世界第一,當(dāng)年產(chǎn)生的廢舊輪胎也多達(dá)1.4億條,約360萬(wàn)噸,預(yù)計(jì)到2010年,我國(guó)廢舊輪胎的產(chǎn)生量將達(dá) 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(zāi),造成環(huán)境污染。對(duì)廢舊輪胎進(jìn)行回收處理,則不僅可以緩解其對(duì)環(huán)境的壓力,減少污染,更可實(shí)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(shù)一種很具潛力的處理廢舊輪胎的方法。廢舊輪胎熱解技術(shù)是將廢舊輪胎在缺氧或惰性氣體中進(jìn)行熱分解, 可產(chǎn)生熱解氣、熱解油和炭殘?jiān)取＿@些產(chǎn)品經(jīng)進(jìn)一步加工處理可轉(zhuǎn)化成具有各種用途的高價(jià)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(jì)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(jī)、熱解爐、旋風(fēng)除焦冷卻器、分餾塔、熱風(fēng)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(guò)切塊機(jī)切塊后，進(jìn)入熱解爐內(nèi)，經(jīng)過(guò)干燥段進(jìn)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(lái)的油氣經(jīng)過(guò)管道進(jìn)入旋風(fēng)除焦冷卻器中，分離的油品進(jìn)入分餾塔進(jìn)行進(jìn)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(jìn)入熱解爐下部的灰段，從底部排出；最后。分離出來(lái)的熱解氣一部分通入熱風(fēng)爐燃燒，另一部分進(jìn)入高效金屬蜂巢換熱器，經(jīng)熱風(fēng)爐燃燒的熱煙氣通過(guò)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(shí)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(biāo)產(chǎn)物、反應(yīng)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(huì)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(guò)程分為低溫液化(油化)階段和高溫氣化兩個(gè)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(dǎo)致液態(tài)產(chǎn)物減少,氣態(tài)產(chǎn)物增加。
由于長(zhǎng)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?jǐn)?shù),且烯類(lèi)物質(zhì)通過(guò)Diels-Alder等途徑發(fā)生環(huán)化反應(yīng),使熱解油具有較強(qiáng)的芳香性。
因此在實(shí)際應(yīng)用中,不同目標(biāo)產(chǎn)物的廢舊輪胎熱解技術(shù)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(yīng)的發(fā)生。等離子或微波加熱技術(shù),因其加熱效率高,升溫速率快,熱解終溫度能達(dá)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(wú)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(yīng)器內(nèi)進(jìn)行了一系列廢舊輪胎的熱解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明氣體產(chǎn)物產(chǎn)率可達(dá)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(diǎn)。
工藝條件不同、廢舊輪胎的差異及計(jì)算方式的誤差都可能導(dǎo)致得出裂解氣的GCV不盡相同。在550℃時(shí)的熱解氣熱值進(jìn)行計(jì)算，氣體量產(chǎn)占輪胎質(zhì)量百分比17.6%，僅計(jì)算熱解氣的主要成分H2、CH4、C2H4、C2H6，計(jì)算結(jié)果如表1所示。
按照工業(yè)生產(chǎn)熱利用率計(jì)算為60%~65%，廢舊輪胎熱實(shí)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(yuǎn)大于輪胎熱解所需的能量，輪胎熱解過(guò)程所需能量完全可以自給自足，并能儲(chǔ)存余下熱解氣。
煉油企業(yè)的氣體監(jiān)測(cè)分析是安全生產(chǎn)的一項(xiàng)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(guò)熱解后可產(chǎn)生CO、H2、CH4、CnHm等可燃成分。當(dāng)熱解工藝中CO、H2、CH4、CnHm等達(dá)到一定濃度，與空氣中的O2混合會(huì)形成爆炸氣體。因此，從安全角度考慮，必須對(duì)熱解氣體中的可燃成分濃度進(jìn)行有效控制。快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)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(duì)熱解氣體中的氣體含量進(jìn)行在線分析、監(jiān)測(cè)，滿足熱解生產(chǎn)的需要。CO、H2、CH4、CnHm的體積分?jǐn)?shù)也是工藝控制的重要參數(shù)，能否準(zhǔn)確測(cè)量其體積分?jǐn)?shù)成為考核整體裝置節(jié)能效率的重要指標(biāo)之一。
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