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废轮胎热解过程及产物特性试验研究

作　者: 戴贤明
导　师: 陈汉平；杨海平
学　校: 华中科技大学
专　业: 热能工程
关键词: 废轮胎热解资源化热解油热解炭
分类号: X705
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 78次
引　用: 1次
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内容摘要

日益增长的废轮胎对环境产生了严重污染,危害着人类健康,对其合理处置已迫在眉睫;轮胎属于有机高聚物,经处理可变成非常有价值的化工原料及燃料使用,具备资源化利用的潜力;热解是一种资源节约、环境友好的处理技术,符合循环经济的要求。本文在自行设计的固定床反应器上研究了热解终温、停留时间和催化剂对热解机理和产物特性的影响,为热解过程优化和目标产物的获取提供了依据。结合废轮胎的组成和原料特性,借助热重分析仪研究了升温速率,颗粒粒径对废轮胎热解规律的影响,并建立了热解模型。在自行设计的固定床反应器上开展热解实验,热解产物中液体产率最高,高达55%,热解炭次之达33%。随温度的升高热解气产率明显上升,热解油产率在500⁵50℃达到最大;随停留时间延长热解气产率升高,而热解油产率明显下降;催化剂的加入使得热解气产率上升而热解油的产率下降。采用GC、FT-IR和H₂S分析仪对热解气进行了定性和半定量分析。热解气以碳氢气体为主,含氧气体较少,热解气热值很高（>30MJ/m3）;温度升高和停留时间延长导致大分子有机物二次分解加剧,使得CH₄、H₂含量增加;催化剂的加入使得小分子烯烃（乙烯、丙烯）和烷烃（乙烷、丙烷）含量增加,NaOH的加入使得H₂含量增加明显,HZSM5和HY两种分子筛的加入使得气体产率明显升高,热值显著增加;热解气中N元素主要以NO的形式存在,S元素主要以H₂S的形式存在。采用工业分析仪、元素分析仪、FT-IR、GC-MS等先进测试手段,对热解油行了测试分析。废轮胎热解油热值很高（>41MJ/kg）,C、H、S元素含量较高而O元素含量较低,其中S元素占原料中的31%。热解温度升高、停留时间延长及催化剂的加入,都使得热解油中C含量上升而H含量减少,C/H升高明显;热解油中含有大量脂肪烃和芳香烃。随着热解终温的升高和停留时间的延长,缩聚反应使得热解油的芳香性逐渐增强;热解油轻质馏分中主要物质为柠檬油精,苯、甲苯和二甲苯等重要化工原料。随着热解温度的升高和停留时间的延长,热解油中柠檬油精含量有所下降,而芳香化合物苯、甲苯和二甲苯等含量明显增加;NaOH的加入使得热解油中柠檬油精含量减少,而HZSM5和HY两种分子筛的加入则使得苯、甲苯和二甲苯含量增加,并且HY分子筛作用更加明显。对热解炭进行了元素分析、XRF分析、XRD分析及BET测试。热解炭中灰分、C、S含量较高,H元素含量较低;热解温度的升高导致S、H元素含量降低,停留时间延长导致焦炭中挥发分含量升高,并使得更多的H、S元素以H₂S形式向气相转移;热解炭中含有金属元素,其中Zn含量较高,其次是Ca,Ti、Fe含量相对较少;热解炭中Zn元素以ZnO和ZnS形式同时存在,除此之外,热解炭中还含有CaCO₃、Fe₃O₄和FeS等金属化合物。温度在400⁵50℃变化时,热解炭比表面积随温度的升高和停留时间的缩短明显增加;热解炭的吸附回线属于L1型,吸附回线产生的位置是在相对压力P/P0=0.8左右;热解炭中以微孔和中孔居多,随着温度的升高,比表面积明显上升,到550℃时趋于稳定。热解油进行适当处理可作为发动机燃料使用;热解油中富含柠檬油精和BTX苯系物,如苯、甲苯、二甲苯等,可从中提取重要化工产品;热解炭可作为炭黑回收利用,也可经活化后制作活性炭来吸附废水、废气中的污染物。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-20
  1.1 废轮胎的环境危害  10-11
  1.2 废轮胎具备资源化潜力  11-13
  1.3 废轮胎回收利用现状  13-18
  1.4 本文主要研究内容  18-20
2 废轮胎热解机理研究  20-30
  2.1 废轮胎热解简介  20-21
  2.2 废轮胎实验样品与方法  21-24
  2.3 废轮胎热解特性结果与分析  24-26
  2.4 废轮胎热解动力学模型  26-29
  2.5 本章小结  29-30
3 废轮胎热解气特性研究  30-39
  3.1 概述  30
  3.2 实验装置  30-32
  3.3 实验方案与气体分析  32-33
  3.4 热解产物产率  33-34
  3.5 热解气特性分析  34-37
  3.6 本章小结  37-39
4 废轮胎热解油特性研究  39-47
  4.1 热解油的物理化学特性  39-40
  4.2 热解油的FT-IR 分析  40-43
  4.3 热解油的GC-MS 分析  43-46
  4.4 本章小结  46-47
5 废轮胎热解炭的物化结构研究  47-56
  5.1 热解炭的化学特性分析  47-51
  5.2 热解炭的物理结构分析  51-54
  5.3 本章小结  54-56
6 总结与展望  56-60
  6.1 本文主要工作及结论  56-58
  6.2 本文创新及特色  58
  6.3 下一步工作展望  58-60
致谢  60-62
参考文献  62-68
附录攻读硕士学位期间发表的论文  68

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