技术领域
[0001] 本
发明属于废弃物资源化利用及
能源和环保领域,具体涉及一种利用废轮胎热解残渣为原料制备水渣浆及其制备方法。
背景技术
[0002] 废轮胎作为一种难以处理的固体废弃物,严重威胁着人类的生态环境和身体健康。随着我国经济社会持续快速发展,群众购车刚性需求日益激增,
汽车普及的同时导致了废轮胎等垃圾逐渐增多。我国废轮胎产量已居全球第一,预计2018年产生的废轮胎数量将达到3.798亿条,重量达1459万吨。因此,对废轮胎进行合理利用,不仅可以在一定程度上缓解环境压
力、降低污染,而且能进一步实现资源再生,有利于提高社会和经济双重效益。目前,废轮胎的处理方式主要分为直接掩埋、焚烧、
翻新、生产胶粉、
气化及热解处理。其中,热解工艺由于具有处理量大、效益高及污染小的特点,且可产生具有较高附加值的气、液、固三相产物,被认为是废轮胎循环利用的主流处理方式。
[0003] 废轮胎热解处理是指在缺少
氧气的条件下,利用高温或催化剂使小
块废轮胎发生热裂解,最终得到气体、油、固体残渣及
钢丝等产物的方法。其中,固体残渣主要包括
炭黑、无机组分(灰分)及少量没有完全分解的大分子
橡胶烃,约占热解产物总量的40%左右,有效利用该固体残渣对提高废轮胎热解工艺的技术经济水平及环保效益具有重要意义。
[0004] 目前,废轮胎热解残渣主要是用作
燃料直接使用,经济性不理想;或制成
活性炭,但因
吸附性较低,达不到规模化生产;有的厂家将其直接作为炭黑销售,或对其改性制备商品炭黑,但因许多性质与商品炭黑存在较大差别,同样面临难以推广的问题。且商品炭黑对表面元素组成、粒径、
比表面积、结构度以及表面化学性质都有一定的要求,采用热解残渣制备可商用炭黑具有较高的难度,且热解残渣的性质、组成和产率随着热解设备、工艺参数以及催化剂的性质的不同而不同。因此,开发一种具有普适性的处理方法对合理利用废轮胎热解残渣具有非常重要的实际意义。
[0005] 废轮胎热解残渣是一种富
碳固体材料,碳含量可达到90%以上,具有较高的热值。根据这个特点,有望将其作为
煤替代物质制备水煤浆。水煤浆是由65~70 wt.%的煤、29~
34 wt.%的水和1 wt.%的化学添加剂通过物理加工方式得到的低污染、高效率且可管道运输的煤基浆体燃料。它既保持了煤的物化特性,又具有类似于石油的流动性,可
泵送、储存、雾化及燃烧。众多研究者将一些高含碳固体材料作为煤替代物质制备浆体燃料,均取得了良好的效果。可以看出,
生物质热解残渣作为富碳材料,可以在添加剂作用下与水制备成浆体燃料,作为燃料用于电厂
锅炉或用作气化原料。这种工艺简单、经济高效的残渣处理方式无疑对热解工艺的适用性和经济性具有重要推动作用。然而目前关于将废轮胎热解残渣用于制备浆体燃料方面的研究尚未涉及,有必要对其进行系统详细的研究。废轮胎热解残渣中的硫通常以金属硫化物的形式存在,灰分多是由金属氧化物等矿物元素构成。据研究表明,通过
盐酸-氢氧化钠溶液交替洗涤可以去除其中大部分硫化物及灰分,为热解残渣在浆体燃料中的应用奠定
基础。
[0006] 基于上述原因,本项目将废轮胎热解残渣在
脱灰脱硫的基础上制备浆体燃料(水渣浆),提高废轮胎热解残渣的利用率及附加值。通过这种浆体燃料形式在处理热解残渣的同时又能对残渣的热值进行利用,为热解残渣资源化利用提供了一种新的途径。
发明内容
[0007] 本发明旨在提供一种以废轮胎热解残渣制备的水渣浆及其制备方法,以有效提高废轮胎热解残渣的利用率及附加值,实现变废为宝的目的。
[0008] 为了实现上述目的,本发明提供了一种以废轮胎热解残渣制备的水渣浆及其制备方法。水渣浆的组成和配比为:残渣粉45 55 wt%、水43.5 54.5 wt%、分散剂0.5 1.5 wt%。~ ~ ~
水渣浆的低位发热量为14070 17197kJ/g。其制备方法包括以下步骤:1)将所述废轮胎热解~
残渣进行盐酸-氢氧化钠交替洗涤以除去大部分灰分及含硫量;2)将上述洗涤后的固体残渣进行干燥
粉碎,加入到适当的分散剂水溶液中,搅拌均匀得到所述水渣浆。
[0009] 进一步地,上述步骤1)中所述废轮胎为废轿
车轮胎、废轻型载货
汽车轮胎、废载货汽车及大客车轮胎、废农用车轮胎、废工程车轮胎、废工业用车轮胎、废摩托车轮胎;上述废轮胎热解残渣采用立式固定床反应器,在常压、氮气氛围下,以2 20℃/min的升温速率,将~废轮胎加热到500 850℃后得到的热解残渣。
~
[0010] 进一步地,上述步骤1)中所述的盐酸浓度为2 8mol/L,洗涤时间为6 18h,洗涤温~ ~度为30 80℃;上述氢氧化钠浓度为1 5mol/L,洗涤时间为12 30h,洗涤
温度为50 80℃。
~ ~ ~ ~
[0011] 进一步地,上述步骤2)中洗涤后的固体残渣灰分为0.26 1.85wt%,硫含量为0.55~ ~0.87wt%。
[0012] 进一步地,上述步骤2)中干燥粉碎获得粒径小于1.0mm,平均粒径为0.01 0.50mm~的颗粒。
[0013] 进一步地,上述步骤2)中分散剂为木质素磺酸钠、
萘磺酸甲
醛缩合物、十二烷基
硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基
氯化铵、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种,分散剂含量为所述水渣浆中固体总量的0.1 1.2wt%。~
[0014] 本发明所述的一种废轮胎热解残渣制备的水渣浆及其制备方法,将废轮胎热解过程中产生的固体残渣,经过处理后制备浆体燃料,具有工艺路线段、操作简单、成本低等优点,不仅解决了大量固体残渣的处理问题,且充分利用其价值,可极大提高废轮胎热解工业整体的社会经济性。
[0015] 本发明所述的水渣浆,残渣粉含量可以达到55wt%;在
剪切速率为100s-1时,其
粘度低于1000mPa·s,且具有屈服
假塑性流体特征;放置15天,无硬沉淀现象产生,表现出较好的
稳定性,可用于燃烧或者气化。
具体实施方式
[0016] 下面通过
实施例的方式进一步说明本发明的水渣浆及其制备方法,但并不是将本发明限制在实施例范围内。
[0017] 实施例1:将50g在常压、氮气氛围下,升温速率为5℃/min,热解终温为600℃下得到的废轿车轮胎热解残渣,置于2mol/L的盐
酸溶液中,30℃洗涤6小时,然后置于1mol/L的氢氧化钠溶液,
50℃洗涤12小时。接着将洗涤后的固体残渣进行干燥粉碎,获得平均粒径为0.10 mm的颗粒。将其与0.08g木质素磺酸钠、41.25g蒸馏水充分搅拌均匀得到水渣浆。
[0018] 制备的水渣浆在25℃下的
表观粘度为982mPa·s,流动性较好,具有屈服
假塑性流体特征,保存15天无硬沉淀现象。水渣浆的低位发热量为17118kJ/g。
[0019] 实施例2:将50g在常压、氮气氛围下,升温速率为10℃/min,热解终温为650℃下得到的废摩托车轮胎热解残渣,置于5mol/L的盐酸溶液中,50℃洗涤12小时,然后置于2mol/L的氢氧化钠溶液,80℃洗涤16小时。接着将洗涤后的固体残渣进行干燥粉碎,获得平均粒径为0.20 mm的颗粒。将其与0.35g萘磺酸甲醛缩合物、45.66g蒸馏水充分搅拌均匀得到水渣浆。
[0020] 制备的水渣浆在25℃下的表观粘度为772mPa·s,流动性较好,具有屈服假塑性流体特征,保存15天无硬沉淀现象。水渣浆的低位发热量为16283kJ/g。
[0021] 实施例3:将50g在常压、氮气氛围下,升温速率为20℃/min,热解终温为850℃下得到的废农用车轮胎热解残渣,置于8mol/L的盐酸溶液中,50℃洗涤12小时,然后置于3mol/L的氢氧化钠溶液,50℃洗涤30小时。接着将洗涤后的固体残渣进行干燥粉碎,获得平均粒径为0.50 mm的颗粒。将其与0.58g十二烷基硫酸钠、50.87g蒸馏水充分搅拌均匀得到水渣浆。
[0022] 制备的水渣浆在25℃下的表观粘度为643mPa·s,流动性较好,具有屈服假塑性流体特征,保存15天无硬沉淀现象。水渣浆的低位发热量为15410kJ/g。
[0023] 实施例4:将50g在常压、氮气氛围下,升温速率为15℃/min,热解终温为800℃下得到的废工程车轮胎热解残渣,置于6mol/L的盐酸溶液中,80℃洗涤12小时,然后置于4mol/L的氢氧化钠溶液,80℃洗涤18小时。接着将洗涤后的固体残渣进行干燥粉碎,获得平均粒径为0.35 mm的颗粒。将其与0.45g十二烷基苯磺酸钠、60.92g蒸馏水充分搅拌均匀得到水渣浆。
[0024] 制备的水渣浆在25℃下的表观粘度为206mPa·s,流动性较好,具有屈服假塑性流体特征,保存15天无硬沉淀现象。水渣浆的低位发热量为14070kJ/g。
[0025] 实施例5:将50g在常压、氮气氛围下,升温速率为20℃/min,热解终温为500℃下得到的废载货汽车及大客车轮胎热解残渣,置于8mol/L的盐酸溶液中,50℃洗涤18小时,然后置于5mol/L的氢氧化钠溶液,70℃洗涤25小时。接着将洗涤后的固体残渣进行干燥粉碎,获得平均粒径为
0.01 mm的颗粒。将其与0.15g十六烷基三甲基氯化铵、56.15g蒸馏水充分搅拌均匀得到水渣浆。
[0026] 制备的水渣浆在25℃下的表观粘度为432mPa·s,流动性较好,具有屈服假塑性流体特征,保存15天无硬沉淀现象。水渣浆的低位发热量为14707kJ/g实施例6:
将50g在常压、氮气氛围下,升温速率为20℃/min,热解终温为750℃下得到的废轻型载货汽车轮胎热解残渣,置于6mol/L的盐酸溶液中,70℃洗涤10小时,然后置于4mol/L的氢氧化钠溶液,70℃洗涤12小时。接着将洗涤后的固体残渣进行干燥粉碎,获得平均粒径为0.20 mm的颗粒。将其与0.40g壬基酚聚氧乙烯醚、48.60g蒸馏水充分搅拌均匀得到水渣浆。
[0027] 制备的水渣浆在25℃下的表观粘度为698mPa·s,流动性较好,具有屈服假塑性流体特征,保存15天无硬沉淀现象。水渣浆的低位发热量为15791kJ/g。
[0028] 对照例:将50g在常压、氮气氛围下,升温速率为5℃/min,热解终温为600℃下得到的废轿车轮胎热解残渣不经过脱灰脱硫处理,直接进行干燥粉碎,获得平均粒径为0.10 mm的颗粒。将其与0.08g木质素磺酸钠、41.25g蒸馏水充分搅拌均匀得到水渣浆。
[0029] 制备的水渣浆在25℃下的表观粘度为1324mPa·s,流动性较差,仍具有屈服假塑性流体特征,保存15天出现少许硬沉淀。这说明灰分硫分对浆体的成浆性稳定性有较大影响,通
过酸碱交替洗涤,除去大部分灰分硫分,可显著提高浆体的应用性能。