Cải tiến trong công nghệ nhiệt phân lốp xe thải loại theo mẻ (phần II)

4 Tháng Bảy, 2021

12 8 minutes read

Cải tiến trong công nghệ nhiệt phân lốp xe thải loại theo mẻ (phần II)

Trong bài viết hiện tại (Phần II), chúng tôi đề cập đến một số đặc điểm và ưu điểm của lò phản ứng theo mẻ liên quan đến các phản ứng nhiệt hóa và ảnh hưởng của chúng đến sản phẩm cuối cùng. Chúng tôi tham khảo các tài liệu khoa học phong phú và những phát hiện của các công ty thành công trong ngành.

Giới thiệu

Về phương diện xử lý lốp xe phế thải bền vững, lành mạnh với môi trường, công nghệ chuyển đổi nhiệt hóa (nhiệt phân) ngày càng trở nên quan trọng trong những năm gần đây và một số công nghệ đã chứng minh được sự trưởng thành về kinh tế và kỹ thuật.

Nhiệt phân là một con đường nhiệt hóa để xử lý cao su lưu hóa để thu hồi các sản phẩm có giá trị. Nó liên quan đến sự phân hủy cao su ở nhiệt độ cao (400 – 900 ° C) trong điều kiện không có khí oxi. Các sản phẩm chính của quá trình nhiệt phân là một phần rắn, thường là cacbon đen thu hồi thô (theo ASTM D 8178); một phần chất lỏng bao gồm dầu nhẹ, dầu nặng và hắc ín; và một phần khí vĩnh cửu.

Quá trình phân hủy nhiệt hóa (nhiệt phân) diễn ra trong lò phản ứng (vùng phản ứng). Một sự khác biệt được thực hiện giữa các chế độ xử lý và làm đầy hàng loạt và liên tục, do đó xác định đáng kể thiết kế của lò phản ứng.

Loại theo lô các quá trình thường được đặc trưng bởi một quá trình xếp hàng đã hoàn thành, tiếp theo là quá trình xử lý hoàn thành và một quá trình dỡ hàng tiếp theo. Vẽ trình tự này trên một trục thời gian, tại các thời điểm khác nhau có các trạng thái khác nhau (vì nồng độ vật chất trong lò phản ứng thay đổi theo thời gian). Ngược lại với điều này, với các thiết kế quy trình liên tục, vật liệu và quá trình xử lý “thay đổi”.

Trong bài viết cuối cùng của chúng tôi chúng tôi kết luận rằng hệ thống nhiệt phân lốp bán liên tục theo lô sau đó có thể khai thác lợi thế của “cả hai thế giới” (và thậm chí nhiều hơn thế), nếu

việc nạp và dỡ vật liệu được tự động hóa,
điểm cuối của quá trình phân hủy hoàn toàn có thể được phát hiện vĩnh viễn bằng cách đo dòng khí nhiệt phân (và thời gian của quá trình có thể liên tục đã điều chỉnh),
các lò phản ứng theo lô không gặp phải thời gian ngừng hoạt động và liên tục được giữ ở nhiệt độ phản ứng,
và thời gian của các quy trình riêng lẻ có những khoảng thời gian ngắn đến mức một cái nhìn tổng thể dẫn đến một dòng sản phẩm liên tục.

Tóm lại, có thể nói rằng phản ứng hàng loạt hiện đại ors (tùy thuộc vào thiết kế của họ) có những lợi thế lớn, đặc biệt là liên quan đến việc kiểm soát quá trình chính xác với sự không đồng nhất nhất định của nguyên liệu nạp. Đây là một khía cạnh quan trọng vì việc phân phối lốp cuối thời hạn sử dụng có thể khác nhau đáng kể tùy thuộc vào nhà sản xuất và thành phần hóa học độc quyền của họ. Ngoài ra, thành phần và sản lượng của các sản phẩm carbon đen thu hồi thô (rCB thô), dầu và khí đốt khác nhau tùy thuộc vào điều kiện nhiệt phân.

Ảnh hưởng của mô hình lò phản ứng đến sản lượng sản phẩm

Rõ ràng là loại lò phản ứng có ảnh hưởng chính đến sản lượng dầu và khí vĩnh cửu, cũng như thành phần và chất lượng của thu hồi muội than. Sản phẩm thu được phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ phân hủy nhiệt (T), tốc độ gia nhiệt (HR) và thời gian lưu trú (RT) của hơi dầu và các sản phẩm rắn trong lò phản ứng. [LEWANDOWSKI et. al., 2019]

Mặc dù sản lượng rCB thô là như nhau ở cả hai loại lô (“giường cố định”) và liên tục các lò phản ứng tích điện (“chuyển động tầng”), với điều kiện là nguyên liệu thô đã hoàn toàn không bị biến mất trong cả hai, có thể quan sát thấy rằng sản lượng dầu và khí vĩnh cửu là khác nhau. Năng suất dầu cao hơn trong lò phản ứng theo mẻ trong khi năng suất khí vĩnh cửu (không bù đắp được) cao hơn trong lò phản ứng tầng chuyển động (ví dụ: Lò quay hoặc Lò nung). Năng suất khí cao hơn có thể là do tốc độ gia nhiệt nhanh hơn và thời gian lưu lại khí (hơi dầu) lâu hơn trong lò phản ứng chuyển động tích điện liên tục, nơi xảy ra nứt nẻ nghiêm trọng hơn. [AYLON et. al., 2008]

Năng suất dầu cao hơn trong lò phản ứng theo lô có lợi ích kinh tế thực tế vì có thể đạt được doanh số bán sản phẩm cao hơn . Đồng thời, năng suất (thấp hơn) của khí vĩnh cửu với thiết kế lò phản ứng theo mẻ hiện đại vẫn đủ để tạo ra nhiệt quá trình cần thiết và nhiệt thải từ khí thải có thể được sử dụng cho các bước quy trình tiếp theo.

Ảnh hưởng của nhiệt độ phân hủy và thời gian lưu trú của hơi

Bên cạnh cao su thiên nhiên (NR), loại cao su thông dụng nhất (tổng hợp ) cao su được sử dụng trong sản xuất lốp xe là cao su cis-polybutadiene (CBR), cao su đồng trùng hợp isobutylen-isoprene (ví dụ: cao su butyl (BR)) và cao su đồng trùng hợp styrene-butadiene (SBR) [KAN et. al., 2017]. Sự phân huỷ (nhiệt phân) chủ yếu diễn ra đối với các hợp chất cao su này. Các quá trình này rất xen kẽ và chồng chéo lẫn nhau. Quá trình nhiệt phân của tất cả các cao su trong lốp diễn ra song song cùng một lúc. [GONZALES et.al., 2001]

Nhiều nghiên cứu cho thấy SBR bị phân hủy chủ yếu ở nhiệt độ cao hơn, cao su tự nhiên (NR) ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ trong khi BR có thể bị phân hủy ở cả nhiệt độ cao hơn và thấp hơn [RAMIREZ-CANON et. al., 2018].

Trong khi tốc độ gia nhiệt (HR) bị ảnh hưởng bởi năng lượng cung cấp, kích thước hạt và độ dẫn nhiệt của nguyên liệu, nhiệt độ (T) ảnh hưởng đến các loại phản ứng phân hủy nhiệt sơ cấp của vật liệu hữu cơ. Việc kéo dài thời gian lưu trú trong lò phản ứng làm tăng xác suất của các phản ứng thứ cấp, chẳng hạn như sự chuyển hóa dầu và than đá thành khí, vì các phân tử có trong chất lỏng và thể rắn còn lại bị phân hủy tạo thành các phân tử nhỏ hơn làm giàu phần khí vĩnh cửu. [LEWANDOWSKI et. al., 2019]

Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã chỉ ra rằng hiệu suất của chất lỏng tăng trước tiên đến giá trị lớn nhất tại 475 ° C, và sau đó giảm xuống giá trị nhỏ nhất ở 575 ° C. Năng suất khí tăng trên toàn bộ dải nhiệt độ. Rõ ràng là tồn tại một mức tối ưu rõ ràng ở nhiệt độ mà tại đó năng suất chất lỏng tối đa đạt được có thể là do nguyên liệu thô bị nứt mạnh ở nhiệt độ này. Tuy nhiên, 475 ° C dường như là nhiệt độ tối ưu để thu được các sản phẩm lỏng (dầu) từ quá trình chuyển đổi nhiệt hóa nguyên liệu làm lốp bằng công nghệ nhiệt phân, vì quá trình phân hủy hoàn toàn, và sản lượng chất lỏng trở nên tối đa ở nhiệt độ này. [ROFIQUL ISLAM et. al., 2010]

Nhiệt độ cao thường tạo điều kiện cho việc sản xuất dầu (phần lỏng) ở nơi có lượng cao nhất thu được ở 550 ° C. Tuy nhiên, nhiệt độ tăng hơn nữa dẫn đến việc sản xuất khí cao hơn và giảm phần chất lỏng so với nhiệt độ thu được ở 550 ° C. [RAMIREZ-CANON et. al., 2018]

Ngược lại nhiệt độ thấp xung quanh 450 ° C tạo ra sản lượng cao cacbon đen thu hồi thô (phần rắn). Nhưng phần rắn giảm nhẹ khi nhiệt độ tăng thêm cho đến khi 550 ° C. Ở nhiệt độ cao hơn, hiệu suất chất rắn lại tăng [RAMIREZ-CANON et. al., 2018]. Dù sao, các nghiên cứu khác nhau đã chỉ ra rằng nhiệt độ phân hủy tối ưu để sản xuất carbon đen thu hồi thô (phần rắn) là giữa 450 ° C và 550 ° C.

Ngoài ra, nhiệt độ thấp (cộng với áp suất thấp và thời gian lưu trú hơi ngắn) có lợi cho sản xuất limonene, benzen, toluen và xylen (BTX) và tăng sản lượng của chúng trong dầu (TDO). Limonene và BTX là những hóa chất chính có giá trị cao với nhiều ứng dụng đáng chú ý.

Nhiệt độ cao (trên [RAMIREZ-CANON et. al., 2018] ° C) và / hoặc thời gian lưu trú dài, tuy nhiên, dẫn đến phản ứng nứt thứ cấp sau đó của chất bay hơi mà (liên tục) thúc đẩy sự phát triển không mong muốn của các hợp chất thơm đa vòng và thơm. [cited in NKOSI et. al., 2021]

Kết luận

Ngược lại đối với lò quay tích điện liên tục và lò phản ứng tăng áp, thường có tốc độ gia nhiệt cao và thời gian lưu hơi lâu hơn, do đó có thể gây ra các phản ứng thứ cấp không mong muốn, tốc độ gia nhiệt chậm hơn của các lò phản ứng mẻ hiện đại có xu hướng ngăn cản các phản ứng thứ cấp và do đó tăng – thông qua sự tích tụ khí giới hạn xung quanh khu vực bên ngoài than – giá trị của muội than thu hồi được tạo ra. [LOPEZ et. al., 2010; NKOSI et. al., 2021]

Các quá trình phức tạp và chồng chéo một phần diễn ra trong quá trình kết thúc- quá trình nhiệt phân lốp đời và tính không đồng nhất nhất định của nguyên liệu thô (với thành phần hóa học không thể xác định chính xác cho mỗi lần giao hàng) nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát quy trình chính xác. Điều này, đặc biệt liên quan đến câu hỏi về sự phân tán hoàn toàn của tất cả các thành phần dễ bay hơi khỏi phần rắn và do đó rCB là “khô” nhưng không phải là “rang” (và / hoặc một lần vượt qua “thứ hai” tiêu tốn năng lượng tiếp theo sẽ được yêu cầu).

Do đó, rõ ràng không phải là quá nhiều nguồn cấp nguyên liệu liên tục, mà là việc kiểm soát tiến độ quy trình liên tục là điều quan trọng để có chất lượng sản phẩm cao và sự linh hoạt cần thiết liên quan đến chất lượng nguyên liệu thay đổi liên tục (ngay cả khi phương sai của chúng có thể xuất hiện không đáng kể)!

Xem xét việc triển khai dễ dàng hơn (và khác đối số được đề cập), điều này dường như là một lập luận mạnh mẽ cho một thiết kế quy trình hiện đại, dựa trên lô và bán liên tục.

Weibold Consulting