（环境工程专业论文）烟杆与废轮胎胶粉混合裂解实验研究.pdf

摘要 摘要 烟杆作为烟草种植及加工的副产品，一方面不适宜作燃料，另一方面也不适 宜还田用作农用肥，每年有大量烟杆被丢弃或焚烧，这不仅浪费了可利用资源， 而且污染环境；轮胎材料主要为天然橡胶、合成橡胶以及少量其它化学助剂，更换 后若得不到适当处理，不仅造成资源浪费，还会带来环境污染，甚至引发火灾、滋 生蚊蝇传播疾病等问题。研究如何充分利用烟杆和废轮胎特性，对环境保护和资 源充分利用有重要意义。 本研究采用热分析仪考察了烟杆与轮胎胶粉混合共热解特性，并根据热分析 数据开展了该混合物裂解动力学研究。针对烟杆与废轮胎资源利用现状，以烟杆 和废轮胎适宜利用技术为出发点，进行了该混合物裂解实验，为该混合物进一步 规模化应用提供理论依据。 热分析实验在氮气流量为8 0 m l m i n ，加热终温为8 0 0 ，升温速率为10 、2 0 、 3 0 、4 0 和5 0 。c m i n 的条件下完成。t g 、d t g 及d s c 曲线分析表明：烟杆与废 轮胎胶粉混合裂解经历三个不同的失重阶段，其主要裂解区在1 6 0 - - 4 9 0 。采用 f w o 法和p o p e s c u 法计算出烟杆与轮胎胶粉混合裂解反应的活化能表明活化能随 着反应加深而增大。 烟杆与轮胎胶粉混合共裂解实验结果表明：以得到最大液体产率为目的，烟 杆与轮胎胶粉混合共裂解的最佳工艺条件为该混合物粒径0 4 2 5 1 0 0 0 m m ，裂解 温度4 5 0 ，液体最大产率可达到4 2 3 0 ；且原料中随着轮胎胶粉混合比例的增 大液体产率有较低程度的增加。加入添加剂h z s m 5 负载m 0 0 3 ( c o o ) 可提高 液体产率，添加剂f e 2 ( s 0 4 ) 3 、n a o h 、h 2 s 0 4 、h z s m 5 均不同程度的降低了液 体产率。利用g c 和g c m s 分别分析烟杆与轮胎胶粉混合共裂解的气体产物和 液体产物，表明主要气体产物是c o 、c o ：、h 2 和c h 4 等，主要液体产物是烟碱、 柠檬油精、环戊酮、酸、醛、醚、酯、醇、烃和杂环化合物等，且该裂解油比单 独裂解烟杆所得液体含氧量低，提高了生物油的品质。 图1 9 表2 5参考文献8 0 关键词：烟杆；轮胎胶粉；热分析；动力学；裂解； 分类号： 安徽理工大学硕七论文 a b s t r a c t a1 0 to ft o b a c c os t e m st h a ta r eb y p r o d u c t sf r o mt o b a c c op r o d u c t i o na r e a b a n d o n d e de v e r yy e a r i ti sn o ts u i t a b l ef o rf u e la n dd e s i r a b l es t r a wa sf e r t i l e z e r i tn o t o n l yw a s t e sa v a i l a b l er e s o u r c e s ，b u ta l s o c a u s e se n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n s oi ti s s i g n i f i c a n tt os t u d yi n d u s t r i a la p p l i c a t i o no ft o b a c c os t e m si nt e r m so fe n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o na n dr a i s i n gf a r m e r s i n c o m e t i r em a t e r i a li sm a i n l yn a t u r a lr u b b e r ，s y n t h e t i cr u b b e ra n das m a l la m o u n to f o t h e rc h e m i c a la d d i t i v e s i ft h er e p l a c e m e n tt i r ea r en o tp r o p e r l yh a n d l e d ，t h e ya r en o t o n l yaw a s t eo fr e s o u r c e s ，b u ta l s ol e a d st oe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ，a n de v e nc a u s e f i r e ，m o s q u i t o e st r a n s m i t t e dd i s e a s e sa n do t h e ri s s u e s t h a tc a r r yo u tp r o c e s s i n ga n d u t i l i z a t i o no fw a s t et i r er e c y c l i n gi st u r n i n gw a s t ei n t ot r e a s u r e ，t u r nh a r mi n t o p r e v e n t i o na n dc o n t r o lo fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o no f w a s t er u b b e ri sa ni m p o r t a n tw a y t o p r o t e c tt h ee n v i r o n m e n ta n dd e v e l o pr e c y c l i n ge c o n o m y s o t h a tw a s t er u b b e r r e s o u r c e s ，r e c y c l i n g ，r e - u s e o ft o o l s ，a r ei m p l e m e n tt h ei n t e r n a t i o n a le n v i r o n m e n t a l c o n v e n t i o na n dt h eb a s i sf o rd i p l o m a t i cw o r k c h i n ai nr u b b e rc o n s u m p t i o ni sab i g c o u n t r y ，b u tt h er u b b e rr e s o u r c e sa r ev e r ys c a r c e s oi th a v et oi m p o r tal a r g en u m b e r o fr u b b e ra n n u a l l yt om e e tt h er a p i dg r o w t ho ft h ed o m e s t i cm a r k e tn e e d s ，e x t e r n a l d e p e n d e n c yi sc l o s et o5 0 ，a n dt h u si n i t i a t e dt h eu s eo fw a s t et i r er e c y c l i n gi s p a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t t o b a c c os t e m sa n dg r tc o - p r o l y s i sc h a r a c t e r i s t i c sw e r es t u d i e dw i t ht h e r m a l a n a l y s i si n s t r u m e n ta n dp y r o l y s i sk i n e t i c s e sw e r ei n v e s t i g a t e db a s e do nt h e r m a ld a t a f o rs e e k i n gs u i t a b l ew a y s ，t o b a c c os t e ma n dg r tc o - p r o l y s i sw e r es t u d i e d e x p e r i m e n t a l l y , w h i c hp r o v i d e ss o m ef u n d a m e n t a ld a t a sf o ri n d u s t r i a la p p l i c a t i o no f t o b a c c os t e m sa n dg i 疆 t h et h e r m a la n a l y s i se x p e r i m e n t sw e r ep e r f o r m e du pt o8 0 0 ca th e a t i n gr a t e so f 1 0 ，2 0 ，3 0 ，4 0 a n d5 0 c m i ni nad y n a m i cn i t r o g e nf l o wo f5 0 m l m i n a c c o r d i n gt ot g a n dd t gt h e r ew e r et h r e ew e i g h tl o s ss t a g e si nt h ep y r o l y s i sp r o c e s s ，a n dw e i g h tl o s t r e m a r k l yd u r i n g 16 0 - 4 9 0 。c p y r o l y s i sa c t i v a t i o ne n e r g i e sc a l c u l a t e db yf w oa n d p o p e s c um e t h o d sr e s p e c t i v e l yw e r ea p p r o x i m a t e l yi d e n t i c a l ，a n da c t i v a t i o ne n e r g i e s i n c r e a s e da sr e a c t i o nc o n v e r s i o ni n c r e a s e d r e s u l t so ft o b a c c os t e m sp r o l y s i sa n dg r tc o - p y r o l y s i si n d i c a t e dt h a tt h eo p t i m u m i i a b s t r a c t c o n d i t i o nf o rm a x i m u ml i q u i dy i e l yw a sp a r t i c l ed i a m e t e r18 - 4 0m e s h , p r o l y s i s t e m p e r a t u r e4 5 0 c a n dt h em a x i m u my i e l do fl i q u i dw a s4 2 3 0 t h ea d d i t i v ei n h z s m 5l o a dm 0 0 3 ( c o o ) c a l li n c r e a s et h ey i e l do fl i q u i d t h ea d d i t i v e si nf e e ( s 0 4 ) 3 ，n a o h ，h 2 s 0 4 ，h z s m - 5w e r er e d u c e dt ov a r y i n gd e g r e e so fl i q u i dy i e l d t h eg a s c h r o m a t o g r a p h ya n dc h r o m a t o g r a p h y m a s ss p e c t r o m e t e rw e r eu s e dt oa n a l y z t o b a c c os t e m sa n dg r tc o - p y r o l y s i sl i q u i dp r o d u c t sa n dg a sp r o d u c t s t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h em a j o rg a sp r o d u c t sa r ec o ，c 0 2 ，i - i ：a n dc h 4 e t c a n dt h em a i nl i q u i d p r o d u c ti sn i c o t i n e ，a c i d s ，a l d e h y d e s ，e t h e r s ，e s t e r s ，a l c o h o l s ，k e t o n e s ，h y d r o c a r b o n s a n dh e t e r o c y c l i cc o m p o u n d s f i g u r el9 t a b l e 2 5r e f e r e n c e 8 0 k e y w o r d s ：t o b a c c os t e m s ，t y r er u b b e rp o w d e r , t h e r m a la n a l y s i s ，p y r o l y s i s ， c h i n e s eb o o k sc a t a l o g ： i i i - 安徽理工大学硕士论文 图目录 图表1烟杆与轮胎胶粉t g 和d t g 曲线l l 图表2烟杆d t g 和d s c 曲线1 1 图表3烟杆、轮胎胶粉及烟杆与轮胎胶粉混合物的t g 曲线1 2 图表4烟杆、轮胎胶粉及烟杆与轮胎胶粉混合物的d t g 曲线1 2 图表5烟杆、轮胎胶粉及烟杆与轮胎胶粉混合物的d s c 曲线1 3 图表6不同升温速率下烟杆与轮胎胶粉混合物t g 曲线1 4 图表7不同升温速率下烟杆与轮胎胶粉混合物d t g 曲线1 5 图表8不同升温速率下烟杆与轮胎胶粉混合物d s c 曲线1 5 图表9分解程度口在t g 曲线上的定义1 6 图表1 0 热解实验装置示意图2 0 图表1 l不同烟杆粒径与废轮胎胶粉混合热解对产物产率的影响2 l 图表1 2 烟杆与轮胎胶粉混合比例对裂解产物产率的影响2 2 图表1 3反应温度对烟杆与轮胎胶粉混合物裂解产物产率的影响2 3 图表1 4n a o h 与烟杆和轮胎混合物配比对该混合物裂解产物产率的影响2 5 图表15h 2 s 0 4 与烟杆和轮胎混合物配比对该混合物裂解产物产率的影响2 6 图表1 6f e 2 ( s 0 4 ) 3 与烟杆和轮胎混合物配比对该混合物裂解产物产率的影响2 7 图表17h z s m 5 负载m 0 0 3 与烟杆和轮胎混合物配比对该混合物裂解产物产率 的影响2 8 图表1 8 添加剂对烟杆与轮胎胶粉混合裂解产物产率的影响2 9 图表1 9 标准气在5 a 分子筛柱和r 柱上色谱分离图3 1 表目录 表目录 表格1 烟杆化学组成1 表格2 烟杆工业分析9 表格3 热重分析仪参数1 0 表格43 1 种机理函数的积分式1 7 表格5f l y n n w a l l o z a w a 法计算的烟杆与轮胎胶粉混合裂解动力学参数1 7 表格6p o p e s c u 法计算的烟杆与轮胎胶粉混合裂解动力学参数1 8 表格7 不同粒径烟杆与废轮胎胶粉混合裂解实验数据2 1 表格8 烟杆与轮胎胶粉不同混合比例裂解实验数据2 2 表格9 不同反应温度下烟杆与轮胎胶粉混合裂解实验数据2 3 表格1 0 不同配比n a o h 与烟杆和轮胎胶粉混合物实验数据2 4 表格1 1 不同配比h 2 s 0 4 与烟杆和轮胎胶粉混合物实验数据2 6 表格1 2 不同配比f e 2 ( s 0 4 ) 3 与烟杆和轮胎胶粉混合物实验数据r - 2 7 表格1 3 不同配比h z s m 5 负载m 0 0 3 与烟杆和轮胎胶粉混合物实验数据2 8 表格1 4 添加剂与烟杆与轮胎胶粉混合裂解实验数据2 9 表格1 5 标准气体组分。3 1 表格1 6 标准气体保留时间表。3 1 表格1 7 烟杆与废旧轮胎混合催化裂解气体产物含量( m o l m 0 1 ) 3 3 表格1 8 烟杆与废旧轮胎混合催化裂解气体产物含量( 摩尔分数) 3 4 表格1 9 烟杆与废旧轮胎混合催化裂解气体产物含量计算产率( ( 吼) ) 3 4 表格2 0 烟杆与废旧轮胎混合催化裂解气体产物含量( m o l m 0 1 ) 。3 5 表格2 1 烟杆与废旧轮胎混合裂解气体产物含量计算产率( ( ) ) 。3 5 表格2 2 烟杆与废轮胎胶粉不同混合比例热解液体产物水相水分含量表。3 6 表格2 3 不同添加剂条件下烟杆与废轮胎胶粉( 1 w t 1 w t ) 混合裂解液体产物 水相水分含量表。3 6 表格2 4 烟杆与轮胎胶粉不同配比混合裂解油主要化学成分3 7 表格2 5 不同添加剂条件下烟杆与轮胎胶粉( 1 w t 1 w t ) 混合裂解油主要化学 成分3 8 1 文献综述 1 1 引言 1 文献综述 烟草为茄科，原产于南美洲，是一种重要的经济作物。我国种植烟草较早， 产量颇大，主要是作为生产卷烟原料。 烟杆既不适宜作燃料，也不适宜还田用作废料。大量烟杆作为加工废弃物或 焚烧，严重污染环境。另一方面烟杆成分类似于木材，因此，加强对烟杆的资源 综合利用不仅可以有效处理这些加工废弃物，而且能够变废为宝，充分利用资源。 目前，国内外对烟草中烟叶的利用研究和报道较多，然而对烟杆利用的报道较少， 所以对烟杆的研究具有一定的理论和现实意义。 1 2 烟杆性质 烟杆由纤维素、半纤维素和木质素三种主要组分以及一些可溶于极性或非极 性溶剂的提取物组成。烟杆主要化学组成见表1 【 表1 烟杆化学组成 t a b l e1c h e m i c a lc o m p o s i t i o no f t o b a c c os t e m s 化学组成含量( ) 综纤维素 木素 聚戊糖 果胶 笨一醇溶出物 灰分 7 7 4 4 1 8 6 3 1 7 9 2 3 8 9 3 2 1 5 0 1 1 3 烟杆利用技术研究现状 1 3 1 烟杆制活性炭 活性炭孔隙结构较发达且其巨大比表面积具有良好的吸附性能。通过改变活 化剂溶液( 氯化锌) 等的配料比和浓度可生产出适用于过滤、吸附、分离、脱色 等工业用途的优质活性炭，广泛应用于化工、印染、环保、医药和食品等领域。 另外烟杆还可以直接经过炭化、化学活化后可制成粉状活性炭。目前我国对活性 安徽理工大学硕士论文 炭的需求量日益增大，因此将烟杆废料变废为宝，制活性炭具有广阔的前景。 张利波【2 】等利用热重法对氮气氛围中烟杆及用k o h 浸渍后的烟杆在不同升 温速率的热解过程进行了对比研究，结果表明k o h 的加入，烟杆主要成分分解 时间提前，且降低了分解温度。 贺留德 3 l 通过改变氯化锌等活化剂溶液的浓度和配料比，可生产出适合各种 用途的优质粉状活性炭。 1 3 2 烟杆制纤维板 烟杆中含有的果胶和木素在高温高压条件下可使得纤维彼此粘结起来，通过 纤维表面分子之间氢键结合力和引力，可实现利用烟杆无胶制板。 李光沛【1 】以烟秆废弃物为原料，在不添加粘结剂的条件下，成功发明了烟秆 高密度纤维板。在减少了木材的消耗的同时，又避免对环境的污染。大大提升了 烟草的利用价值，还增加烟农的收入；同时在生产工艺过程中产生废水量小、投 资成本低，具有一定的经济效益。 r e y n a l d oc c a s t r o l 4 】在烟杆废料中使用粘结剂，研制出制造不同密度纤维板的 技术。结果表明以烟杆为原料生产的纤维板比用木材生产的纤维板更为经济。 1 3 3 烟杆提取化学原料 ( 1 ) 烟杆提取烟碱 烟碱又名尼古丁是烟草植物中含量较多的一种特殊生物碱，因不稳定，通常 在工业上可制成硫酸烟碱。在农用上可作为杀虫剂；在医药上可用于研制治疗皮 肤、蛇虫咬伤和肿痛等疾病的药物；烟碱经氧化可制得烟酸，可应用于食品和饲 料、日用化工、印染及电镀等行业。 陈明功等【5 】研究了从废弃烟叶提取天然烟碱的实验，通过对单级浸取、多级 错流浸取和连续逆流浸取的试验比较发现连续逆流浸取效果最优且方法流程简 单、技术可行，并研究了温度、转速等对连续逆流浸取率的影响。 刘项【7 】采用氯仿作萃取剂，硫酸反萃取的工艺从包括烟杆在内的烟草废弃物 中提取硫酸烟碱。实验表明，以氯仿为萃取剂的最佳萃取条件为：相比v 萃：v 承 = 1 ：5 ，萃取温度3 5 4 0 ，萃取时间2 0 m i n ，p h 值1 0 - 一1 1 ，一次萃取率可达9 5 以上。在常温( 1 5 2 0 c ) 下用2 0 h 2 s 0 4 溶液进行反萃，反萃率可达9 0 以上。 由反萃得到10 硫酸烟碱溶液经减压蒸馏，可得到4 0 硫酸烟碱成品。 李殿福【8 】将废弃烟杆经过加工粉碎置于干馏器内，在真空条件下加热，干馏 1 文献综述 产生的气雾在真空泵作用下，依次经过多级水浴冷凝，达到提取烟碱的目的。 ( 2 ) 烟杆提取果胶 烟杆中富含果胶，主要在食品工业中起胶凝、增稠、乳化和稳定作用等：在 医药方面果胶可作为金属中毒的解毒剂，起到防止血液凝固、肠出血和便秘等作 用；在印染行业它还是一种良好的乳化剂。另外，果胶在微生物学、造纸、农药 等领域也有广泛应用。 金蓓惠【9 1 等利用果胶中羧酸与氨水、f e 3 + 作用，形成沉淀，然后用盐酸洗涤沉 淀主要置换出铁离子，进而达到提取果胶的目的。研究表明，在萃取p h 值1 0 左右，温度9 0 左右，盐析p h 值4 0 左右的添加下，果胶产量最大。 鲁蕾【1 0 1 以烟杆废弃物为原料，采用浸提、沉析等工艺制备果胶，通过正交试 验得到最佳工艺参数：p h 值1 4 1 6 ，浴比1 ：2 4 1 ：3 0 ，浸提温度7 0 ，浸提时 间8 0 m i n 。 刘燕【1 1 】采用( n i - h ) 2 c 2 0 4 溶液作为溶剂，以微波加热方式从烟杆中提取果胶， 有效解决了由于钙镁离子络合作用阻碍果胶溶出的问题，大大提高了果胶的产率。 试验结果表明该条件下最佳工艺条件为( n h 4 ) 2 c 2 0 4 溶液浓度0 1 5 ，料液比1 ：3 0 ， 微波功率6 0 0 w ，微波作用时间1 1 0 s ，饱和硫酸铝用量2 0 m l ，果胶产率1 1 5 9 。 肖厚荣【1 2 】采用几种不同酸混合萃取，用乙醇沉淀法提取果胶，研究结果表明， 提取果胶的最佳工艺条件为萃取时间6 0 m i n ，烟杆与混酸质量比为1 ：3 0 ，混酸p h 值o 5 左右，萃取温度为9 0 。c ；沉淀果胶时，果胶溶液与无水乙醇溶液体积比为 1 ：1 2 ：3 ，果胶提取率达1 2 4 。 1 3 4 其它技术 另外，烟杆还可以用于制造陶瓷、硫酸钾、造纸等方面。 涂建华【1 3 】采用烟杆废弃物为原料，在氮气氛围下经低温炭化，加入酚醛树脂 粘结剂，充分混合成型，成功制备木质陶瓷。 曲桉f 1 4 等研究烟秆化学组成、纤维形态并成功制造出物理强度满足国际a 级 质量指标的3 6 0 9 m 2 箱板纸，1 8 0 9 m 2 瓦楞原纸及1 8 0 9 m 2 牛皮纸手抄片。 罗小初【1 5 l 研制出以烟梗为原料，经n a o h 在常压、常温条件下浸渍、洗涤打 浆、造纸的冷碱法造纸工艺。 周国华、万端极和张艳【1 6 】以废烟杆为原料制备出的纤维素黄原酸酯可吸附并 去除水中c u 2 + ，对污水中金属离子的去除有重要意义。通过正交实验，得到制备 纤维素黄原酸酯的最佳条件：c s 2 加入量0 4 m l ，n a o h 浓度1 5 ，反应时间3 0 h ， 安徽理1 = 大学硕士论文 i m g c l 2 加入量为2 5 m l 。浓度l o o m g g 的c u 2 + 经在最佳制备条件下得到的烟梗 纤维素黄原酸酯处理后，去除率高达9 9 8 4 。 邵宇等【1 7 】，利用烟杆制造刨花板，并测试了其物理力学性能。研究结果表明 约6 0 0 k g 烟杆可生产1 m 3 刨花板，该途径工艺技术简单，投资少，具有客观的经 济效益。 1 4 废轮胎性质 废橡在自然条件下很难降解。且废橡胶的堆积占用土地，滋生蚊蝇、污染环 境【18 1 ，是固体废物处理的主要问题之一。过去废橡胶只被考虑处理，但是随着科 技的发展，人们开始回收并利用废橡胶。另一方面，我国是世界上橡胶资源短缺 国家之一，在能源相对紧缺的今天，回收利用废橡胶具有环保和经济效益【1 9 1 。 1 5 废轮胎利用技术研究现状 废旧轮胎作为一种可再生资源，其产品可广泛用于橡胶、化工、交通和城建 等领域，目前我国废旧轮胎资源综合利用大致有以下几种途径： 1 5 1 轮胎翻新 轮胎翻新在保持了轮胎的原始物性和现状的同时耗费的能源和人力都很少， 【2 0 】，具有可观的经济效益，但因为轮胎使用分散，翻修过程中的一些环节( 包括 设备，材料，供胶及原料收集) 等，导致翻胎企业规模小，难以集约化生产及高 度自动化翻修。 1 5 2 利用废轮胎生产再生橡胶 再生胶是指废旧橡胶经过粉碎一加热一机械处理等物理化学过程，使其弹性 状态变成具有黏性和塑性的，即能够再硫化的橡胶【2 l 】。再生胶主要优点具有良好 的塑性、收缩性小、流动性好、耐老化，以及较好的耐热、耐油和耐酸碱性；主 要缺点吸水性、耐磨性及耐疲劳性差。 1 5 3 利用废轮胎生产橡胶粉 将废橡胶粉碎后得到的粒径小于1 5 m m 粉末状物质就是胶粉，同再生胶相比， 胶粉生产可省去脱硫这一环节，所以生产过程耗费能源少，工艺简单，生产过程 中无污染排放。且性能优异胶粉可以直接或经过表面活化掺入胶料替代部分生胶 4 1 文献综述 制造轮胎和胶鞋等橡胶制品，又能制成橡胶地板或沥青混合后用于铺路、装修等。 同时还可以与树脂并用来增韧改性树脂等。胶粉在发达国家发展迅速，但我国的 发展缓慢。 1 5 4 裂解废轮胎 废轮胎热解是利用外部加热打开高分子化合物的化学链使有机物分解成燃料 气、富含芳香烃的油及炭黑等有价值的化学产品且废轮胎的裂解处理没有污染物 排放，还可以回收燃料油和炭黑，有利于环保及资源回收利用，有较高的经济价 值，被认为是当今处理废旧轮胎的最佳途径之一。在吸收国内现有裂解技术的基 础上，我国自主研发了低温微负压催化裂解技术，该工艺技术使用专用裂解催化 剂，实现了废轮胎在较低温度( 2 8 0 3 8 0 c ) 进行裂解，既大幅度降低了反应能耗， 又降低了产生有害物质的可能2 2 1 。张兴华【2 3 】等研究了废轮胎橡胶粉在4 5 0 6 0 0 。c 真空催化热解系统中热解的特性，实验表明，真空下废旧轮胎热解收率在5 5 0 。c 时达到最大值，为4 8 w t 左右，且热解油中含有1 1 以上的柠檬精油。但国内对 废轮胎热解技术的研究大多局限于微型和小型试验研究，没有成熟的产业化应用 1 2 4 】，且热解废轮胎一般要经过破碎、热解、后处理、二次污染的防治等工序，提 高了成本，使得目前还没有具有完善、可靠、可观工艺流型2 5 2 7 】。 1 5 5 其他利用方式 0 0 在国外的废橡胶热能利用中，废轮胎代替燃料广泛应用于中小锅炉发电厂等； 另外废气轮胎还可以用于浮动小波堤、人工礁、灯塔、公路防护栏、或建筑消音 隔板等。 李光宇【2 8 】选取不同粒径和掺量的胶粉掺入砂浆和混凝土中，研究结果发现水 泥砂浆和混凝土的强度与胶粉掺量成反比，且掺入胶粉的颗粒粒径对其强度也有 一定的影响，掺入胶粉颗粒粒径越小强度降低的幅度越大。 1 6 裂解技术研究现状 1 6 1 概述 裂解是指在基本无氧的情形下，将生物质加热到一定温度条件下，利用热能 使得生物质中大分子的化学键断裂，进一步转变为低分子物质，最终生成固体残 焦、液体生物油和不可冷凝气体的过程【2 9 。3 0 】。 安徽理工大学硕士论文 在快速裂解液化反应中，伴随发生一系列物理变化和化学变化。首先，热量 被传递到颗粒表面，其次由表面传到颗粒内部，裂解过程由外至内逐层进行，最 后生物质颗粒迅速分解成残焦和挥发份。其中，挥发份由可冷凝气体和不可冷凝 气体组成，可冷凝气体经过快速冷凝得到生物油。一次裂解反应生成固态残焦、 一次生物油和不可冷凝气体。在一些多孔生物质颗粒内部的挥发份还将进一步裂 解，形成不可冷凝气体和二次生物油。同时，当挥发份气体离开生物质颗粒时， 还将穿越周围的气相组分，进一步裂化分解，称为二次裂解反应。反应器内温度 越高，气态产物停留时间越长，二次裂解反应则越严重1 3 h 引。 热解按其加热速率可分为慢速、快速、闪速热解。慢速热解是在较低的加热 速率下( 1 0 4 c m i n ) ，极短的气相停留时间( 液体产率 气体产率。当烟杆 粒径小于o 1 8 0 m m 时，烟杆粒径对各态产率无明显影响。虽然原料的粒径越小， 热量越容易传递至颗粒中心，对裂解反应有一定的促进作用；但粒径越小，颗粒 堆积越密实且易结块进而使得反应后挥发性气体不易扩散，不利于裂解反应。当 烟杆粒径在0 4 2 5 1 0 0 0 m m 之间时，液体产率达到最大值( 为3 5 6 w t ) 。当烟杆 盯弘让；拿已玎 】邑静k 安徽理工大学硕士论文 粒径大于l m m 时，随着烟杆粒径的增大，液体产率逐渐减少，固体和气体产率 都增大。这是因为粒径小于l m m 时，裂解过程主要受反应动力学速率控制 7 6 j ； 而当粒径大于l m m 时，裂解过程还同时受到传热和传质现象的影响，并且，如 果粒径大于l m m ，粒径对反应的影响将起主要作用。所以，粒径并不是越小越好， 粒径如果太小，会降低裂解油的产率，同时还提高了原料预处理( 破碎) 成本， 因为颗粒越小，其自然堆积密度越大，进而影响到传热及挥发分的逸出。 3 5 2 混合比例的影响 表8 烟杆与轮胎胶粉不同比列混合裂解实验数据 t a b l e8e x p e r i m e n t a ld a t af o rp y r o l y s i so fam i x t u r eo ft o b a c c os t e ma n dg r tw i t hm i x i n g d i f f e r e n tp r o p o r t i o n sa tt e m p e r a t u r e so f5 0 0 c 5 ：口3 ：11 ：11 ：ju ：0 烟杆与废轮胎胶粉混合比列( 质量：质量) 图1 2 烟杆与轮胎胶粉混合比例对裂解产物产率的影响 f i g 12 t h ee f f e c to fm i x i n gp r o p o r t i o n so nt h ey i e l do f am i x t u r eo ft o b a c c os t e ma n d g r t p y r o l y s i sp r o d u c t s 图1 2 所示为质量5 0 9 ，温度5 0 0 。c ，粒径1 8 - - - - 4 0 目烟杆与废轮胎胶粉不同混 2 2 ： ； 惦 柏 为 佰 竹 。 莲m，醑亿霉钆 3 烟杆与轮胎混合裂解及其产物分析 合比例对烟杆裂解各态产物产率的影响。 由图1 2 可知固体和液体产率随着烟杆所占混合比列的减少而增大，而气体相 应的减少。其可能的原因是轮胎胶粉中还有大量的c 、h 元素可弥补单独裂解烟 杆时液体中富含氧元素的缺陷，使部分含氧官能团进一步反应生成h 2 0 、c 0 2 、 c o 等物质。 3 5 3 温度的影响 表9 不同反应温度下烟杆与轮胎胶粉混合裂解实验数据 t a b l e9e x p e r i m e n t a ld a t ao fam i x t u r eo ft o b a c c os t e ma n dg r tp y r o l y s i s a td i f f e r e n tr e a c t i o nt e m p e r a t u r e s 5 5 5 0 4 5 誊4 0 蕾 杂3 5 l 2 5 2 0 1 5 1 0 3 0 0 3 5 0 4 0 04 5 0 5 0 0 5 5 0 即u 温度 图1 3 反应温度对烟杆与轮胎胶粉混合物裂解产物产率的影响 f i g 13 t h ee f f e c to fr e a c t i o nt e m p e r a t u r eo nt h ey i e l do fam i x t u r eo ft o b