輪胎裂解工程分析

輪胎裂解工程分析1工藝原理簡(jiǎn)述本項(xiàng)目的核心工藝為廢輪胎的熱裂解處理工藝。輪胎主要由橡膠（包括天然橡膠、合成橡膠）、炭黑及多種有機(jī)、無(wú)機(jī)助劑（包括增塑劑、防老劑、硫磺和氧化鋅等）組成。廢輪胎的熱裂解是指在無(wú)氧或缺氧工況及適當(dāng)?shù)臏囟认?，橡膠中主鏈具有不飽和鍵的高分子斷裂，產(chǎn)物主要是單體、二聚物和碎片，生成物再聚合為多種烯烴，從而脫出揮發(fā)性物質(zhì)并形成固體炭的過(guò)程，其產(chǎn)物主要是燃料油、裂解氣等可貯存性能源和炭黑、鋼絲，各產(chǎn)物成分隨熱解方式、熱解溫度等變化而不同。裂解方程式如下：（-CH2-CH2-）nn[C+H2+CH4+C2H6+C3H8+C4H10+…+C11H24+…C20H42+…]（說(shuō)明：C5H12?C11H24為汽油餾分，C12H26?C20H42為柴油餾分，C20以上為重油）本項(xiàng)目輪胎熱解溫度為200~450℃，熱解爐采用爐外加熱、微負(fù)壓、貧氧熱裂解工藝操作，爐體密閉，在生產(chǎn)過(guò)程中確保氣體不外泄，提高熱裂解效率，同時(shí)從根本上消除了生產(chǎn)過(guò)程中由于氣體外泄而引起的不安全隱患和二次污染。2生產(chǎn)工藝流程本項(xiàng)目主要原料為外購(gòu)的干凈廢舊輪胎（每條已切成4~5塊），無(wú)需清洗、破碎、抽鋼絲等預(yù)處理工序，直接經(jīng)人工進(jìn)料進(jìn)入裂解爐內(nèi)，進(jìn)料工段約2小時(shí)，每天進(jìn)料10t。裂解爐內(nèi)是一個(gè)持續(xù)升溫的環(huán)境，爐體內(nèi)部在4小時(shí)內(nèi)升溫至200~300℃，此時(shí)裂解氣開(kāi)始處于穩(wěn)定生成狀態(tài)，接下來(lái)的5~8小時(shí)內(nèi)溫度緩慢爬升，當(dāng)溫度到達(dá)450℃時(shí)，可認(rèn)為輪胎裂解已基本完成。裂解過(guò)程中產(chǎn)生大量煙氣，其成分主要包含重油（液態(tài)）、輕油（氣態(tài)）、裂解氣和少量水蒸氣等，煙氣經(jīng)管道流入分汽包。在分汽包內(nèi)，重油（約占廢輪胎質(zhì)量的2%）下沉至渣油罐，通過(guò)油泵儲(chǔ)存在儲(chǔ)油罐內(nèi)；氣態(tài)成分經(jīng)管道進(jìn)入循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。在管道內(nèi)冷卻后的煙氣分為液體和氣體，其中氣體為裂解氣，液體為輕油和水的混合物。液體流入油水分離器，分離出的輕質(zhì)油分經(jīng)油泵進(jìn)入油罐儲(chǔ)存，少量含油廢水經(jīng)霧化后噴入裂解爐燃燒室作為燃料使用；裂解氣經(jīng)管道輸送至裂解爐燃燒室作為燃料使用。經(jīng)過(guò)12小時(shí)的裂解，除燃料油、裂解氣外，裂解爐內(nèi)還會(huì)生成炭黑和鋼絲。爐體停止加熱后，項(xiàng)目采用空氣冷卻的方式，通過(guò)風(fēng)機(jī)抽風(fēng)不斷帶走爐體外壁熱量，冷卻工段持續(xù)時(shí)間約8小時(shí)。待爐體冷卻至45~55℃，操作人員打開(kāi)進(jìn)料門(mén)上的出鋼絲口（1.1m某1.7m）,將纏繞在一起的鋼絲整體拖出。由于本項(xiàng)目輪胎進(jìn)料時(shí)為整條輪胎，無(wú)切割破碎工段，裂解過(guò)程中爐體不停轉(zhuǎn)動(dòng)，因此出料時(shí)鋼絲絞結(jié)在一起，鋼絲上沾結(jié)的少量炭黑經(jīng)輕敲就能落下，鋼絲出料后直接打包外運(yùn)。然后關(guān)閉出鋼絲口，打開(kāi)炭黑出料口（直徑約0.4m），與封閉式螺旋出渣機(jī)對(duì)接，炭黑（粒徑約80?100目）出料后直接進(jìn)入包裝袋，經(jīng)磅秤稱重后包裝出廠。每臺(tái)設(shè)備的炭黑鋼絲出料時(shí)間分別為2小時(shí)。整個(gè)輪胎裂解流程的總時(shí)間為24小時(shí)。3關(guān)于二嗯英：二嗯英主要是物質(zhì)中存在的氯源和不完全燃燒造成的，氧氣、氯元素和金屬元素是生成二嗯英的必備條件。其中氯源（如PVC、氯氣、HCl等）是二嗯英產(chǎn)生的前驅(qū)物，金屬元素如（Cu、尸?）為二嗯英產(chǎn)生的催化劑。當(dāng)燃燒溫度低于800℃，煙氣停留時(shí)間小于2時(shí)，燃燒物中部分有機(jī)物就會(huì)與分子氯或氯游離基反應(yīng)生成二嗯英。本項(xiàng)目熱裂解過(guò)程溫度為200~450℃，裂解過(guò)程為貧氧環(huán)境，不是燃燒；裂解氣燃燒過(guò)程中，燃燒溫度高于1100℃,高于二嗯英的生成溫度；項(xiàng)目裂解的廢輪胎中不含有機(jī)或無(wú)機(jī)氯（輪胎生產(chǎn)時(shí)用到的添加劑中不含氯，橡膠主要采用天然橡膠和合成橡膠，均為非氯丁橡膠）；不存在金屬陽(yáng)離子作為催化劑。因此本項(xiàng)目生成過(guò)程不具備生成二嗯英的條件?？烧J(rèn)為本項(xiàng)目裂解過(guò)程幾乎不產(chǎn)生二嗯英。4、總物料平衡5、硫元素平衡本項(xiàng)目輪胎原料中S占去除鋼絲后輪胎重量的1.64%,燃料中S占a%考慮到含S氣體會(huì)引起大氣環(huán)境的污染，本次評(píng)價(jià)最終確定S元素在各產(chǎn)物中的分布如下：裂解氣2.2%，燃料油35%，炭黑62.8%，鋼絲0%。煙氣中含SO2完全燃燒2H2S+3O2二點(diǎn)燃=2SO2+2H2O（按95%計(jì)）不完全燃燒2H2S+O2=點(diǎn)燃=2S+2H2O（按3%計(jì)）6熱量平衡根據(jù)《廢舊輪胎熱解過(guò)程的能耗分析》，1kg廢舊熱裂解所需的能量為1994J,熱裂解裝置的熱量利用率按80%計(jì)，則經(jīng)計(jì)算可知本項(xiàng)目3.4萬(wàn)噸廢舊輪胎全部裂解所需的能量為8.475某1010J/a。根據(jù)熱量平衡可知，項(xiàng)目采用裂解氣、煤燃料為輪胎熱裂解提供所需的熱量完全可行，另外裂解氣燃燒生成的熱量中約有21.6%的熱量損耗掉。7、裂解氣和燃料燃燒廢氣（G1）輪胎熱解氣主要為烴類，另外還有少量的CO、NO、CO2和H2S。烴類組分主要為甲烷，NO某主要以NO的形式存在，H2s的含量較低，熱解氣可視為一種較清潔的燃料。表3-10輪胎裂解氣燃燒廢氣污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)單位：mg/m3監(jiān)測(cè)項(xiàng)濃度監(jiān)測(cè)項(xiàng)濃度顆粒物9.6SO2259銅1.5某10-4NO某73鋅1.1某10-3硫化氫臭氣濃度丙酮2.7某10-3苯0.141二甲苯0.103甲苯0.316丙烯0.427V9.9某10-31650（無(wú)量綱）4.48非甲烷總烴顆粒物成分：主要包括鐵、鉛、鋅、銅、鎳等，含量0.2某10-4mg/m3~5.5某10-4mg/m3裂解氣密度（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）約為0.714kg/m3,標(biāo)準(zhǔn)狀況下1t裂解氣的體積為1.4某103m3,則本項(xiàng)目年產(chǎn)裂解氣4.2某106m3/a。由于裂解氣的熱值與天然氣相當(dāng)，根據(jù)《產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)4430工業(yè)鍋爐產(chǎn)排污系數(shù)表-燃?xì)夤I(yè)鍋爐》計(jì)算廢氣產(chǎn)生量為5.712某107m3/a。本項(xiàng)目裂解氣燃燒廢氣經(jīng)堿式噴淋脫硫除塵凈化塔處理后通過(guò)15m高的排氣筒排放。表3-12裂解氣燃燒污染物產(chǎn)生、排放情況排放污染源高度污染物煙塵二氧化硫裂解爐燃燒室、廢氣燃燒室氮氧化物H2s15m非甲烷總烴苯甲苯二甲苯產(chǎn)生濃度mg/m39.6353734.14.480.1410.3160.103排放濃度mg/m31.44106584.14.480.1410.3160.103排氣筒排放速率kg/h凈化效率%857020標(biāo)準(zhǔn)限值mg/m320200200——1200124070kg/h3.52.60.770.33100.53.11.00.0050.360.20.0140.0150.00060.00120.0003裂解氣燃燒廢氣經(jīng)處理后，煙塵、SO2、NO某排放濃度能達(dá)到《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中新建企業(yè)工業(yè)爐窯常規(guī)大氣污染物排放濃度限值要求，非甲烷總烴、苯、甲苯、二甲苯的排放濃度和排放速率能夠滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-1996)中的標(biāo)準(zhǔn)要求，H2s的排放速率和臭氣濃度的排放能夠滿足《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB14554—93)中的標(biāo)準(zhǔn)要求