廢舊橡膠輪胎的催化裂解
廢舊輪胎的綜合利用越來(lái)越受到人們的關(guān)注，這是減少環(huán)境污染、變廢為寶的有效途徑。70年代以來(lái)，部分工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家已著手研究廢舊輪胎的利用工作﹝1﹞。例如，日本和美國(guó)將廢舊橡膠輪胎作為燃料用來(lái)發(fā)電或制造水泥等。但90年代以來(lái)，英、美等許多國(guó)家都對(duì)廢舊橡膠輪胎的裂解技朮產(chǎn)生了興趣﹝2﹞，這些國(guó)家采用的是1000℃左右的高溫裂解，其缺點(diǎn)是耗能高，裂解炭黑質(zhì)量差、產(chǎn)量低。本工作是將廢舊橡膠輪胎粉碎，然后在催化劑作用下，只需加熱到400℃左右，使其裂解為裂化氣、裂化餾出油，并同時(shí)發(fā)生反應(yīng)生成炭黑。裂化餾出油經(jīng)分餾可得到汽油、柴油和重油。經(jīng)過研究和探索工藝方案及操作條件，已成功實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，運(yùn)轉(zhuǎn)2年已取得顯著經(jīng)濟(jì)效益。該工藝具有耗能低、產(chǎn)品質(zhì)量好、無(wú)污染物排放、工藝簡(jiǎn)單、操作易控制等優(yōu)點(diǎn)，是目前世界上比較先進(jìn)的廢舊橡膠輪胎處理技朮。
1 工藝過程
廢舊橡膠輪胎催化裂解原則流程如圖1所示。
首先將廢舊輪胎的鋼圈剝離后進(jìn)行切塊，先粗碎，再細(xì)碎，然后與催化劑A一道經(jīng)連續(xù)給料機(jī)定量送入反應(yīng)器中，在一定溫度和壓力下進(jìn)行催化裂解反應(yīng)。原料連續(xù)通過反應(yīng)器，在反應(yīng)器停留時(shí)間約為10min，然后反應(yīng)產(chǎn)物送到氣固分離器進(jìn)行分離，固體料經(jīng)連續(xù)出料機(jī)送到研磨工段，研磨后風(fēng)選成為炭黑成品。氣固分離器所得油氣進(jìn)入冷凝器和分餾塔，分離出裂化氣、汽油餾分、柴油餾分和重質(zhì)餾分。汽油餾分和柴油餾分經(jīng)脫硫、脫水后進(jìn)入產(chǎn)品罐。
 圖1 廢舊橡膠輪胎催化裂解原則流程 |
2 工藝條件及反應(yīng)結(jié)果
催化裂解反應(yīng)是整個(gè)生產(chǎn)過程的關(guān)鍵步驟。反應(yīng)器是其中的主要設(shè)備，反應(yīng)器材質(zhì)要求有較高的抗腐性和耐溫性。催化裂解反應(yīng)操作條件見表1。
表1 催化裂解操作條件
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中試裝置采用了容積式氣固分離器，由于油氣與炭黑重度上的較大差異，可較容易地將兩相分開。為了減少氣流中所夾帶固體粒子的含量，設(shè)備的體積足夠大以降低氣速。油氣送到冷凝器冷凝后進(jìn)入油氣分離罐，得到裂化氣和餾出油。裂解反應(yīng)產(chǎn)物及其產(chǎn)率列在表2中。
表2 催化裂解反應(yīng)產(chǎn)物及其產(chǎn)率
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表3 裂化氣體組成分析結(jié)果
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從表3可看出裂化氣中氫含量占21.1%，甲烷占32.93%，其余為C2、C3、C4組分。其質(zhì)量穩(wěn)定，硫含量低，不需設(shè)置復(fù)雜的預(yù)處理裝置就可直接作為工業(yè)或民用燃料。經(jīng)測(cè)算，該氣體發(fā)熱值為30100～35000kJ/kg，經(jīng)試驗(yàn)表明，其燃燒特性與液化氣相近(氣流量與配風(fēng)量不需作大的調(diào)整)，具有較為廣闊的市場(chǎng)前景。
3 餾出油的分離
餾出油進(jìn)入分餾塔，分離成汽油、柴油及重油，各種油品的餾程和產(chǎn)率如表4所示。
表4 油品的餾程和產(chǎn)率
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(1)汽油：由于水的餾出溫度為100℃，因此在蒸餾時(shí)有少量水夾帶其中，故在工藝上設(shè)計(jì)了一脫水過程，并經(jīng)脫硫?qū)⒂袡C(jī)硫和無(wú)機(jī)硫一并脫除到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定該汽油辛烷值為97.51，除誘導(dǎo)期一項(xiàng)指標(biāo)有待提高外，其余16項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家無(wú)鉛汽油要求。
(2)柴油：由于組成柴油的化合物有較多的支鏈，并且環(huán)狀結(jié)構(gòu)居多，因此其十六烷值較低。試驗(yàn)表明，此柴油啟動(dòng)性能和煙塵排放量與0＃柴油相近，但發(fā)動(dòng)機(jī)功率較低。故若要將此柴油作為成品油投入市場(chǎng)應(yīng)添加十六烷值改進(jìn)劑或與直餾柴油摻兌使用。
(3)重油：其名稱是源于餾出溫度較高(＞330℃)，這部分餾分含有橡膠加工過程中的添加劑，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，正好可作為橡膠加工的軟化劑，以代替松焦油使用。
4 炭黑的處理及應(yīng)用
從反應(yīng)器出來(lái)的炭黑粒度較大，根據(jù)指標(biāo)要求，炭黑粒子的二次結(jié)構(gòu)應(yīng)按不同的使用目的和要求一般在250～350目之間為宜，因此需先經(jīng)機(jī)械磨細(xì)，再經(jīng)風(fēng)力篩分得到所需粒度的炭黑。炭黑的主要理化分析指標(biāo)列在表5中。
表5 炭黑的理化分析結(jié)果
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從表5可看出，炭黑的灼燒殘余物(灰分)較多，結(jié)合原材料的特性，可推測(cè)殘余物為：(1)難分解的硫化物及硫酸鹽﹔(2)橡膠加工過程加入的無(wú)機(jī)鹽及金屬氧化物﹔(3)廢舊輪胎帶入的機(jī)械雜質(zhì)。通過工藝分析，炭黑的產(chǎn)量為35%左右，即炭黑均為原料中固有的，生產(chǎn)過程中橡膠沒有生成碳化物，從而保證了炭黑的質(zhì)量。經(jīng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，本技朮所生產(chǎn)的炭黑可直接應(yīng)用于橡膠成型制品的生產(chǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是與普通耐磨炭黑按一定比例混用，其耐磨性能大大增強(qiáng)。
5 結(jié) 論
采用催化劑A對(duì)廢舊橡膠輪胎進(jìn)行催化裂解是一項(xiàng)變廢為寶的先進(jìn)技朮，且耗能低、產(chǎn)品質(zhì)量好、工藝操作容易。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析，本項(xiàng)技朮是將廢舊橡膠輪胎恢復(fù)到其組成的原始狀態(tài)石油餾分和炭黑，工藝合理，技朮可行，最大限度地降低了二次污染，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，其應(yīng)用前景十分廣闊。
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