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        廢橡膠脫硫再生工藝的最新進展

        2015-12-24 06:29:11董誠春
        橡塑資源利用 2015年1期
        關(guān)鍵詞:廢輪胎門尼雙螺桿

        董誠春

        (北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計院,北京,101101)

        廢橡膠脫硫再生工藝的最新進展

        董誠春

        (北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計院,北京,101101)

        本文綜述了近幾年廢舊橡膠脫硫再生工藝的最新進展,其中有:密閉式捏煉機脫硫再生法,單螺桿或雙螺桿連續(xù)脫硫再生法、雙螺桿剪切脫硫再生法,常壓中溫橡膠塑化脫硫法,環(huán)保型廢橡膠復原再生法,微波脫硫再生法等。這幾種脫硫再生工藝都有共同的特點:節(jié)能,生產(chǎn)效率高,成本低,再生膠的物理性能高,生產(chǎn)過程無污染或污染較小。

        脫硫 環(huán)保 節(jié)能 再生膠

        1.概述

        廢舊橡膠的再生處理,一直是環(huán)境保護和橡膠再生利用領(lǐng)域的一個難題。目前,廢舊輪胎的循環(huán)利用方式有四種。1)對胎體較好的廢舊輪胎,可進行翻新,再利用,這是高效利用最優(yōu)辦法;2)對胎體不好的廢舊輪胎,制成膠粉,用于改性瀝青,修建公路或防水材料。3)對胎體不好的廢舊輪胎,經(jīng)過脫硫(即切斷硫鍵)處理,制成再生膠,替代新膠,可用于各種橡膠制品,100多年來被世界各國所采用,被認為是處理廢舊橡膠再生循環(huán)利用最為科學、最為合理、應用最廣的一條重要途徑。特別是改革開放以來,新工藝與技術(shù)推動了我國再生橡膠工業(yè)的普及與生產(chǎn)規(guī)模的擴大,成為世界上第一再生橡膠生產(chǎn)大國。4)焚燒、裂解,與煤混合燃燒,或高溫裂解制成再生油及炭黑,用于各種橡膠制品。而國外發(fā)達國家對廢舊輪胎的處理方式,主要是采用掩埋的辦法,這不是循環(huán)利用,是將有利用價值的資源深埋地下。

        我國已經(jīng)成為世界廢橡膠(含廢輪胎)產(chǎn)生量最大的國家之一,廢輪胎每年都在以6%以上的速度增長,預計2020年廢輪胎產(chǎn)生量將超過2000萬噸。再生橡膠產(chǎn)能和膠粉產(chǎn)能見表1[5]。

        傳統(tǒng)的廢舊橡膠再生是指將廢舊橡膠經(jīng)過粉碎、加熱、機械處理等物理化學過程,使其從彈性狀態(tài)恢復成具有塑性和粘性的、能夠再硫化的橡膠。其實質(zhì)是:在熱、氧、機械作用和脫硫活化劑等的物理、化學綜合作用下,硫化橡膠網(wǎng)絡(luò)斷裂降解,斷裂位置既有交聯(lián)的硫—碳鍵,也有橡膠主鏈之間的碳—碳鍵。近年來,新型的脫硫再生技術(shù)有了極大的發(fā)展,現(xiàn)將廢舊橡膠再生方法簡述如下。

        2.傳統(tǒng)的廢舊橡膠脫硫再生法

        傳統(tǒng)的脫硫方法有油法、水油法以及國內(nèi)廣泛用于再生膠生產(chǎn)的高溫高壓動態(tài)脫硫法,其中油法在日本用的比較早,該方法是在粉碎的膠粉中加入脫硫劑后,裝入硫化罐,并在0.8MPa的壓力下進行7~8小時的脫硫,隨后進行捏煉、精煉、濾膠、出片等工藝最后制成再生膠。水油法利用了膠粉在高溫高壓條件下可迅速溶脹的特點進行脫硫。20世紀80年代末90年代初,國內(nèi)研發(fā)成功高溫高壓動態(tài)脫硫法,它集中了水油法和油法的優(yōu)點,該脫硫方法是在高溫高壓和脫硫活化劑等作用下,通過動能與熱量的傳遞,完成脫硫過程。此法不僅脫硫溫度高,而且在脫硫過程中,物料始終處于運動狀態(tài)。油法、水油法以及高溫高壓動態(tài)脫硫法的主要缺點是:1)二次污染嚴重,生產(chǎn)效率低,能耗大。2)除切斷硫鍵交聯(lián)網(wǎng)點以外,還會切斷橡膠主鏈鍵。因此,在人們環(huán)保意識日益增強和能源越來越短缺的今天,這些傳統(tǒng)方法將逐步被淘汰。

        表1 再生橡膠產(chǎn)能和膠粉產(chǎn)能

        3.最新廢舊橡膠脫硫再生法

        近年來開發(fā)成功的脫硫再生法有:密閉式捏煉機脫硫再生法,單螺桿或雙螺桿連續(xù)脫硫再生法,雙螺桿剪切脫硫再生法,常壓中溫橡膠塑化脫硫再生法,微波脫硫再生法等。

        Ⅰ、密閉式捏煉機脫硫再生法:用于生產(chǎn)丁基再生膠,此法脫硫時間僅需10分鐘左右,但廢氣污染仍嚴重,必須安裝全套冷卻設(shè)備及廢氣處理裝置。

        Ⅱ、單螺桿或雙螺桿連續(xù)脫硫再生法:此法是近幾年研制成功的,比動態(tài)脫硫法先進,節(jié)能,生產(chǎn)效率高,可在線控制再生膠的質(zhì)量。但仍有微小污染,需安裝全套廢水廢氣處理裝置,再生膠儲存期內(nèi)門尼粘度升高快,需添加適量的門尼粘度穩(wěn)定劑。

        Ⅲ、雙螺桿剪切脫硫再生法[1]:此法由南京科普公司近幾年研制成功,主要用于特種橡膠(丁基橡膠,乙丙橡膠,丁腈橡膠)再生,現(xiàn)已可用于廢輪胎橡膠再生,已在河北三河長城橡膠公司使用多臺,效果良好,并已出口到泰國。

        雙螺桿剪切脫硫工藝設(shè)備:包括同向和異向及帶往復的雙螺桿,其優(yōu)點如下:

        a.環(huán)保,無廢水、廢氣產(chǎn)生

        b.再生膠無煤焦油臭味,不需添加軟化劑

        c.節(jié)能,可以不用耗電量極大、產(chǎn)生煙氣多的精煉機,可直接加上膠片機頭(加過濾),擠出合格的再生橡膠。

        d.生產(chǎn)的再生膠物理性能高,其質(zhì)量超國標,門尼粘度不反彈。

        Ⅳ、常壓中溫橡膠塑化脫硫法[1,2]:此法由吐魯番市國星橡膠公司研制成功,該機于2013年5 月29日通過中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會專家鑒定,鑒定意見第4條:“經(jīng)環(huán)保機構(gòu)檢測:該項技術(shù)的生產(chǎn)過程符合環(huán)保要求,廢橡膠再生枝術(shù)屬國內(nèi)外首創(chuàng),關(guān)鍵技術(shù)達到國際先進水平,建議規(guī)模生產(chǎn),盡快推廣?!睋?jù)鑒定委員會主任北京化工大學博士生導師程源教授說:用“國際先進水平”這么高的評價,在我所經(jīng)歷的鑒定技術(shù)項目中,這是第一次。

        該項技術(shù)正在推廣應用中,該機已由常州武進協(xié)昌機械公司制造,已經(jīng)銷給河北和浙江各一套,用戶反映生產(chǎn)效果良好,用戶很滿意。

        該項技術(shù)與動態(tài)脫硫再生法和單螺桿或雙螺桿連續(xù)脫硫再生法比較,其優(yōu)點如下:

        a.環(huán)保無污染:采用干法生產(chǎn),生產(chǎn)過程中不需加水,生產(chǎn)車間無廢水、無嗅氣,無毒,無害,環(huán)保清潔化生產(chǎn)。

        b.智能化自動化程度高:生產(chǎn)過程用人工少,智能化自動化程度高。

        c.常壓中溫生產(chǎn):比高壓高溫安全節(jié)能。

        d.低能耗低成本:只需用 16~30目的膠粉,軟化劑用量少,節(jié)能20%以上。

        e.節(jié)能,高效:脫硫只需十幾分鐘,動態(tài)脫硫需要2~3小時,生產(chǎn)效率比動態(tài)脫硫高十多倍。

        f.再生膠質(zhì)量優(yōu)良:該技術(shù)生產(chǎn)的再生膠物理性能各項指標優(yōu)于國家標準,門尼粘度達55~65,而且門尼粘度穩(wěn)定不反彈。

        Ⅴ、環(huán)保型廢橡膠復原再生法[7,8]:該法由浙江臺州中宏廢橡膠利用公司研制成功,已于2004 年4月16日通過部級鑒定,鑒定意見:該技術(shù)屬國內(nèi)首創(chuàng),關(guān)鍵技術(shù)達到國際先進水平,建議規(guī)模生產(chǎn)并盡快推廣。該法集合了快速脫硫法,擠壓法,動態(tài)法及塑化法四種脫硫工藝為一體,取長補短,整合成此先進技術(shù)。該設(shè)備由自動送料系統(tǒng). 自動配料計量系統(tǒng). 自動混料系統(tǒng). 復原再生脫硫系統(tǒng). 調(diào)壓裝置. 剪切裝置. 冷卻裝置和電控系統(tǒng)組成,實現(xiàn)了集中管理分散控制,已通過歐盟ROHS.CE等論證,該設(shè)備已銷往歐盟等多國。其優(yōu)點如下:

        a.環(huán)保無污染,生產(chǎn)過程中無廢水廢氣產(chǎn)生,通過了SGS歐盟ROHS環(huán)保檢測。

        b.自動化程度高,用人工少。

        c.產(chǎn)量高能耗低,脫硫一噸再生膠只耗能145Kwh,動態(tài)脫硫需180Kwh,節(jié)能17%。

        d.可以脫硫多品種廢橡膠:廢輪胎膠,淺色廢橡膠,廢丁基膠,廢三元乙丙膠及廢丁腈膠等。

        e.生產(chǎn)的再生膠質(zhì)量高,全胎膠粉不加煤焦油,只加10%的環(huán)保油,其拉伸強度達11~12Mpa,扯斷伸長率達410~450%,門尼粘度55左右。胎面膠可達15~17Mpa,430~480%,門尼粘度60以下,超國標特級質(zhì)量。

        f.門尼粘度反彈小,儲存一個月,門尼粘度只升高7~8門尼值。實現(xiàn)率高,且廢橡膠轉(zhuǎn)化率高。

        g.此法比動態(tài)法脫硫生產(chǎn)的三元乙丙再生膠的質(zhì)量高,對比物理性能如下:

        環(huán)保型廢橡膠復原再生法設(shè)備示意圖如下:

        環(huán)保型廢橡膠復原再生法設(shè)備示意圖

        環(huán)保型廢橡膠復原再生法設(shè)備照片

        環(huán)保型廢橡橡膠復原再生法設(shè)備照片如下:Ⅵ、微波脫硫再生法[3]:該法是最新科學技術(shù),由徐州工學院研制成功。

        廢輪胎膠粉的微波脫硫再生工藝流程示意圖如下:

        廢膠粉的微波脫硫再生工藝流程示意圖

        微波脫硫生產(chǎn)設(shè)備的照片如下:

        微波脫硫生產(chǎn)設(shè)備的照片

        微波脫硫再生法的優(yōu)點如下:

        a.環(huán)保無污染:生產(chǎn)過程中不用水,不用軟化劑,無廢水廢氣產(chǎn)生。

        b.連續(xù)生產(chǎn):再生膠的質(zhì)量可在線控制,可作快速檢測門尼粘度,可即時調(diào)整脫硫工藝,動態(tài)脫硫是間斷生產(chǎn),無此優(yōu)越性。

        c.智能化自動化程度高:生產(chǎn)過程用人工少。

        e.微波脫硫法節(jié)能,生產(chǎn)效率高:最佳脫硫時間為100秒鐘溫度為160℃,功率為480W,經(jīng)計算脫硫一噸再生膠僅需 13.3Kwh,動態(tài)脫硫溫度為 220℃,時間為 2~3小時,脫硫一噸再生膠需180Kwh。此法比動態(tài)脫硫節(jié)能90%以上。

        f.物理性能高:生產(chǎn)的再生膠的拉伸強度可達18Mpa以上,扯斷伸長率可達400%以上,各項技術(shù)指標超國標特級。而且門尼粘度不反彈。

        4.五種脫硫再生法各項指標的對比[6]

        再生膠生產(chǎn)在我國是廢橡膠利用的主力軍,一是再生橡膠本身具有良好的性價比;二是通過近幾年技術(shù)革新、科技創(chuàng)新,再生橡膠生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝——脫硫工藝,上世紀九十年代前,由傳統(tǒng)的油法、水油法、動態(tài)法,九十年代后開發(fā)了與國際再生技術(shù)同步的動態(tài)法工藝,該方法作為再生橡膠主體工藝,發(fā)展至今,經(jīng)歷了四個階段的發(fā)展創(chuàng)新,近幾年研制成功的有:密閉式捏煉機脫硫再生法、單螺桿或雙螺桿連續(xù)脫硫再生法(無能耗數(shù)據(jù))、雙螺桿剪切脫硫再生法(無能耗數(shù)據(jù))、常壓中溫再生塑化法、環(huán)保再生法和微波脫硫法?,F(xiàn)將五種再生法各項對比如下,見表2。

        表2 五種脫硫再生法各項指標的對比

        廢輪胎數(shù)量的逐年增多,帶來的環(huán)境污染問題將變得更加嚴峻,充分利用廢輪胎,采用合理的技術(shù)路線處理廢輪胎,發(fā)展廢輪胎的資源綜合利用,不僅可消除污染,還可實現(xiàn)其資源化利用。

        1. 程源 再生橡膠--夕陽霜天競自由,(中國輪胎資源綜合利用) ,No:10,2013

        2. 陳曉煌 精巧設(shè)計,精密制造,精品機械,(中國輪胎資源綜合利用-廢橡膠專欄) ,No:12,2013

        3. 王艷秋等 環(huán)保型高強力再生橡膠微波幅射工藝的研究,(中國輪胎資源綜合利用) ,No:3,2013

        4. 董誠春 (廢輪胎回收加工利用) ,化學工業(yè)出版社,2008再生橡膠行業(yè)

        5. 編制小組 再生橡膠行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標編制說明 2013年10月

        6. 再生產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心 再生橡膠行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標 2013年10月

        7. 陳曉煌 不飛即亡 展翅翱翔,(中國輪胎資源綜合利用-廢橡膠專欄) ,No:02,2014

        8. 臺州中宏廢橡膠綜合利用公司簡介,(中國輪胎資源綜合利用-廢橡膠專欄) ,No:02,2014

        2014-8-27

        董誠春(1936-),男,北京橡膠研究設(shè)計院退休高級工程師,主要從事輪胎及橡膠制品的配方、工藝以及再生膠的脫硫配方、工藝的研究及應用。合編橡膠專業(yè)書籍六本,獨自編著《廢橡膠資源綜合利用》,《廢輪胎回收加工利用》。

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