高炉渣余热催化裂解废旧轮胎实验研究

摘要

如何实现废旧轮胎绿色、高效回收利用已成为世界关注方向，同时，如何实现冶金渣余热的高效回收利用也成为了钢铁生产的一个重要研究领域。本文提出了一种利用高炉渣余热催化裂解废旧轮胎油气联产的新思路，将液态高炉渣经干法粒化制成的高温炉渣颗粒，作为热载体通过轮胎胶粉直接接触换热，实现颗粒间的高效热量传递。胶粉颗粒在炉渣热载体的作用迅速升温裂解，实现油气联产。采用高炉渣余热作为轮胎裂解热源，以废治废，既实现了废旧轮胎的资源化和减量化处理，又实现了高炉渣余热的高效回收和利用。此外，由于采用直接接触的加热方式，可明显促进轮胎裂解反应过程的热传递效率，提高了高附加值产物—热解油产品的品质和收率。
　　本文通过实验室规模的胶粉催化裂解实验，对影响以高炉渣为热载体的轮胎胶粉催化裂解过程中的影响因素，包括裂解温度、高炉渣与胶粉当量比、胶粉粒径、高炉渣粒径进行了系统的研究，对高炉渣在促进胶粉裂解方面的催化性能进行了分析评价，结合裂解产物的物理化学特性进行分析检测，明确提高裂解效率和油、气产率的最佳工况参数。研究发现:热重分析表明当反应温度大于460℃时，胶粉裂解反应已结束，随着反应温度的升高，胶粉裂解油的产量先增大后降低，并在550℃时胶粉裂解油达到最大值。将炉渣与胶粉颗粒共混，炉渣占比越高，颗粒间的热传递效果越好，在相同的固相停留时间内裂解反应进行的越彻底，裂解油收率越高，裂解残留物炭黑的产率则越低。减小胶粉粒径，可以提高裂解产物中气体产率，但会造成裂解油和炭黑产率的下降。作为热载体的高炉渣粒径越小，有助于胶粉全面均匀受热，促进胶粉热裂解反应，增加裂解油、气的产量。
　　高炉渣对于轮胎胶粉裂解有一定的催化作用，有利于不可冷凝气体的生成，但对于裂解油产率的提升效果不明显。在裂解温度为550℃，高炉渣与胶粉质量比为2∶1，胶粉粒径小于，高炉渣粒径1～5mm时，裂解油收率最大，达到49.1％。通过对裂解油理化特性分析，发现废轮胎原料中C总量的44％存在于热解油中，H则有61.1％左右存在于热解油中，S有41.8％左右存在于热解油中，这也是废轮胎热解油中S含量高于一般原油的原因所在。本文研制了一套以高炉渣为热载体的中试规模的轮胎裂解装置，并在青岛钢厂高炉生产现场开展了中试试验研究，通过现场数据分析，对高炉渣为热载体的轮胎裂解过程的物料与能量平衡进行计算，得出研制的基于冶金渣余热回收的催化裂解系统的冷气效率为15，56％，能源回收率为55.94％，能耗比为3.14，为基于冶金渣余热回收的催化裂解技术及装备的研发提供了数据支持和理论支撑。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 研究思路

1．3 国内外研究现状

1．3．1 高炉渣余热作为化学反应的热源进行回收利用的研究现状

1．3．2 冶金渣作为裂解气催化重整催化剂的研究现状

1．3．3 轮胎裂解技术的研究现状

1．4 研究内容

1．5 研究目标

第2章 冶金渣余热回收的废旧轮胎催化裂解技术

2．1 基于冶金渣余热回收的轮胎裂解原理

2．2 高炉渣热载体与胶粉颗粒间的热传递过程分析

2．3 基于冶金渣余热回收的轮胎裂解技术优势分析

第3章 实验原料、实验装置与流程

3．1 实验原料

3．1．2 轮胎胶粉理化特性

3．2 实验装置

3．2．1 小试热解装置

3．2．2 中试裂解系统

3．2．3 产物收集系统

3．2．4 仪表与控制系统

3．2．5 喷淋冷却系统

3．2．6 风平衡系统

第4章 以高炉渣为热载体的轮胎催化裂解实验研究

4．1 实验流程

4．2 胶粉的热重分析

4．3 催化裂解温度对理解产物分布的影响

4．4 高炉渣与胶粉当量比对催化裂解产物分布的影响

4．5 胶粉粒径对胶粉裂解产物分布的影响

4．6 高炉渣粒径对胶粉催化裂解性能的影响

4．7 高炉渣催化性能评价

第5章 轮胎催化裂解中试试验的能量物料平衡

5．1 中试试验基本参数的确定

5．2 物料平衡计算与能量平衡计算

5．2．1 进料分析

5．2．2 出料分析

5．2．3 物料平衡计算

5．2．4 能量平衡计算

5．2．5 能量回收率、能耗比及产气效率

第6章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

致谢