轮胎裂解技术.docx

3 工程分析青岛市环境保护科学研究院 13 工程分析3.1 工艺原理简述本项目的核心工艺为废轮胎的热裂解处理工艺轮胎主要由橡胶（包括天然橡胶、合成橡胶） 、炭黑及多种有机、无机助剂（包括增塑剂、防老剂、硫磺和氧化锌等）组成废轮胎的热裂解是指在无氧或缺氧工况及适当的温度下，橡胶中主链具有不饱和键的高分子断裂，产物主要是单体、二聚物和碎片，生成物再聚合为多种烯烃，从而脱出挥发性物质并形成固体炭的过程，其产物主要是燃料油、裂解气等可贮存性能源和炭黑、钢丝，各产物成分随热解方式、热解温度等变化而不同裂解方程式如下：（-CH2-CH2-）n n[C+H2+CH4+C2H6+C3H8+C4H10+C5H12+…+C11H24+…C20H42+…]（说明：C5H12~C11H24为汽油馏分，C12H26~C20H42为柴油馏分，C20以上为重油）本项目轮胎热解温度为 200~450℃，热解炉采用炉外加热、微负压、贫氧热裂解工艺操作，炉体密闭，在生产过程中确保气体不外泄，提高热裂解效率，同时从根本上消除了生产过程中由于气体外泄而引起的不安全隐患和二次污染。

3.2 生产工艺流程本项目主要原料为外购的干净废旧轮胎（每条已切成 4~5 块），无需清洗、破碎、抽钢丝等预处理工序，直接经人工进料进入裂解炉内，进料工段约 2 小时，每台设备每天进料 10t裂解炉内是一个持续升温的环境，炉体内部在 4 小时内升温至200~300℃，此时裂解气开始处于稳定生成状态，接下来的 5~8 小时内温度缓慢爬升，当温度到达 450℃时，可认为轮胎裂解已基本完成裂解过程中产生大量烟气，其成分主要包含重油（液态）、轻油（气态）、裂解气和少量水蒸气等，烟气经管道流入分汽包在分汽包内，重油（约占废轮胎质量的 2%）下沉至渣油罐，通过油泵储存在储油罐内；气态成分经管道进入循环水冷却系统在管道内冷却后的烟气分为液体和气体，其中气体为裂解气，液体为轻油和水的混合物液体流入油水分离器，分离出的轻质油分经油泵进入油罐储存，少量含油废水经雾化后喷入裂解炉燃烧室作为燃料使用；裂解气经管道输送至裂解炉燃烧室作为燃料使用经过 12 小时的裂解，除燃料油、裂解气外，裂解炉内还会生成炭黑和钢丝炉体停止加热后，项目采用空气冷却的方式，通过风机抽风不断带走炉体外壁热量，冷却工段持续时间约 8 小时。

待炉体冷却至 45~55℃，操作人员打开进料门上的出钢丝口（1.1m×1.7m），将缠绕在一起的钢丝整体拖出由于本项目轮胎进料时为整条轮胎，3 工程分析青岛市环境保护科学研究院 2无切割破碎工段，裂解过程中炉体不停转动，因此出料时钢丝绞结在一起，钢丝上沾结的少量炭黑经轻敲就能落下，钢丝出料后直接打包外运然后关闭出钢丝口，打开炭黑出料口（直径约 0.4m），与封闭式螺旋出渣机对接，炭黑（粒径约 80~100 目）出料后直接进入包装袋，经磅秤称重后包装出厂每台设备的炭黑钢丝出料时间分别为 2 小时整个轮胎裂解流程的总时间为 24 小时本项目单台设备轮胎裂解的时间节点如图 3-1 所示生产工艺流程图见图 3-210t 废轮胎进料 开始裂解 升温至 200~300℃ 结束 冷却结束，固体出料 裂解完成，开始冷却图 3-1 单台设备轮胎裂解时间节点图0:0014:006:002:0022:0024:008h8h4h2h2h3 工程分析青岛市环境保护科学研究院 3图图 3-2 项目工艺流程图项目工艺流程图回转窑式热裂解炉450℃密闭热裂解清洁废轮胎清洁废轮胎停止加热 空气冷却钢丝钢丝炭黑炭黑高温烟气重油（液态）重油（液态）（轻质组分） 水蒸气、裂解气、轻油（气态）分汽包称重打包库房称重打包库房循环水冷却系统轻油、水油水分离器轻油轻油燃料油储罐储油罐区含油废水 W2裂解气裂解气本台设备或其他串联设备 的裂解炉燃烧室高压雾化（少量）（绝大多数）废气燃烧室G1S1G4G3W1G23 工程分析青岛市环境保护科学研究院 4裂解气的循环利用：裂解气的循环利用：本项目共计 12 台裂解炉，每 6 台安置于一个厂房内。

为充分利用裂解气，同一厂房内的裂解设备串联运行第一台裂解炉由室温升至 200~300℃的 4 个小时内由生物质成型燃料块作为燃料供热，4 小时后，裂解气的产生趋于稳定状态，在为自身供给裂解炉燃料的同时，部分可作为第二台裂解炉的启动燃料；当第 2 台裂解炉运行 4 小时后，可同时为第 3 台裂解炉提供燃料，以此类推，最终当第 6 台裂解炉运行 4 小时后，第 1 台裂解炉刚好进料完成、开始裂解，第 6 台裂解炉产生的裂解气即可为第 1 台裂解炉供气这样，6 台裂解炉即可以昼夜不间断连续运行若中间因为原料供应、人员等问题需要停止运行，则再次启动时重复上述步骤6 台设备的串联裂解状态示意如表 3-1 所示表 3-1 6 台设备的串联裂解状态示意时间时间1#裂解炉裂解炉2#裂解炉裂解炉3#裂解炉裂解炉4#裂解炉裂解炉5#裂解炉裂解炉6#裂解炉裂解炉0:00准备进料/////2:00开始裂解准备进料////6:00稳定产气开始裂解准备进料///10:00裂解中稳定产气开始裂解准备进料//14:00裂解完成裂解中稳定产气开始裂解准备进料/18:00冷却中裂解完成裂解中稳定产气开始裂解准备进料22:00冷却完毕， 固体出料冷却中裂解完成裂解中稳定产气开始裂解24:00出料结束， 准备进料冷却中冷却中裂解中裂解中正在产气次日 2:00进料完成， 开始裂解冷却完毕， 固体出料冷却中裂解完成裂解中稳定产气根据工程经验和热量衡算，本项目轮胎热裂解无法消耗全部的裂解气，详见热量平衡。

本项目多余的裂解气通过阀门和管道导入废气燃烧室烧掉关于二噁英：关于二噁英：二噁英主要是物质中存在的氯源和不完全燃烧造成的，氧气、氯元素和金属元素是生成二噁英的必备条件其中氯源( 如 PVC、氯气、HCl 等)是二噁英产生的前驱物，金属元素如(Cu、Fe)为二噁英产生的催化剂当燃烧温度低于 800℃，烟气停留时间小于 2s 时，燃烧物中部分有机物就会与分子氯或氯游离基反应生成二噁英本项目热裂解过程温度为 200~450℃，裂解过程为贫氧环境，不是燃烧；裂解气燃烧过程中，燃烧温度高于 1100℃，高于二噁英的生成温度；项目裂解的废轮胎中不含有机或无机氯（轮胎生产时用到的添加剂中不含氯，橡胶主要采用天然橡胶和合成橡胶，均为非氯丁橡胶） ；不存在金属阳离子作为催化剂因此本项目生成过程不具备生成二噁英的条件根据台3 工程分析青岛市环境保护科学研究院 5旭环境科技中心股份有限公司对废轮胎裂解气的检测报告，3 次取样二噁英的浓度值均小于 0.007 ng-TEQ/Nm3，远远低于二噁英的排放标准（1.0 ng-TEQ/Nm3） ，可认为本项目裂解过程几乎不产生二噁英。

3.3 物料平衡1、总物料平衡、总物料平衡根据一般工程经验和相关文献资料可知，1 吨废轮胎在密闭热裂解过程中可生成 8%~10%钢丝、35%~37%炭黑、45%~50%燃料油和 8%~12%裂解气本项目总物料平衡如图 3-3 所示热裂解炉450℃密闭热裂解清洁废轮胎清洁废轮胎15000 冷却钢丝钢丝 3000炭黑炭黑 12000重油分汽包燃料油储罐循环水冷却系统轻油、水 12000油水分离器轻油含油废水裂解炉燃 烧室2350650废气 3265呼吸损耗极少数散逸 量不计成品油成品油 1582630001200019000190001500040003400011830170裂解气 3000废气燃烧 室170生物质生物质 燃料燃料10040001183045灰渣 565026153 工程分析青岛市环境保护科学研究院 6图 3-3 项目总物料平衡图（单位：t/a）2、硫元素平衡、硫元素平衡根据表 3-1 计算可知，本项目轮胎原料中 S 占去除钢丝后轮胎重量的 1.64%，即本项目轮胎总的 S 含量为 508.4t/a。

为确定各产物中 S 元素的含量，评价单位查阅了大量文献资料，汇总主要数据如表 3-2 所示表 3-2 废轮胎 450℃热解产物 S 元素含量（单位：%）编号编号裂解气裂解气燃料油燃料油炭黑炭黑钢丝钢丝1035~4255~62020.23——————32.227.470.4——41.730.567.80备注：①《废轮胎中试热解产物应用及热解机理和动力学模型研究》 （闫大海，浙江大学博士学位论文，2006 年 9 月） ；②《废轮胎固定床真空催化裂解与应用研究》 （张兴华，中国科学院硕士学位论文，2006年 6 月） ；③RoyC. A. Chaala，and H. Darmstadt .The vacuum pyrolysis of used tires end-uses for oil and carbon black products[J]. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，1999;④《青岛新天地静脉产业园管理有限公司“城市矿产”示范基地项目环境影响报告书》 （已批复）中废轮胎资源化利用项目情况考虑到含 S 气体会引起大气环境的污染，本次评价最终确定 S 元素在各产物中的分布如下：裂解气 2.2%，燃料油 35%，炭黑 62.8%，钢丝 0%。

根据诸多文献资料可知，因裂解在贫氧气氛中进行，热解气中的 S 主要以H2S 的形式存在，仅有极少含量以 SO2的形式存在，基本上不存在其他分子量较大的含硫有机化合物裂解气中的 H2S 在燃烧室中充分与氧接触，发生如下反应：完全燃烧 2H2S+3O2 =点燃=2SO2 +2H2O （按 95%计）不完全燃烧 2H2S+O2 =点燃=2S +2H2O （按 3%计）另有少量 H2S 未发生反应，直接排放 （按 2%计）本项目 S 平衡如图 3-4 所示3 工程分析青岛市环境保护科学研究院 7图 3-4 S 元素平衡图（单位：t/a）3.4 热量平衡根据《废旧轮胎热解过程的能耗分析》 （薛大明，大连理工大学学报，1999年） ，1kg 废旧热裂解所需的能量为 1994kJ，热裂解装置的热量利用率按 80%计，则经计算可知，本项目 3.4 万吨废旧轮胎全部裂解所需的能量为8.475×1010kJ/a本项目采用生物质成型燃料为热裂解炉辅助加热，用量为 100t/a，根据表2-7，生物质燃料的热值为 21.4MJ/kg，则计算可知生物质燃料供热量为0.214×1010kJ/a。

油水分离器产生的少量含油废水（170t/a）经高压雾化喷入裂解炉燃烧室燃烧，废水中的油份含量约占 5%，燃料油的热值为 39.77kJ/g，则计算可知含油废水可提供热量 0.034。