废轮胎与煤焦油共热解制备燃料油和炭黑工艺研究

【摘要】：在建设环境友好型和资源节约型和谐社会的大背景下,废轮胎作为固废之一越来越受到人们的重视,在众多废轮胎处理方法中,采用热解法处理废轮胎是一种极具潜力的方法。但单纯的废轮胎热解存在着传热效率低和热解不充分等问题,因此越来越多的学者开始对废轮胎与其他物质共热解的研究,期望解决这些问题并改善燃料油的品质。本文主要针对废轮胎与煤焦油共热解制备燃料油工艺进行了研究,并通过脱灰降硫处理改善热解炭黑品质。为确定废轮胎与煤焦油共热解最佳工艺条件,研究了温度、废轮胎与煤焦油配比以及煤焦油对废轮胎溶胀程度因素对热解工艺的影响。研究表明:(1)煤焦油对废轮胎有较强的溶胀作用,温度、比表面积和轮胎类型等因素都具有显著影响,温度升高和比表面积增大都能加快溶胀进程。(2)废轮胎单纯热解和煤焦油溶胀预处理后废轮胎共热解时,燃料油随着热解温度的升高而增加,升高到550℃热解基本完全。(3)废轮胎单纯热解时,燃料油收率53.60%,热解炭渣收率35.21%。废轮胎:煤焦油质量比为1:1时未经溶胀预处理直接混合共热解,燃料油收率为71.65%,热解炭渣收率为18.63%。煤焦油溶胀预处理后废轮胎共热解在溶胀饱和时,燃料油收率高达78.11%,热解炭渣收率为16.08%。通过馏程、色度、FT-IR以及GC-MS手段对共热解制备的燃料油进行分析,主要成分是苯、甲苯、二甲苯、萘等化合物,同时得到的共热解炭渣疏松多孔易于粉碎。炭黑中含有较多的灰分和硫组分,通过单因素实验方法探讨不同酸、酸浓度、温度、液固比、搅拌速度和搅拌时间等因素对脱灰降硫效果的影响,并采用正交实验方法寻找到最佳工艺参数是煤焦油溶胀预处理废轮胎共热解炭、温度60℃、盐酸浓度2.0mol/L、搅拌时间120min、液固质量比10:1。实验结果表明,炭黑中灰分含量由原来的9.25%降为1.88%,硫含量也由2.13%降为0.96%。通过显微镜和扫描电镜对炭黑表面形貌进行观察,共热解炭黑颗粒多呈现椭球状和鳞片状,且其表面粗糙多孔。通过“相似相溶”的理论对煤焦油溶胀废轮胎的机理进行分析,通过计算机模拟软件计算出煤焦油中溶剂分子苯的溶解度参数为18.5,与实验值18.7很接近。同时计算出煤焦油中溶剂分子在橡胶分子中的扩散系数。利用TG/DTG技术分析废轮胎单纯热解和煤焦油溶胀预处理废轮胎共热解动力学参数,得出废轮胎单纯热解工艺和煤焦油溶胀预处理废轮胎共热解工艺的平均表观活化能分别为186k J/mol和146k J/mol,比较两者平均表观活化能得出煤焦油溶胀预处理废轮胎共热解反应更易于进行。