废轮胎快速热解实验研究

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废轮胎世界年产量高达5亿吨，报废率为55.4%.1994年，我国生产轮胎5000万条，废弃量1250万条，报废率为25% 11.预计2000年我国汽车轮胎年产量将达到7500万条，废轮胎量将达1900万条12.随着人口增加，土地资源日益稀少，废轮胎的长久堆积不仅破坏环境景观，占用土地，而且容易引起火灾，造成大量浓烟污染空气，所产生的熔油、溶渣渗入地下，造成土壤及地下水的污染。传统的填埋法和焚烧法在一些发达国家已被禁止使用。废轮胎具有高挥发分与低灰分的特点，热值达到37m/kg左右，比煤和生物质都高，从废轮胎中获取能源成为人们日益感兴趣的课题。通过热解方法，不仅可以处理废物，又没有污染物的排放，还可回收炭黑、燃料油、可燃气等化学品和能源。近20多年来，发达国家开展了大量废轮胎热解的研究工作3-51，部分已实现工业化。在我国，废轮胎的热解气化技术在基础研究和技术开发方面都几乎是空白。所以，研究适合我国经济水平的废轮胎处理技术有重要的现实意义。本。包括反应系统、气体收集系统和计算机采集系统。实验时，将经过预处理的原料装在样品舟中，置于反应管冷端，待加热炉温度达到设定值后，将样品舟迅速推到反应管中间，发生热分解反应。该装置的升温速率平均可达1200c/min，远远超过普通热天平的升温速率。实验时样品数量大，可减少分析的误差。

热解产生的气体由u型管收集，用针筒取样送气相色谱分析。实验结束后，取出样品舟称重，得到焦炭产量，焦油和水的重量用差减法求得。热解气分析采用岛津gc 208和hp4890气相色谱仪，分别分析h2、o2、n2、co、co2和ch4、c2h6、c2h4等ci-c6的碳氢化合物气体。考虑到本实验为快速热解反应，以考察气体产物的变化规律为主，加入焦油的冷凝回收装置会增加系统阻力，所以液体部分采用差减法计算。

1.2实验原料实验所用的废轮胎是广州再生资源公司提供的废汽车轮胎橡胶颗粒。实验中选用20- 60目颗粒。原料的元素和工业分析值示于表1中。

表1原料的元素和工业分析2实验结果与分析热分解产物分布及产品质量受多种因素影响，如热解温度、压力、停留时间及颗粒尺寸、形状等。

本实验采用常压惰性气氛下热解方法，重点分析热解温度和气相停留时间对气体产率和组分的影响。

2.1热分解速率和温度的关系从试验可看出，反应温度的高低决定了完成热分解所需的时间（从开始产气到产气结束时间）在炉温为500°c和1000°c时，废轮胎所需的热分解时间分别为53. 5s所以温度不仅决定产气量，也决定产气速度。由可看出，完全热分解所需时间与温度的关系近似为线性关系。

2.2热分解产物分布废轮胎在热解过程中生成气、液、固三种产物，液体产物包括焦油和水。本研究重点考察气体产物，液体产率由差减法求得。表2为500c到1000c废轮胎热分解产物分布。由表可知，废轮胎热解气具有较高的热值，但气体产物的质量百分比较低，1000c时仅有23%左右，产物中固液产物占较大比重。这和生物质热分解产物分布明显不同。所以，对废轮胎热解单纯以产气为目的，能量利用率很低，需采用延长气相停留时间、加焦油裂解催化剂等方法增加气体产量，或者将气液固产物综合利用。

表2废轮胎热分解产物分布2.3反应温度对气体、焦炭和焦油产率的影响由表2可看出，随温度升高，气体产率明显增加，500c时，废轮胎的产气率为92m/g1000c时增加到365ml/g增加了4倍。这是因为焦炭在高温下进一步发生还原反应而释放出气体，以及焦油中的高分子量碳氢化合物在高温下进一步裂解所致，所以温度是增加气体产率的关键因素。随温度升高，焦炭产率逐渐下降，但不明显，而焦油产率降低的趋势则明显得多。焦油中包括的苯、酚和萘等多原子碳氢化合物在高温下易发生分解解且温度越高，分解反应越剧烈，导致焦油产率降低。从500c到1000c液体产率从57.4%降到424%，焦碳产率从37.3%降2.4温度对气体成分和热值的影响废轮胎热解产物气中主要包括h2，co，co2ch4，c2h4，c2h6和c3h6还有少量的h2s及其它碳氢化合物气体。为废轮胎主要热解气成分随温度的变化。结果表b月，随温度升高，h2含量直线上升，⑴2、⑴呈下降趋势，ch4在500~900c内上升，900c后开始下降，c2h4在800c前，随温度升高而增力卩，之后开始下降，c2h6、c3h6在700c前，随温度升高而上升，之后开始下降。和生物质热解相比，热解气组分随温度的变化规律有较多相似之处，不同的是各种气体的含量相差较大，由于废轮胎含氧量少，co和co2含到34气体成分决定了气体的热值。由表2看出，在700°c前气体热值随温度升高而升高，在700°c到800°c之间，达到最大值，800°c以后提高温度，气体热值反而减少。废轮胎热解气热值为20~37m/nm3，远远大于生物质的热解气热值。2.5气相停留时间对二次反应的影响气相停留时间是指热分解过程产生的挥发组分在高温反应区的停留时间，由于二次反应的存在，停留时间在一定程度上影响产物分布。将3个不同长度的反应管和3个可以独立调节温度的加热炉组合，使热解产生的气体通过不同的长度和温度段，考察了气相停留时间及温度对气体产率、组成和焦碳产率的影响。

表3列出三组不同停留时间和温度下气体产率、焦碳产率和气体热值的数据。为800c时不同停留时间下主要气体组分。由表3可看出，t1=700ct2分别为700、800、900c时，气体产率增加，温度越高，气体产率增加越大，但乃=900c时，气体热值降低；1=800c22=800c时，气体产率增加，气体热值略有降低，继续延长停留时间，气体产率增加幅度不大，气体热值进一步降低；乃=900c900c时，气体产率只增加8. 1%气体热值却下降14%.延长气相停留时间对焦碳的影响很小。

因此我们可近似认为，热解产物在高温反应区停留时间的增加，是使焦油进一步裂解为气体的过程。

热解时，废轮胎首先释放挥发分，其数量和质量由温度和加热速率决定，这些一次挥发分进一步裂解为焦油和气体，油和气的比例在一定范围内是温度和时间的函数。

实验结果表明，700c以上延长气相停留时间，产气率增加，气相停留段温度越高，产气率越大，但在800c以上延长停留时间，气体热值会降低。对高温（900°c）热解气延长停留时间，气体产率的增加已不明显，热值反而下降。所以，必须控制合适的停留时间及温度，才能得到较高气体产率和气体热值。

表3不同气相停留时间和温度下的气体、焦碳产率和热值3结论（1）热分解速率与温度的关系近似为线性关系。气体产率随反应温度的升高而增加。焦碳和焦油产率随温度的升高而下降。1000°c时气体产率是500°c时的4倍。

（3）700°c以上延长气相停留时间，产气率增加，气相停留段温度越高，产气率越大，但在800°c以上延长停留时间，气体热值会降低。对高温（900°c）热解气延长停留时间，气体产率的增加已不明显，热值反而下降。

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