废旧轮胎催化热解的相关基础研究

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废旧轮胎的大量产生给人类生存的环境带来了巨大的压力。废旧轮胎的处理方式有露天堆放和填埋,这两种方式浪费轮胎资源且占用土地。焚烧虽然可以回收废旧轮胎中储藏的热能,但是会带来大气污染。轮胎翻新的次数有限,而生产再生胶二次污染严重。废旧轮胎热解是在无氧或缺氧的条件下对废旧轮胎加热分解,它不仅可以处理废旧轮胎,而且能够回收热解后的产物。本文主要研究了废旧轮胎的催化热解和热解后的油品组分,并且探讨了热解残渣制备活性炭技术。 首先选用两段法固定床反应器对废旧轮胎进行热解。轮胎在第一段热解反应炉内热解产生高温气态反应物质,然后经过第二段催化反应炉进行催化反应。本实验中使用两种催化剂,一种是ZSM-5分子筛,一种是超稳分子筛(USY>。热.解过程中各个热解因素(热解温度、催化温度、催化剂/轮胎比例和热解升温速率)影响着废旧轮胎热解的产物产率,本文对此进行了研究分析。研究表明,热解后的固体残渣产率受到各个热解因素的影响不大,在37%左右。当热解温度为500℃时,非催化热解得到的油品产率为52.0%,气体产率为11.7%。当有催化剂存在时,废旧轮胎热解的油品产率有很大的下降,并伴随着气体产率的增加。随着催化温度、催化剂/轮胎比例的增加,油品的产率下降。 其次,对废旧轮胎热解产生的油品进行组分分析。本实验中使用气质联用方法分析了含USY催化剂,且在热解温度、催化温度以及催化剂/轮胎比例为500℃、400℃和0.5情况下,沸点在280℃之前的蒸馏油品。油品中成分非常复杂,含有大量的有机物。分析油品中单环芳香烃的含量达到62%,这其中包括1.23%的苯,9.35%的甲苯,3.68%的乙苯,12.64%的二甲苯以及1.81%的柠檬烯。 通过使用气质联用比较废旧轮胎非催化和催化热解后的油品,发现含有较强活性的USY催化剂得到的油品中芳香烃的含量最高,其中烷基苯在馏分小于220℃的油品中的含量达到了83.28%。因此,在废旧轮胎热解过程中,使用催化活性较强的催化剂(USY分子筛),可以提高油品中商业价值很高的苯、甲苯、二甲苯以及其他芳香烃的含量,并以此来提高废旧轮胎热解技术的可行性。 最后,对废旧轮胎热解后的固体残渣进行了活性炭制备试验,研究了造粒和未造粒活性炭对碘和亚甲基蓝的吸附性能。还探索了固体残渣的预处理对制备的活性炭的影响。预处理的方式是在1mol/L的HCI、H<,2>SO<,4>、NaOH和HNO<,3>在常温下浸渍24h,或者在沸腾的状态下浸渍2h。研究结果表明废旧轮胎热解残渣制备的活性炭具有一定的碘和亚甲基蓝吸附性能。随着活化温度和活化时间的增加,其碘和亚甲基蓝的吸附值增加。但是其碘吸附值不高,表现出较差的微孔性能。在一定条件下制备的活性炭具有与商业活性炭可比拟的中孔吸附性能。因为在活化温度为1100℃,活化时间为1h时,未造粒活性炭的亚甲基蓝的吸附值大达到142mg/g。造粒活性炭和未造粒活性炭的吸附性能差别不大。且经过预处理后制备的活性炭的吸附性能与文献中报道的不同,有的表现出更差的吸附性能。但是经过预处理制备的活性炭具有更高的机械强度。总之,本文的研究表明,废旧轮胎热解以及其固体残渣制备活性炭技术是可行的,且具有很大的发展潜力,符合循环经济发展理念。
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