废轮胎微波热解过程及产物分布特性试验研究

发布时间：2019-11-15 02:09

【摘要】：随着汽车工业的发展和生态环境的恶化,汽车轮胎报废引起的废轮胎闲置、堆积已成为一个重要的社会、环境问题。废轮胎常规热解的主要问题是结焦、热效率低,根本原因在于温度场不均匀,而微波加热具有选择性,可以整体加热物料,显著改善物料温度分布情况,同时结合轮胎中炭黑、钢丝与微波的耦合作用,本文提出微波辅助废轮胎热解的方法,主要从废轮胎微波热解过程以及产物分布特性等方面进行了探究。本文进行废轮胎微波热解过程试验,探究了热解产物随热解时间的动态变化特性。发现随热解时间加长,热解气产率逐渐提高,热解时间由10min增加到20min时,热解油和热解炭产率变化明显,固体产物的产率从54%大幅降低到44.8%,热解油产率由37.7%增大到44.2%。根据热解气的变化规律,大致将热解过程分为三个阶段;随时间增加,热解油产率明显提高,小分子物质比例增高,大分子油比例降低,时间继续增大到30min,小分子油比例略有降低,而多环物质含量增高;热解炭的热解程度随时间逐渐加深,反应器中心部分样品较边缘部分优先参与热解。此外,进行了微波热解和常规热解过程的对比,发现微波热解的最终失重率较常规热解提高了约12个百分数,废轮胎微波热解主要热解阶段的活化能(44.38kJ/mol)低于常规热解(58.75kJ/mol),体现了微波热解废轮胎的优势。本文还探究了不同因素对热解产物分布特性的影响。一方面,进行不同功率下废轮胎胶粉热解试验,随功率增大,热解炭产率由270W的48.8%逐渐降到720W的41%,热解油在450W时产率最高,高达45%,高功率下热解气产率明显增加,720W达到18%,且随功率增大,热解气中H2,CH4等小分子物质比例增高,热解油中BTX类物质呈现上升趋势,热解炭中挥发分逐渐降低,热解程度加深,且固体中Zn元素的固硫作用加强。另一方面,考虑到微波热解不仅局限于胶粉,对块状废旧轮胎的热解效果及机理也进行了深入研究,发现相比于同功率下胶粉热解产物,轮胎块热解气产率明显增多,提高了约4个百分数,热解气中H2含量降低。轮胎块热解油和热解炭的成分及比例与胶粉热解产物类似。此外,探究了钢丝添加下热解产物分布特性,并与无钢丝添加下产物进行对比。发现添加钢丝后提高功率,胶粉热解气和热解油产率的变化尤为明显,热解气产率大幅增高,最高可达35.3%,同时油气产物中小分子物质比例增多,热解油中多环芳烃的比例也呈现上升趋势,热解炭挥发分和H元素含量降低,热解程度加深。与带钢丝轮胎块热解产物对比,发现轮胎块的热解气中H2含量仍较低,热解油中苯、甲苯和柠檬烯等产物的比例明显减低,热解炭区别较小。与无钢丝添加下产物对比发现,添加钢丝有利于深化热解程度,提高小分子物质含量,但对于某些对高温敏感的物质的产生有不利影响,如柠檬烯等。最后,针对热解油中含量最丰富的高附加值产物——柠檬烯,着重研究其产出特性,探究了微波功率、载气流速、轮胎粒径、有无钢丝添加对废轮胎微波热解中柠檬烯产率的影响,发现较低的微波功率(450W),较高的载气流速(1.5L/min)和较小的轮胎粒径(0.6mm)以及无钢丝添加时有利于柠檬烯的产出,试验中柠檬烯在原料样品中的总产率最高可达5.97%,热解油中柠檬烯总产率最高可达15.16%。
【图文】：

图２－１胶粉、带钢丝轮胎块和去除钢丝轮胎块的实物图逡逑

废轮胎微波热解过程及产物分布特性试验研究

图２－２试验装置示意图逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X705

【参考文献】