第28卷第1期燃料化學學報Vol 28 No. 1JOURNAL OF FUEL CHEMISTRY AND TECHNOLOGY2000廢輪胎快速熱解實驗研究陰秀麗,趙增立,徐冰嬿,吳創(chuàng)之,陳勇D Y LEung中國科學院廣州能源研究所,廣東省廣州市510070)Department of Mechanical Engineering The University of Hong Kong摘要:介紹了廢輪胎快速熱解的試驗裝置和結果。重點考察了反應器溫度在500~1000℃0時熱分解氣體產率和組分的變化規(guī)律熱分解產物分布以及延長氣相停留時間對熱分解氣體產率和組分的影響。結果表明熱分解速率隨溫度呈線性變化熱分解溫度升高產氣率增加液體和固體產物減少。1000℃時氣體產率是500℃的4倍。廢輪胎熱解氣熱值較高Q0~37M/Nm3)在700~800℃間達到最大值。700℃以上延長氣相停留時間產氣率增加。800℃以上延長停留時間氣體熱值降低關鍵詞:廢輪胎;快速熱解;產物分布中圖分類號:X705文獻標識碼:A文章編號:0253-2409(200001-0076-04廢輪胎世界年產量高達5億噸,報廢率為熱解產生的氣體由U型管收集用針筒取樣送氣相554%。1994年我國生產輪胎5000萬條廢棄量色譜分析。實驗結束后取出樣品舟稱重得到焦炭1250萬條報廢率為25%"。預計2000年我國汽車產量焦油和水的重量用差減法求得。熱解氣分析輪胎年產量將達到7500萬條廢輪胎量將達1900采用島津GC-208和HP4890氣相色譜儀分別分萬條]。隨著人口增加土地資源日益稀少廢輪胎析H2、O2、N、CO、CO2和CH、CH、C2H1等C1~C6的長久堆積不僅破壞環(huán)境景觀占用土地而且容易的碳氬化合物氣體?？紤]到本實驗為快速熱解反引起火災造成大量濃煙污染空氣所產生的熔油、應以考察氣體產物的變化規(guī)律為主加入焦油的冷溶渣滲入地下造成土壤及地下水的污染。傳統的凝回收裝置會增加系統阻力所以液體部分采用差填埋法和焚燒法在一些發(fā)達國家已被禁止使用。廢減法計算。輪胎具有高揮發(fā)分與低灰分的特點,熱值達到1.2實驗原料實驗所用的廢輪胎是廣州再生資37M丿kg左右沘比煤和生物質都高從廢輪胎中獲取源公司提供的廢汽車輪胎橡膠顆粒。實驗中選用能源成為人們日益感興趣的課題。通過熱解方法,20~60目顆粒。原料的元素和工業(yè)分析值示于表1不僅可以處理廢物又沒有污染物的排放還可回收中。炭黑、燃料油、可燃氣等化學品和能源。近20多年來,發(fā)達國家開展了大量廢輪胎熱解的研究工作51部分已實現工業(yè)化。在我國廢輪胎的熱解10氣化技術在基礎研究和技術開發(fā)方面都幾乎是空7白。所以研究適合我國經濟水平的廢輪胎處理技術有重要的現實意義。本實驗的目的是探索快速熱解條件下廢輪胎熱解氣產率、組分以及反應器溫度和氣相停留時間對產氣數量和質量的影響1實驗部分1.1試驗裝置與方法試驗裝置如圖1所示。包括反應系統、氣體收集系統和計算機采集系統。實圖1試驗裝置流程圖驗時將經過預處理的原料裝在樣品舟中置于反應Fig 1 Schematic illustration of experimental apparatus管冷端待加熱爐溫度達到設定值后將樣品舟迅速n中國煤化工ouei;4- furnace;推到反應管中間發(fā)生熱分解反應。該裝置的升溫CNMHGvalves ,8 pressure trans-速率平均可達1200℃/min遠遠超過普通熱天平的11 gas collecting systen升溫速率。實驗時樣品數量大,可減少分析的誤差收橘西莓糯驛-10-081期陰秀麗等:廢輪胎快速熱解實驗研究表1原料的元素和工業(yè)分析Table 1 Ultimate and proximate analysis of feedstockUltimate analysis%oProximate analysis/%Tire rubber76.897.084.790.341.6767.525.225.3373282實驗結果與分析熱分解產物分布及產品質量受多種因素影響如熱解溫度、壓力、停留時間及顆粒尺寸、形狀等。本實驗采用常壓惰性氣氛下熱解方法,重點分析熱解溫度和氣相停留時間對氣體產率和組分的影響。02.1熱分解速率和溫度的關系從試驗可看出,反800應溫度的高低決定了完成熱分解所需的時間(從開T℃始產氣到產氣結束時間),在爐溫為500℃和1000℃圖2熱分解所需時間與溫度的關系時,廢輪胎所需的熱分解時間分別為53.9s和8.5s,所以溫度不僅決定產氣量,也決定產氣速度。由圖可知,廢輪胎熱解氣具有較高的熱值,但氣體產物的2可看出,完全熱分解所需時間與溫度的關系近似質量百分比較低,1000℃時僅有23%左右,產物中固為線性關系。液產物占較大比重。這和生物質熱分解產物分布明22熱分解產物分布廢輪胎在熱解過程中生成顯不同。所以,對廢輪胎熱解單純以產氣為目的,能、液、固三種產物,液體產物包括焦油和水。本研硏量利用率很低,需采用延長氣相停留時間、加焦油裂究重點考察氣體產物,液體產率由差減法求得。表解催化劑等方法增加氣體產量,或者將氣液固產物2為500℃到10℃C廢輪胎熱分解產物分布。由表綜合利用。表2廢輪胎熱分解產物分布Table 2 Product distribution of waste tire pyrolysisTemperature/℃7001000Gas productivity/ml(g)20633300.2290.233Gas heating value/k J(Nm')19360367843540829642Char productivity/g(g)0.3730.3680.340.3430.5740.5520.4270.4242.3反應溫度對氣體、焦炭和焦油產率的影響由2.4溫度對氣體成分和熱值的影響廢輪胎熱解表2可看出,隨溫度升高,氣體產率明顯增加,500℃產物氣中主要包括H2,CO,CO2,CH1,C2H,C2H和時,廢輪胎的產氣率為92mlg,100℃時增加到CHl,還有少量的H1S及其它碳氫化合物氣體。圖365ml/g,增加了4倍。這是因為焦炭在高溫下進3為廢輪胎主要熱解氣成分隨溫度的變化。結果表步發(fā)生還原反應而釋放出氣體,以及焦油中的高分明,隨溫度升高,H1含量直線上升,CO2、CO呈下降子量碳氫化合物在高溫下進一步裂解所致,所以洫趨勢,CH在500~900℃內上升,900℃后開始下降,度是增加氣體產率的關鍵因素。隨溫度升高,焦炭產率逐漸下降,但不明顯,而焦油產率降低的趨勢則中國煤化巧而增加,之后開始下明顯得多。焦油中包括的苯、酚和蔡等多原子碳氫降,f HCNMHG溫度升高而上升,之后化合物在高溫下易發(fā)生分解,且溫度越高,分解反應開始下降。和生物質熱解相比,熱解氣組分隨溫度越劇烈,導致焦油產率降低。從500℃0到1000,液的變化規(guī)律有較多相似之處,不同的是各種氣體的體產率從57.4%降到42.4%,焦碳產率從37.3%降含量相差較大,由于廢輪胎含氧量少,CO)和CO2含到343萬方居量較低,H2、CH4、C2H、C2H4及C2以上成分高28卷氣體成分決定了氣體的熱值。由表2看出,在700℃前氣體熱值隨溫度升高而升高,在700℃到X H800℃之間,達到最大值,800℃以后提高溫度,氣體熱值反而減少。廢輪胎熱解氣熱值為20~37MJNm3,遠遠大于生物質的熱解氣熱值?！鰿H4●CHC1000圖4800℃時不同停留時間主要氣體成分Temperature./℃ig. 4 Gas composition vs. gas phase residence time (at 800C)圖3廢輪胎熱解氣體成分隨溫度的變化加,氣體熱值略有降低,繼續(xù)延長停留時間,氣體產ig. 3 Main gas composition vs. temperature率增加幅度不大,氣體熱值進一步降低;T=900℃○-HCO;▲-CO2;△-C2H;●-C2H4;①一G3HT2=900℃時,氣體產率只增加8.1%,氣體熱值卻下降14%。延長氣相停留時間對焦碳的影響很小2.5氣相停留時間對二次反應的影響氣相停留因此我們可近似認為,熱解產物在高溫反應區(qū)停留時間是指熱分解過程產生的揮發(fā)組分在高溫反應區(qū)時間的增加,是使焦油進一步裂解為氣體的過程。的停留時間,由于二次反應的存在,停留時間在一定熱解時,廢輪胎首先釋放揮發(fā)分,其數量和質量由溫程度上影響產物分布。將3個不同長度的反應管和度和加熱速率決定,這些一次揮發(fā)分進一步裂解為3個可以獨立調節(jié)溫度的加熱爐組合,使熱解產生焦油和氣體,油和氣的比例在一定范圍內是溫度和的氣體通過不同的長度和溫度段,考察了氣相停留時間的函數。時間及溫度對氣體產率、組成和焦碳產率的影響。實驗結果表明,700℃以上延長氣相停留時間表3列出三組不同停留時間和溫度下氣體產產氣率增加,氣相停留段溫度越高,產氣率越率、焦碳產率和氣體熱值的數據。圖4為800℃c時不在80°℃以上延長停留時間,氣體熱值會降低。對同停留時間下主要氣體組分。由表3可看出,T1高溫(900℃)熱解氣延長停留時間,氣體產率的增加700℃,T2分別為700、800、90℃時,氣體產率增加已不明顯,熱值反而下降。所以,必須控制合適的停溫度越高,氣體產率增加越大,但72=900℃時,氣留時間及溫度,才能得到較高氣體產率和氣體熱值。體熱值降低;T=800℃,72=800℃時,氣體產率增表3不同氣相停留時間和溫度下的氣體、焦碳產率和熱值Table 3 Gas and char productivity at different gas phase residence time and temperatureemperature at differentGas productivityGas heatingreactionproductivityvalueTLT2Increment/%64318.437741中國煤化工CNMHG3173331080033226.734.22664733萬藶矩6611期陰秀麗等:廢輪胎快速熱解實驗研究3結論但氣體產物的質量百分比較低,1000℃C時僅有23%(1)熱分解速率與溫度的關系近似為線性關左右,產物中固液產物占較大比重。系。氣體產率隨反應溫度的升高而增加。焦碳和焦(3)700℃以上延長氣相停留時間,產氣率增油產率隨溫度的升高而下降。1000℃時氣體產率是加,氣相停留段溫度越高,產氣率越大,但在800℃500℃時的4倍。以上延長停留時間,氣體熱值會降低。對高溫(2)廢輪胎熱解產物氣中H2和烴類含量高,(900℃)熱解氣延長停留時間,氣體產率的增加已不CO0、CO2含量較低。廢輪胎熱解氣具有較高的熱值,明顯,熱值反而下降參考文獻[]薛大明,全燮,趙雅芝等·廢輪胎熱解資源化硏究[J].環(huán)境工程,1998,16(1:47-48[2]陳鳳珍,錢家麟.廢輪胎裂解制取液體燃料和化學品[冂.橡膠工業(yè),198,45(11):687~691[3] Paul T Williams, Serpil Besler, David T Taylor. 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It concludes that the time of complete pyrolysis decreases linearly with increasing temperaturechar decreases slowly and yield of gas increases quickly. The gas yield at 1000'C is almost 3 times higherthan that at 500C. The gases are identified as H2, CO, CO2, CH4, C2 H4, C2 H and C3 H in additionto lower concentrations of H2S and other hydrocarbon gases. The gas heating value is about 20-37MJNm' with the critical point of gas heating value between 700 to 800C. The gas yield increases with increasing gas phase residence time in high temperature zone, while too longer residence time can make thealue decreasedKEY WORDS: waste tyre; pyrolysis; product distribution第一作者∵陰秀麗女,1969年生工學碩士助理研究員主要從事生物質氣化技術的理論和應用研究。中國煤化工CNMHG萬藶矩居