废轮胎回转窑中试热解产物应用及热解机理和动力学模型研究

论文摘要

本文依托国家自然科学基金项目“固体废物回转式制取洁净燃料的基础研究”（No.50076037）和国家“211”工程项目“废弃物回转式热化学处理试验和评价”，在自行开发的废轮胎处理量10-40kg／h的连续式回转窑中试热解装置上进行废轮胎中试热解试验，对中试热解产物的应用以及废轮胎和单胶体的热解动力学和热解机理进行分析。文中首先对废轮胎连续式回转窑中试热解装置和废轮胎中试热解试验工况做了介绍，并分析了不同温度下的热解产物的产率。之后，对废轮胎回转窑中试热解气理化特性进行分析。通过FT-IR对热解气官能团进行定性分析，通过GC-MS对热解气组分进行定性与半定量分析，通过定量GC和烟气连续检测系统对热解气组分进行定量分析，着重研究热解温度对热解气组分、平均分子量、热值的影响，并分析了废轮胎热解气的生成机理和废轮胎中S元素在热解产物中的分布。研究表明，热解气可视为一种较清洁的燃料，足以提供热解所需热量。继而，对废轮胎回转窑中试热解炭理化特性及代替商用炭黑的应用进行研究。对热解炭和商用炭黑N330、N660进行工业与元素分析的比较；通过N2吸附法、SEM、FT-IR、XPS、EDAX、XRD、RDF分别对热解炭和商用炭黑的孔隙特性、微观形貌、表面化学特性、元素含量、无机物相和微观结构进行分析；对热解炭硫化橡胶机械性能进行分析，对热解炭代替商用炭黑的可行性进行讨论。研究表明，废轮胎回转窑中试热解炭代替中品质炭黑如N660具有一定的可行性，对于机械性能要求较低的胶带、垫圈、鞋底等橡胶制品所用的更低品质炭黑则完全可以替代。由于废轮胎回转窑中试热解炭中灰分和S含量高，因此对热解炭进行酸碱清洗实验研究。研究了酸碱试剂种类、用量、浓度、温度、循环使用次数、清洗时间、热解炭粒径等因素对除灰除S效果的影响；通过EDAX、XRD、N2吸附、SEM、RDF分析了热解炭元素含量、无机物相、孔隙特性、微观结构在酸碱清洗中的变化；对酸碱清洗过程中的化学反应进了分析。研究结果表明，酸洗处理是提高提升热解炭品质的有效性、经济性途径。对废轮胎回转窑中试热解炭作为吸附剂的应用进行了研究。首先分析了原始热解炭对水溶液中重金属离子Pb2+、Cr3+、Cr6+的吸附特性，研究了溶液PH值、接触时间、吸附剂用量以及溶液初始浓度对吸附效果的影响以及吸附机理；然后在自行设计的活化装置上对热解炭进行了水蒸汽活化实验研究，分析了活化工况对活化炭孔隙特性、微观形貌的影响以及活化炭的化学组分、微观结构，并与商用活性炭进行比较，同时还对活化炭进行了酸洗除灰脱S研究。研究结果表明热解炭作为吸附剂应用具有广泛的应用前景。然后，对废轮胎回转窑中试热解油的应用进行了实验研究。分析了热解油在热天平中的燃烧动力学特性；分析了热解油在炉膛内的燃烧烟气特性及SO2、NOX、PAH、烟黑等污染物排放特性；对热解油重质馏分焦化实验及热解油焦理化特性进行分析。研究结果表明，热解油作为燃料直接燃烧和重质馏分焦化制取焦炭都是具有广泛应用前景的应用途径。最后，结合TG／DTG／DTA／FT-IR实验分析结果，对单胶体天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、聚丁二烯橡胶、丁苯橡胶和轮胎热解机理进行了阐述，并在此基础上提出了单胶体和轮胎

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 废轮胎回收利用技术

1.3 废轮胎热解研究综述

1.4 本文的主要研究内容

第二章废轮胎回转窑中试热解试验

2.1 概述

2.2 本文的连续式回转窑中试热解装置

2.3 热解工况及热解产物产率

2.4 本章小结

第三章废轮胎连续式回转窑中试热解气分析

3.1 概述

3.2 实验装置与实验方法

3.3 热解气FT-IR定性分析

3.4 热解气GC-MS定性与半定量分析

3.5 热解气组分定量分析

3.6 热解气平均分子量及热解热平衡分析

3.7 废轮胎中S元素在热解产物中的分布

3.8 本章小结

第四章废轮胎连续式回转窑中试热解炭特性及替代商用炭黑的应用研究

4.1 概述

4.2 热解装置与实验样品

4.3 热解炭与商用炭黑孔隙特性分析

4.4 热解炭与商用炭黑扫描电镜（SEM）形貌分析

4.5 热解炭与商用炭黑FT-IR分析

4.6 热解炭与商用炭黑X射线光电子能谱（XPS）分析

4.7 热解炭与商用炭黑X射线能谱（EDAX）分析

4.8 热解炭与商用炭黑X射线衍射（XRD）分析

4.9 热解炭和商用炭黑原子径向分布函数（RDF）分析

4.10 热解炭代替商用炭黑的可行性分析

4.11 本章小结

第五章废轮胎连续式回转窑中试热解炭酸碱清洗实验研究

5.1 概述

5.2 酸碱清洗实验仪器和实验方法

5.3 清洗后热解炭工业与元素分析

5.4 清洗后热解炭X射线能谱（EDAX）与X射线衍射（XRD）分析

5.5 热解炭酸碱清洗中的化学反应

5.6 清洗处理对热解炭孔隙特性的影响

5.7 清洗处理对热解炭微观形貌的影响

5.8 清洗处理对热解炭微观结构的影响

5.9 清洗处理经济性分析

5.10 本章小结

第六章废轮胎连续式回转窑中试热解炭作为吸附剂的应用研究

6.1 概述

6.2 热解炭的重金属离子吸附特性

6.3 热解炭水蒸汽活化实验研究

6.4 本章小结

第七章废轮胎回转窑中试热解油的应用研究

7.1 概述

7.2 热解油燃烧动力学特性分析

7.3 热解油炉内燃烧试验研究

7.4 热解油重质馏分焦化实验

7.5 本章小结

第八章基于TG／DTG／DTA／FT-IR实验的单胶体及轮胎热解机理和动力学模型研究

8.1 概述

8.2 实验样品与实验方法

8.3 热分析动力学模型讨论

8.4 NR的热解

8.5 IR的热解

8.6 BR的热解

8.7 SBR的热解

8.8 轮胎的热解

8.9 本章小结

第九章全文总结和研究展望

9.1 全文工作和结论

9.2 本文的主要创新点

9.3 研究展望

参考文献

作者攻读博士期间发表的学术论文

致谢

废轮胎回转窑中试热解产物应用及热解机理和动力学模型研究

论文摘要

论文目录

相关论文文献

猜你喜欢