轮胎裂解工程分析

轮胎裂解工程分析

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+…+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。 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，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。

3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。可认为本项目裂解过程几乎不产生二噁英。

4、总物料平衡

根据一般工程经验和相关文献资料可知，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。

5、硫元素平衡

本项目轮胎原料中S占去除钢丝后轮胎重量的1.64%，燃料中S占a%

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%。烟气中含SO2

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） 6 热量平衡

根据《废旧轮胎热解过程的能耗分析》，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。

根据热量平衡可知，项目采用裂解气、煤燃料为轮胎热裂解提供所需的热量完全可行，另外裂解气燃烧生成的热量中约有21.6%的热量损耗掉。 7、裂解气和燃料燃烧废气（G1）

轮胎热解气主要为烃类，另外还有少量的CO、NO、CO2和H2S。烃类组分主要为甲烷，NOX主要以NO的形式存在，H2S的含量较低，热解气可视为一种较清洁的燃料。

表3-10 轮胎裂解气燃烧废气污染物监测数据 单位：mg/m3

监测项 浓度 监测项 浓度

颗粒物 9.6 SO2 259

铜 1.5×10-4 NOx 73

锌 1.1×10-3

硫化氢

臭气浓度 丙酮 2.7×10-3

苯 0.141 二甲苯 0.103

甲苯 0.316 丙烯 0.427

＜9.9×10-3 1650（无量纲） 4.48

非甲烷总烃

颗粒物成分：主要包括铁、铅、锌、铜、镍等，含量0.2×10-4mg/m3~5.5×10-4mg/m3

裂解气密度（标准状况下）约为0.714kg/m3，标准状况下1t裂解气的体积为1.4×103m3，则本项目年产裂解气4.2×106m3/a。由于裂解气的热值与天然气相当，根据《产排污系数手册 4430工业锅炉产排污系数表-燃气工业锅炉》计算废气产生量为5.712×107m3/a。

本项目裂解气燃烧废气经碱式喷淋脱硫除尘净化塔处理后通过15m高的排气筒排放。

表3-12 裂解气燃烧污染物产生、排放情况

排放

污染源

高度

污染物 烟尘 二氧化硫

裂解炉燃烧室、废气燃烧室

氮氧化物 H2S

15m

非甲烷总烃 苯 甲苯 二甲苯

产生浓度 mg/m3 9.6 353 73 4.1 4.48 0.141 0.316 0.103

排放浓度 mg/m3 1.44 106 58 4.1 4.48 0.141 0.316 0.103

排气筒排放速率kg/h

净化效率% 85 70 20

标准限值 mg/m3 20 200 200 —— 120

0

12 40 70

kg/h 3.5 2.6 0.77 0.33 10 0.5 3.1 1.0

0.005 0.36 0.2 0.014 0.015 0.0006 0.0012 0.0003

裂解气燃烧废气经处理后，烟尘、SO2、NOx排放浓度能达到《工业炉窑大

气污染物排放标准》中新建企业工业炉窑常规大气污染物排放浓度限值要求，非甲烷总烃、苯、甲苯、二甲苯的排放浓度和排放速率能够满足《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中的标准要求，H2S的排放速率和臭气浓度的排放能够满足《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）中的标准要求。

因此试验过程需对原料和燃料进行分析，测试原料主要成分、硫含量，燃料测试热值、硫含量、灰分。产出各馏分量和成分，炭黑量、铁丝量。烟气排放速率、各有害成分含量（烟尘、黑度、二氧化硫、氮氧化物、甲烷、非甲烷总烃、恶臭气体）、温度、空气过剩系数、排放时间，有机物进出燃烧室前后变化

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