废轮胎热解过程及产物特性试验研究

【摘要】：日益增长的废轮胎对环境产生了严重污染,危害着人类健康,对其合理处置已迫在眉睫;轮胎属于有机高聚物,经处理可变成非常有价值的化工原料及燃料使用,具备资源化利用的潜力;热解是一种资源节约、环境友好的处理技术,符合循环经济的要求。本文在自行设计的固定床反应器上研究了热解终温、停留时间和催化剂对热解机理和产物特性的影响,为热解过程优化和目标产物的获取提供了依据。 结合废轮胎的组成和原料特性,借助热重分析仪研究了升温速率,颗粒粒径对废轮胎热解规律的影响,并建立了热解模型。在自行设计的固定床反应器上开展热解实验,热解产物中液体产率最高,高达55%,热解炭次之达33%。随温度的升高热解气产率明显上升,热解油产率在500~550℃达到最大;随停留时间延长热解气产率升高,而热解油产率明显下降;催化剂的加入使得热解气产率上升而热解油的产率下降。 采用GC、FT-IR和H_2S分析仪对热解气进行了定性和半定量分析。热解气以碳氢气体为主,含氧气体较少,热解气热值很高(30MJ/m3);温度升高和停留时间延长导致大分子有机物二次分解加剧,使得CH_4、H_2含量增加;催化剂的加入使得小分子烯烃(乙烯、丙烯)和烷烃(乙烷、丙烷)含量增加,NaOH的加入使得H_2含量增加明显,HZSM5和HY两种分子筛的加入使得气体产率明显升高,热值显著增加;热解气中N元素主要以NO的形式存在,S元素主要以H_2S的形式存在。 采用工业分析仪、元素分析仪、FT-IR、GC-MS等先进测试手段,对热解油行了测试分析。废轮胎热解油热值很高(41MJ/kg),C、H、S元素含量较高而O元素含量较低,其中S元素占原料中的31%。热解温度升高、停留时间延长及催化剂的加入,都使得热解油中C含量上升而H含量减少,C/H升高明显;热解油中含有大量脂肪烃和芳香烃。随着热解终温的升高和停留时间的延长,缩聚反应使得热解油的芳香性逐渐增强;热解油轻质馏分中主要物质为柠檬油精,苯、甲苯和二甲苯等重要化工原料。随着热解温度的升高和停留时间的延长,热解油中柠檬油精含量有所下降,而芳香化合物苯、甲苯和二甲苯等含量明显增加;NaOH的加入使得热解油中柠檬油精含量减少,而HZSM5和HY两种分子筛的加入则使得苯、甲苯和二甲苯含量增加,并且HY分子筛作用更加明显。 对热解炭进行了元素分析、XRF分析、XRD分析及BET测试。热解炭中灰分、C、S含量较高,H元素含量较低;热解温度的升高导致S、H元素含量降低,停留时间延长导致焦炭中挥发分含量升高,并使得更多的H、S元素以H_2S形式向气相转移;热解炭中含有金属元素,其中Zn含量较高,其次是Ca,Ti、Fe含量相对较少;热解炭中Zn元素以ZnO和ZnS形式同时存在,除此之外,热解炭中还含有CaCO_3、Fe_3O_4和FeS等金属化合物。温度在400~550℃变化时,热解炭比表面积随温度的升高和停留时间的缩短明显增加;热解炭的吸附回线属于L1型,吸附回线产生的位置是在相对压力P/P0=0.8左右;热解炭中以微孔和中孔居多,随着温度的升高,比表面积明显上升,到550℃时趋于稳定。 热解油进行适当处理可作为发动机燃料使用;热解油中富含柠檬油精和BTX苯系物,如苯、甲苯、二甲苯等,可从中提取重要化工产品;热解炭可作为炭黑回收利用,也可经活化后制作活性炭来吸附废水、废气中的污染物。

【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X705