废轮胎再生技术及热解供配电系统设计

韩中杰

(山西国控环球工程有限公司(原山西省化工设计院)，山西 太原 030024)

经济的快速增长带动了社会的飞速进步，同时不可避免的也带来了一系列的问题。在物质文化需求带动经济发展的同时巨大的能源资源损耗和严重的环境污染问题越来越突出。目前环境资源面临枯竭的危险，世界各国把环境保护提高的前所未有的高度。面对这些问题，循环经济可以说是一种从本质上解决问题的模式。循环经济指的就是资源不断循环使用，少产生甚至不产生废物的一种发展模式，也就是从资源到产品，从产品到再生资源再到产品的一个反复循环的过程。从根本上做到“减量化，无害化，资源化，再使用，再循环”。废旧轮胎同样存在这样一个问题，橡胶很难腐化再生，丢弃在环境中对环境影响大、影响时间长。橡胶我国主要依靠进口，我国橡胶产量远远不能满足汽车工业的需求。随着汽车数量的增加，废旧轮胎这个问题也越来越突出。

1 废旧轮胎利用途径

目前废轮胎的处理方式主要有：

1.1 直接利用

废旧轮胎直接用作一些港口码头或者用在船体作为护舷、用在防护堤上、用在漂浮的灯塔上、交通道路的屏障或者路标、渔业养殖的鱼礁石、游乐设施等。这一方面的使用量很少，不足1%。

1.2 废轮胎用作燃料燃烧

在一些发达国家和地区，对着资源的匮乏原来越严重，一些水泥厂、钢厂、造纸厂、电厂等将一些废轮胎粉碎配合一些其他的可燃固体垃圾来代替一些不可再生能源，比如煤、石油、天然气等作为燃料或者用来发电。但是这种使用方式，很容易产生大气污染。目前在我国很少使用。

1.3 旧轮胎通过翻新重新使用

在世界上，轮胎翻新产品数量与新生产轮胎数量之比为1∶10，在我国这个比例为1∶26。翻新的轮胎的领域也有限制，汽车轮胎基本不会翻新后重新上路。翻新后轮胎的质量也很难保证。

1.4 旧轮胎再生橡胶或橡胶粉

再生橡胶主要是通过化学反应，将废旧的轮胎分解脱硫，从而得到再生的橡胶。这种再生橡胶作为一种原料，配合天然橡胶生产橡胶制品。目前这也是废旧轮胎再生的一个主流产品，解决了循环使用和环保两大问题，目前发展迅速，但是目前对于再生橡胶的质量要求很高，现在的生产工艺生产出来的再生橡胶很多领域都不能直接使用，这就限制了再生橡胶作为原料的使用领域。

1.5 废轮胎热解

废轮胎热解就是利用高温，在少氧或者无氧存在的情况下，轮胎裂解，产生气态挥发物和固态炭黑的过程。最终的产品有炭黑、燃料油、燃料气、铁丝等产品。这种技术是废轮胎循环利用的一种有效的方式。

废轮胎通过热解循环再使用的方法与其他的废轮胎处理方法相比，有着显著的优势。采用这种热解方法废轮胎处理彻底，热解后的产物应用范围很广，热解燃料油提纯后可以应用于石化很多领域；热解产生的燃料气可以用于发电、作为各种热源的燃料；热解产生的炭黑可以用于生产活性炭。热解的方法对废旧轮胎循环利用不会出现环境污染的问题，热解不出现二次污染的问题。

2 废旧轮胎热解工艺

本次研究采用微负压热解技术，使得废轮胎达到资源化、无害化处理。生产工艺技术要求高、工艺较复杂，主要包括废旧轮胎粉碎系统、负压热解处理系统、燃料油提纯处理系统、燃料气发电系统、钢丝处理系统、炭黑活化系统等。主要的工艺为负压热解处理系统。

项目采用的主要设备为负压热解炉，废轮胎送入负压热解炉中，一次性将废旧轮胎装完后封紧进料门，逐步提高温度，轮胎中的水分逐步蒸发出来，当热解炉内的温度超过 200℃时，就会有裂解产物油气产生，刚开始的时候主要是一些轻组分的烃类物质被分解出来，加温到大约450℃左右时，主要的热裂解过程开始，重组分就会发生热裂解，分离出炭黑产品。每台设备热裂解的时间大约为9 h。

进入负压热裂解炉的废旧轮胎在微负压的状态下，用感应式的电加热系统对热解炉自动加热到裂解温度进行热裂解，废轮胎中的网状立体结构、大分子结构裂解成一些小分子量的低烃类小分子，经过冷凝并转化为产品燃料油。C5以下的物质主要是以气态方式存在，这些排出系统的不凝气经过收集回收后会进入设置的燃气发电装置进行发电；热解产生的混合固体产品为炭黑和废钢丝。

当热解炉内的废轮胎裂解结束后，系统停止升温并开始启动降温系统，热解产生的炭黑由管道输送到炭黑收集罐，炭黑收集工作结束后，设置在收集罐后的水环真空密闭系统(冷凝器)便开始工作，将系统中的残存着的气体抽出，将可以冷凝的气体冷凝成液体后，这些液体进入后续的燃料油处理系统。不可凝的气体进入不凝气燃烧系统发电或者存放在临时不凝气缓冲罐内。气体抽完后，当炉内的温度达到大概200℃左右打开排渣口，螺旋出料机排出废渣，之后从废渣中分离出钢丝，废钢丝整理打包后进入库房；收集到的炭黑进一步要粉碎达到400～1500目，之后炭黑进入造粒系统和活化系统去生产活性炭。

裂解过程的裂解方程式如下：

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

说明：其中C5H12～C11H24为汽油馏分，C12H26～C20H42为柴油馏分。

3 供配电系统设计

3.1 用电负荷

生产过程需380V三相四线动力电，供电供电电源为10kV，本项目设置一个变电所，两路供电，设置四个变压器。电力引入将报请园区协调解决。

本项目需要容量2125kWh/h，年用电量1530万kWh。负荷等级为二级、三级负荷。

3.2 电压选择

全装置区内全部为低压用电设备，低压用电设备及仪表电源用380/220V，50Hz，三相四线中性点接地系统，检修照明用36V或12V。

照明电源采用380/220V三相四线制，由低压配电室照明回路供给。

3.3 电力供应

本项目用电，拟通过两个途径解决：①项目配置的燃气发电机组，供本项目部分用电；②与园区电网并网，保证项目用电的连续性。

本项目设独立变电所，供项目用电。

3.4 过电压保护

为限制大气感应过电压，母线上均装设避雷器。为限制高压真空开关操作引起的操作过电压，在真空开关上加装组合式过电压保护器。

3.5 厂内供电方式

厂区内采用电缆沟内敷设方式及局部电缆直埋地引入各车间、工段，采用放射式配电方式。进入建筑物处穿管保护，装置区内用电设备较少的，采用放射式配电方式向各生产用电设备供电，引入用电设备的导线穿钢管沿地暗敷。

3.6 配电

界区内的各生产装置和罐区属爆炸危险场所，其安装、配线应符合《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》(GB 50058-2014)的要求。

界区内的配电线路大部分采用阻燃型铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装电缆沿电缆梯架敷设，局部采用电缆直埋敷设。电缆桥架主要安装在工艺管架上，电缆引出桥架或地面时，应穿保护钢管引至用电设备。

3.7 照明

装置区的照明配电由区域变配电所内的照明、检修负荷配电装置向各装置单元照配电明箱放射式直供，个别可采用链式配电；罐区的照明配电由罐区变配电所内的照明、检修负荷配电装置向各罐区单元照配电明箱放射式直供，个别可采用链式配电。

户外装置区和道路照明采用集中控制，建筑物内的照明采用就地控制。厂区道路照明电缆采用铠装电缆直接埋地敷设。厂区内道路配设路灯照明，采用光电自动控制，控制设备安装在门卫值班室。

4 结论及建议

(1)考虑项目的实际情况废轮胎热解项目采用负压热解工艺；

(2)项目需要容量2125kWh/h，年用电量1530万kWh。负荷等级为二级、三级负荷。