3.2　国外废轮胎热解工艺

将废轮胎经预处理后送入热解反应器，在反应器内进行热分解反应。气态产物进入油气分离回收系统，实现油气分离，并可冷凝出轻质馏分、中质馏分和重质馏分等。固态产物经磁选使粗炭黑与钢丝分离，粗炭黑经进一步加工处理可制得活性炭或炭黑。通常的热解工艺过程如图3-11所示。由于处理方法不同，热解所得气态、液态和固态产物收率也有差异。

国外对废轮胎热解技术的研究较国内成熟。1994年美国在废橡胶热解方面获得专利权的有34家。1997年美国对该技术的立项多达30多项。无论是在废轮胎热解特性还是在热解技术中适合工业化应用研究方面，国外学者都走在前列。随着废轮胎热解技术研究的不断深入，研究方向已从批量、小型试验逐渐进入连续式、中试阶段，部分还实现了工业化示范生产和商业化运行。国际上先后出现了诸多不同工艺的非轮胎热解商业运行工业化生产系统，根据处理要求的不同，处理规模从每天数吨到数百吨不等。目前在废轮胎中试热解研究领域中，国外有代表性的热解工艺包括真空移动床、两段移动床、流化床、连续烧蚀床和回转窑热解工艺等，如表3-1所示。

3.2.1　固定床热解工艺

目前，国外废轮胎的固定床热解装置如图3-12所示，主要包括日本JCA公司的热解釜装置，产物为燃料油和燃料气；日本油脂公司采用美国ND热解炉（外热式）装置，热解原料为粒径10cm、不去钢丝的废轮胎颗粒，产物为油和炭黑；美国ECO公司的管式炉热解装置，热解原料为粒径2.54cm的废轮胎颗粒，产物为炭黑和油；德国VEBA OEL技术中心的热解炉加气化炉热解装置，热解原料粒径小于200mm，产物为燃料油和焦炭；英国Leeds大学P.T.Williams等开发了吨级批量废轮胎热解系统。固定床热解系统为批量给料，不能长期连续运行，而且热解条件不易长期保持，整胎热解导致金属丝在床内缠绕等问题也亟待解决。

3.2.2　真空移动床热解工艺

移动床热解工艺属于慢速热解工艺，加拿大Laval大学C.Roy等长期从事非轮胎真空热解方面的研究。1987年，C.Roy等在Saint-Amable建立了一个处理量为200kg/h的小型处理厂进行中试试验，其系统流程图如图3-13所示，整个系统可连续运行，废轮胎破碎成大块片状物送入热解炉。该热解技术可减少热解中间产物的二次反应，从而提高热解油得率；低压有利于减少热解炭上附着的含碳残留物，从而提高其作为炭黑重新使用的可能性；热解油中轻质石脑油的含量较高，既提高了过程的经济性，又有利于提高燃料油的辛烷值；可处理大块废轮胎且不需除去钢丝和纤维帘线。缺点是热解炉的供热方式为外热式，传热效率较低，整个系统不能满负荷工作。

3.2.3　两段移动床热解工艺

比利时ULB大学的Cypres和Betterns等人开发的两段移动床热解系统是由链条式热解一次反应器和挥发相二次热解反应器组成，如图3-14所示。热解反应器是链条式移动床，温度控制在450～500℃，紧接着布置的二次管式气相热解反应器的温度为700～800℃。热解反应器内用氮气吹扫。该工艺的主要目的是回收液体油品中的苯、甲苯、二甲苯和苯乙烯等工业价值较高的产品。热解产物中热解油的质量分数为37％～42％，热解炭的质量分数为42％～45％，热解气的质量分数为16％～20％。既保证了较低热解温度下热解炭的收率和品质，又可利用高温下二次芳香化反应得到价值较高的轻质芳烃。

3.2.4　流化床热解工艺

流化床热解工艺如图3-15所示，属于快速热解工艺，特点是加热速率快、反应迅速、气相停留时间短，因此热利用效率高，同时可以减少二次反应的发生，热解油产率较高。日本瑞翁公司采用流化床热解装置，热解原料为粒径5cm以下去钢丝的废轮胎颗粒，产物为燃料油和碳化物。德国LI公司采用流化床加活化炉热解装置，热解产物为活性炭、热解油和钢丝。德国汉堡大学W.Kaminsky等开发的流化床热解工艺具有代表性，该热解系统采用间接加热方式，热解产物为炭黑、热解油和钢丝。利用较高的热解温度（700～800℃）进行二次芳香化反应，可以回收利用苯族化合物和苯乙烯等。

为了降低流化床热解温度从而降低能耗，W.Kaminsky等在500℃和600℃下利用流化床热解技术开展低温轮胎热解试验，使用氮气作为流化气。结果表明，温度从500℃升到600℃，气体和炭黑产量大幅度提高，且炭黑质量受温度影响不大。

3.2.5　烧蚀床热解工艺

烧蚀床热解工艺是将反应物料与灼热的金属表面直接接触换热，使物料迅速升温并裂解，如图3-16所示。加拿大Ener Vision公司的连续烧蚀床工艺具有代表性。J.W.Black等利用连续烧蚀床工艺中试试验装置，在氮气气氛、热解温度为450～550℃、停留时间为0.6～0.88s条件下，对粒径约为1cm的废轮胎物料进行热解研究，并对热解炭进行活化处理，探讨了热解炭及以其为原料制得的活性炭的吸附性和炭黑的应用性能。结果表明，在450℃时，热解油、热解炭和热解气的产率分别为53％、39％和8％；较高的热解油产率表明连续烧蚀床热解工艺热解产物的停留时间较短，二次反应程度较低。

3.2.6　回转窑热解工艺

回转窑是一种间接加热的高温分解反应器，如图3-17所示。回转炉的主体为一稍微倾斜的圆筒，它慢慢地旋转，使废料移动并通过蒸馏容器到卸料口。蒸馏容器由金属组成，而燃烧室则由耐火材料砌成。分解产生的气体一部分在蒸馏容器外壁与燃烧室内壁之间的空间燃烧，这部分热量用来加热废料。因为在这类装置中热传导非常重要，以保证反应进行完全。

回转窑是最早开发的市政固体废弃物热解工艺之一。回转窑热解工艺有外热式（间接加热）和内热式（直接接触加热）之分，外热式热解工艺较为复杂，但生产的热解油收率大、热值高，炭黑品质好，燃气热值也较高，可直接应用于工业燃烧装置或与其他高热值燃气混合后使用，而且外热式热解的污染排放比内热式热解低。因此国内外开发的回转窑热解工艺多为外热式，如日本Kobe Steel和意大利ENEA研究中心等的回转窑工艺具有代表性。日本神户制钢公司的外热式回转窑热解产物为燃气，Onahama Smelting公司的回转窑热解装置采用整胎进料，产物为炭黑、热解油和钢丝。美国固特异轮胎橡胶公司的回转窑热解装置采用原料为5cm×5cm的废轮胎块状物，产物为燃料油、炭黑和钢丝。表3-2列出了几个有代表性的回转窑热解工艺。

与流化床、移动床、固定床相比，回转窑热解系统的优点是回转窑有其自身特性：属于慢速热解工艺，对物料尺寸的适应性强，几乎可适用于任何固体废物，运行调节方便，而且窑体的回转使得物料可以达到较好的混合，从而使热解炭性质均匀。但反应器内的空间较大，造成气相停留时间较长。如果能保证窑体的密封性或在一定真空度下运行，可进一步提高热解油的收率。