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废轮胎裂解及裂解炭黑

   时间:2021-08-17 来源:《论文集》发表评论

梁智彪,董著才,陈志勋,王龙阳,聂绪建

(江西黑猫炭黑股份有限公司,江西 景德镇)

摘  要:废轮胎已成为重要污染源,环境、资源回收利用的压力将迫使相关法律法规推出;废轮胎热裂解是一种有效 的资源回收再利用处理工艺技术,废轮胎无害化处理及资源回收再利用还存在技术瓶颈有待突破;废轮胎热裂解技术能 否成功实施的关键在于“裂解炭黑”利用的出路。废轮胎裂解炭黑的应用将对橡胶轮胎行业、炭黑行业产生哪些影响。

  关键词:废轮胎;热裂解;裂解炭黑

1  废旧轮胎已成为重要污染源

橡胶作为第四大战略资源,已成为工业及生 活中不可或缺的一部分。但随着汽车行业的迅猛 发展,我国的轮胎生产和消费量巨大,废弃的废旧 轮胎所引起的一系列问题已日益显著。据统计, 我国在2018年产生废旧轮胎约3.8亿条,约1455万 吨。预计废旧轮胎每年产生量将很快达到 2000 万 吨。由于废橡胶在自然状态下很难降解,越来越 多的废旧轮胎长期大量的堆积不仅占用大量土地 资源,而且还会自燃引起火灾隐患,长期堆放的旧 轮胎槽内极容易滋生细菌传播病毒,严重恶化自 然环境。废旧轮胎对自然环境及人的生命健康造 成的巨大威胁显而易见,被人们称为“黑色污染”。 由废旧轮胎带来的环境和社会问题已不容忽视。

必须重视废旧轮胎无害化处理和资源回收利 用。杜绝“黑色污染”,给我们 一个健康的环境。

  2  废旧轮胎处理的相关法律法规将尽快出台

目前我国每年的废旧轮胎回收处理不足产生 量的40%,累积的未处理废旧轮胎量越来越大。随 着我国近年来对环境保护意识的越来越强,使得 废旧轮胎的无害化处理和资源回收利用引起社会 和政府的重视,国家有关部门相继出台一系列通 知、要求等,从政策方面引导废轮胎无害化处理和 资源回收利用。

如何有效地处理大量的废旧轮胎,是我国面临的一个重大的环境与资源回收利用问题。鉴于 此,我国相继出台了《循环经济促进法》、《废轮 胎综合利用指导意见》等一系列法规和规定,规范 废旧轮胎回收处理和利用,提高资源综合利用技 术和管理水平。国家出台的“史上最严”《环保 法》,加大了对污染企业的处罚力度;对废弃物的 处置方式改为宁可不处理也不能造成二次污染, 规范废旧轮胎综合利用行业发展秩序,提高资源 综合利用技术和管理水平,推动橡胶工业可持续 发展,建设资源节约型、环境友好型社会。

2019 年初,发改委批复了由中国橡胶工业协 会起草的《关于构建轮胎领域生产者责任延伸制 度的实施方案》最为引人关注,要求:建立健全绿 色低碳循环发展的制度体系,落实轮胎领域生产 者责任承担主体,强化回收目标管理,重点推进制 度建设,形成政策导向,提升产业技术装备水平。 “十三五”末,基本构建起轮胎生产者责任延伸管 理体系,轮胎回收利用核心技术取得突破。

轮胎领域生产责任延伸制度一旦实施,将极 大地促进废旧轮胎的无害化处理和资源回收利 用。国家、行业相关政策如下:

※《废轮胎综合利用行业准入条件》

※《重要资源循环利用工程实施方案》

※《循环经济发展战略及近期行动计划》

※《关于建立完整的先进的废商品回收体系 的意见》

※《关于印发循环经济发展战略及近期行动 计划的通知》

※《关于开展国家资源再生利用重大示范工 程建设的通知》

※《工业和信息化部商务部 科技部关于加快 推进再生资源产业发展的指导意见》

※《关于构建轮胎领域生产者责任延伸制度 的实施方案》

※出台“史上最严”《环保法》,加大了对污 染企业的处罚力度;对废弃物的处置方式改为宁 可不处理也不能造成二次污染。

  3  废旧轮胎的处理方式

  3.1  废橡胶的处理(再利用)方式

※ 原型改制:包括——轮胎翻新、船坞防护 物、漂浮阻波物等

※再生利用:包括——再生橡胶(轮胎掺用、 衬底、输送带)、制胶粉(地板、跑道塑胶;铺路 材料;橡胶管、带等)

※热分解:包括—热裂解分解物:裂解油、裂 解炭黑、可燃气及钢丝回收、焚烧 (发电、锅炉、 冶金或水泥窑炉等提供热源)

目前,国内外最主要的废旧轮胎处理主要有: 废旧轮胎翻新制造,生产再生胶、生产胶粉和热解 (包括热裂解回收资源或者焚烧利用热能)等方式。

  3.2  国内外废旧轮胎处理主要方式和差异

欧美等发达国家——以消耗存留量为主要目 的,经济性为辅

※ 填埋以及向欠发达国家转移

※旧轮胎翻新:欧美等发达国家旧轮胎翻新量 占有比较大的份额,在轮胎设计时就考虑了胎冠磨 损到一定程度时仍然保证较完好的胎体用于翻新。

※ 以燃烧为主回收热能:废橡胶直接燃烧可 替代部分石油或者煤炭等化石能源资源的需求, 如果不把经济价值作为其利用的首要因素的情况 下,将废旧轮胎直接做燃料燃烧是一种简便有效 的方式。

※ 制备再生橡胶和橡胶粉:用于公路橡胶沥青,部分超细胶粉用于聚合物基防水卷材超细胶 粉用于喷涂涂敷料等。

※ 热裂解制备裂解油及“裂解炭黑”。 而在中国,以资源回收再利用为主要目的,经 济性为重要指标。

※ 制备再生橡胶:再生胶的生产已成为我国 目前废轮胎处理和橡胶利用的主要途径。再生胶 制备主要是针对废旧载重全钢子午胎,可以在某 些方面代替部分橡胶使用,但再生过程污染较严 重,再生胶利用价值较低;

※ 用废旧载重轮胎制备胶粉:主要用于公路 的改性沥青——橡胶沥青产品;40 目以上的精细 胶粉应用于沥青基防水材料。废旧轮胎生产胶粉 成本较高,污染较大,处理对象有局限性。而且废 胶粉的需求量无法和废旧轮胎的增长量相比;

※ 旧轮胎翻新:我国旧轮胎翻新量非常少, 几乎可以忽略不计;

※ 废橡胶直接燃烧利用热能:直接燃烧利用 其燃烧热能并不是一种经济有效的方式,不太适 用于我国。

※ 裂解制备裂解油及裂解炭黑:废旧轮胎热 裂解可回收燃油、可燃气、钢丝、“炭黑”,从理 论上讲,废旧橡胶的热裂解是一种有效的资源回 收再利用技术,可以回收利用废旧轮胎的全部资 源。从而实现废旧轮胎“吃干榨净”全回收的有效 途径。

但目前,我国废旧轮旧胎热裂解得到的裂解 油品质较差,只能用作为低端燃油或重新炼制;而 “裂解炭黑”的应用性能始终达不到轮胎行业的要 求,废旧轮胎热裂解方式还存在技术瓶颈。

  3.3  废旧轮胎回收处理行业发展瓶颈

※ 原料成本高:我国废旧轮胎的回收处理没 有补贴或政策优惠,市场价格波动较大,原料成本 高,造成循环利用企业的经营困难。

※ 处理对象局限:破碎做胶粉或再生胶主要 面向载重车胎,且存在污染问题。轮胎翻新在我 国尚不具备推行条件。以上处理方式都有一定的 局限性,没有能够全面解决废旧轮胎的回收利用 问题,也不能彻底实现废旧轮胎减量化处理

※ 经济效益差:缺少财政补贴支持,缺少投 资热情,行业技术进步缓慢,无法同时兼顾社会效 益、经济效益和环境效益。

  4  废旧轮胎热裂解处理——裂解工艺是可以有效回收资源的处理方式

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。

裂解一吨废旧轮胎大约可回收“炭黑”320- 350千克,燃料油/可燃气500-550千克,回收钢丝 120-150千克。先进的热裂解技术可以做到对废旧 轮胎的“吃干榨净”,真正把“黑色污染”变成了 “黑色黄金”。采用先进的废旧轮胎裂解技术和高 效、环保的生产工艺和装备,对废旧轮胎进行无害 化处理,能够彻底解决废旧橡胶产生二次污染的 问题。目前,我国废旧轮胎热裂解工艺正在持续 完善中。已实现工业化规模装置的废旧轮胎热解 处理方式。

间歇式加热裂解:主要裂解设备为裂解罐,采 用加热方式对胶粉或胶块加热(400-450℃)裂解。 间歇式加热裂解工艺投资少,装置较简陋,控制手 段简单,热效能低,污染较严重。裂解产物品质 差、不稳定。近年来,这种裂解工艺装置已逐渐被 淘汰或因环保原因被停运或关闭。

连续式加热裂解:转炉式(或螺旋输送式)废 旧轮胎裂解装置,特点是连续进料、连续裂解。单 套裂解装置处理废轮胎(胶料)能力可达到0.5-1.5 万吨/年;废旧轮胎粒料计量进入裂解炉内层(裂 解温度约400-450℃),裂解炉内层圆筒后部为气 固分离段,裂解气经多级冷却(冷凝)分离“油”, 可燃气进入贮存罐作为燃料。分离的固相物(裂解 炭黑及废钢丝)经初步冷却送至后续处理工段。

“微波热裂解”技术:是近几年出现的一种较 新的裂解工艺技术,目前已有较小规模的废旧轮 胎裂解中试装置。据介绍,采用微波法加热裂解 废旧轮胎可以使橡胶裂解得比较完全,产生的“裂 解炭黑”表面比较“干净”,“焦粒”含量比较低,得 到的裂解炭黑的补强性略高于一般的热裂解工艺。

  5  废旧轮胎热裂解处理现状及存在的主要技术障碍

5.1  现状

目前,我国废旧轮胎的热裂解处理的发展仍 然不太理想,还存在有部分的以能耗高、污染大的 间歇式(废轮胎裂解罐)裂解的工艺方法,该处理 方式工艺设备简陋,操作粗放,不仅对自然环境造 成了巨大污染,而且资源浪费严重和裂解产物附 加值低;

近年来发展较快的连续式、模块化的热裂解 技术,其装置技术和控制水平比间歇式都有了大 幅度的提升,但也存在着项目前期(装置)投资 大、运行成本较高等问题;在产出物方面,稳定性 和减少杂质等有所改善,但产品品质(油、炭黑) 改善不明显,尤其是裂解炭黑的性能仍然达不到 作为橡胶(轮胎)补强材料应用的要求。

在产出物销售方面,“裂解炭黑”由于补强性 差,很难在橡胶行业找到较好的应用途径,只有部 分品质较稳定的可用作填料或在胶粉中掺混少量 用于低端用途,价格都较低廉。

在政策层面上,目前国家对废旧轮胎热裂解 企业没有税收减免优惠或合适的经济补贴,废轮 胎热裂解企业多数运转不正常。

目前,具备一定规模,运营比较规范一些的废 轮胎热裂解企业不多。

5.2  技术瓶颈

热裂解方法存在有待突破的技术关键、难点 等。废轮胎热裂解技术能否成功实施的关键在于 “环保”和经济效益、难点在于“炭黑”利用的出 路和品质定位。废旧轮胎热裂解目前存在的主要 问题是:

※ 裂解技术瓶颈还没突破,裂解产出的油杂 质含量高,燃烧时冒黑烟,只能用作为低挡燃油 或重新加工;裂解产生的“炭粉”品质稳定性差, 对橡胶材料的补强性能几乎丧失,达不到橡胶(轮 胎)应用的基本要求,没有找到合适的大批量应 用用途。

※目前废旧轮胎热裂解采用的工艺技术最大的问题是,少量橡胶分子或裂解不完全的物质吸 附(或结合)在炭黑粒子表面使炭黑失去活性、还 存在少量橡胶裂解不完全,在“炭黑”中成为“焦 粒”。这种“炭黑”即使通过后续加工处理,也难 以具有可接受的补强性能。

※裂解炭黑后续加工精制和改性处理技术还 有待进一步研究开发,目前所采用的后续加工精 制和改性处理技术对“炭黑”补强性能的改进效果 还不明显,性价比不太高。

※目前还有一些废轮胎裂解企业的生产工艺 及装置都不太完善,环保要求难以满足,主要包括 轮胎中有较大含量的硫及其化合物,裂解过程如 何除硫防止其对环景的污染问题,

※ 企业运行成本较高、缺少政策优惠支持, 多数企业经济效益差:行业技术进步缓慢,无法同 时兼顾社会效益、经济效益和环境效益。 公益性 与经济性矛盾突出。

  5.3  废旧轮胎热裂解工艺技术的进展

※ 裂解工艺技术已取得较明显的进步,装置 较简陋,热效能低,污染较严重的间歇式工艺已逐 步被工艺和装备都较先进的连续进料、连续裂解 工艺技术所取代,裂解效率大幅度提高,裂解工艺 技术的进步使得废轮胎裂解过程能够做到基本可 控。目前较先进的裂解生产线能连续、稳定运行 45-60 天以上。

※ 裂解装置及关键设备已得到更新换代,生 产过程无烟尘泄漏;采用了尾气脱硫设施,基本解 决了裂解过程对环境的直接污染问题;裂解炉运 行控制的四个关键参数:炉温、炉压、炉料流量、 裂解时间都可以做到可以比较精准的控制。

※ 裂解产出物性能得到改善,在裂解产物 (油、“炭黑”等)品质稳定性控制等方面有了较 大提升,废轮胎裂解出油率可以达到45%;裂解炭 黑品质波动范围基本可控,部分企业“裂解炭黑” 的甲苯透光率可以控制到 80% 以上;废轮胎中大 部分钢丝在裂解前予以剥离,回收的钢丝品质好, 未经加热氧化。

※ 开展裂解炭黑的改性处理和应用研究

目前已有多家轮胎企业、高校、研究机构和裂解企业等关注并开展裂解炭黑后续加工处理和改 性,在橡胶/轮胎或者其它领域开展应用研究。采 用粉碎、研磨、磁选等后续加工处理方式,选择分 散剂或表面改性剂对裂解炭黑表面改性,通过提 高分散性或者通过改性剂改变炭黑表面活性来达 到增加裂解炭黑对橡胶材料的补强性能。

经过后续处理的裂解炭黑的应用性能都有较 明显的改善,但裂解炭黑对橡胶的补强性能尤其 是300%定伸强度还是与常规炭黑存在明显差距, 高含量的灰分也是影响其在橡胶中应用的重大 缺陷。

  5.4  废旧轮胎裂解的主要产出物及其应用性能

废橡胶主要有三种裂解产物:裂解油、裂解 气和裂解炭黑,此外废轮胎中的钢丝也是回收 产物。

※废旧轮胎裂解油 橡胶裂解产生的油主要 是链烷烃、烯烃和芳香烃的混合物,是一种棕褐的 液体,其成分比较复杂,热值较高,大约为43MJ/kg, 受裂解条件(温度、压力和停留时间等)的影响,裂 解油的组分变化很大,因而,通过控制裂解温度可 以适当调节裂解油的组分,调节所产油/气比。

※废旧轮胎裂解气 裂解气是一系列烷烃和 烯烃的混合物,同时含有一定的CO、CO2和H2S等 气体。裂解气的组成和产量受裂解原料、裂解工 艺和温度的影响很大。目前,大多数裂解工艺所 得裂解气较少,但热值较高,将裂解气作为燃料为 废轮胎裂解提供能量。

※裂解炭黑的组成及应用特性 由于轮胎胎 面胶与胎体胶所用炭黑不同,所以通过裂解回收 的“裂解炭黑”是由各种类型炭黑的混合组成的。 加之在轮胎制造过程中使用了一定量的配合剂和 填料,这些物质在裂解过程中变成无机灰分沉积 在“裂解炭黑”中,使“裂解炭黑”的灰分含量达 到 9~15wt% 或更多,同时裂解过程中不可避免会 发生胶料裂解不完全和结焦现象,这会导致裂解 炭黑表面会有碳质沉积物的存在,使得裂解炭黑 表面活性将较多地损失。上述因素导致了“裂解 炭黑”与常规炭黑的组成和性能有明显的差别,此 外裂解条件例如温度和压力对“裂解炭黑”的性能也有一定的影响。

  5.5  裂解炭黑的品质及在橡胶中的应用性能

根据对部分企业的废旧轮胎裂解炭黑主要性能指标的检测分析,与常规炭黑相比,裂解炭黑变 化较大的性能指标主要包括:

① 比表面积:

吸碘值:废轮胎裂解炭黑的吸碘值已不能表 征其粒子的真实比表面积,且随改性处理方式、控 制过程的不同变化很大。

总表面积:未经过后续加工处理的裂解炭黑 总表面积比正常情况下的数值偏小,随加热改性 处理有较大的增加。

② 结构:废旧轮胎裂解炭黑检测到的吸油值 普遍偏低,加热处理后吸油值明显增加。

③ 挥发分:废旧轮胎裂解炭黑的挥发分都比 较高,用常规炭黑的挥发分检测(标准)方法不能 准确测出废轮胎裂解炭黑的挥发分含量。 废旧轮胎裂解炭黑粒子表面的挥发物是对其 应用性能产生严重影响的主要因素之一。

④ 灰分:废旧轮胎裂解炭黑的灰分含量一般 都在 10% 或以上,也是对其应用性能产生严重影 响的主要因素之一。

⑤ 物理性能:(天然胶配方)

拉伸强度:废轮胎裂解炭黑的拉伸强度与 N660 相近,超细粉碎后的废轮胎裂解炭黑样品的 拉伸强度可达到 N330 水平。

扯断伸长率:废轮胎裂解炭黑的扯断伸长率 较高,与半补强或者混气炭黑等相近;加入废轮胎 裂解炭黑的混炼胶比较软,易拉伸,但弹性不好。

300%定伸应力:废轮胎裂解炭黑的300%定伸 应力非常低,与天然气半补强或热裂炭黑的 300% 定伸应力处于同一层级;

裂解炭黑的应用主要包括两方面:一是再次 作为橡胶补强剂或填充剂,这可能是能够消化最 大量的应用领域,但这需要裂解炭黑有较好的界 面性质,来确保炭黑与橡胶大分子产生良好的界 面结合;另一方向是作为其他用途的“碳”材料, 例如用作塑料、油墨、色浆 / 膏等的低端着色剂或 填充剂,也可将裂解炭黑在较高的温度下活化改性制取活性炭。

裂解炭黑应用在橡胶中其补强效果不明显, 300%定伸很低,与常规炭黑有明显的差距。鉴于 裂解炭黑中有较高的无机灰分,同时在裂解过程 中其表面性质遭到破坏,已有研究人员对裂解炭 黑进行改性后处理,增加裂解炭黑与橡胶的相容 性,从而提高一定的性能。但是,目前所知的对 裂解炭黑后期的处理方法虽然可以取得一定的 改进效果,但是并不能显著改进其对橡胶的补强 作用。

“裂解炭黑”是一种混合物,炭黑还是其主要 成份,一般会占到80%以上,因而还是具有较强的 染色功能,精制加工后的裂解炭黑细度可以达到 2000目,可用于部分低端塑料色母或低端色膏/色 浆等作为着色剂,也可以用于一些黑度要求不太 高的油墨、涂料中,多数应用是将部分裂解炭黑作 为配合料与色素炭黑掺混、并用;裂解炭黑用于高 分子聚合物中还具有相当不错的抗紫外老化作 用,在一些对灰分要求不太严苛的应用中可以作 为助剂添加,如电缆护套料、户外使用的橡胶、塑 料管等等。

裂解炭黑制成活性炭,通过在不同温度、不同 活化时间条件下,使用CO2或者水蒸气做活化剂对 裂解炭黑进行活化。利用裂解炭黑所制成的活性 炭具有较多的中孔结构,微孔结构较少,所以可以 作污水处理设备中的吸附剂使用。 裂解炭黑的其它有效利用方式还有待进一步 研究开发

5.6  影响废旧轮胎裂解的主要因素

① 废旧轮胎裂解工艺的影响

采用不同的裂解工艺和裂解方法对裂解产品 各组分的含量、组成和性质有很大的影响,此外裂 解条件也对裂解反应有一定的影响。要想得到更 有价值的裂解产品可以通过改善裂解工艺,改进 裂解方法和改变裂解条件去实现。

② 裂解原料(废旧轮胎)的影响

裂解产出物的组成和品质还要受到裂解原料 (废旧轮胎)的限制。由于轮胎的使用目的不同, 其加工原料和配方也不同,不仅是加入的炭黑、填料、助剂的品种和份数不一样,同时它们还有不同 的天然橡胶和合成橡胶含量,这对裂解产物中裂 解油、气和裂解炭的产量和性质有很大的影响。

③ 裂解工艺参数控制的影响

目前较成熟的裂解工艺技术可以对裂解炉四 个关键参数:炉温、炉压、炉料流量、裂解时间进 行比较精准的控制:在实际的裂解生产过程中,废 旧轮胎裂解企业最为重视的控制参数是裂解温 度,裂解温度的高低对裂解产物中的油气比有较 大的影响作用;其次是裂解时间的控制,裂解是否 完全和裂解炭黑的品质与裂解时间的控制有较大 关系。此外,裂解完成后气固分离过程的温度控 制,也会影响裂解炭黑的应用性能。

  5.7  下阶段研究重点及需要进一步深入研究的 技术关键点

引起裂解炭黑补强性能“丧失”的主要原因;

※ 热裂解工艺改进,裂解过程中脱出更多的 “挥发分”,控制炭黑粒子表面橡胶裂解残留物低 于 3%;

※去除裂解炭黑“灰分”的有效技术措施,裂 解炭黑“灰分”含量控制在 10% 以内;

※裂解炭黑粒子表面改性处理技术及高效改 性剂的筛选;

※ 其它裂解炭黑后续处理技术,稳定和提高 产品质量。

  6  废旧轮胎裂解产业的发展展望及对相关 行业的影响

6.1  总体发展趋势思考

国家政策将主导废旧轮胎裂解产业的发展, “轮胎企业责任制延伸”政策的正式推出将是废旧 轮胎处理暨废旧轮胎热裂解处理的一个转折点, 较大力度的“轮胎企业责任制延伸”政策出台将对 轮胎制造、废旧轮胎裂解、炭黑生产等一系列相关 行业都将产生较大影响。

如果废旧轮胎通过热裂解处理达到一定量 时,将出现一系列必须解决的相关问题,例如:

※裂解工艺技术及装置要满足“环保、高效” 和“清洁生产”要求;

※ 装置规模和裂解处理成本的控制;

※ 裂解产物的再利用:裂解油可以作为低端 燃料或者再次精炼,可燃气作为燃料为裂解装置 提供热能“,但裂解炭黑对橡胶的补强作用还远达 不到轮胎生产的要求。只有部分裂解炭黑经过后 续精制加工处理可以在胶管、胶带或者一些要求 不太高的橡胶产品中少量掺混使用;

※裂解企业/装置的合理布局和废旧轮胎的规 范有序回收并分类处理。

6.2  对橡胶 / 轮胎行业的影响作用

轮胎企业责任制延伸”政策的推出将使得 轮胎行业每年要消化大量的废旧轮胎回收物,即 使要求轮胎企业回收处理并消化当年轮胎产出量 50% 的废旧轮胎,每年也有 1000 万吨左右的废旧 轮胎需要实现无害化处理,如果其中的 30% 需要 通过热裂解处理,则“裂解炭黑”产生量大约有 90-100 万吨。除了轮胎行业,其它行业都不可能 有效地消化这些“炭黑”。这将对轮胎生产产生较 大的影响,其中部分可以替代一些价格较高的填 料使用,更多地出路在于作为常规炭黑替代剂或 并用材料用于轮胎配方中。

“裂解炭黑”的高灰分含量将成为其在轮胎 中应用的一大难题,必须要考虑并有效避免应用 了“裂解炭黑”的轮胎再次热裂解所产生的“多次 裂解炭黑”中灰分的累积效应。当“裂解炭黑”灰 分含量达到或超过某个值时应限制其不得作为补 强材料用于轮胎或橡胶中;轮胎的原料配方设计 时要充分考虑“裂解炭黑”的应用特性。

  6.3  对炭黑行业的影响

对炭黑生产总量的影响 橡胶 / 轮胎行业开始 大量应用“裂解炭黑”,必将替代部分常规炭黑, 对炭黑生产总量尤其是软质炭黑生产量将产生重 大影响,进而影响炭黑价格及市场格局;

为了配合“裂解炭黑”的使用,现有的(软 质)炭黑产品的某些性能指标也许会做适当调整 或者开发一些具有某些方面的特性或某些应用特 点以弥补裂解炭黑的性能缺陷的炭黑新品种,以 便与“裂解炭黑”并用时补充“裂解炭黑”的某些 性能缺陷。

炭黑行业是否将“裂解炭黑”列入炭黑产品系 列?裂解炭黑按生产或者产生的来源属于废橡胶 / 轮胎回收处理,但裂解炭黑的品质定位和质量控 制与炭黑行业更密切,而且裂解炭黑的精制加工 和改性处理与常规炭黑相同,主要应用也与常规 炭黑密切相关,似乎与炭黑行业关联更密切。

6.4  发展展望及建议

※对“裂解炭黑”的定位

“废旧轮胎裂解”获得的“裂解炭黑”,不能 简单地与常规炭黑相对应比较,似乎应当将这种 混合物看作为另外一类材料,也许是一种可用于 橡胶或其它高分子材料等并能具有一定功能的添 加物。不应该在橡胶轮胎中对照某种牌号炭黑进 行应用验证,或者对比考察其补强性能。应该当 作为一种特别的材/原料考察其在橡胶/轮胎中的 应用。

※研究裂解炭黑补强性能“丧失”的根本原 因所在

微观结构和表面性能是否发生根本(化学)的 改变,如果没有,则裂解炭黑对橡胶补强性能的 “丧失”只是由于表面的物理变化引起的,是可逆 的;如果炭黑微观结构和表面性能发生了根本(化 学)的改变,则“裂解炭黑”只能作为填充物低端 使用。

※裂解炭黑表面改性的评价

炭黑后处理技术可改变裂解炭黑粒子表面性 能,有较多的机构在研究废旧轮胎裂解炭黑表面 活化改性的突破方向和活化改性方法、改性剂的 选择等技术。但由于裂解炭黑表面包覆的那层物 质会严重影响其改性效果,改性剂并没有紧密地 与炭黑界面相结合,而是被这层物质相隔离,橡胶 分子链还是不能与“炭黑”有较好的结合。

※研究降低高灰分含量的有效措施

废轮胎裂解炭黑的灰分都很高,可达到 15% 以上,灰分含量也是对其应用性能产生严重影响 的主要因素之一。进一步探索能够有明显效果的 灰分分离或部分脱出的工业化技术措施。

※裂解炭黑产品分类设计

① 废旧轮胎(原料)分类分级:载重(大)车胎—胎冠;—胎侧;—整胎;

乘用(小)车胎—胎冠;—胎侧;—整胎;

其它(白炭黑或其它填料过多的废轮胎)—磨粉

② 裂解炭黑分类分级:轮胎用--补强性能接 近 N660,质量稳定—40-60%;

塑料色母抵挡颜料—低筛余物,—30-35% (总量占比);

填料—(橡胶)填充料或铺路沥青填料—10- 30%

  7  结束语

废旧轮胎对自然环境及人的生命健康造成的 巨大威胁显而易见,由废旧轮胎带来的环境和社 会问题已不容忽视。如何有效地处理大量的废旧 轮胎,是我国建设资源节约型、环境友好型社会面 临的一个重要的环境与社会问题。

实现废旧轮胎无害化处理和资源回收利用, 必须要从公益性与社会责任层面考虑问题,面对 目前废旧轮胎回收处理过程中所存在的一系列问 题,需要国家政策支持,需要相关行业共同努力做 好以下工作。

① 行业技术融合,实现规范化

加强行业交流与合作,逐步建立行业规范、生 产工艺标准、环保要求以及产品质量标准等,实现 废轮胎处理行业的规范化,为争取国家政策支持 打好基础。进一步制定针对不同种类废轮胎的综 合处理方案,达到资源的合理配置和效益最大化, 合理解决我国废旧轮胎累积量逐年增加的现状, 并且在彻底解决污染问题的同时创造出更多的社 会财富。

② 技术先进,运行规范

淘汰落后的、污染的以及无法正常生产的工 艺路线和设备,打击非法炼油 和污染型作坊企业, 宣传和推广先进的工艺路线和设备,通过政策支 持和保护真正可以保证各项节能环保指标及产品 质量,并且成功实现产业化运营的循环利用企业。 从废旧轮胎的回收源头进行行业的整顿和监管, 废旧轮胎回收渠道规范化建设,要规范和控制废 旧轮胎收购价格和分级分类回收处理。

③ 全产业链协同发展

未来从事废轮胎综合处理的企业,其主体责 任将贯穿产业链各环节,包括废轮胎的回收、综合 处理、资源及能源回收利用,产品应用市场等,进 而发展为与轮胎生产企业、橡胶制品企业、炭黑生 产企业以及石化企业紧密合作,形成一种闭环的 大产业集群模式。在全国范围内建设废轮胎综合 利用产业基地,逐步达到规模效应,形成废轮胎区 域化集中处理的产业格局,带动下游产品深加工 及应用市场。

④ 资源再生和循环利用,减少碳排放

开发并采用先进的废旧轮胎裂解工艺技术,用高品质裂解炭黑来替代部分常规炭黑的使用。 裂解炭黑属于废旧物资再生利用,用裂解炭黑每 替代1吨常规炭黑大约可减少碳排放3吨,如果轮 胎行业每年能够应用50万吨“再生”的裂解炭黑, 可减少碳排放约 150 万吨。

  参考文献

[1] 吕柏源.轮胎企业在责任延伸制中构建循环经济产业 的思考.

[2] 张斌.废轮胎热裂解技术的发展简述.

[3] 董大伟.废轮胎循环再生利用途径及高质化再生利用 全产业链发展的建议.

 
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