一種廢輪胎協同廢舊聚烯烴塑料共熱解製備低氧高質熱解油的方法
2024-04-15 09:35:05
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1.本發明涉及廢棄物處理技術領域，具體涉及一種廢輪胎協同廢舊聚烯烴塑料共熱解製備低氧高質熱解油的方法。
背景技術：
2.近年來，報廢汽車量的日益增加為其廢棄零部件的回收處置帶來了巨大壓力。在各種廢棄零部件中，廢輪胎由於回收難度大、經濟效益低、汙染物排放多等弊端，其回收利用一直是研究重點與難點。廢輪胎的傳統回收方式主要有作為燃料直接燃燒、精煉作為柴油添加劑等，但傳統回收方式往往伴隨著溫室氣體及汙染物排放與精煉油品質低下的問題，無法真正實現廢輪胎的高效無害化回收。廢輪胎破碎後主要成分為橡膠膠粒與鋼絲，膠粒的元素構成為c、h、o，並伴隨微量的n與s，其中c含量可達80％以上，高碳含量導致熱解油產率較低。廢輪胎膠粒直接燃燒不僅會釋放大量的co2，還會伴隨no
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、so2等大氣汙染物的排出，不利於「碳中和、碳達峰」目標的實現。以聚乙烯(pe)和聚丙烯(pp)為代表的聚烯烴塑料是應用最廣泛、使用量最大的塑料之一。廢棄聚烯烴塑料具有長達數百年的降解周期，丟棄或掩埋會對環境造成巨大危害，直接燃燒亦會釋放巨量co2，因此廢舊聚烯烴塑料的回收處置同樣十分棘手。注意到，廢輪胎與廢舊聚烯烴塑料主要成分均為c、h，廢輪胎c含量較高，單獨熱解會生成較多焦炭，而聚烯烴塑料h含量較高，單獨熱解會生產較多小分子烴類氣體。
技術實現要素：
3.本發明的目的是提供一種廢輪胎協同廢舊聚烯烴塑料共熱解製備低氧高質熱解油的方法，在無氧環境下無催化劑條件下通過調控熱處置條件與原料配比將廢輪胎與廢舊聚烯烴塑料協同作用轉化為具有高附加值的熱解油，顯著降低了熱解油中的氧含量，顯著提高熱解油產率及熱解油品質，拓展了廢輪胎與廢塑料的應用領域，解決了兩者單獨熱解熱解油產率與品質均較低的問題。
4.本發明是通過以下技術方案予以實現的：
5.一種廢輪胎協同廢舊聚烯烴塑料共熱解製備低氧高質熱解油的方法，該方法包括以下步驟：將廢輪胎膠粒與廢舊聚烯烴塑料按質量比1：1～10充分研磨混合後送至裂解器中，在無氧環境下以10～104℃/s的升溫速率升至400～800℃並保溫10～60s，獲得的液相熱解產物即為低含氧量的高品質熱解油，所述高品質熱解油主要成分為脂肪烴與芳烴。
6.研磨後所述廢輪胎膠粒與廢舊聚烯烴塑料的粒徑為100～200目，最優選為200目。
7.廢輪胎選自廢汽車輪胎、廢輪胎自行車輪胎或廢輪胎貨車輪胎的一種。
8.所述廢舊聚烯烴塑料為廢聚乙烯、廢聚丙烯塑料中的任一種。
9.所述廢聚乙烯塑料為高密度聚乙烯(hdpe)、低密度聚乙烯(ldpe)、線性低密度聚乙烯(lldpe)、中密度聚乙烯(mdpe)及超高分子量聚乙烯(uhmwpe)中的一種。
10.所述廢聚丙烯塑料為無規聚丙烯(pp-at)、共規聚丙烯(pp-st)及等規聚丙烯(pp-it)中的一種。
11.所述無氧環境為氮氣、氦氣、氬氣氣氛中的一種，最優選為氦氣。
12.所述保溫時間優選為15～30s，最優選為20s；
13.本發明探索了一種廢輪胎與廢舊聚烯烴塑料的協同利用方式，在無催化劑條件下以廢舊聚烯烴原料作為氫源為廢輪胎的熱解供氫，最終顯著降低了熱解油中的氧含量，極大程度的提高了熱解油品質，同時實現降低碳排放與提高資源利用率的目標，為廢舊聚烯烴塑料與廢輪胎這兩種廢棄物的無害化資源化協同回收利用提供了新的途徑。
14.與現有技術相比，本發明的有益效果是：
15.(1)廢輪胎主要成分為橡膠，傳統燃燒或熱解方式會產生大量co2及低品質焦炭，本發明採用廢舊聚烯烴塑料與其共熱解，在無氧環境下無催化劑條件下，兩者協同耦合轉化，可顯著提高熱解油產率及熱解油品質，顯著降低了熱解油中的氧含量，解決了兩者單獨熱解熱解油產率與品質均較低的問題；
16.(2)共熱解體系無需催化劑的加入，節約了生產成本，提高了經濟效益；
17.(3)廢輪胎及塑料添加劑中含有的n、s等元素主要存在於熱解油及焦炭中，不會以氣體形式直接排放至空中，減小了環境汙染。
附圖說明：
18.圖1是實施例1得到的熱解油液相色譜圖。
具體實施方式：
19.以下是對本發明的進一步說明，而不是對本發明的限制。
20.實施例1：
21.將200目廢汽車輪胎與200目ldpe按質量比1：5均勻混合後置於石英管中並送入裂解器，在氦氣氣氛下以104℃/s的升溫速率升至700℃並保溫20s，通過差減法計算得出熱解油產率為75.6％，獲得的液相產物送入gc-ms進行定性定量分析，液相色譜圖見圖1，熱解油氧含量為0.83％，脂肪烴選擇性為34.7％，芳烴選擇性為62.4％，詳見表1。
22.對比例1：
23.與實施例1相同，不同之處在於原料僅為廢汽車輪胎，在未添加廢舊聚烯烴塑料的情況下熱解油產率為30.7％，熱解油氧含量為3.60％，脂肪烴選擇性為22.1％，芳烴選擇性為63.7％。
24.對比例2：
25.與實施例1相同，不同之處在於原料僅為ldpe，在未添加廢汽車輪胎的情況下熱解油產率為27.9％，熱解油氧含量為0％，脂肪烴選擇性為96.2％，芳烴選擇性為2.6％。
26.通過實施例1與對比例1可知，廢汽車輪胎的單獨熱解會產生熱解油產率低，含氧量高的問題，熱解產物更多以焦炭形式存在。通過實施例1與對比例2可知，廢舊聚烯烴塑料單獨熱解的產物主要為氣態產物，儘管其熱解油氧含量為零，但極低的產率與芳烴選擇性降低了循環經濟價值。對廢汽車輪胎與廢舊聚烯烴塑料實施共熱解策略可解決上述問題。
27.實施例2：
28.將200目廢汽車輪胎與200目hdpe按質量比1：5均勻混合後置於石英管中並送入裂解器，在氦氣氣氛下以104℃/s的升溫速率升至700℃並保溫20s，通過差減法計算得出熱解油產率為76.5％，獲得的液相產物送入gc-ms進行定性定量分析，熱解油氧含量為0.76％，脂肪烴選擇性為35.1％，芳烴選擇性為62.7％，詳見表1。
29.實施例3：
30.將150目廢貨車輪胎與150目lldpe按質量比1：5均勻混合後置於石英管中並送入裂解器，在氦氣氣氛下以104℃/s的升溫速率升至700℃並保溫20s，通過差減法計算得出熱解油產率為68.1％，獲得的液相產物送入gc-ms進行定性定量分析，熱解油氧含量為1.13％，脂肪烴選擇性為29.8％，芳烴選擇性為58.9％，詳見表1。
31.實施例4：
32.將200目廢貨車輪胎與200目mdpe按質量比1：5均勻混合後置於石英管中並送入裂解器，在氦氣氣氛下以104℃/s的升溫速率升至700℃並保溫20s，通過差減法計算得出熱解油產率為71.4％，獲得的液相產物送入gc-ms進行定性定量分析，熱解油氧含量為1.02％，脂肪烴選擇性為32.0％，芳烴選擇性為59.6％，詳見表1。
33.實施例5：
34.將200目廢貨車輪胎與200目uhmwpe按質量比1：10均勻混合後置於石英管中並送入裂解器，在氦氣氣氛下以104℃/s的升溫速率升至400℃並保溫20s，通過差減法計算得出熱解油產率為35.7％，獲得的液相產物送入gc-ms進行定性定量分析，熱解油氧含量為0.85％，脂肪烴選擇性為73.2％，芳烴選擇性為7.6％，詳見表1。
35.實施例6：
36.將200目廢電動車輪胎與200目pp-at按質量比1：10均勻混合後置於石英管中並送入裂解器，在氦氣氣氛下以104℃/s的升溫速率升至700℃並保溫30s，通過差減法計算得出熱解油產率為73.7％，獲得的液相產物送入gc-ms進行定性定量分析，熱解油氧含量為0.77％，脂肪烴選擇性為29.6％，芳烴選擇性為60.0％，詳見表1。
37.實施例7：
38.將200目廢電動車輪胎與200目pp-st按質量比1：10均勻混合後置於石英管中並送入裂解器，在氦氣氣氛下以104℃/s的升溫速率升至500℃並保溫60s，通過差減法計算得出熱解油產率為55.2％，獲得的液相產物送入gc-ms進行定性定量分析，熱解油氧含量為0.98％，脂肪烴選擇性為41.4％，芳烴選擇性為45.9％，詳見表1。
39.實施例8：
40.將100目廢汽車輪胎與100目pp-it按質量比1：1均勻混合後置於石英管中並送入裂解器，在氦氣氣氛下以10℃/s的升溫速率升至500℃並保溫10s，通過差減法計算得出熱解油產率為53.3％，獲得的液相產物送入gc-ms進行定性定量分析，熱解油氧含量為2.52％，脂肪烴選擇性為34.8％，芳烴選擇性為49.6％，詳見表1。
41.實施例9：
42.將200目廢汽車輪胎與200目hdpe按質量比1：5均勻混合後置於石英管中並送入裂解器，在氦氣氣氛下以104℃/s的升溫速率升至800℃並保溫20s，通過差減法計算得出熱解油產率為78.3％，獲得的液相產物送入gc-ms進行定性定量分析，熱解油氧含量為0.72％，脂肪烴選擇性為21.3％，芳烴選擇性為74.6％，詳見表1。
43.實施例10：
44.將150目廢汽車輪胎與150目hdpe按質量比1：5均勻混合後置於石英管中並送入裂解器，在氦氣氣氛下以100℃/s的升溫速率升至700℃並保溫20s，通過差減法計算得出熱解油產率為71.6％，獲得的液相產物送入gc-ms進行定性定量分析，熱解油氧含量為1.01％，脂肪烴選擇性為32.1％，芳烴選擇性為62.2％，詳見表1。
45.表1
[0046][0047][0048]
以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出的是，上述優選實施方式不應視為對本發明的限制，本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明的精神和範圍內，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。