電加熱廢輪胎無氧裂解再生利用技術(shù)

張丙模

(山西省化工設(shè)計(jì)院，山西 太原 030024)

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，一個(gè)新的問題擺在我們面前容不得半點(diǎn)忽視，那就是對廢舊輪胎的管理與處理。由于橡膠不易腐化，廢舊制品與日俱增，已成為環(huán)境衛(wèi)生的一大公害，我國橡膠資源十分匱乏，廢舊輪胎具有很強(qiáng)的抗熱、抗機(jī)械和抗降解性，數(shù)十年不會(huì)自然消解，如果丟棄在自然環(huán)境中，不僅占用土地，浪費(fèi)資源，會(huì)形成一種新的"黑色污染"；本文介紹了由我院轉(zhuǎn)化的某公司的技術(shù)工程實(shí)例。

1 裂解原理

裂解方程式:

(-CH2-CH2-)n→n[C+H2+CH4+C2H6+C3H8+C4H10+C5H12+C6H14+C11H24+C12H26+…C20H42+…]

說明：其中C5H12～C11H24為汽油餾分，C12H26～C20H42為柴油餾分。

干餾反應(yīng)可以用下面的通式表示：

氣體(H2、CH4、CO、CO2)+有機(jī)液體(有機(jī)酸、芳烴、焦油)+固體(炭黑、爐渣)。 干餾本身是一個(gè)復(fù)雜且同時(shí)發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)的過程。反應(yīng)過程中將出現(xiàn)有機(jī)大分子的裂解反應(yīng)、有機(jī)分 子的異構(gòu)反應(yīng)和去氧去氮過程。以上是對干餾過程的一般性描述，它們并不能確切表明在裂解過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，因?yàn)樵诠腆w廢物中，絕大部分炭不是自由狀態(tài)存在的。另外，干餾產(chǎn)物在干餾過程中還要發(fā)生一系列二次反應(yīng)。

反應(yīng)在逐步加溫，輪胎中水分逐步以水蒸汽方式蒸發(fā)出來，當(dāng)溫度達(dá)到 200℃以上時(shí)，就有油氣產(chǎn)生，剛開始主要是輕組分被熱解出來，加溫到 450℃左右，進(jìn)行熱裂解，重組分被熱裂解，分離出炭黑。

2 電加熱廢輪胎無氧裂解再生利用技術(shù)

本技術(shù)是利用廢舊輪胎中有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性，在無氧或缺氧的條件下，感應(yīng)圈套在裂解爐的外面，使感應(yīng)圈中產(chǎn)生的高密度的磁力線，切割裂解爐金屬鋼板，產(chǎn)生大的渦流，利用電磁感應(yīng)原理加熱裂解爐，快速產(chǎn)生熱量，加熱裂解爐內(nèi)的固體垃圾原料，完成固體垃圾裂解，經(jīng)冷凝后形成各種氣體、液體和固體，從中提取燃料油、炭黑和燃料氣的過程。

2.1 功能單元

本技術(shù)分為四個(gè)單元：裂解、冷卻分離、出渣、不凝氣發(fā)電。

裂解單元：廢舊輪胎在裂解爐內(nèi)無氧、微負(fù)壓等條件下，有機(jī)物分子鏈開始斷裂，產(chǎn)生出含有甲烷、一氧化碳、氫氣、裂解油、水蒸汽等混合氣體，其余轉(zhuǎn)化為殘?zhí)亢弯摻z。

冷卻分離：經(jīng)裂解產(chǎn)生的可燃?xì)?，?jīng)過立式和臥式兩級(jí)冷卻分離凈化處理后，產(chǎn)出不凝氣和燃料油。

出渣：裂解完成后，爐內(nèi)膽反轉(zhuǎn)由螺旋出料機(jī)送至出料口，后系統(tǒng)有風(fēng)機(jī)抽出炭黑。

不凝氣發(fā)電：冷卻分離出的不凝氣送至燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組發(fā)電自用。

2.2 工藝流程

圖1 工藝流程圖

廢輪胎送入負(fù)壓熱解爐中，一次性裝填完畢后封緊進(jìn)料門，逐步加溫，輪胎中水分逐步以水蒸汽方式蒸發(fā)出來，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)溫度達(dá)到 200℃以上時(shí)，就有油氣產(chǎn)生，剛開始主要是輕組分被熱解出來，加溫到 450℃左右，進(jìn)行熱裂解，重組分被熱裂解，分離出炭黑。每臺(tái)設(shè)備裂解時(shí)間約為9h。 進(jìn)入熱裂解爐的廢舊輪胎在微負(fù)壓狀態(tài)下用感應(yīng)式電加熱系統(tǒng)自動(dòng)加熱進(jìn)行熱裂解，其中立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、大分子的橡膠裂解成小分子量的低烴分子，經(jīng)冷凝轉(zhuǎn)化為燃料油。C5以下的不凝氣以氣體形態(tài)存在，經(jīng)回收后可進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電；混合固體材料為炭黑和廢鋼絲。當(dāng)裂解爐內(nèi)的物料裂解結(jié)束后停止加溫并開始降溫，炭黑由管道收集到收集罐，炭黑收集結(jié)束后設(shè)在收集罐后的水環(huán)密閉真空系統(tǒng)(冷凝器)開始工作，將系統(tǒng)內(nèi)的殘存氣體大部分抽出，可降凝的變?yōu)橐后w進(jìn)入油品處理系統(tǒng)，不可降凝的氣體引入不凝氣燃燒系統(tǒng)供給另一條生產(chǎn)線或臨時(shí)貯存在不凝氣緩沖罐內(nèi)。抽完殘余氣體后爐內(nèi)氣溫達(dá) 200 ℃左右時(shí)打開渣口，由螺旋出料機(jī)出渣，分離出鋼絲，廢鋼絲打包入庫；收集的炭黑進(jìn)一步粉碎在400～1500目以下，進(jìn)入炭黑造粒系統(tǒng)和炭黑活化系統(tǒng)生產(chǎn)活性炭。出料和打包工序確保密閉，不產(chǎn)生污染物無組織排放。工藝流程見圖1。

2.2 主要設(shè)備設(shè)計(jì)

臥式旋轉(zhuǎn)裂解爐：Ф2500X9500，殼體、感應(yīng)線圈和轉(zhuǎn)到設(shè)備組成，殼體有筒體和前后封頭組成，筒體內(nèi)側(cè)有螺旋槳葉，封頭和筒體有法蘭連接，一側(cè)封頭設(shè)有出氣筒，另一側(cè)封頭為裝料口，轉(zhuǎn)到設(shè)備通過齒輪與筒體連接，可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，感應(yīng)線圈套在筒體外側(cè)。

(1)固相：常溫下裝料完成后，開始升溫，待裂解完成后，轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備改為反轉(zhuǎn)，炭黑向出料口側(cè)輸送，完成出料。

(2)氣相：升溫到200℃左右，氣體開始產(chǎn)生，冷卻分離系統(tǒng)保持微負(fù)壓狀態(tài)，裂解氣連續(xù)經(jīng)出氣筒輸出。

(3)溫度：電控柜控制爐體加熱速率，可以根據(jù)不同的橡膠原料來調(diào)節(jié)。

(4)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，便于維修，使用壽命長，見表1。

表1 設(shè)備技術(shù)參數(shù)

表1(續(xù))

3 結(jié)論

(1)本技術(shù)提供了一種廢物再利用有效解決途徑，將廢舊橡膠的污染問題解決掉，實(shí)現(xiàn)了“變廢為寶”。

(2)裝置開車后，連續(xù)運(yùn)行一個(gè)月，出油率和油品質(zhì)量均達(dá)標(biāo)。后續(xù)產(chǎn)品炭黑及鋼絲也可以再加工，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

(3)該技術(shù)核心設(shè)備操作方便、平穩(wěn)、自動(dòng)化程度高，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

(4)該技術(shù)符合國家環(huán)保政策的要求。