電加熱廢輪胎無氧裂解再生利用技術

張丙模

(山西省化工設計院，山西 太原 030024)

隨著汽車工業的飛速發展，一個新的問題擺在我們面前容不得半點忽視，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，已成為環境衛生的一大公害，我國橡膠資源十分匱乏，廢舊輪胎具有很強的抗熱、抗機械和抗降解性，數十年不會自然消解，如果丟棄在自然環境中，不僅占用土地，浪費資源，會形成一種新的"黑色污染"；本文介紹了由我院轉化的某公司的技術工程實例。

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。

干餾反應可以用下面的通式表示：

氣體(H2、CH4、CO、CO2)+有機液體(有機酸、芳烴、焦油)+固體(炭黑、爐渣)。 干餾本身是一個復雜且同時發生多種化學反應的過程。反應過程中將出現有機大分子的裂解反應、有機分 子的異構反應和去氧去氮過程。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生的化學反應，因為在固體廢物中，絕大部分炭不是自由狀態存在的。另外，干餾產物在干餾過程中還要發生一系列二次反應。

反應在逐步加溫，輪胎中水分逐步以水蒸汽方式蒸發出來，當溫度達到 200℃以上時，就有油氣產生，剛開始主要是輕組分被熱解出來，加溫到 450℃左右，進行熱裂解，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

本技術是利用廢舊輪胎中有機物的熱不穩定性，在無氧或缺氧的條件下，感應圈套在裂解爐的外面，使感應圈中產生的高密度的磁力線，切割裂解爐金屬鋼板，產生大的渦流，利用電磁感應原理加熱裂解爐，快速產生熱量，加熱裂解爐內的固體垃圾原料，完成固體垃圾裂解，經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

本技術分為四個單元：裂解、冷卻分離、出渣、不凝氣發電。

裂解單元：廢舊輪胎在裂解爐內無氧、微負壓等條件下，有機物分子鏈開始斷裂，產生出含有甲烷、一氧化碳、氫氣、裂解油、水蒸汽等混合氣體，其余轉化為殘炭和鋼絲。

冷卻分離：經裂解產生的可燃氣，經過立式和臥式兩級冷卻分離凈化處理后，產出不凝氣和燃料油。

出渣：裂解完成后，爐內膽反轉由螺旋出料機送至出料口，后系統有風機抽出炭黑。

不凝氣發電：冷卻分離出的不凝氣送至燃氣發電機組發電自用。

2.2 工藝流程

圖1 工藝流程圖

廢輪胎送入負壓熱解爐中，一次性裝填完畢后封緊進料門，逐步加溫，輪胎中水分逐步以水蒸汽方式蒸發出來，當反應釜內溫度達到 200℃以上時，就有油氣產生，剛開始主要是輕組分被熱解出來，加溫到 450℃左右，進行熱裂解，重組分被熱裂解，分離出炭黑。每臺設備裂解時間約為9h。 進入熱裂解爐的廢舊輪胎在微負壓狀態下用感應式電加熱系統自動加熱進行熱裂解，其中立體網狀結構、大分子的橡膠裂解成小分子量的低烴分子，經冷凝轉化為燃料油。C5以下的不凝氣以氣體形態存在，經回收后可進入燃氣發電裝置進行發電；混合固體材料為炭黑和廢鋼絲。當裂解爐內的物料裂解結束后停止加溫并開始降溫，炭黑由管道收集到收集罐，炭黑收集結束后設在收集罐后的水環密閉真空系統(冷凝器)開始工作，將系統內的殘存氣體大部分抽出，可降凝的變為液體進入油品處理系統，不可降凝的氣體引入不凝氣燃燒系統供給另一條生產線或臨時貯存在不凝氣緩沖罐內。抽完殘余氣體后爐內氣溫達 200 ℃左右時打開渣口，由螺旋出料機出渣，分離出鋼絲，廢鋼絲打包入庫；收集的炭黑進一步粉碎在400～1500目以下，進入炭黑造粒系統和炭黑活化系統生產活性炭。出料和打包工序確保密閉，不產生污染物無組織排放。工藝流程見圖1。

2.2 主要設備設計

臥式旋轉裂解爐：Ф2500X9500，殼體、感應線圈和轉到設備組成，殼體有筒體和前后封頭組成，筒體內側有螺旋槳葉，封頭和筒體有法蘭連接，一側封頭設有出氣筒，另一側封頭為裝料口，轉到設備通過齒輪與筒體連接，可實現正反轉，感應線圈套在筒體外側。

(1)固相：常溫下裝料完成后，開始升溫，待裂解完成后，轉動設備改為反轉，炭黑向出料口側輸送，完成出料。

(2)氣相：升溫到200℃左右，氣體開始產生，冷卻分離系統保持微負壓狀態，裂解氣連續經出氣筒輸出。

(3)溫度：電控柜控制爐體加熱速率，可以根據不同的橡膠原料來調節。

(4)設備結構簡單，便于維修，使用壽命長，見表1。

表1 設備技術參數

表1(續)

3 結論

(1)本技術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，實現了“變廢為寶”。

(2)裝置開車后，連續運行一個月，出油率和油品質量均達標。后續產品炭黑及鋼絲也可以再加工，經濟效益顯著。

(3)該技術核心設備操作方便、平穩、自動化程度高，達到了國際先進水平。

(4)該技術符合國家環保政策的要求。