3.2　國外廢輪胎熱解工藝

將廢輪胎經預處理后送入熱解反應器，在反應器內進行熱分解反應。氣態產物進入油氣分離回收系統，實現油氣分離，并可冷凝出輕質餾分、中質餾分和重質餾分等。固態產物經磁選使粗炭黑與鋼絲分離，粗炭黑經進一步加工處理可制得活性炭或炭黑。通常的熱解工藝過程如圖3-11所示。由于處理方法不同，熱解所得氣態、液態和固態產物收率也有差異。

國外對廢輪胎熱解技術的研究較國內成熟。1994年美國在廢橡膠熱解方面獲得專利權的有34家。1997年美國對該技術的立項多達30多項。無論是在廢輪胎熱解特性還是在熱解技術中適合工業化應用研究方面，國外學者都走在前列。隨著廢輪胎熱解技術研究的不斷深入，研究方向已從批量、小型試驗逐漸進入連續式、中試階段，部分還實現了工業化示范生產和商業化運行。國際上先后出現了諸多不同工藝的非輪胎熱解商業運行工業化生產系統，根據處理要求的不同，處理規模從每天數噸到數百噸不等。目前在廢輪胎中試熱解研究領域中，國外有代表性的熱解工藝包括真空移動床、兩段移動床、流化床、連續燒蝕床和回轉窯熱解工藝等，如表3-1所示。

3.2.1　固定床熱解工藝

目前，國外廢輪胎的固定床熱解裝置如圖3-12所示，主要包括日本JCA公司的熱解釜裝置，產物為燃料油和燃料氣；日本油脂公司采用美國ND熱解爐（外熱式）裝置，熱解原料為粒徑10cm、不去鋼絲的廢輪胎顆粒，產物為油和炭黑；美國ECO公司的管式爐熱解裝置，熱解原料為粒徑2.54cm的廢輪胎顆粒，產物為炭黑和油；德國VEBA OEL技術中心的熱解爐加氣化爐熱解裝置，熱解原料粒徑小于200mm，產物為燃料油和焦炭；英國Leeds大學P.T.Williams等開發了噸級批量廢輪胎熱解系統。固定床熱解系統為批量給料，不能長期連續運行，而且熱解條件不易長期保持，整胎熱解導致金屬絲在床內纏繞等問題也亟待解決。

3.2.2　真空移動床熱解工藝

移動床熱解工藝屬于慢速熱解工藝，加拿大Laval大學C.Roy等長期從事非輪胎真空熱解方面的研究。1987年，C.Roy等在Saint-Amable建立了一個處理量為200kg/h的小型處理廠進行中試試驗，其系統流程圖如圖3-13所示，整個系統可連續運行，廢輪胎破碎成大塊片狀物送入熱解爐。該熱解技術可減少熱解中間產物的二次反應，從而提高熱解油得率；低壓有利于減少熱解炭上附著的含碳殘留物，從而提高其作為炭黑重新使用的可能性；熱解油中輕質石腦油的含量較高，既提高了過程的經濟性，又有利于提高燃料油的辛烷值；可處理大塊廢輪胎且不需除去鋼絲和纖維簾線。缺點是熱解爐的供熱方式為外熱式，傳熱效率較低，整個系統不能滿負荷工作。

3.2.3　兩段移動床熱解工藝

比利時ULB大學的Cypres和Betterns等人開發的兩段移動床熱解系統是由鏈條式熱解一次反應器和揮發相二次熱解反應器組成，如圖3-14所示。熱解反應器是鏈條式移動床，溫度控制在450～500℃，緊接著布置的二次管式氣相熱解反應器的溫度為700～800℃。熱解反應器內用氮氣吹掃。該工藝的主要目的是回收液體油品中的苯、甲苯、二甲苯和苯乙烯等工業價值較高的產品。熱解產物中熱解油的質量分數為37％～42％，熱解炭的質量分數為42％～45％，熱解氣的質量分數為16％～20％。既保證了較低熱解溫度下熱解炭的收率和品質，又可利用高溫下二次芳香化反應得到價值較高的輕質芳烴。

3.2.4　流化床熱解工藝

流化床熱解工藝如圖3-15所示，屬于快速熱解工藝，特點是加熱速率快、反應迅速、氣相停留時間短，因此熱利用效率高，同時可以減少二次反應的發生，熱解油產率較高。日本瑞翁公司采用流化床熱解裝置，熱解原料為粒徑5cm以下去鋼絲的廢輪胎顆粒，產物為燃料油和碳化物。德國LI公司采用流化床加活化爐熱解裝置，熱解產物為活性炭、熱解油和鋼絲。德國漢堡大學W.Kaminsky等開發的流化床熱解工藝具有代表性，該熱解系統采用間接加熱方式，熱解產物為炭黑、熱解油和鋼絲。利用較高的熱解溫度（700～800℃）進行二次芳香化反應，可以回收利用苯族化合物和苯乙烯等。

為了降低流化床熱解溫度從而降低能耗，W.Kaminsky等在500℃和600℃下利用流化床熱解技術開展低溫輪胎熱解試驗，使用氮氣作為流化氣。結果表明，溫度從500℃升到600℃，氣體和炭黑產量大幅度提高，且炭黑質量受溫度影響不大。

3.2.5　燒蝕床熱解工藝

燒蝕床熱解工藝是將反應物料與灼熱的金屬表面直接接觸換熱，使物料迅速升溫并裂解，如圖3-16所示。加拿大Ener Vision公司的連續燒蝕床工藝具有代表性。J.W.Black等利用連續燒蝕床工藝中試試驗裝置，在氮氣氣氛、熱解溫度為450～550℃、停留時間為0.6～0.88s條件下，對粒徑約為1cm的廢輪胎物料進行熱解研究，并對熱解炭進行活化處理，探討了熱解炭及以其為原料制得的活性炭的吸附性和炭黑的應用性能。結果表明，在450℃時，熱解油、熱解炭和熱解氣的產率分別為53％、39％和8％；較高的熱解油產率表明連續燒蝕床熱解工藝熱解產物的停留時間較短，二次反應程度較低。

3.2.6　回轉窯熱解工藝

回轉窯是一種間接加熱的高溫分解反應器，如圖3-17所示。回轉爐的主體為一稍微傾斜的圓筒，它慢慢地旋轉，使廢料移動并通過蒸餾容器到卸料口。蒸餾容器由金屬組成，而燃燒室則由耐火材料砌成。分解產生的氣體一部分在蒸餾容器外壁與燃燒室內壁之間的空間燃燒，這部分熱量用來加熱廢料。因為在這類裝置中熱傳導非常重要，以保證反應進行完全。

回轉窯是最早開發的市政固體廢棄物熱解工藝之一。回轉窯熱解工藝有外熱式（間接加熱）和內熱式（直接接觸加熱）之分，外熱式熱解工藝較為復雜，但生產的熱解油收率大、熱值高，炭黑品質好，燃氣熱值也較高，可直接應用于工業燃燒裝置或與其他高熱值燃氣混合后使用，而且外熱式熱解的污染排放比內熱式熱解低。因此國內外開發的回轉窯熱解工藝多為外熱式，如日本Kobe Steel和意大利ENEA研究中心等的回轉窯工藝具有代表性。日本神戶制鋼公司的外熱式回轉窯熱解產物為燃氣，Onahama Smelting公司的回轉窯熱解裝置采用整胎進料，產物為炭黑、熱解油和鋼絲。美國固特異輪胎橡膠公司的回轉窯熱解裝置采用原料為5cm×5cm的廢輪胎塊狀物，產物為燃料油、炭黑和鋼絲。表3-2列出了幾個有代表性的回轉窯熱解工藝。

與流化床、移動床、固定床相比，回轉窯熱解系統的優點是回轉窯有其自身特性：屬于慢速熱解工藝，對物料尺寸的適應性強，幾乎可適用于任何固體廢物，運行調節方便，而且窯體的回轉使得物料可以達到較好的混合，從而使熱解炭性質均勻。但反應器內的空間較大，造成氣相停留時間較長。如果能保證窯體的密封性或在一定真空度下運行，可進一步提高熱解油的收率。