橡胶的热解产物及工艺流程
一 废橡胶热解产物
橡胶分天然与人工合成两类。废橡胶主要是指天然橡胶生产的废轮胎,工业部门的废皮带和废胶管等。人工合成的氯丁橡胶,丁腈橡胶由于热解时会产生HCl和HCN,不宜热解。
废轮胎热解的产物非常复杂,轮胎热解所得产品的组成中气体占22%(重量)、液体占27%、炭灰占39%、钢丝占12%。在气体组成主要为甲烷 (15.13%)、乙烷(2.95%)、乙烯(3.99%)、丙烯(2.5%)、一氧化碳(3.8%),水、CO2、氢气和丁二烯也占一定的比例。在液体组成主要是苯(4.75%)、甲苯(3.62%)和其他芳香族化合物(8.50%)。在气体和液体中还有微量的硫化氢及噻吩,但硫含量都低于标准。热解产品组成随热解温度不同略有变化,温度增加气体含量增加而油品减少,碳含量也增加。
二 热解流程
废轮胎的热解炉主要应用流化床及回转窑,现已达到实用阶段。废轮胎经剪切破碎机破碎至小于5mm,轮缘及钢丝帘子布等绝大部分被分离出来,用磁选去除金属丝。轮胎粒子经螺旋加料器等进入直径为5cm,流化区为8cm,底铺石英砂的电加热反应器中。流化床的气流速率为50L/h,流化气体由氮及循环热解气组成。热解气流经除尘器与固体分离,再经静电沉积器除去炭灰,在深度冷却器和气液分离器中将热解所得油品冷凝下来,未冷凝的气体作为燃料气为热解提供热能或作流化气体使用。
由于上述工艺要求进料切成小块,预加工费用较大。故日本、美国、前联邦德国等公司与汉堡公司合作,在联邦技术研究部的推动下,在汉堡研究院建立了日加工1.5-2.5t的废轮胎的实验性流化床反应器。该流化床内部尺寸为900mm×900mm,整轮胎不经破碎即能进行加工,可节省大量破碎费用。
流化床用砂或炭黑组成,由分置为二层的7根幅射火管间接加热。一部分生成的气体用于流化床,另一部分燃烧为分解反应提供热量。
整轮胎通过气锁进入反应器,轮胎到达流化床后,慢慢地沉入砂内,热的砂粒覆盖在它的表面,使轮胎热透而软化,流化床内的砂粒与软化的轮胎不断交换能量、发生磨擦,使轮胎渐渐分解,二三分钟后轮胎全部分解完,在砂床内残留的是一堆弯曲的钢丝。钢丝由伸入流化床内的移动格栅移走。
热解产物连同流化气体经过旋风分离器及静电除尘器,将橡胶、填料、炭黑和氧化锌分离除去。气体通过油洗涤器冷却,分离出含芳香族高的油品。最后得到含甲烷和乙烯较高的热解气体。整个过程所需要的能量不仅可以自给,还有剩余热量可供给其用。
产品中芳香烃馏分含硫量小于0.4%,气体含硫量小于0.1%。含氧化锌和硫化物的碳黑,通过气流分选器可以得到符合质量标准的炭黑,再应用于橡胶工业。残余部分可以回收氧化锌。
采用整轮胎的流化床热解工艺,在经济上是合算的。Eskel-mann公司正计划建立一家采用整只废轮胎和含有碳氢化合物废料作原料年产6000-10000吨的芳香族馏分商业性工厂。
普林斯顿轮胎公司与日本水泥公司共同研究了废轮胎作水泥燃料的试验:该方法主要考虑废轮胎含有铁和硫,它们是水泥所需要的组分,轮胎中的橡胶及炭黑是燃料,可以提供水泥烧制所需要的能量。其工艺流程为先将废轮胎剪切破碎至一定粒度,投入水泥窑(回转窑)在1500℃左右高温燃烧,废轮胎和炭黑产生 37260kJ/kg的热量。废轮胎中的硫氧化成二氧化硫,在有金属氧化物存在时进一步氧化成三氧化硫,与水泥原料石灰结合生成CaSO4,变成水泥成分之一,防止了二氧化硫的污染,金属丝在1200℃熔化与氧生成Fe2O3,进一步与水泥原料CaO,Al2O3反应也转成为水泥的组分之一。由于水泥窑身比较长,轮胎在水泥窑中比在一般焚烧炉中停留时间长,并且水泥窑内温度高达1500℃,燃烧完全,不会产生黑烟及臭气。报告说,投入废轮胎后每吨水泥可节省C号重油3%。
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