3.2　國外廢輪胎熱解工藝

將廢輪胎經(jīng)預(yù)處理后送入熱解反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行熱分解反應(yīng)。氣態(tài)產(chǎn)物進(jìn)入油氣分離回收系統(tǒng)，實現(xiàn)油氣分離，并可冷凝出輕質(zhì)餾分、中質(zhì)餾分和重質(zhì)餾分等。固態(tài)產(chǎn)物經(jīng)磁選使粗炭黑與鋼絲分離，粗炭黑經(jīng)進(jìn)一步加工處理可制得活性炭或炭黑。通常的熱解工藝過程如圖3-11所示。由于處理方法不同，熱解所得氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)產(chǎn)物收率也有差異。

國外對廢輪胎熱解技術(shù)的研究較國內(nèi)成熟。1994年美國在廢橡膠熱解方面獲得專利權(quán)的有34家。1997年美國對該技術(shù)的立項多達(dá)30多項。無論是在廢輪胎熱解特性還是在熱解技術(shù)中適合工業(yè)化應(yīng)用研究方面，國外學(xué)者都走在前列。隨著廢輪胎熱解技術(shù)研究的不斷深入，研究方向已從批量、小型試驗逐漸進(jìn)入連續(xù)式、中試階段，部分還實現(xiàn)了工業(yè)化示范生產(chǎn)和商業(yè)化運行。國際上先后出現(xiàn)了諸多不同工藝的非輪胎熱解商業(yè)運行工業(yè)化生產(chǎn)系統(tǒng)，根據(jù)處理要求的不同，處理規(guī)模從每天數(shù)噸到數(shù)百噸不等。目前在廢輪胎中試熱解研究領(lǐng)域中，國外有代表性的熱解工藝包括真空移動床、兩段移動床、流化床、連續(xù)燒蝕床和回轉(zhuǎn)窯熱解工藝等，如表3-1所示。

3.2.1　固定床熱解工藝

目前，國外廢輪胎的固定床熱解裝置如圖3-12所示，主要包括日本JCA公司的熱解釜裝置，產(chǎn)物為燃料油和燃料氣；日本油脂公司采用美國ND熱解爐（外熱式）裝置，熱解原料為粒徑10cm、不去鋼絲的廢輪胎顆粒，產(chǎn)物為油和炭黑；美國ECO公司的管式爐熱解裝置，熱解原料為粒徑2.54cm的廢輪胎顆粒，產(chǎn)物為炭黑和油；德國VEBA OEL技術(shù)中心的熱解爐加氣化爐熱解裝置，熱解原料粒徑小于200mm，產(chǎn)物為燃料油和焦炭；英國Leeds大學(xué)P.T.Williams等開發(fā)了噸級批量廢輪胎熱解系統(tǒng)。固定床熱解系統(tǒng)為批量給料，不能長期連續(xù)運行，而且熱解條件不易長期保持，整胎熱解導(dǎo)致金屬絲在床內(nèi)纏繞等問題也亟待解決。

3.2.2　真空移動床熱解工藝

移動床熱解工藝屬于慢速熱解工藝，加拿大Laval大學(xué)C.Roy等長期從事非輪胎真空熱解方面的研究。1987年，C.Roy等在Saint-Amable建立了一個處理量為200kg/h的小型處理廠進(jìn)行中試試驗，其系統(tǒng)流程圖如圖3-13所示，整個系統(tǒng)可連續(xù)運行，廢輪胎破碎成大塊片狀物送入熱解爐。該熱解技術(shù)可減少熱解中間產(chǎn)物的二次反應(yīng)，從而提高熱解油得率；低壓有利于減少熱解炭上附著的含碳?xì)埩粑铮瑥亩岣咂渥鳛樘亢谥匦率褂玫目赡苄裕粺峤庥椭休p質(zhì)石腦油的含量較高，既提高了過程的經(jīng)濟(jì)性，又有利于提高燃料油的辛烷值；可處理大塊廢輪胎且不需除去鋼絲和纖維簾線。缺點是熱解爐的供熱方式為外熱式，傳熱效率較低，整個系統(tǒng)不能滿負(fù)荷工作。

3.2.3　兩段移動床熱解工藝

比利時ULB大學(xué)的Cypres和Betterns等人開發(fā)的兩段移動床熱解系統(tǒng)是由鏈條式熱解一次反應(yīng)器和揮發(fā)相二次熱解反應(yīng)器組成，如圖3-14所示。熱解反應(yīng)器是鏈條式移動床，溫度控制在450～500℃，緊接著布置的二次管式氣相熱解反應(yīng)器的溫度為700～800℃。熱解反應(yīng)器內(nèi)用氮氣吹掃。該工藝的主要目的是回收液體油品中的苯、甲苯、二甲苯和苯乙烯等工業(yè)價值較高的產(chǎn)品。熱解產(chǎn)物中熱解油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37％～42％，熱解炭的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為42％～45％，熱解氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16％～20％。既保證了較低熱解溫度下熱解炭的收率和品質(zhì)，又可利用高溫下二次芳香化反應(yīng)得到價值較高的輕質(zhì)芳烴。

3.2.4　流化床熱解工藝

流化床熱解工藝如圖3-15所示，屬于快速熱解工藝，特點是加熱速率快、反應(yīng)迅速、氣相停留時間短，因此熱利用效率高，同時可以減少二次反應(yīng)的發(fā)生，熱解油產(chǎn)率較高。日本瑞翁公司采用流化床熱解裝置，熱解原料為粒徑5cm以下去鋼絲的廢輪胎顆粒，產(chǎn)物為燃料油和碳化物。德國LI公司采用流化床加活化爐熱解裝置，熱解產(chǎn)物為活性炭、熱解油和鋼絲。德國漢堡大學(xué)W.Kaminsky等開發(fā)的流化床熱解工藝具有代表性，該熱解系統(tǒng)采用間接加熱方式，熱解產(chǎn)物為炭黑、熱解油和鋼絲。利用較高的熱解溫度（700～800℃）進(jìn)行二次芳香化反應(yīng)，可以回收利用苯族化合物和苯乙烯等。

為了降低流化床熱解溫度從而降低能耗，W.Kaminsky等在500℃和600℃下利用流化床熱解技術(shù)開展低溫輪胎熱解試驗，使用氮氣作為流化氣。結(jié)果表明，溫度從500℃升到600℃，氣體和炭黑產(chǎn)量大幅度提高，且炭黑質(zhì)量受溫度影響不大。

3.2.5　燒蝕床熱解工藝

燒蝕床熱解工藝是將反應(yīng)物料與灼熱的金屬表面直接接觸換熱，使物料迅速升溫并裂解，如圖3-16所示。加拿大Ener Vision公司的連續(xù)燒蝕床工藝具有代表性。J.W.Black等利用連續(xù)燒蝕床工藝中試試驗裝置，在氮氣氣氛、熱解溫度為450～550℃、停留時間為0.6～0.88s條件下，對粒徑約為1cm的廢輪胎物料進(jìn)行熱解研究，并對熱解炭進(jìn)行活化處理，探討了熱解炭及以其為原料制得的活性炭的吸附性和炭黑的應(yīng)用性能。結(jié)果表明，在450℃時，熱解油、熱解炭和熱解氣的產(chǎn)率分別為53％、39％和8％；較高的熱解油產(chǎn)率表明連續(xù)燒蝕床熱解工藝熱解產(chǎn)物的停留時間較短，二次反應(yīng)程度較低。

3.2.6　回轉(zhuǎn)窯熱解工藝

回轉(zhuǎn)窯是一種間接加熱的高溫分解反應(yīng)器，如圖3-17所示。回轉(zhuǎn)爐的主體為一稍微傾斜的圓筒，它慢慢地旋轉(zhuǎn)，使廢料移動并通過蒸餾容器到卸料口。蒸餾容器由金屬組成，而燃燒室則由耐火材料砌成。分解產(chǎn)生的氣體一部分在蒸餾容器外壁與燃燒室內(nèi)壁之間的空間燃燒，這部分熱量用來加熱廢料。因為在這類裝置中熱傳導(dǎo)非常重要，以保證反應(yīng)進(jìn)行完全。

回轉(zhuǎn)窯是最早開發(fā)的市政固體廢棄物熱解工藝之一。回轉(zhuǎn)窯熱解工藝有外熱式（間接加熱）和內(nèi)熱式（直接接觸加熱）之分，外熱式熱解工藝較為復(fù)雜，但生產(chǎn)的熱解油收率大、熱值高，炭黑品質(zhì)好，燃?xì)鉄嶂狄草^高，可直接應(yīng)用于工業(yè)燃燒裝置或與其他高熱值燃?xì)饣旌虾笫褂茫彝鉄崾綗峤獾奈廴九欧疟葍?nèi)熱式熱解低。因此國內(nèi)外開發(fā)的回轉(zhuǎn)窯熱解工藝多為外熱式，如日本Kobe Steel和意大利ENEA研究中心等的回轉(zhuǎn)窯工藝具有代表性。日本神戶制鋼公司的外熱式回轉(zhuǎn)窯熱解產(chǎn)物為燃?xì)猓琌nahama Smelting公司的回轉(zhuǎn)窯熱解裝置采用整胎進(jìn)料，產(chǎn)物為炭黑、熱解油和鋼絲。美國固特異輪胎橡膠公司的回轉(zhuǎn)窯熱解裝置采用原料為5cm×5cm的廢輪胎塊狀物，產(chǎn)物為燃料油、炭黑和鋼絲。表3-2列出了幾個有代表性的回轉(zhuǎn)窯熱解工藝。

與流化床、移動床、固定床相比，回轉(zhuǎn)窯熱解系統(tǒng)的優(yōu)點是回轉(zhuǎn)窯有其自身特性：屬于慢速熱解工藝，對物料尺寸的適應(yīng)性強(qiáng)，幾乎可適用于任何固體廢物，運行調(diào)節(jié)方便，而且窯體的回轉(zhuǎn)使得物料可以達(dá)到較好的混合，從而使熱解炭性質(zhì)均勻。但反應(yīng)器內(nèi)的空間較大，造成氣相停留時間較長。如果能保證窯體的密封性或在一定真空度下運行，可進(jìn)一步提高熱解油的收率。