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《浙江大学》 2004年
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废轮胎回转窑热解特性及应用研究

张志霄  
【摘要】:被称为“黑色污染”的废轮胎数量逐年增长,废轮胎的合理处置已经成为一个迫切的全球性环境问题。在诸多的处理方法中,热解法是一种颇具潜力的处理方法,并以其较高的能源回收率和较低的二次污染而引起广泛关注。 本文利用自行设计制造的回转窑中试试验装置,对废轮胎在回转窑内的热解机理和中试热解产物的性质进行了全面研究,并对热解产物的应用特性和前景进行了分析:在此基础上,对废轮胎回转窑热解工业化示范性工程进行了系统优化和工艺方案设计。 热解温度是影响热解产物分布的重要因素。随热解温度升高,二次反应的发生使得热解油、热解炭产率总体上呈下降趋势,而热解气产率则相应增大。550℃以上时热解温度对热解炭产率的影响较小。当以热解油和热解炭为主要预期产物时,500~550℃是其收率较高的温度区间。 对热解油的理化特性、蒸馏特性、化学成分进行了全面的分析,并在此基础上分析了热解油的应用前景。热解油热值高、粘度低,但密度大,而且硫含量较高。热解油中低于200℃的轻馏分含量较高(33%~40%),其次为中间馏分(200~350℃)和重馏分(>350℃),热解温度的升高使轻馏分含量明显增加而重馏分含量下降。热解油芳香烃含量很高(40%~60%),且随热解温度的升高而增加;脂肪烃含量则随热解温度升高而减少。芳香烃的主要成分为轻馏分中的单环芳烃,其含量随热解温度升高而增加,并且包含苯、甲苯、二甲苯、乙苯等多种重要的化工原料芳烃;多环芳烃主要是2~4环的芳烃,其中70%以上为萘族和菲族化合物,此外还包括茚、芴、芘、荧蒽等。轻质馏分脂肪烃主要为环烯烃和二烯烃等烯烃,烷烃中以环烷烃居多;中质以上馏分的脂肪烃主要由C_(13)~C_(32)的正构烷烃组成。热解油的杂原子化合物主要为含氮、氧、硫的酮类、腈类等。热解油可经过处理后作为重柴油或炉用燃料使用。热解油按照不同馏分可进行不同的加工方案:轻质馏分可用于制取BTX等轻质芳烃;中质以上馏分则可进行处理后根据馏程不同有多种用途,如用于柴油、橡胶填充油、沥青调和组分和进行加氢裂化制取轻质芳烃等。 对热解炭的化学成分和孔隙特性等进行了分析,并对热解炭用作燃料、活性吸附剂和炭黑的应用性能进行了研究。在500~550℃内热解脱挥发分反应基本进行完全。热解炭热值较高,挥发分低,而灰分和硫含量则较高,并且废轮胎中的S元素超过60%以上残留在热解炭中。轮胎橡胶中的炭黑是热解炭的主要组成成分。热解炭比表面积随热解温度升高而增大。温度高于550℃后变化不大,而其孔容积、平均孔径、孔隙度随热解温度升高都是先增大随后减小。热解炭具有较为发达的中、大孔,平均孔径约50nm。将热解炭进行酸洗处理可显著降低其中的灰分和硫含量。热解炭的燃料特性与无烟煤相当,其高硫含量是不利因素。热解炭作为吸附剂使用,具有较好的液相吸附亚甲基蓝等大分子有机物质和铅、铬等重金属离子的性能;经活化后制得的活性炭的液相吸附性能也在大分子有机物吸附等方面可与商业污水处理用活性炭相当。热解炭可以作为炭黑使用,其炭黑特性和硫化胶性能低于高补强的N330炭黑,大致相当于中等补强性的N660等,可用于轮胎胎侧胶、 浙江大学博士学位论文 内胎等。 在对回转窑内固体颗粒的运动、传热传质进行分析的基础上,结合对轮胎热解反应动 力学的研究,提出了综合废轮胎物料流动、传热的回转窑热解模型。对回转窑转速、物料 充满度对滚落床态下物料在横截面内的运动和传热特性进行了分析。横截面物料运动可分 为表面活动层和固定层两个区域,表面活动层中颗粒滚落的流速很高,物料在此处发生剧 烈混合,相应的其中传质传热速率也要高于固定层,因此物料在横截面内存在径向和周向 的温度梯度。整个横截面内的温度分布呈现出周围高,中心低的特点。轮胎在回转窑内的 热解反应受到物料运动特性、热物性和热解反应动力学参数的共同影响。模型用于对回转 窑内物料的流速等运动参数、温度分布、热解物料转化率、产物得率等进行仿真计算可得 到较好的效果。 在中试试验基础上,对处理量10肉的废轮胎热解工业化示范工程进行了工艺方案的 设计。对废轮胎回转窑热解的工艺流程和热解系统设备进行了初步的探讨和设计。 关键词:废轮胎,热解,回转窑,热解油,热解炭,热解模型,工业化工艺方案
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:X705

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