我國(guó)廢舊輪胎資源化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及研究方向

晁夫奎，王玉

（徐州新盛綠源循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)投資發(fā)展有限公司，江蘇 徐州221000）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，早在2012年，中國(guó)就已超過(guò)美國(guó)成為世界汽車輪胎第一產(chǎn)出國(guó)和消費(fèi)國(guó)。另一方面，伴隨著汽車輪胎產(chǎn)出與消費(fèi)的與日俱增，我國(guó)每年的廢舊輪胎產(chǎn)生量也在不斷攀升。全國(guó)政協(xié)委員李曉林在2017年全國(guó)兩會(huì)上提供的一組數(shù)據(jù)顯示，僅2015年全國(guó)廢舊輪胎產(chǎn)生量就在3.3 億條左右，約合1 200 萬(wàn)t，并且這個(gè)數(shù)字還在以每年8%~10%的速度遞增。

由于橡膠制品在自然狀態(tài)下很難降解，逐年累計(jì)的廢舊輪胎對(duì)環(huán)境造成的危害已經(jīng)到了觸目驚心的地步，“黑色污染”也早已成為世界各國(guó)共同關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題。在此背景下，尋找合適的技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎的資源化利用，把“黑色垃圾”變成“黑色金礦”，成為當(dāng)前我國(guó)輪胎制造行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

1 我國(guó)廢舊輪胎資源化利用典型案例

2020年5月7日，工業(yè)和信息化部以2020年第21 號(hào)公告發(fā)布了《廢舊輪胎綜合利用行業(yè)規(guī)范條件（2020年本）》和《廢舊輪胎綜合利用行業(yè)規(guī)范公告管理暫行辦法（2020年本）》[1]。在此基礎(chǔ)上，2021年1月20日，工業(yè)和信息化部又以2021年第3 號(hào)公告發(fā)布了第一批符合《廢舊輪胎綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》的企業(yè)名單，詳見表1。

為了在廢舊輪胎綜合利用行業(yè)樹立標(biāo)桿，表1所列企業(yè)基本涵蓋了我國(guó)現(xiàn)階段推廣應(yīng)用的主要廢舊輪胎資源化利用技術(shù)，即輪胎翻新、橡膠再生、橡膠粉利用和熱裂解等5 種技術(shù)類型，同時(shí)表1所列企業(yè)也是對(duì)應(yīng)技術(shù)類型的典型應(yīng)用單位。

表1 符合《廢舊輪胎綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》的企業(yè)名單（第一批）

2 廢舊輪胎資源化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

2.1 輪胎翻新技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

輪胎翻新是指廢舊輪胎經(jīng)局部修補(bǔ)、加工、重新貼覆胎面膠，進(jìn)行硫化，恢復(fù)其使用價(jià)值的一種廢舊輪胎資源化利用技術(shù)[2]。 利用高新技術(shù)手段生產(chǎn)的翻新輪胎，其性能和質(zhì)量可以接近或達(dá)到新輪胎的使用性能，不僅延長(zhǎng)了輪胎的使用壽命而且促進(jìn)了廢舊輪胎的減量化，減少了環(huán)境污染[3]，因此輪胎翻新是廢舊輪胎最有效的資源化利用方式。

作為廢舊輪胎翻新技術(shù)的典型應(yīng)用單位，目前杭州中策橡膠循環(huán)科技有限公司采用的是預(yù)硫化法輪胎翻新工藝，年翻新廢舊輪胎5 萬(wàn)條，主要輪胎翻新設(shè)備包括90DC-4 型馬蒂伍茲電腦打磨機(jī)、VMICTC-SBI型中墊膠擠出成型機(jī)、YH6000-5 型預(yù)硫化胎面硫化機(jī)、FLTQ4100 型鄂式胎面硫化機(jī)以及EM-280 型胎面打磨及涂漿裝置等。近幾年，預(yù)硫化法輪胎翻新工藝在我國(guó)發(fā)展較迅速，現(xiàn)階段已經(jīng)形成了1 000 萬(wàn)條/a 以上的預(yù)硫化法輪胎翻胎能力。

不過(guò)，輪胎翻新技術(shù)僅適用于全鋼子午線輪胎，即載重類汽車輪胎，市場(chǎng)應(yīng)用范圍有限。另外，廢舊輪胎也不能無(wú)限次翻新，通常情況下，載重卡車胎最多只能翻新4 次。此外，輪胎翻新也不是廢舊輪胎的最終處置方式。

2.2 橡膠再生技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

橡膠再生是指廢舊輪胎在機(jī)械剪切、熱、氧和增塑劑的綜合作用下使硫化橡膠脫硫得到再生橡膠的一種廢舊輪胎資源化利用技術(shù)。再生橡膠能部分替代生膠用于橡膠制品生產(chǎn)，以節(jié)約生膠及炭黑使用量，也有利于改善橡膠制品的加工性能[4]，因此，橡膠再生是我國(guó)目前廢舊輪胎最主要的資源化利用方式[5]。

據(jù)表1可知，符合《廢舊輪胎綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》的第一批企業(yè)名單中從事再生橡膠生產(chǎn)的企業(yè)是最多的，其中尤以山西金勝達(dá)環(huán)保科技有限公司為代表。作為廢舊輪胎再生技術(shù)的典型應(yīng)用單位，目前山西金勝達(dá)環(huán)?？萍加邢薰灸戤a(chǎn)再生橡膠5 萬(wàn)t，建有4 條再生橡膠生產(chǎn)線，采用的是動(dòng)態(tài)連續(xù)脫硫再生工藝，主要通過(guò)廢舊輪胎破碎生產(chǎn)出硫化橡膠粉，再通過(guò)脫硫、煉膠，生產(chǎn)出再生橡膠。

不過(guò)，橡膠再生過(guò)程存在著污染重、能耗高、效率低等不利因素，因此國(guó)外已經(jīng)逐漸拋棄了這種資源化方法。 隨著環(huán)保要求的提高，我國(guó)也加大了對(duì)中小再生橡膠生產(chǎn)企業(yè)的淘汰力度。另一方面，隨著人們對(duì)橡膠制品質(zhì)量要求的提高，再生橡膠制品的銷路也面臨著越來(lái)越多的阻力，這也在一定程度上限制了橡膠再生利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.3 橡膠粉利用技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

橡膠粉利用是指廢舊輪胎利用機(jī)械、冷凍等粉碎方法粉碎得到硫化橡膠粉的一種廢舊輪胎資源化利用技術(shù)。硫化橡膠粉具備良好的加工性能，可替代資源型橡膠，廣泛應(yīng)用于輪胎制造、橡膠制品、防水材料、橡塑枕木等領(lǐng)域。另外，橡膠粉利用方式采用的是純物理資源化技術(shù)，生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)二次污染，是全球公認(rèn)的廢舊輪胎綠色利用方式，具有較好的發(fā)展前景。

據(jù)表1可知，符合《廢舊輪胎綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》的第一批企業(yè)主要集中在我國(guó)的長(zhǎng)江流域，其中投資規(guī)模最大的為杭州高能結(jié)加改性材料科技有限公司，即現(xiàn)在的杭州高能時(shí)代新材料科技有限公司。作為橡膠粉利用技術(shù)的典型應(yīng)用單位，目前杭州高能時(shí)代新材料科技有限公司（杭州基地）擁有5 萬(wàn)t/a 硫化橡膠粉生產(chǎn)能力，主要加工設(shè)備包括SPK-560 型破碎機(jī)12 套、CXJF-280 型磨粉機(jī)21 套、LCS-40 型自動(dòng)包裝機(jī)4 套等，生產(chǎn)得到的橡膠粉產(chǎn)品主要用于道路改性瀝青及防水卷材領(lǐng)域。

不過(guò)，橡膠粉利用技術(shù)僅適用于天然膠含量較高的全鋼子午線輪胎，不適用于轎車輪胎等半鋼子午線廢舊輪胎的處理，技術(shù)應(yīng)用范圍有限。其次，硫化橡膠粉的主要成分為橡膠、炭黑、軟化劑及硫化促進(jìn)劑等，表面呈惰性，與橡塑材料的相容性差，直接摻用在橡塑材料中難以形成良好的粘結(jié)界面，因此，要擴(kuò)大硫化橡膠粉的應(yīng)用市場(chǎng)，必須對(duì)橡膠粉進(jìn)行表面改性。另一方面，我國(guó)現(xiàn)階段生產(chǎn)橡膠粉的加工廠多為中小企業(yè)，普遍存在著效率低、能耗大、破碎設(shè)備使用壽命短等缺點(diǎn)，而且所生產(chǎn)的橡膠粉質(zhì)量較差，難以滿足下游企業(yè)的需求[6]。以上種種不利因素共同阻礙了橡膠粉利用技術(shù)的推廣應(yīng)用。

2.4 熱裂解技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

輪胎熱裂解是指廢舊輪胎在無(wú)氧或者缺氧條件下[7]，通過(guò)加熱進(jìn)行裂解反應(yīng), 將其最終分解成裂解油、不凝可燃?xì)?、粗炭黑和鋼絲等產(chǎn)品的一種廢舊輪胎資源化利用技術(shù)。相較于輪胎翻新、橡膠再生、橡膠粉利用等廢舊輪胎資源化利用技術(shù)的局限性，輪胎熱裂解技術(shù)具有廣闊的適應(yīng)性，理論上可以“吃干榨凈”的方式高效處置所有廢舊輪胎，是廢舊輪胎的最終處置方式，代表了廢舊輪胎資源化利用的未來(lái)方向。

根據(jù)裂解條件的不同，輪胎熱裂解技術(shù)可以分為惰性氣體熱解、真空熱解、超臨界熱解、熔融鹽熱解、催化熱解、等離子熱解、微波熱解和生物質(zhì)共解等技術(shù)路線[8]，其中應(yīng)用最廣泛的是真空熱解技術(shù)，也稱低溫微負(fù)壓熱解技術(shù)，即裂解溫度在400~500 ℃、絕對(duì)壓力在20 kPa 以下的輪胎熱裂解技術(shù)。目前表1中符合《廢舊輪胎綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》的第一批輪胎熱裂解企業(yè)均采用真空熱解技術(shù)。

由表1可知，符合《廢舊輪胎綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》的第一批輪胎熱裂解企業(yè)包括河南伊克斯達(dá)再生資源有限公司和湖北中碩環(huán)保有限公司。河南伊克斯達(dá)再生資源有限公司是雙星集團(tuán)的全資子公司，采用的是雙星集團(tuán)自主開發(fā)的10 萬(wàn)t/a 廢舊輪胎綠色裂解裝備系統(tǒng)，整個(gè)裝備系統(tǒng)包括輪胎破碎切片單元、熱裂解處理單元、油氣處理單元、炭黑及鋼絲處理單元等主體工程單元，以及進(jìn)料單元、尾氣回收處理單元、循環(huán)水單元、空壓機(jī)單元等輔助工程單元。目前，上述裝備系統(tǒng)總體性能已達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。湖北中碩環(huán)保有限公司采用的是濟(jì)南恒譽(yù)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰狙邪l(fā)的6 萬(wàn)t/a 工業(yè)連續(xù)化低溫廢輪胎熱解生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線物料適應(yīng)能力寬泛，一般不需要分揀、篩分、脫水等預(yù)處理工序，另外，該生產(chǎn)線具備獨(dú)有的“工藝+結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)以及無(wú)結(jié)焦熱分散等專利技術(shù)，解決了系統(tǒng)結(jié)焦、能耗高、煙氣排放量大等行業(yè)難題，技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

作為廢舊輪胎的最終處置方式，近年來(lái)輪胎熱裂解技術(shù)受到全國(guó)各地的推崇，不過(guò)，作為輪胎熱裂解的關(guān)鍵產(chǎn)物裂解油和粗炭黑，其品質(zhì)和市場(chǎng)應(yīng)用卻制約著行業(yè)的發(fā)展。首先，廢舊輪胎中含有大量的硫化劑、抗氧劑等添加劑，這不僅使裂解過(guò)程中產(chǎn)生硫化氫等常規(guī)污染物，同時(shí)400~500 ℃的裂解溫度是二惡英的最佳產(chǎn)生溫度，裂解過(guò)程中排放的二惡英等多環(huán)芳烴會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，危害人類健康；其次，作為主要產(chǎn)物的裂解油，多種有害物質(zhì)含量超標(biāo)（如苯系物超標(biāo)1 640 倍，多環(huán)芳烴超標(biāo)4.48 倍等），且其產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法滿足基礎(chǔ)油（Q/SY 44—2009） 或燃料油（SH/T 0356—1996（2007））標(biāo)準(zhǔn)，只能出售給下游企業(yè)進(jìn)行二次精煉，進(jìn)一步污染環(huán)境，危害公共安全；最后，作為關(guān)鍵產(chǎn)物的粗炭黑，因灰分含量偏高、性能不穩(wěn)定，無(wú)法直接作為橡膠制品原料回用于輪胎制造行業(yè)，經(jīng)濟(jì)價(jià)值難以保證。因此，輪胎熱裂解技術(shù)還不完善，未來(lái)還需要解決裂解產(chǎn)物質(zhì)量及二次污染問(wèn)題。

3 廢舊輪胎資源化技術(shù)選用原則及研究方向

3.1 廢舊輪胎資源化技術(shù)選用原則

綜上分析可知，廢舊輪胎資源化過(guò)程中應(yīng)該首先考慮輪胎翻新技術(shù)，對(duì)于不能翻新的廢舊輪胎，可以通過(guò)采用橡膠再生或橡膠粉利用技術(shù)來(lái)生產(chǎn)再生橡膠或橡膠粉，以實(shí)現(xiàn)輪胎制造行業(yè)的循環(huán)發(fā)展；對(duì)于既不能用于輪胎翻新，也不適于生產(chǎn)再生橡膠或橡膠粉的廢舊輪胎，可以選擇輪胎熱裂解作為最終處置方式。

3.2 廢舊輪胎資源化技術(shù)研究方向

3.2.1 輪胎翻新技術(shù)研究方向

輪胎產(chǎn)品的質(zhì)量對(duì)車輛的行駛安全具有決定性作用。由于大部分消費(fèi)者對(duì)翻新輪胎的安全性存在顧慮，使得翻新輪胎的應(yīng)用市場(chǎng)難以拓展，因此能夠延長(zhǎng)翻新輪胎使用壽命的翻新技術(shù)將是該領(lǐng)域的研究方向。

3.2.2 橡膠再生技術(shù)研究方向

橡膠再生過(guò)程污染重、能耗高以及再生橡膠產(chǎn)品性能相對(duì)較差，是限制橡膠再生行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素，因此能解決再生膠生產(chǎn)過(guò)程中的二次污染以及提高再生膠性能的橡膠再生技術(shù)，將是該領(lǐng)域的研究方向。

3.2.3 橡膠粉利用技術(shù)研究方向

目前，橡膠粉的性能及其與橡塑材料的相容性較差是阻礙橡膠粉利用行業(yè)發(fā)展的主要不利因素，因此能夠解決橡膠粉相容性的表面改性技術(shù)以及提高橡膠粉性能的精細(xì)膠粉加工技術(shù)，將是該領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。

3.2.4 熱裂解技術(shù)研究方向

裂解產(chǎn)物質(zhì)量及二次污染問(wèn)題一直制約著輪胎熱裂解行業(yè)的發(fā)展，因此，開發(fā)出能夠改善裂解產(chǎn)物性能及環(huán)境友好的輪胎熱裂解集成技術(shù)，將是該領(lǐng)域的未來(lái)研究方向。