浅谈废旧轮胎热解炼油工艺

随着我国经济的快速发展和人民生活水平的普遍提高,汽车已经逐步进入人们的日常生活之中,由此产生了大量的废旧轮胎。资料显示,2006年我国轮胎产量高达2.8亿条,居世界,当年产生的废旧轮胎也多达1.4亿条,约360万吨,预计到2010年,我国废旧轮胎的产生量将达 2 亿多条。大量废旧轮胎的堆积不仅占用土地,还极易引起火灾,造成环境污染。对废旧轮胎进行回收处理,则不仅可以缓解其对环境的压力,减少污染,更可实现资源的有效回收利用。



    目前处理废旧轮胎的方法有原型改制、生产再生胶和胶粉、焚烧以及热解等, 其中热解技术一种很具潜力的处理废旧轮胎的方法。废旧轮胎热解技术是将废旧轮胎在缺氧或惰性气体中进行热分解, 可产生热解气、热解油和炭残渣等。这些产品经进一步加工处理可转化成具有各种用途的高价值产品。与传统处理方法相比, 热解法不仅可以回收高附加值的产物, 而且可以回收近 70％的能源, 具有较高的经济和环境效益。

气体热解废旧轮胎的炼油工艺的装置包括切块机、热解炉、旋风除焦冷却器、分馏塔、热风炉和金属蜂巢换热器。热解炉包括干燥段、热解段和灰段。原料废旧轮胎经过切块机切块后，进入热解炉内，经过干燥段进行干燥后，在热解段内，热解气将原料废旧轮胎加热，废旧轮胎热解产生油气；然后热解出来的油气经过管道进入旋风除焦冷却器中，分离的油品进入分馏塔进行进一步处理，热解炉内被热解完全的轮胎形成炭黑和钢丝，在自身重力作用下进入热解炉下部的灰段，从底部排出；后。分离出来的热解气一部分通入热风炉燃烧，另一部分进入金属蜂巢换热器，经热风炉燃烧的热烟气通过金属蜂巢换热器与热解气换热，被加热的热解气通入热解炉作为热载体热解废旧轮胎以此实现循环。



温度是影响废旧轮胎热解产物及产量的主要因素, 目标产物、反应器等条件不同, 所需的热解温度不同。一般地,随着温度升高,废旧轮胎热解油相产物的产量会先增大后减小的变化规律;以液相产量峰值为界,可将热解过程分为低温液化(油化)阶段和高温气化两个阶段。在低温液化(油化) 阶段,温度升高,气体和油相产物的产量增加,固体残余量减少;在高温气化阶段,继续升温,气体产量增加迅速,而残余固体和油相产量下降。这主要是由于在初始裂解阶段,升温有助于橡胶的转化,继续升温,产物继续分解成小分子化合物,导致液态产物减少,气态产物增加。

由于长链烃的碳链在高温下发生断裂, 热解温度的升高有助于提高热解油中轻馏分的质量分数,且烯类物质通过Diels-Alder等途径发生环化反应,使热解油具有较强的芳香性。

因此在实际应用中,不同目标产物的废旧轮胎热解技术采取不同的加热方式, 以控制热解温度与升温速率。例如,为了提高废旧轮胎热解液化产油效率,一般采用电加热或者热解气加热的方式,终温控制在400℃～800℃,因升温速率较慢,从而可以抑制挥发相二次热解反应的发生。等离子或微波加热技术,因其加热效率高,升温速率快,热解终温度能达到2000℃，从而多用于回收气相产物。利用热等离子体处理废旧轮胎，热解产物中无油性产物，所得气体产物主要为C2H2、CH4、H2、CO，热值在（4~7）MJ/m³左右。在等离子体反应器内进行了一系列废旧轮胎的热解实验，结果表明气体产物产率可达40%，且热解气热值较高。

废旧轮胎热解可形成气体、液体和固体产物，气体产物主要包括CO2、CO、H2、CH4、C2H4、C2H6、C3H8、C4H6等，液体产物为热解油，主要成分为烷烃、烯烃、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯及稠环芳烃，将其作为燃料油使用具有粘度低、轻质馏分油含量高的优点。

工艺条件不同、废旧轮胎的差异及计算方式的误差都可能导致得出裂解气的GCV不尽相同。在550℃时的热解气热值进行计算，气体量产占轮胎质量百分比17.6%，仅计算热解气的主要成分H2、CH4、C2H4、C2H6，计算结果如表1所示。



    按照工业生产热利用率计算为60%~65%，废旧轮胎热实际所需要的能量约为3005~3255MJ/t，经热解可得15%~20%燃料气，38%~42%燃料油、34%~36%炭黑和8%~10%钢丝。每吨轮胎热解所得热解气热值为5496.4MJ，远大于轮胎热解所需的能量，轮胎热解过程所需能量完全可以自给自足，并能储存余下热解气。

废旧轮胎炼油工艺气体监测

炼油企业的气体监测分析是安全生产的一项重要内容，直接或间接影响着炼油企业的生产效益与安全。废旧轮胎经过热解后可产生CO、H2、CH4、CnHm等可燃成分。当热解工艺中CO、H2、CH4、CnHm等达到一定浓度，与空气中的O2混合会形成爆炸气体。因此，从安全角度考虑，必须对热解气体中的可燃成分浓度进行有效控制。快速、稳定、准确的气体分析仪在热解工艺系统中非常重要。企业可采用天禹智控的在线气体分析仪对热解气体中的气体含量进行在线分析、监测，满足热解生产的需要。CO、H2、CH4、CnHm的体积分数也是工艺控制的重要参数，能否准确测量其体积分数成为考核整体装置节率的重要指标之一。