文/ 朱則剛

在汽車工業(yè)高速發(fā)展的今天，廢棄輪胎成為當(dāng)前最大的固體廢棄物來源之一，造成嚴(yán)重的環(huán)境問題，其資源化處理已引起世界各國的廣泛關(guān)注。研發(fā)結(jié)果表明，經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆羌託涿摿蛱幚?，廢輪胎的熱解產(chǎn)物——熱解油能夠達到城市燃油規(guī)范的要求、作為城市燃油加以利用；對另一熱解產(chǎn)物——熱解炭黑進行活化處理后，可以生產(chǎn)高吸附性能的活性炭及商業(yè)炭黑，具有廣闊的發(fā)展前景和潛在的銷售市場。尤其是探索合適的廢輪胎熱解工藝、提高廢輪胎熱解油的品質(zhì),是將廢輪胎熱解油直接作為燃料油使用研究的主要課題之一，因此廣泛受到業(yè)內(nèi)人士的重視。

一、廢輪胎熱解資源循環(huán)利用效益凸顯

熱解法是利用有機物的熱不穩(wěn)定性，在無氧和缺氧的條件下，進行加熱、蒸餾、經(jīng)冷凝后形成各種新的氣體、液體、固體的過程。廢舊輪胎經(jīng)過熱裂解可提取具有高熱值的燃料氣體，富含芳烴的油及炭黑等有價值的化學(xué)產(chǎn)品。熱解是一種比焚燒過程對環(huán)境更加安全的廢輪胎處理方法；在熱解過程中的有機物轉(zhuǎn)化為可利用的能量形式，其產(chǎn)生的經(jīng)濟效益非常好。天然橡膠制品的熱解產(chǎn)物：氣體（22%）：甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、水、CO2、H2、丁二烯等；液體（27%）：苯、甲苯及其他芳烴；炭灰（39%）；鋼絲（12%）。熱解原理：固體廢物熱解過程是一個復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程。它包括大分子的鍵斷裂，異構(gòu)化和小分子的聚合等反應(yīng)，最后生成各種較小的分子。

一般輪胎胎面膠中所含各組分的質(zhì)量份數(shù)大致是橡膠55%～60%、炭黑30%～33%、有機助劑6%～9%、無機助劑3%～6%。目前，國內(nèi)汽車輪胎常用的胎面膠有天然橡膠(NR)、丁苯橡膠(SBR) 和順丁橡膠(BR) 等。廢輪胎熱解是在缺氧或惰性氣體中進行的不完全熱降解過程，可形成氣體、液體和固體產(chǎn)物。氣體產(chǎn)物可直接作為燃料氣使用；液體產(chǎn)物即熱解油，主要成分為烷烴、烯烴、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯及稠環(huán)芳烴等，可進一步精制成化學(xué)品或燃料油。固體產(chǎn)物主要由輪胎制作過程中添加的炭黑組成，還包括輪胎中橡膠熱解所形成的少量焦炭，既可作為制作炭黑或活性炭的原料，也可作為無煙燃料使用。

熱解氣流經(jīng)除塵器與固體分離，再經(jīng)靜電沉積器除去炭灰，在深度冷卻器中將熱解所得油品冷凝下來，未冷凝的氣體作為燃料氣體為熱解提供熱能或作流化氣體使用。

由于上述工藝需求將進料切成小塊，預(yù)加工費用較大。為解決此問題，有關(guān)部門已研究出一種不必將輪胎破碎即可加工熱解的技術(shù)裝置。這種設(shè)備采用一種由砂或碳黑組成的流化床，流化床內(nèi)由分置為兩層的七根輻射火管間接加熱。生成的氣體一部分用于流化床，另一部分燃燒為分解反應(yīng)提供熱量。輪胎通過氣鎖進入反應(yīng)器到達流化床后，慢慢地沉入砂內(nèi)，熱的砂粒覆蓋在它的表面，使輪胎熱透而軟化，流化床內(nèi)的砂粒與軟化的輪胎不斷交換能量，發(fā)生摩擦，使輪胎漸漸分解。兩、三分鐘后，輪胎全部被分解完，在砂床內(nèi)殘留的是一堆彎曲的鋼絲，鋼絲由伸入流化床內(nèi)的移動式格柵移走。

采用無氧（或貧氧）熱裂解技術(shù)，熱解爐采用先進、出料密封系統(tǒng)，改善了爐體的密封性能，使廢輪胎膠粒處于無氧（或貧氧）狀態(tài)下裂解。這不僅減少了能源的損失，而且使熱解爐的安全生產(chǎn)有了保障。采用高效率的可燃性氣體回收技術(shù)，在生產(chǎn)過程中橡膠經(jīng)熱裂解后，大部分變成液體油品，少量的可燃性氣體循環(huán)作為熱解爐的燃料使用。從而保證熱解爐的熱能供應(yīng)，既減少了廢氣排放，也提高了經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

熱解產(chǎn)物連同流化氣體經(jīng)過旋風(fēng)分離器及靜電除塵器，將橡膠、填料、炭黑和氧化鋅分離出去。氣體通過油洗滌器冷卻，分離出含芳香族高的油品。整個過程所需能量不僅可以自給，而且有剩余熱量可供他用。通過氣流分選器可得到符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的炭黑，再應(yīng)用于橡膠工業(yè)。其殘余部分可以收集氧化鋅。所以，采用整輪胎流化床熱解工藝，在經(jīng)濟上是合算的。

二、廢輪胎資源循環(huán)利用的熱解技術(shù)

廢輪胎熱解處理方法可以回收燃料油、炭黑等產(chǎn)品，有利于環(huán)保及資源的回收、利用，被認為是當(dāng)今處理廢舊輪胎的最佳途徑之一。廢輪胎熱解主要產(chǎn)物為炭黑、柴油、重油、鋼絲，幾乎沒有沒有廢料，可以說對廢輪胎進行了“吃干榨盡”。其中炭黑，可返回橡膠繼續(xù)使用，也可經(jīng)過深加工制成色母，用在塑膠上以達到在塑膠或是塑料制品中著色的效果；作為潤滑劑潤滑刀具，還可作為清洗劑用于清洗機械零件；重油可作為橡膠軟化劑，返回也可作為燃料用于發(fā)電、取暖等。熱解炭黑是廢輪胎熱裂解的關(guān)鍵產(chǎn)物，其產(chǎn)率約為廢輪胎重量的35%，存在較多的雜質(zhì)且結(jié)構(gòu)較低，通過對其進行去除油分和脫除灰分的純化改性處理，能夠得到高純度的商業(yè)炭黑。

廢輪胎的熱解是一種理想的資源再循環(huán)形式，污染物排放很少，還可回收一些燃油、有機化學(xué)品和熱解炭黑等，有用資源回收率高達90%。廢輪胎熱解炭黑在進行活化處理后，還可以制備活性炭，通過對廢輪胎熱解炭黑進行包括惰性氣氛下的熱處理、水蒸氣活化處理、微波活化處理以及化學(xué)活化處理等在內(nèi)的系列處理后，所得到的廢輪胎活性炭能夠作為治理染料廢水的優(yōu)良吸附劑，還可作為催化劑載體應(yīng)用于有機液體氫載體的脫氫反應(yīng)及光催化降解污水反應(yīng)，生產(chǎn)高吸附性能的活性炭及商業(yè)炭黑，這不僅能夠拓展熱解炭黑的應(yīng)用領(lǐng)域，而且能夠?qū)崿F(xiàn)以廢治廢，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，具有較好的發(fā)展前景和廣闊的銷售市場。柴油是一種輕質(zhì)石油產(chǎn)品，可作為動力機械的內(nèi)燃機燃料，也可用作鍋爐燃料來發(fā)電、取暖，作為潤滑劑潤滑刀具，還可作為清洗劑用于清洗機械零件；重油可作為橡膠軟化劑，返回也可作為燃料用于發(fā)電、取暖等。

廢輪胎熱解的另一主要產(chǎn)物、約占廢輪胎質(zhì)量45%的熱解油，含有十幾種硫化合物，過高的硫含量不僅對設(shè)備具有強烈的腐蝕性，而且對人體有嚴(yán)重危害。針對熱解油的這一缺點，可采用適當(dāng)?shù)姆羌託涿摿蚣夹g(shù)對其進行脫硫處理，經(jīng)處理后能使熱解油中的硫含量可降至0.2% 左右，達到了城市燃油規(guī)范的要求，作為城市燃油加以利用。廢輪胎熱解油具有熱值高、灰分低、粘度低和殘?zhí)恐档偷葍?yōu)點,但也存在整體性能較柴油差的缺陷。與柴油混合作為發(fā)動機燃料使用的結(jié)果表明,廢輪胎熱解油可以作為重柴油使用。

廢輪胎的熱裂解方法有三種：一是常壓惰性氣體法。熱解在惰性氣體或缺氧環(huán)境中于高溫條件下進行裂解產(chǎn)物因裂解溫度的不同而不同；二是真空熱解法。熱解在減壓條件下進行有機揮發(fā)物在反應(yīng)器中停留的時間短副反應(yīng)少故收率高于常壓熱解法，此外芳烴化合物的收率高經(jīng)濟收益好；三是熔融熱解法。熔融鹽由氯化鋰和氯化鋇組成是優(yōu)良的傳熱介質(zhì)反應(yīng)速度快。影響熱解的因素包括溫度、壓力和時間，其中溫度最為關(guān)鍵可以通過它來調(diào)節(jié)熱解產(chǎn)物的品質(zhì)及產(chǎn)率。廢橡膠熱解雖然效果明顯但發(fā)展仍較緩慢。原因是熱解溫度高、時間長3h 以上。對熱解進行催化，可提高熱解效率并可降低液態(tài)產(chǎn)物中的硫含量。

熱解技術(shù)雖然有著獨特的優(yōu)勢，但由于其設(shè)備投資巨大同時處理溫度高加熱時間長，從而導(dǎo)致運行費用較高。同時在制造過程中含有的大量添加劑如抗氧劑硫化劑等在熱解過程中會生成環(huán)境污染物，使其實際推廣應(yīng)用仍受到限制。為降低處理成本同時提高熱解產(chǎn)物的品質(zhì)，減少污染物排放，應(yīng)在以幾項關(guān)鍵技術(shù)上尋求突破：尋找廉價高效熱解催化劑；對廢舊輪胎熱解機理做進一步研究，建立適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用的反應(yīng)動力學(xué)模型；在深入了解熱解規(guī)律的基礎(chǔ)上，進一步提高產(chǎn)品的品質(zhì)，降低產(chǎn)品的后處理費用；研制出性能優(yōu)良、處理效率高的熱裂解設(shè)備。

三、廢輪胎熱解資源循環(huán)利用的發(fā)展前景與趨勢

廢舊輪胎熱解可以產(chǎn)生液態(tài)、氣態(tài)碳氫化合物和粗炭黑等高附加值產(chǎn)物。液態(tài)產(chǎn)物可以被轉(zhuǎn)化成高價值的燃料油和重要化工產(chǎn)品如烯烴和苯等氣態(tài)碳氫化合物；可以直接作為燃料炭殘渣；可以作為炭黑或活性炭的基礎(chǔ)原料?？梢?廢輪胎熱解處理能夠?qū)崿F(xiàn)資源的最大回收和再利用,具有較高的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益,因此它代表了當(dāng)今廢舊輪胎處理的發(fā)展方向。

熱解油不僅具有與柴油相當(dāng)?shù)臒嶂?而且含有許多經(jīng)濟價值較高的化學(xué)物質(zhì),但是這種熱解油有一種令人難以接受的惡臭,從而影響人們的使用,為了適應(yīng)市場需要，必要對其進行除臭處理。另外，由于這種油的閉口閃點只有19.2℃,容易產(chǎn)生危險,如果作為燃料油，那么必須除去輕組分以提高其閃點以保證安全。如果能把輕組分中部分經(jīng)濟價值較高的有機原料分離出來,則既可以提高熱解油的閃點,使其成為一種更為優(yōu)質(zhì)的燃料油；又可使資源得到有效利用,提高了廢舊輪胎的利用價值。

熱解技術(shù)是一種新興的廢舊輪胎資源化處理技術(shù),在廢舊輪胎處理的應(yīng)用中越來越受到關(guān)注。廢舊輪胎的循環(huán)利用，具有較高的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益，是我國發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的重要組成部分。我國廢舊輪胎資源循環(huán)利用的潛力巨大，市場前景美好，需要通過政府和社會從多方面的支持，以促進廢舊輪胎資源循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，這對于其可持續(xù)發(fā)展的實現(xiàn)具有十分重要的意義。廢舊輪胎回收利用是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、走可持續(xù)發(fā)展道路的一個“朝陽產(chǎn)業(yè)”,前景十分廣闊。