废橡胶裂解炭性能研究及废橡胶发电策略研究

摘要

随着经济社会的不断发展，产生的废旧橡胶越来越多，由废轮胎带来的“黑色污染”问题已日益严重。热裂解作为一种环境友好型的处理废弃物的方法，能实现废旧轮胎的绿色高效地再循环利用，对于减少环境污染，缓解我国资源的不足意义重大。
　　本论文的研究内容主要有两个部分:第一部分研究了裂解炭黑自身的性能及裂解炭黑补强SBR的性能;第二部分对废轮胎的热能利用进行了初步的调研，对废轮胎的直接燃烧利用及废轮胎热裂解产物的发电应用做了分析，旨在建立一种具有生态和经济效益的循环经济模式。
　　第一部分:对CBp的结构和性质进行了分析，并与N330等一系列商业炭黑做了比较。首先从粒径上进行了比对:CBp是轮胎中炭黑组成的混合物，其粒径大小不一且形状不规则，聚集体颗粒较大，此外，CBp的BET比表面积也与N330有一定差距，但是在裂解过程中炭黑的本体性质并没有发生多大改变;其次发现CBp的结构度较低，其灰分的含量较高，这是与N330等商业炭黑重要区别之一;最后对CBp的表面化学性质进行了研究，发现CBp的表面化学性质发生了显著的变化: CBp经过裂解高温处理其表面活性官能团丧失，同时由于表面碳质沉积物和灰分的生成，覆盖了CBp表面一定数量的活性位，这是CBp不同于商业炭黑的另一重要特征。
　　然后对CBp对SBR的补强性能进行了研究，发现了CBp的加入能减少硫化时间，同时随着CBp用量的增加，其硫化胶性能得到提高，但是CBp补强SBR的各项性能与商业炭黑N330，N660等有很大的差距，与N774较为接近。这正是CBp的化学性质发生改变而导致的，同时CBp在橡胶基体中形成独立的连续相结构，其分散性能很差，这导致CBp已不再适合作为橡胶的补强剂使用。
　　第二部分:对废轮胎的热能利用进行了详尽的分析，首先对废轮胎的直接燃烧利用进行了调研，发现废轮胎燃烧发电利用虽然是一种最为简便的废轮胎处理方法，但是如果处置不当会对环境造成巨大的污染，同时用废轮胎焙烧水泥是一种较为合理的利用方式，但是也存在明显的缺陷。其次对废轮胎热裂解过程进行了着重的介绍，热裂解是一种很有潜力的处理废轮胎的方法，但是限制裂解发展的最重要的因素是裂解产品的应用价值不高;所以为了实现废轮胎地高值化应用，最后对废轮胎裂解产物用于轮胎厂发电的策略进行了研究，发现了废轮胎裂解产物用于轮胎厂中进行发电是一种具有经济效益且绿色高效的废轮胎处理方法。这使得轮胎的产出和处理集于一体，实现了资源的循环利用，对于改善轮胎厂能源结构具有积极意义，符合现代社会的循环经济模式。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究背景及意义

1．3 废橡胶的利用方式

1．4 废橡胶热裂解简介

1．4．1 热裂解的发展历史

1．4．2 热裂解工艺及方法

1．4．3 废轮胎裂解的主要影响因素

1．5 废橡胶裂解气态和液态产物

1．5．1 废橡胶裂解气

1．5．2 废橡胶裂解油

1．6 炭黑和裂解炭黑的性质及应用

1．6．1 炭黑简介

1．6．2 裂解炭黑的组成及特性

1．6．3 裂解炭黑的应用

1．7 废轮胎的能量利用

1．7．1 中国煤炭及废轮胎利用背景

1．7．2 废轮胎热能应用的方向

1．8 课题研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验原材料

2．2 实验仪器及设备

2．3 实验配方

2．4 实验方案

2．5 实验工艺

2．5．1 混炼工艺

2．5．2 硫化工艺

2．6 性能测试

2．6．1 炭黑性能测试

2．6．2 硫化特性

2．6．3 力学性能

2．6．4 动态力学性能

2．6．5 流变性能

第三章 废轮胎裂解炭黑性能研究

3．1．1 裂解炭黑粒径分析

3．1．2 裂解炭黑比表面积分析

3．1．3 裂解炭黑结构与热分析

3．1．4 裂解炭黑拉曼分析

3．1．5 裂解炭黑表面性质分析

3．1．6 小结

3．2 裂解炭黑补强丁苯橡胶体系研究

3．2．1 硫化性能

3．2．2 物理机械性能

3．2．3 裂解炭黑补强丁苯胶的微观结构分析

3．2．4 流变性能

3．2．5 动态力学性能

3．3 总结

第四章 基于废轮胎热能利用的研究

4．1 废轮胎和煤利用背景

4．2 废橡胶燃烧利用

4．2．1 利用废轮胎焙烧水泥

4．2．2 废轮胎燃烧发电

4．2．3 小结

4．3 废橡胶热裂解

4．3．1 废轮胎裂解过程

4．3．2 热裂解小结

4．4 废轮胎热裂解循环利用战略

4．4．1 热裂解油利用优势

4．4．2 裂解产物发电的经济效益分析

4．5 总结

第五章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师介绍