王 敏

廢橡膠是固體廢棄物的一種，其來源主要是廢橡膠制品， 即報(bào)廢的輪胎、膠管、膠鞋、工業(yè)雜品等，另外一部分來自橡膠制品廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的邊角料和廢品。日本每年約產(chǎn)生 96萬噸廢橡膠，其中60%是廢輪胎。我國每年約產(chǎn)生69 萬噸廢橡膠，廢橡膠的產(chǎn)生量約為橡膠制品年生產(chǎn)量的40%，回收量一般為廢橡膠產(chǎn)生量的 50%以下。橡膠工業(yè)的原料很大程度上依賴于石油，而且廢橡膠本身也是一種高熱值的燃料，其發(fā)熱量一般為 31397kJ/kg，廢輪胎的發(fā)熱量更高，為33494kJ/kg。全世界每年廢棄的輪胎約為900萬噸，等于損失理論值為 3×1014kJ 的熱量。所以，利用廢舊橡膠其最終結(jié)果是提高石油的使用價(jià)值， 對(duì)節(jié)約能源具有重要意義。

在處理廢舊橡膠時(shí)極易造成環(huán)境污染，如用燃燒方法處理， 會(huì)造成空氣污染;而用掩埋的方法又會(huì)導(dǎo)致土地污染， 所以很難處理。目前，我國廢舊橡膠除用于防水涂料、再生膠生產(chǎn)、輪胎翻新以外，其余均廢棄堆積， 導(dǎo)致了不雅的景觀和環(huán)境污染。

參照國內(nèi)生產(chǎn)條件， 采用美國上世紀(jì) 90 年代登錄的專利技術(shù)——5，230，777Jarrell 真空蒸餾分解法， 可利用廢橡膠生產(chǎn)柴油和炭黑等產(chǎn)品，所得產(chǎn)品均為國內(nèi)外急需的能源材料及工業(yè)原料。其中0# 柴油可用于與工業(yè)燃料有關(guān)的所有領(lǐng)域， 還可作為瀝青溶劑; 炭黑可用于表面涂層、瀝青、低壓軟管、涂料的填料和粘結(jié)劑， 塑料的填料和粘結(jié)劑， 油墨、廢物處理過濾劑以及越野輪胎。該技術(shù)已在我國大連等地投產(chǎn)運(yùn)用。

一、真空蒸餾分解法生產(chǎn)工藝

美國Jarrell 真空蒸餾分解法既可利用廢橡膠生產(chǎn)柴油和炭黑等產(chǎn)品， 同時(shí)還根據(jù)廢舊橡膠回收利用過程中每個(gè)單元的物理化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，針對(duì)二次廢棄物的組成與產(chǎn)生的相關(guān)條件，采用真空蒸餾密閉循環(huán)工藝， 使設(shè)備發(fā)生火災(zāi)、爆炸的危險(xiǎn)小， 不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染， 且節(jié)約能源。

1.主要生產(chǎn)工藝介紹

(1)原料處理及計(jì)量

為了方便、容易地將廢橡膠裝進(jìn)真空蒸餾機(jī)，節(jié)約能源， 更重要的是能獲得性能穩(wěn)定的炭黑，應(yīng)采用盡可能碎的廢橡膠，所以對(duì)原料首先應(yīng)使用切碎機(jī)進(jìn)行切碎處理。原料的計(jì)量采用電子皮帶秤，將測得的數(shù)據(jù)輸入操作計(jì)算機(jī)中。

(2)真空蒸餾熱分解

真空蒸餾熱分解是該工藝的核心，它所使用的專利真空蒸餾設(shè)備密閉性好，空氣泄漏量很小， 能夠承受大約127～440℃的內(nèi)部溫度和0.003～0.101MPa的內(nèi)部壓力，處于絕熱的加熱室內(nèi)。加熱室內(nèi)裝有用于加熱真空蒸餾機(jī)中廢舊橡膠的燃燒器，燃燒器的燃料由工藝生產(chǎn)過程中生成的合成氣來供給，并不需要外部的燃料源。因此，設(shè)備發(fā)生火災(zāi)、爆炸的危險(xiǎn)小，也不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，且節(jié)約能源。

(3)氣體和燃料的冷卻及分離

廢橡膠中的石油化工材料經(jīng)真空蒸餾熱分解后轉(zhuǎn)化的氣體， 利用真空泵將這些氣體從真空蒸餾機(jī)中抽出，通過一系列的冷凝罐和蒸餾系統(tǒng)。其冷凝系統(tǒng)將易揮發(fā)的氣體轉(zhuǎn)化成高品位的燃料油;不易冷凝的高熱量合成氣被送到封閉的循環(huán)系統(tǒng)中，經(jīng)壓縮、貯存后再送回到供氣管路中，作為燃料為真空蒸餾系統(tǒng)和工廠的鍋爐加熱， 以補(bǔ)充能源的消耗。

(4)固體的冷卻和分離

蒸餾后產(chǎn)生的固體從真空蒸餾機(jī)進(jìn)入封閉的冷卻室中循環(huán)冷卻1h;在封閉的冷卻室內(nèi)，負(fù)壓吸塵收集系統(tǒng)每小時(shí)換氣10 次;將收集的粉塵由壓縮空氣傳送到粉塵分離系統(tǒng)內(nèi)， 分離出空流中的炭， 將干凈的空氣排放到大氣中;最后炭和鋼的固體混合物被傳送到磁鼓分離機(jī)中，將鐵磁性材料——鋼分離出來， 而將炭傳送到炭黑電子分級(jí)裝置中以生400 目以上的炭黑產(chǎn)品。

2.工藝流程

以廢橡膠為原料，經(jīng)切碎、計(jì)量后，用料盤導(dǎo)軌車裝入真空蒸餾機(jī)中，然后封閉真空蒸餾機(jī)，原料真空蒸餾機(jī)內(nèi)加熱分解，再經(jīng)一系列冷凝后，將易發(fā)的氣體物質(zhì)轉(zhuǎn)化成高品位的柴油;固體物質(zhì)通磁鼓分離機(jī)分離出鋼和炭黑，最終的產(chǎn)品炭黑經(jīng)黑電子分級(jí)裝置分級(jí)、包裝后出廠。其工藝流程圖1所示。

二、結(jié)果與討論

1.真空蒸餾熱分解的技術(shù)要求

該技術(shù)要求： ①利用真空泵抽出蒸餾機(jī)中的空氣， 使之產(chǎn)生大約 0.003～0.101MPa 的內(nèi)壓力。②每小時(shí)允許空氣泄漏量為3%～1.5%。③真空蒸餾機(jī)需處于絕熱的加熱器中。④真空蒸餾機(jī)分解溫度為127～440℃，需反應(yīng)1～5h。因?yàn)槿舴纸鉁囟鹊?，在生成炭黑的表面易殘留未分解物，且有分解橡膠的臭味，即使與橡膠配合也殘留臭味，而且膠料粘度下降;如果分解溫度高，橡膠的碳化物覆蓋在生成的炭黑表面上，造成活性不足，因而在膠料中分散不好。經(jīng)試驗(yàn)認(rèn)為，獲得最佳質(zhì)量炭黑的真空蒸餾機(jī)熱分解溫度為127～440℃，此時(shí)既不殘留未分解物又不生成碳化物。⑤要求真空蒸餾機(jī)中加熱溫度不能長時(shí)間高于432℃，否則橡膠中的硫?qū)⑵?/p>

2.氣體和燃料冷卻、分離結(jié)果

橡膠在負(fù)壓加熱下被分解成氣相和固相物質(zhì)。利用真空泵將氣相物質(zhì)——碳?xì)浠衔飶恼婵照麴s—機(jī)中抽出， 送入冷凝器中冷卻。不能冷凝的合成氣送入封閉的循環(huán)系統(tǒng)中， 形成氣體燃料送回供氣管路為真空蒸餾機(jī)和工廠鍋爐加熱; 將冷凝的氣體收集在燃油貯存罐中， 通過蒸餾塔進(jìn)行分離， 獲得輕柴油和重柴油。這種柴油通常相當(dāng)于 0# 柴油， 硫含量很低， 大約為 0.34%。

三、結(jié)論

真空蒸餾分解法運(yùn)用先進(jìn)的密閉循環(huán)生產(chǎn)技術(shù)，利用廢橡膠生產(chǎn)柴油和炭黑等產(chǎn)品，基本不需要外部燃料源，因此設(shè)備發(fā)生火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)性小，產(chǎn)品含硫量低、二次廢棄物和廢氣量小，不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，且節(jié)約能源。該生產(chǎn)工藝成熟、方法簡單、投資省、能耗低、適應(yīng)性強(qiáng)，在目前能源日趨緊張、環(huán)保要求高的形勢下具有良好的發(fā)展前景。