1、目目 錄錄緒論緒論廢輪胎膠粉與生物質管式爐共熱解實驗研究廢輪胎膠粉與生物質管式爐共熱解實驗研究廢輪胎熱解中試工藝系統設計廢輪胎熱解中試工藝系統設計利用熱分析研究廢輪胎膠粉的熱解特性利用熱分析研究廢輪胎膠粉的熱解特性整胎與生物質共熱解中試實驗研究整胎與生物質共熱解中試實驗研究結論與展望結論與展望第第1章章 緒論緒論圖圖1-1 2000-2009年年人均人均 GDP 與與“三廢三廢”排放量對比排放量對比1.1 環境問題環境問題圖圖1-2 我國我國“三廢三廢”排放劇增排放劇增第第1章章 緒論緒論1.2 廢輪胎的危害廢輪胎的危害 廢輪胎由廢輪胎由20多種物質組成的高分子彈性材料，多種物質組成的高分子彈

2、性材料，具有很強的具有很強的抗熱、抗生物、抗機械性抗熱、抗生物、抗機械性，埋在地下數，埋在地下數百年都不會降解。百年都不會降解。 容易滋生蚊蟲容易滋生蚊蟲傳播疾病傳播疾病。 由于廢輪胎中的橡膠成份熱值很高，極易引由于廢輪胎中的橡膠成份熱值很高，極易引發發火災火災，而且輪胎燃燒將釋放大量二氧化碳、二氧，而且輪胎燃燒將釋放大量二氧化碳、二氧化硫、硫化氫、苯類、二甲苯類、多環芳烴等化硫、硫化氫、苯類、二甲苯類、多環芳烴等有毒有毒有害氣體有害氣體，產生嚴重的，產生嚴重的黑色污染黑色污染。 2005年我國產生廢輪胎大約為年我國產生廢輪胎大約為1.25億條，約合億條，約合324萬噸，其中萬噸，其中174萬

3、噸廢輪胎被用來土法萬噸廢輪胎被用來土法煉油煉油，排，排放放二氧化硫二氧化硫48萬萬噸，造成嚴重的噸，造成嚴重的環境污染環境污染和巨大的和巨大的經濟損失。經濟損失。圖圖1-3 廢輪胎危害廢輪胎危害第第1章章 緒論緒論國家2010年年2011年年2012年年美洲國家510.1529.1549.1歐洲國家461501.4522.9俄羅斯74.679.283.7非洲/中東4038.740.9中國808.8852.7879.8亞洲其他國家705.7731.5772.1合計248625852717.5增長率/%15.745.1表表1-1 2010-2012年世界橡膠消費量（年世界橡膠消費量（104 t）1

4、.3 廢輪胎的來源廢輪胎的來源圖圖1-5 輪胎結構圖輪胎結構圖圖圖1-6 輪胎橡膠化學組成輪胎橡膠化學組成圖圖1-4 數量巨大的機動車輛數量巨大的機動車輛第第1章章 緒論緒論1.4 廢輪胎的資源化利用廢輪胎的資源化利用圖圖1-7 廢輪胎的資源化利用方式廢輪胎的資源化利用方式1.5 廢輪胎熱解工藝廢輪胎熱解工藝 第第1章章 緒論緒論1.6 技術路線技術路線圖圖1-8 技術路線技術路線第第2章章 利用熱分析研究廢輪胎膠粉的熱解特性利用熱分析研究廢輪胎膠粉的熱解特性2.1 熱分析熱分析 熱重實驗采用的儀器為法國熱重實驗采用的儀器為法國Setaram公司的公司的TGA92熱綜合分析儀。溫度范圍：熱綜合

5、分析儀。溫度范圍：RT1600，升溫速率：，升溫速率：0100/min，冷卻時間：，冷卻時間：25分鐘（分鐘（1600-100），稱），稱重范圍：最大重范圍：最大20克，天平解析度：克，天平解析度：0.02g，測量氣氛：惰性，氧化，靜態，真空，測量氣氛：惰性，氧化，靜態，真空，可抽真空?？沙檎婵?。 圖圖2-1 廢輪胎膠粉廢輪胎膠粉 圖圖2-2 生物質粉末生物質粉末2.2 實驗樣品實驗樣品 本章以膠粉和松木屑顆粒為研究對象，粒徑均為本章以膠粉和松木屑顆粒為研究對象，粒徑均為1-1.6mm，如圖，如圖2-1和和2-2所示。表所示。表2-1分別為膠粉與生物質的工業分析和元素分析。分別為膠粉與生物質的

6、工業分析和元素分析。第第2章章 利用熱分析研究廢輪胎膠粉的熱解特性利用熱分析研究廢輪胎膠粉的熱解特性2.2 實驗樣品實驗樣品原料種原料種類類工業分析工業分析(%)元素分析元素分析(%)MadVadAadFCadCHNSO生物質6.2578.950.7614.0452.35.820.24038.81廢輪胎2.0067.505.3025.2088.568.270.411.431.33表表2-1 廢輪胎與生物質的工業分析和元素分析廢輪胎與生物質的工業分析和元素分析2.3 實驗內容實驗內容采用輪胎膠粉、以及膠粉與生物質采用輪胎膠粉、以及膠粉與生物質1:1的混合物作為實驗樣品，用量均為的混合物作為實驗樣

7、品，用量均為10 mg；采用高純氮氣；采用高純氮氣( (99.999 %) )作為載氣，其流量為作為載氣，其流量為100 ml/min；升溫速率為；升溫速率為10 /min、50 /min和和100 /min。將樣品以不同的升溫速率由室溫加熱至。將樣品以不同的升溫速率由室溫加熱至至至1000 ，并恒溫，并恒溫30 min。2.4 結果和討論結果和討論圖圖2-3 膠粉在膠粉在10 /min的升溫率下熱重曲線的升溫率下熱重曲線圖圖2-4 膠粉在膠粉在50 /min的升溫率下熱重曲線的升溫率下熱重曲線圖圖2-5 膠粉在膠粉在100 /min的升溫率下熱重曲線的升溫率下熱重曲線圖圖2-6 升溫速率對膠

8、粉熱解升溫速率對膠粉熱解TG曲線的影響曲線的影響第第2章章 利用熱分析研究廢輪胎膠粉的熱解特性利用熱分析研究廢輪胎膠粉的熱解特性干燥半焦縮聚主要熱解初始熱解升溫速率增加熱滯后加劇產生失重后移丁苯橡膠順丁橡膠天然橡膠順丁橡膠2.4 結果和討論樣品溫度（）失重（%）nAE（kJ/mol）REm(kJ/mol)廢輪胎23039545.761/31.99E+0845.860.997943.2439549747.3211.02E+0838.730.99894976686.8222.09E+1560.210.9977表表2-2 廢輪胎熱解動力學參數廢輪胎熱解動力學參數圖圖2-7 在在10 /min的升溫速

9、率下膠粉的升溫速率下膠粉和混合物的失重和混合物的失重TG曲線曲線圖圖2-8 在在10 /min的升溫速率下膠粉的升溫速率下膠粉和混合物的失重和混合物的失重DTG曲線曲線第第2章章 利用熱分析研究廢輪胎膠粉的熱解特性利用熱分析研究廢輪胎膠粉的熱解特性生物質比輪胎更容易熱解加入生物質失重前移共熱解生物質熱解已經結束主要是輪胎熱解第第3章章 廢輪胎膠粉與生物質管式爐共熱解實驗研究廢輪胎膠粉與生物質管式爐共熱解實驗研究3.1 實驗裝置圖圖3-1 管式爐結構簡圖管式爐結構簡圖圖圖3-3 氣體凈化系統氣體凈化系統圖圖3-2 管式爐管式爐 3.2 實驗樣品實驗樣品 本實驗使用的膠粉和生物質同本實驗使用的膠粉

10、和生物質同2.2.1中實驗樣品，其元素分析和工業分析中實驗樣品，其元素分析和工業分析見表見表2-1廢輪胎與生物質的工業分析和元素分析。廢輪胎與生物質的工業分析和元素分析。3.3 實驗內容實驗內容第第3章章 廢輪胎膠粉與生物質管式爐共熱解實驗研究廢輪胎膠粉與生物質管式爐共熱解實驗研究1純生物質在純生物質在700 、800 、900 、1000 時的熱解特性時的熱解特性2膠粉質量含量為膠粉質量含量為25%的混合原料，分別在的混合原料，分別在700 、800 、900 、1000 研究溫度對混合原料熱解特性的影響研究溫度對混合原料熱解特性的影響3膠粉與生物質在不同質量比下共熱解特性，熱解溫度為膠粉與

11、生物質在不同質量比下共熱解特性，熱解溫度為900 混合物中膠粉質量含量分別為混合物中膠粉質量含量分別為0、25%、35%、50%3.4 結果和討論結果和討論圖圖3-4 溫度對生物質熱解產物產率的影響溫度對生物質熱解產物產率的影響圖圖3-5 溫度對溫度對H2、CO、CH4的影響的影響圖圖3-6 溫度對生物質熱解氣熱值的影響溫度對生物質熱解氣熱值的影響第第3章章 廢輪胎膠粉與生物質管式爐共熱解實驗研究廢輪胎膠粉與生物質管式爐共熱解實驗研究溫度升高，氣體產率增加，液體、溫度升高，氣體產率增加，液體、固體產率減少。固體產率減少。溫度升高，溫度升高， H2含量增加，含量增加，CO略略有增加，有增加，CH

12、4先增后減。先增后減。溫度升高，氣體熱值先增后減，溫度升高，氣體熱值先增后減，900熱值最大。熱值最大。3.4 結果和討論結果和討論圖圖3-7 溫度對混合物熱解產物產率的影響溫度對混合物熱解產物產率的影響圖圖3-8 溫度對溫度對H2、CO、CH4的影響的影響圖圖3-9 溫度對熱解氣熱值的影響溫度對熱解氣熱值的影響第第3章章 廢輪胎膠粉與生物質管式爐共熱解實驗研究廢輪胎膠粉與生物質管式爐共熱解實驗研究溫度升高，氣體產率增加，液體、溫度升高，氣體產率增加，液體、固體產率減少。固體產率減少。溫度升高，溫度升高， H2含量增加，含量增加，CO、CH4變化趨勢不明顯。變化趨勢不明顯。溫度升高，氣體熱值先

13、增后減，溫度升高，氣體熱值先增后減，且比生物質熱解氣熱值高很多。且比生物質熱解氣熱值高很多。3.4 結果和討論結果和討論圖圖3-10 膠粉質量含量膠粉質量含量對產物產率的影響對產物產率的影響圖圖3-11 膠粉質量含量膠粉質量含量對對H2、CO、CH4的影響的影響圖圖3-12 膠粉質量含量對熱解氣熱值的影響膠粉質量含量對熱解氣熱值的影響第第3章章 廢輪胎膠粉與生物質管式爐共熱解實驗研究廢輪胎膠粉與生物質管式爐共熱解實驗研究膠粉增多，氣體產率減少，液體、膠粉增多，氣體產率減少，液體、固體產率增加。固體產率增加。膠粉增多，膠粉增多， H2、CH4含量增加，含量增加，CO減少。減少。膠粉增多，氣體熱值

14、呈明顯的增膠粉增多，氣體熱值呈明顯的增加趨勢。加趨勢。第第4章章 廢輪胎熱解中試工藝系統設計廢輪胎熱解中試工藝系統設計4.1 廢輪胎與生物質共熱解熱化學過程廢輪胎與生物質共熱解熱化學過程熱解過程中涉及到的反應熱解過程中涉及到的反應廢輪胎和生物質氣化劑（空氣）熱解反應器（熱解反應）燃氣（H2、CH4、CO等）+焦油+煙塵燃氣凈化化工原料能源利用燃氣或發電炭+鋼絲（1）碳的氧化反應）碳的氧化反應 C + O2 CO2 + 408.8 kJ/mol 2C + O2 2CO + 231.4 kJ/mol（2）碳與水蒸汽的反應碳與水蒸汽的反應 C + H2O CO + H2 - 131.39kJ/mol

15、 C + 2H2O CO2 + 2H2 - 90.196kJ/mol（3）碳與二氧化碳反應）碳與二氧化碳反應 CO2 + C 2CO - 162.41kJ/mol（4）甲烷生成反應）甲烷生成反應 C + 2H2 CH4 + 74.9 kJ/mol CO + 3H2 CH4 + H2O -206.2kJ/mol圖圖4-1 廢輪胎與生物質熱化學轉化示意圖廢輪胎與生物質熱化學轉化示意圖4.2 熱解系統及熱解爐設計方案熱解系統及熱解爐設計方案圖圖4-2 熱解系統流程圖熱解系統流程圖圖圖4-3 熱解爐結構示意圖熱解爐結構示意圖1-水夾套進口；水夾套進口；2-水夾套；水夾套；3-水槽；水槽；4-水槽溢流口

16、；水槽溢流口；5-安全栓；安全栓；6-爐蓋；爐蓋；7-熱解氣出口；熱解氣出口；8-熱電偶接口；熱電偶接口；9-進氣口；進氣口；10-灰箱灰箱1-鼓風機；鼓風機；2-玻璃轉子流量計；玻璃轉子流量計；3-熱解爐；熱解爐；4-一號燃燒一號燃燒器；器；5-二號燃燒器；二號燃燒器；6-引風機；引風機；7-炭慮罐；炭慮罐；8-水洗罐；水洗罐；9-溢水管；溢水管；10-進水管；進水管；11-灰箱灰箱第第4章章 廢輪胎熱解中試工藝系統設計廢輪胎熱解中試工藝系統設計4.3 熱解爐設計熱解爐設計圖圖4-4 185/60R14 82H型輪胎外形尺寸型輪胎外形尺寸 圖圖4-5熱解室內輪胎放置示意圖熱解室內輪胎放置示意

17、圖 熱解爐主要參數如下，設計溫度為熱解爐主要參數如下，設計溫度為800 ，爐頂水封壓力為，爐頂水封壓力為1.96 kPa，設計進氣，設計進氣量為量為3577 Nm3/h，可調節空氣當量比，可調節空氣當量比0.150.3，出氣量為，出氣量為70200 Nm3/h，熱解室內，熱解室內徑徑650 mm，有效裝料高度，有效裝料高度740 mm，生物質最大裝料量，生物質最大裝料量55 Kg。圖圖4-6 反燒式固定床熱解爐反燒式固定床熱解爐第第4章章 廢輪胎熱解中試工藝系統設計廢輪胎熱解中試工藝系統設計第第5章章 整胎與生物質共熱解中試實驗研究整胎與生物質共熱解中試實驗研究5.1 實驗裝置實驗裝置圖圖5-

18、1 廢輪胎和生物質共熱解系統廢輪胎和生物質共熱解系統5.2 實驗樣品實驗樣品圖圖5-2 廢輪胎原料廢輪胎原料圖圖5-3 生物質生物質原料原料5.3 實驗方案實驗方案表表5-1整胎與生物質共熱解中試實驗方案整胎與生物質共熱解中試實驗方案實驗實驗輪胎輪胎數量數量輪胎輪胎放置放置生物質生物質（Kg）輪胎質量輪胎質量含量（含量（%）進氣量進氣量（m3/h）當量比當量比第一組0.5圖5-4 a506.89600.23第二組1圖5-4 b5012.89600.23第三組1.5圖5-4 c5018.17600.23第四組1.5圖5-4 c5018.17510.2第五組1.5圖5-4 c5018.17380.

19、15第六組0-500600.23第七組2圖5-4 d5022.84510.2第八組2圖5-4 d5022.84460.18第第5章章 整胎與生物質共熱解中試實驗研究整胎與生物質共熱解中試實驗研究5.3 實驗方案（a）圖圖5-4 裝料示意圖裝料示意圖（b）（c）（d）第第5章章 整胎與生物質共熱解中試實驗研究整胎與生物質共熱解中試實驗研究5.4 結果與討論結果與討論圖圖5-7 輪胎質量含量對熱解氣中輪胎質量含量對熱解氣中CH4的影響的影響圖圖5-8 輪胎質量含量對熱解氣熱值的影響輪胎質量含量對熱解氣熱值的影響圖圖5-5 輪胎質量含量對熱解氣中輪胎質量含量對熱解氣中H2的影響的影響圖圖5-6 輪胎

20、質量含量對熱解氣中輪胎質量含量對熱解氣中CO的影響的影響第第5章章 整胎與生物質共熱解中試實驗研究整胎與生物質共熱解中試實驗研究當量比為當量比為0.23時，時，輪胎增多，輪胎增多， H2、 CO、 CH4、燃、燃氣熱值都氣熱值都會增加。會增加。5.4 結果與討論結果與討論圖圖5-12 空氣當量比對熱解氣熱值的影響空氣當量比對熱解氣熱值的影響圖圖5-9 空氣當量比空氣當量比對熱解氣中對熱解氣中H2的影響的影響圖圖5-10 空氣當量比空氣當量比對熱解氣中對熱解氣中CO的影響的影響第第5章章 整胎與生物質共熱解中試實驗研究整胎與生物質共熱解中試實驗研究圖圖5-11 空氣當量比空氣當量比對熱解氣中對熱

21、解氣中CH4的影響的影響當量比在0.15-0.23之間變化時，H2、CH4在大當量比是含量較多，CO在ER=0.15是含量最大。氣體熱值ER=0.23時，有最大值，6.7MJ/Nm35.4 結果與討論結果與討論（輪胎處理效果）（a）輪胎）輪胎0.5個個 ER=0.23圖圖5-13 不同條件下輪胎處理效果不同條件下輪胎處理效果（b）輪胎）輪胎1個個 ER=0.23（c）輪胎）輪胎1.5個個 ER=0.23（d）輪胎）輪胎1.5個個 ER=0.20（e）輪胎）輪胎1.5個個 ER=0.15 （f）輪胎）輪胎2個個 ER=0.20（g）輪胎）輪胎2個個 ER=0.18第第5章章 整胎與生物質共熱解中

22、試實驗研究整胎與生物質共熱解中試實驗研究第第6章章 結論與展望結論與展望6.1 結論（a）熱分析結果表明，廢輪胎的熱解過程可分為四個階段：）熱分析結果表明，廢輪胎的熱解過程可分為四個階段：干燥階段干燥階段（溫度范圍（溫度范圍30160 ），失），失重量約占總質量的重量約占總質量的3%；熱解初始階段熱解初始階段（160230 ），有微小失重；），有微小失重；主要熱解階段主要熱解階段（230495 ），），該階段反應劇烈，失重量達到該階段反應劇烈，失重量達到48.2%；半焦縮聚反應階段半焦縮聚反應階段(4951000 )，以縮聚反應為主，以縮聚反應為主，就是剩就是剩余固體轉化成焦炭，余固體轉化成焦

23、炭，失重量約為失重量約為4.38%。（c）反燒式固定床熱解爐中整胎與生物質共熱解的實驗結果表明，）反燒式固定床熱解爐中整胎與生物質共熱解的實驗結果表明，利用反燒式固定床進行整胎與利用反燒式固定床進行整胎與生物質的共熱解是可行的，但是生物質的共熱解是可行的，但是整胎熱阻和氣阻較大整胎熱阻和氣阻較大，生物質比輪胎更易熱解生物質比輪胎更易熱解，使得輪胎完全熱，使得輪胎完全熱解所需時間更長。增大廢輪胎質量含量使得熱解氣體熱值提高，廢輪胎質量含量由解所需時間更長。增大廢輪胎質量含量使得熱解氣體熱值提高，廢輪胎質量含量由6.89%增大至增大至18.17%時，對應的時，對應的氣體熱值由氣體熱值由5.4 MJ/Nm3增大至增大至6.7 MJ/Nm3；本裝置的床層布置要求頂層和底層；本裝置的床層布置要求頂層和底層生物質厚度都不小于生物質厚度都不小于150mm，廢輪胎的，廢輪胎的質量含量最大值為質量含量最大值為22.84%。（b）廢輪胎膠粉和生物質管式爐共熱解實驗結果表明，溫度是影響廢輪胎熱解的重要因素，當熱）廢輪胎膠粉和生物質管式爐共熱解實驗結果表明，溫度是影響廢輪胎熱解的重要因素，當熱解終