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废轮胎热裂解行业技术难题、技术创新及产业化应用

行业会议技术交流演讲连载(第一部分)

编者按:2020年9月8日至23日期间,中国轮胎循环利用协会接连在河北邯郸魏县、承德宽城县召开了“2020年全国橡胶循环利用制品行业技术交流研讨会”和“2020年全国橡胶热裂解行业技术交流研讨会”。在上述两个会议的专题技术交流环节,各专业的专家、企业家及参会代表就有关内容作了精彩的演讲与论述。将采用连载的形式选其精要呈现给业内读者,以为大家了解、学习、借鉴。

热裂解技术是近年来有机废弃物处理领域的新兴方法,是实现有机废弃物无害化、减量化、资源化处理的一种有效方式。

废轮胎裂解是在无氧或贫氧的环境中,废轮胎中的大分子橡胶组分受热转化成分子量较小的废轮胎再生油、少量不凝可燃气的过程,橡胶组分裂解完成后,原添加在轮胎中的炭黑和钢丝成为裂解的固体产物。

废轮胎再生油是一种包含轻质馏分油和重质馏分油的混合油,一般作为炼油厂的原料油,用于提取汽柴油组分的基础油,或直接作为燃料油使用;热裂解再生炭黑主要指标达到工业炭黑标准,可用于一般橡塑制品及轮胎部分结构中;热裂解回收钢丝可以作为喷砂钢丸等使用。

不凝可燃气主要以甲烷为主,还含有少量C2-C4的烃类物质和氢气,其成分类似天然气,净化后回用于裂解的供热系统中。

废轮胎回收利用总体遵循“梯级循环利用”的原则,翻新、再生橡胶等处理方式是梯级循环的中间环节,仅能对部分废轮胎进行处理,而裂解方式可以对所有废轮胎进行处理,是废轮胎处理的“终极手段”,具有适用性广、效益高、环境污染小等特点,可实现能源的最大回收和废轮胎的充分利用,具有较高的经济效益和环境效益,也更符合废弃物处理的资源化、无害化和减量化原则。

连续式裂解设备的主要特征是连续进料、连续出料,整个生产线的运行呈连续状态,具备处理量大、安全、节能、环保、使用寿命长等特点。

而间歇式裂解生产装置存在能耗高、效率低下、处理量小、处理成本较高,无法避免安全和环保隐患,因此,2020年颁布实施的《废旧轮胎综合利用行业规范条件》中规定废轮胎热裂解采用连续自动化生产装备。

#一、废轮胎热裂解行业主要技术难点及工艺设备关键要素

(一)废轮胎热裂解行业主要技术难点

作为国家鼓励发展的连续式裂解设备,由于存在裂解过程易结焦、进出料难以动态密封、产出物易聚合等技术难点,裂解设备难以实现在安全、环保前提下的工业连续化运行,这些技术难点也成为全行业共同面对的课题。

1、裂解系统易结焦

裂解物料易结焦是裂解行业的世界性难题。需要裂解处理的物料普遍存在传热性能差、物料受热不均匀等问题。物料在设备导热表面极易形成结焦与积碳,在设备表面形成“绝热层”,导热效率降低,形成堵塞,并需进一步提高供热温度,这将造成设备使用寿命降低、物料裂解不完全等一系列问题,导致裂解无法正常进行。如果处理不当,甚至导致重大安全隐患。因此,防止结焦成为裂解领域需要解决的首要技术难题,这也是裂解行业极难实现工业连续化的主要原因之一。

2、进出料难以动态密封

动态密封是实现工业连续化裂解的关键技术之一,即保证物料连续进入裂解器及固体产物连续导出裂解器的同时,防止空气进入裂解器及裂解器内的油气泄露,以实现物料在无氧或贫氧条件下,安全、稳定、连续裂解。因物料组成的差异、含水率的高低等诸多原因,造成压力随时变化,增加了动态密封的难度。

3、产出物易聚合

裂解产生的以烯烃为主的小分子有机物易发生聚合反应,生成大分子链物质如胶质、沥青质等,易造成设备及管道的堵塞,影响生产线的长期稳定运行。

(二)废轮胎热裂解行业裂解工艺及设备的关键要素

要解决裂解行业的技术难题, 我们首先要了解裂解工艺及设备的六大关键要素。

1、供热温度

供热温度是裂解过程最重要的控制参数,影响物料裂解速率、产品组成和收率,以及设备的使用寿命。供热温度过高,增加燃料消耗量,降低油品收率和设备使用寿命;供热温度过低,物料裂解率降低,将出现物料裂解不彻底,固体产物裂解率或含油率达不到相关国家标准的要求,同时大大降低了裂解炭黑的品质及高值化应用。

2、导热面积

导热面积是影响裂解装备处理量、热效率的关键因素。导热面积不足,会导致裂解不彻底或降低处理量;虽然可以通过加大设备体积增加导热面积,但会增加气相产物二次裂解几率和表面热损失,降低热利用效率,提高设备固定投资及运行成本。

3、热传导效率

热传导效率是影响裂解装备经济效益的关键因素。热传导效率高,会降低燃料消耗,减少碳排放量,节约运行成本;热传导效率低,会降低物料处理量或降低物料裂解率,增加运行成本。

4、工作压力

工作压力是影响裂解装备安全性和环保性的关键因素。正压过高,可能会出现裂解气相产物泄露,存在安全隐患,造成环境污染;负压过低,可造成空气进入裂解环境中,存在更大的安全隐患。

5、物料停留时间

物料停留时间是影响裂解率、裂解产物组成的关键因素。停留时间不足,会导致物料裂解不完全,使物料裂解率低于标准值;停留时间过长,会增加油气二次裂解的几率,降低产油率,降低整个生产线的运行效率,增加运行成本。

6、防聚合工艺

防聚合工艺是保障裂解设备长时期连续稳定运行的关键因素。裂解产生的以烯烃为主的小分子有机物易发生聚合反应,生成大分子链物质如胶质、沥青质等,易造成设备及管道的堵塞,存在安全隐患,影响生产线的长期稳定运行。

#二、废轮胎热裂解行业的技术创新

以上各要素的科学设计、最优组合是裂解完成的关键要素。济南恒誉环保科技股份有限公司设计、制造的标准单套裂解设备包含了近万个技术参数,通过对上述裂解技术六大关键要素进行反复试验并进行系统设计,实现了裂解设备在安全、环保前提下的工业连续化运行,是国内外少数具备有机废弃物工业连续化裂解设备实际交付能力的企业,是行业内唯一荣获国家科技进步奖的企业,也是国内外裂解行业唯一一家IPO上市公司。

济南恒誉现已在有机废弃物裂解领域掌握了热分散技术、热气密技术、防聚合技术、裂解关键要素最优匹配技术、低温催化裂解技术、组合式烟气净化技术、全密闭技术、专有控制技术等实现工业连续化的主要核心技术,其中多项技术在业内处于领先地位,确立了公司在该行业的技术优势。

(一)以热分散技术解决结焦问题

通过改变物料受热的环境和运动的轨迹,从根本上杜绝形成结焦所需的环境条件,同时完成动态均匀受热和快速裂解,实现了裂解器无结焦的连续运行。

(二)以热气密技术解决裂解过程的动态密封问题

“工艺+结构+物料”相结合的专有密封技术,控制工作压力始终稳定在设定值范围内,实现了生产线连续进出料下的稳定动态密封。

(三)以防聚合技术解决裂解气相产物易聚合问题

根据气相产物沸点的不同,运用气液混流工艺,将气相产物温度迅速降低至设计温度,同时实现气液产物的快速分离,降低了聚合反应的几率,提高了油收率,保证了生产线的长期稳定运行。

由于上述核心技术的存在,并应用于工业连续化裂解成套技术装备,裂解技术装备实现了安全、环保、节能、高效、长时期连续稳定运行,拥有多项具有标志性意义的工业连续化运行的工程案例,赢得了良好的社会效益和经济效益。该装备成功应用于国内山东邹平、山东济宁、湖北、湖南等多个省市,还出口至以德国为代表的多个欧美等发达国家,得到了国内外客户的广泛认可。

#三、废轮胎热裂解技术创新的产业化应用

(一)山东邹平废轮胎裂解项目简介

废轮胎热裂解行业技术难题、技术创新及产业化应用

以国内山东邹平项目为例,2012 年恒誉环保向开元橡塑交付 的工业连续化废轮胎裂解生产线,是国内首套工业连续化裂解装备,截至目前连续稳定运行超过8年,开元橡塑也是唯一被列入工信部《废轮胎综合利用行业准入条件》的废轮胎裂解处理的企业,该裂解项目被认定为“国家重点环境保护实用技术示范工程”、“中国废轮胎热裂解示范基地”,目前每年处理废轮胎6万吨,创造了良好的经济效益、社会效益和环境效益。

(二)新疆污油泥裂解项目简介

裂解技术在有机废弃物处理领域具有良好的复制性,裂解成套技术装备的应用领域由废轮胎处理、废塑料处理已拓展至污油泥处理、有机危废处理,且与其他处理技术相比,具有处理成本低、处理指标好等特点。

热裂解技术可处理落地油泥、炼厂油泥、罐底油泥等各类含油污泥,通过将污油泥中的水分及有机物从土壤中分离出来,实现土壤修复。

特别是恒誉环保的工业连续化污油泥裂解生产线对原料要求低,可有效回收原材料中近乎全部的含油组分,所得固体产物中矿物油含量在0.05%~0.1%之间,远优于《农用污泥中污染物控制标准》B级0.3%的规定限值。处理过程中不添加任何化学药剂,热分解全过程在密闭的设备管道内完成,避免了粉尘、VOCS泄漏的问题,不产生二次污染,该技术装备综合处理成本低、效率高,大处理量装备已经过中国规模领先污油泥处理项目的长时期满负荷运行验证,获得用户高度认可。在安全、环保、连续稳定运行的前提下,实现了对污油泥的减量化、无害化处理及资源化利用。

废轮胎热裂解行业技术难题、技术创新及产业化应用

该技术装备应用案例—新疆克拉玛依污油泥裂解项目是克拉玛依石油产业链末端治理中的一部分,每年处理含油污泥一百多万吨,是目前国内规模领先的油泥处理项目。客户凭借多年来积累的大量含油废弃物处理技术经验和管理经验,经过多方论证、多方寻求技术方案并进行对比、实地考察、样品检验,认定恒誉环保工业连续化含油污泥热解技术装备成熟稳定、安全环保、效率高、处理效果好、是运行成本最低的含油污泥处理技术与装备。

目前,生产线运转状况良好,各项指标数据良好,实现了含油污泥的安全、环保、低耗、高效前提下无害化、减量化、资源化处理,创造了良好的经济效益、环境效益和社会效益。

#四、废轮胎热裂解行业的发展方兴未艾

实践证明热裂解技术是实现有机废弃物最大程度完全处理的科学手段,被行业内誉为有机废弃物处理的终极手段,符合根本性治理的长远发展需要。相信随着国家对环保节能要求的不断提高,热裂解技术,特别是工业连续化热裂解技术必将成为有机废弃物处理的主流方法。

近年来,在政府主管部门的积极倡导和行业协会大力推动下,中钢研、青岛双星等国内多家企业也正在投入大量人力、财力从事裂解相关工艺技术研发,这为废轮胎热裂解行业的发展注入了新动力,努力推动行业的健康发展。

热裂解工艺技术在不断规范,技术装备水平也在不断提升,应用领域不断拓宽,热裂解行业的生产条件已经发生了质的飞跃,技术愈发成熟,业界的信心进一步增强。可以预见,在不远的将来,随着更多致力于环保事业、有社会责任感的企业的加入,以及我国先进的连续化热裂解处理技术装备的推广应用,必将带动我国废轮胎、污油泥等有机废弃物处理领域步入一个规范化、快速化发展的新时代,使行业呈现出一种前所未有的绿色环保新气象。

为了践行习总书记“绿水青山就是金山银山”的环保理念,热裂解技术作为有机废弃物无害化、减量化、资源化处理的有效手段,业内应加强合作,积极推动安全、环保、节能、高效的工业连续化裂解技术在有机废弃物处理领域的广泛应用。

来源:济南恒誉环保科技股份有限公司董事长牛斌

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