废轮胎与煤焦油共热解制备燃料油和炭黑工艺研究

发布时间：2017-05-24 06:13

  本文关键词：废轮胎与煤焦油共热解制备燃料油和炭黑工艺研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在建设环境友好型和资源节约型和谐社会的大背景下,废轮胎作为固废之一越来越受到人们的重视,在众多废轮胎处理方法中,采用热解法处理废轮胎是一种极具潜力的方法。但单纯的废轮胎热解存在着传热效率低和热解不充分等问题,因此越来越多的学者开始对废轮胎与其他物质共热解的研究,期望解决这些问题并改善燃料油的品质。本文主要针对废轮胎与煤焦油共热解制备燃料油工艺进行了研究,并通过脱灰降硫处理改善热解炭黑品质。为确定废轮胎与煤焦油共热解最佳工艺条件,研究了温度、废轮胎与煤焦油配比以及煤焦油对废轮胎溶胀程度因素对热解工艺的影响。研究表明:(1)煤焦油对废轮胎有较强的溶胀作用,温度、比表面积和轮胎类型等因素都具有显著影响,温度升高和比表面积增大都能加快溶胀进程。(2)废轮胎单纯热解和煤焦油溶胀预处理后废轮胎共热解时,燃料油随着热解温度的升高而增加,升高到550℃热解基本完全。(3)废轮胎单纯热解时,燃料油收率53.60%,热解炭渣收率35.21%。废轮胎:煤焦油质量比为1:1时未经溶胀预处理直接混合共热解,燃料油收率为71.65%,热解炭渣收率为18.63%。煤焦油溶胀预处理后废轮胎共热解在溶胀饱和时,燃料油收率高达78.11%,热解炭渣收率为16.08%。通过馏程、色度、FT-IR以及GC-MS手段对共热解制备的燃料油进行分析,主要成分是苯、甲苯、二甲苯、萘等化合物,同时得到的共热解炭渣疏松多孔易于粉碎。炭黑中含有较多的灰分和硫组分,通过单因素实验方法探讨不同酸、酸浓度、温度、液固比、搅拌速度和搅拌时间等因素对脱灰降硫效果的影响,并采用正交实验方法寻找到最佳工艺参数是煤焦油溶胀预处理废轮胎共热解炭、温度60℃、盐酸浓度2.0mol/L、搅拌时间120min、液固质量比10:1。实验结果表明,炭黑中灰分含量由原来的9.25%降为1.88%,硫含量也由2.13%降为0.96%。通过显微镜和扫描电镜对炭黑表面形貌进行观察,共热解炭黑颗粒多呈现椭球状和鳞片状,且其表面粗糙多孔。通过“相似相溶”的理论对煤焦油溶胀废轮胎的机理进行分析,通过计算机模拟软件计算出煤焦油中溶剂分子苯的溶解度参数为18.5,与实验值18.7很接近。同时计算出煤焦油中溶剂分子在橡胶分子中的扩散系数。利用TG/DTG技术分析废轮胎单纯热解和煤焦油溶胀预处理废轮胎共热解动力学参数,得出废轮胎单纯热解工艺和煤焦油溶胀预处理废轮胎共热解工艺的平均表观活化能分别为186k J/mol和146k J/mol,比较两者平均表观活化能得出煤焦油溶胀预处理废轮胎共热解反应更易于进行。
【关键词】：废轮胎 煤焦油 热解 溶胀 燃料油 炭黑
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ517;TQ127.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 引言10-21
• 1.1 废轮胎资源化利用概述10-15
• 1.1.1 废轮胎的产生及带来的问题10-12
• 1.1.2 废轮胎资源化利用途径12-13
• 1.1.3 废轮胎热解技术研究进展13-15
• 1.2 煤焦油加工概述15-18
• 1.2.1 煤焦油的产生及性质15-16
• 1.2.2 煤焦油加工进展16-18
• 1.3 本课题的选题意义和研究内容18-21
• 1.3.1 本课题研究意义18-19
• 1.3.2 本课题研究创新点19
• 1.3.3 本课题主要研究内容19-21
• 第二章 实验原料与方法21-35
• 2.1 实验原料与分析21-24
• 2.2 实验装置24-25
• 2.3 实验仪器和试剂25-26
• 2.4 实验方案26-28
• 2.4.1 热解实验流程26-27
• 2.4.2 热解炭脱灰降硫实验流程27-28
• 2.5 分析方法28-35
• 2.5.1 热重分析28
• 2.5.2 热解油和炭黑FT-IR官能团分析28-29
• 2.5.3 热解油GC-MS成分分析29
• 2.5.4 热解油色度和安定性分析29-34
• 2.5.5 炭黑总硫含量分析34
• 2.5.6 炭黑表面形貌分析34-35
• 第三章 煤焦油与废轮胎共热解工艺研究35-55
• 3.1 煤焦油与废轮胎共热解工艺条件的确定35-45
• 3.1.1 煤焦油对废轮胎溶胀预处理研究35-39
• 3.1.2 废轮胎与煤焦油单纯热解特性研究39-40
• 3.1.3 温度对共热解产物收率的影响40-41
• 3.1.4 未溶胀预处理废轮胎与煤焦油直接混合共热解特性研究41-42
• 3.1.5 废轮胎溶胀程度对共热解产物收率的影响42-45
• 3.2 热解油分析45-54
• 3.2.1 热解油馏程分析45-46
• 3.2.2 热解油色度和安定性分析46-48
• 3.2.3 热解油FT-IR分析48-49
• 3.2.4 热解油GC-MS成分分析49-54
• 3.3 本章小结54-55
• 第四章 热解炭脱灰降硫工艺研究55-72
• 4.1 热解炭脱灰降硫工艺条件的确定55-65
• 4.1.1 不同酸对酸洗效果的影响55-56
• 4.1.2 盐酸浓度对酸洗效果的影响56-57
• 4.1.3 液固比对酸洗效果的影响57-58
• 4.1.4 搅拌转速和搅拌时间对酸洗效果的影响58-60
• 4.1.5 温度对酸洗效果的影响60
• 4.1.6 粒径对酸洗效果的影响60-61
• 4.1.7 酸液循环次数对酸洗效果的影响61-62
• 4.1.8 正交实验62-65
• 4.2 炭黑产品特性分析65-71
• 4.2.1 炭黑理化性质分析66
• 4.2.2 炭黑中总硫测定66-67
• 4.2.3 炭黑表面观察67-69
• 4.2.4 炭黑FT-IR分析69-71
• 4.3 本章小结71-72
• 第五章 废轮胎溶胀机理及热解动力学分析72-84
• 5.1 废轮胎的溶胀机理72-78
• 5.1.1 分子模拟环境74-75
• 5.1.2 溶解度参数的模拟计算75-76
• 5.1.3 扩散系数的模拟计算76-78
• 5.2 溶胀预处理后废轮胎热解动力学分析78-83
• 5.2.1 热解的TG/DTG曲线分析79-81
• 5.2.2 热解动力学参数计算81-83
• 5.3 本章小结83-84
• 第六章 结论84-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-91
• 攻读学位期间的研究成果91-92

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