廢輪胎再生技術及熱解供配電系統(tǒng)設計

韓中杰

(山西國控環(huán)球工程有限公司(原山西省化工設計院)，山西 太原 030024)

經濟的快速增長帶動了社會的飛速進步，同時不可避免的也帶來了一系列的問題。在物質文化需求帶動經濟發(fā)展的同時巨大的能源資源損耗和嚴重的環(huán)境污染問題越來越突出。目前環(huán)境資源面臨枯竭的危險，世界各國把環(huán)境保護提高的前所未有的高度。面對這些問題，循環(huán)經濟可以說是一種從本質上解決問題的模式。循環(huán)經濟指的就是資源不斷循環(huán)使用，少產生甚至不產生廢物的一種發(fā)展模式，也就是從資源到產品，從產品到再生資源再到產品的一個反復循環(huán)的過程。從根本上做到“減量化，無害化，資源化，再使用，再循環(huán)”。廢舊輪胎同樣存在這樣一個問題，橡膠很難腐化再生，丟棄在環(huán)境中對環(huán)境影響大、影響時間長。橡膠我國主要依靠進口，我國橡膠產量遠遠不能滿足汽車工業(yè)的需求。隨著汽車數量的增加，廢舊輪胎這個問題也越來越突出。

1 廢舊輪胎利用途徑

目前廢輪胎的處理方式主要有：

1.1 直接利用

廢舊輪胎直接用作一些港口碼頭或者用在船體作為護舷、用在防護堤上、用在漂浮的燈塔上、交通道路的屏障或者路標、漁業(yè)養(yǎng)殖的魚礁石、游樂設施等。這一方面的使用量很少，不足1%。

1.2 廢輪胎用作燃料燃燒

在一些發(fā)達國家和地區(qū)，對著資源的匱乏原來越嚴重，一些水泥廠、鋼廠、造紙廠、電廠等將一些廢輪胎粉碎配合一些其他的可燃固體垃圾來代替一些不可再生能源，比如煤、石油、天然氣等作為燃料或者用來發(fā)電。但是這種使用方式，很容易產生大氣污染。目前在我國很少使用。

1.3 舊輪胎通過翻新重新使用

在世界上，輪胎翻新產品數量與新生產輪胎數量之比為1∶10，在我國這個比例為1∶26。翻新的輪胎的領域也有限制，汽車輪胎基本不會翻新后重新上路。翻新后輪胎的質量也很難保證。

1.4 舊輪胎再生橡膠或橡膠粉

再生橡膠主要是通過化學反應，將廢舊的輪胎分解脫硫，從而得到再生的橡膠。這種再生橡膠作為一種原料，配合天然橡膠生產橡膠制品。目前這也是廢舊輪胎再生的一個主流產品，解決了循環(huán)使用和環(huán)保兩大問題，目前發(fā)展迅速，但是目前對于再生橡膠的質量要求很高，現(xiàn)在的生產工藝生產出來的再生橡膠很多領域都不能直接使用，這就限制了再生橡膠作為原料的使用領域。

1.5 廢輪胎熱解

廢輪胎熱解就是利用高溫，在少氧或者無氧存在的情況下，輪胎裂解，產生氣態(tài)揮發(fā)物和固態(tài)炭黑的過程。最終的產品有炭黑、燃料油、燃料氣、鐵絲等產品。這種技術是廢輪胎循環(huán)利用的一種有效的方式。

廢輪胎通過熱解循環(huán)再使用的方法與其他的廢輪胎處理方法相比，有著顯著的優(yōu)勢。采用這種熱解方法廢輪胎處理徹底，熱解后的產物應用范圍很廣，熱解燃料油提純后可以應用于石化很多領域；熱解產生的燃料氣可以用于發(fā)電、作為各種熱源的燃料；熱解產生的炭黑可以用于生產活性炭。熱解的方法對廢舊輪胎循環(huán)利用不會出現(xiàn)環(huán)境污染的問題，熱解不出現(xiàn)二次污染的問題。

2 廢舊輪胎熱解工藝

本次研究采用微負壓熱解技術，使得廢輪胎達到資源化、無害化處理。生產工藝技術要求高、工藝較復雜，主要包括廢舊輪胎粉碎系統(tǒng)、負壓熱解處理系統(tǒng)、燃料油提純處理系統(tǒng)、燃料氣發(fā)電系統(tǒng)、鋼絲處理系統(tǒng)、炭黑活化系統(tǒng)等。主要的工藝為負壓熱解處理系統(tǒng)。

項目采用的主要設備為負壓熱解爐，廢輪胎送入負壓熱解爐中，一次性將廢舊輪胎裝完后封緊進料門，逐步提高溫度，輪胎中的水分逐步蒸發(fā)出來，當熱解爐內的溫度超過 200℃時，就會有裂解產物油氣產生，剛開始的時候主要是一些輕組分的烴類物質被分解出來，加溫到大約450℃左右時，主要的熱裂解過程開始，重組分就會發(fā)生熱裂解，分離出炭黑產品。每臺設備熱裂解的時間大約為9 h。

進入負壓熱裂解爐的廢舊輪胎在微負壓的狀態(tài)下，用感應式的電加熱系統(tǒng)對熱解爐自動加熱到裂解溫度進行熱裂解，廢輪胎中的網狀立體結構、大分子結構裂解成一些小分子量的低烴類小分子，經過冷凝并轉化為產品燃料油。C5以下的物質主要是以氣態(tài)方式存在，這些排出系統(tǒng)的不凝氣經過收集回收后會進入設置的燃氣發(fā)電裝置進行發(fā)電；熱解產生的混合固體產品為炭黑和廢鋼絲。

當熱解爐內的廢輪胎裂解結束后，系統(tǒng)停止升溫并開始啟動降溫系統(tǒng)，熱解產生的炭黑由管道輸送到炭黑收集罐，炭黑收集工作結束后，設置在收集罐后的水環(huán)真空密閉系統(tǒng)(冷凝器)便開始工作，將系統(tǒng)中的殘存著的氣體抽出，將可以冷凝的氣體冷凝成液體后，這些液體進入后續(xù)的燃料油處理系統(tǒng)。不可凝的氣體進入不凝氣燃燒系統(tǒng)發(fā)電或者存放在臨時不凝氣緩沖罐內。氣體抽完后，當爐內的溫度達到大概200℃左右打開排渣口，螺旋出料機排出廢渣，之后從廢渣中分離出鋼絲，廢鋼絲整理打包后進入庫房；收集到的炭黑進一步要粉碎達到400～1500目，之后炭黑進入造粒系統(tǒng)和活化系統(tǒng)去生產活性炭。

裂解過程的裂解方程式如下：

(-CH2-CH2-)n→n[C+H2+CH4+C2H6+C3H8+C4H10+C5H12+C6H14+……+C11H24+C12H26+…C20H42+…]

說明：其中C5H12～C11H24為汽油餾分，C12H26～C20H42為柴油餾分。

3 供配電系統(tǒng)設計

3.1 用電負荷

生產過程需380V三相四線動力電，供電供電電源為10kV，本項目設置一個變電所，兩路供電，設置四個變壓器。電力引入將報請園區(qū)協(xié)調解決。

本項目需要容量2125kWh/h，年用電量1530萬kWh。負荷等級為二級、三級負荷。

3.2 電壓選擇

全裝置區(qū)內全部為低壓用電設備，低壓用電設備及儀表電源用380/220V，50Hz，三相四線中性點接地系統(tǒng)，檢修照明用36V或12V。

照明電源采用380/220V三相四線制，由低壓配電室照明回路供給。

3.3 電力供應

本項目用電，擬通過兩個途徑解決：①項目配置的燃氣發(fā)電機組，供本項目部分用電；②與園區(qū)電網并網，保證項目用電的連續(xù)性。

本項目設獨立變電所，供項目用電。

3.4 過電壓保護

為限制大氣感應過電壓，母線上均裝設避雷器。為限制高壓真空開關操作引起的操作過電壓，在真空開關上加裝組合式過電壓保護器。

3.5 廠內供電方式

廠區(qū)內采用電纜溝內敷設方式及局部電纜直埋地引入各車間、工段，采用放射式配電方式。進入建筑物處穿管保護，裝置區(qū)內用電設備較少的，采用放射式配電方式向各生產用電設備供電，引入用電設備的導線穿鋼管沿地暗敷。

3.6 配電

界區(qū)內的各生產裝置和罐區(qū)屬爆炸危險場所，其安裝、配線應符合《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》(GB 50058-2014)的要求。

界區(qū)內的配電線路大部分采用阻燃型銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝電纜沿電纜梯架敷設，局部采用電纜直埋敷設。電纜橋架主要安裝在工藝管架上，電纜引出橋架或地面時，應穿保護鋼管引至用電設備。

3.7 照明

裝置區(qū)的照明配電由區(qū)域變配電所內的照明、檢修負荷配電裝置向各裝置單元照配電明箱放射式直供，個別可采用鏈式配電；罐區(qū)的照明配電由罐區(qū)變配電所內的照明、檢修負荷配電裝置向各罐區(qū)單元照配電明箱放射式直供，個別可采用鏈式配電。

戶外裝置區(qū)和道路照明采用集中控制，建筑物內的照明采用就地控制。廠區(qū)道路照明電纜采用鎧裝電纜直接埋地敷設。廠區(qū)內道路配設路燈照明，采用光電自動控制，控制設備安裝在門衛(wèi)值班室。

4 結論及建議

(1)考慮項目的實際情況廢輪胎熱解項目采用負壓熱解工藝；

(2)項目需要容量2125kWh/h，年用電量1530萬kWh。負荷等級為二級、三級負荷。