國外廢舊橡膠循環利用新技術進展
廢舊橡膠主要來自報廢的汽車輪胎隨著汽車工業的高速發展廢舊輪胎的產生率持續增加2010年美國廢舊輪胎數量約470萬噸歐洲為近350萬噸日本超過110萬噸在中國約為160萬噸堆積如山的廢舊輪胎引發多種環境問題形成黑色污染
為解決廢舊橡膠產生的環境問題各國都作出了積極努力一些地域和國家已采用多種方法處理廢舊輪胎現在廢舊橡膠可以通過機械方法粉碎或研磨成微粒成為膠粒和膠粉;通過脫硫技術破壞硫化膠化學網狀結構制成再生橡膠其市場應用領域也在不斷擴大
在歐洲廢舊輪胎管理的主要方法是物料回收占38.7%能量回收占32.3%和翻新占11.3%在美國廢舊輪胎管理的主要方法是輪胎衍生燃料占52.8%鋪地用橡膠占16.8%以及土木工程應用占11.9%
美國橡膠生產商會的一項研究表明每年替換下來的廢輪胎約有90%被重新利用這表明廢輪胎的再利用率實際上高于其他大宗回收的廢料如玻璃瓶廢紙張和鋁罐等美國橡膠生產商會在報告中稱美國的廢輪胎管理工作已取得重大進展各堆放場的廢輪胎存量明顯減少廢輪胎的新用途不斷被成功開發2010年美國產生的廢輪胎已有91%按質量計下同得到重新利用而2005年的廢輪胎利用率約為82%1990年這一數字只有11%目前廢輪胎主要被用來轉化成燃料市政工程用材料和再生膠粉等
據美國《輪胎評論》報道加拿大安大略省在全省范圍內推行一項輪胎回收計劃旨在賦予廢舊輪胎第二次生命據統計該省居民每年至少扔掉1 200萬條廢舊輪胎其中只有一半被回收利用而其余部分被送到加拿大的其他省份作為水泥廠的燃料根據該省擬定的輪胎回收計劃居民每購買一條新輪胎要向輪胎零售店支付2~5美元的廢舊輪胎處置費由輪胎零售商作為環保處置費或以輪胎稅的方式上繳省政府廢舊輪胎被送到指定的回收企業再將其轉化成汽車剎車踏板擋泥板和地板墊等制品據稱安大略省是加拿大目前惟一沒有由政府制訂輪胎回收計劃的省份
據美國《橡膠世界》報道廢輪胎膠粉用來制備體育場和游樂場橡膠地板是廢輪胎回收利用增長最快和用量最大的兩種用途在這兩個應用領域美國每年大約要消耗掉1 300萬條廢輪胎
國外廢舊橡膠的利用除了輪胎翻修外主要是制造膠粉應用于建筑材料和燃燒熱利用
美國利哈伊技術公司回收的PolyDyne輪胎橡膠粉末可用于制造新型熱塑性塑料和熱固性塑料混配物該類混配物可進行大量生產和制造前30年許多領域都在努力尋求在聚合物應用中重新使用輪胎碎片應用包括橡膠改性瀝青和由輪胎衍生燃料雖然這些項目中許多都取得了不同程度的成功但它們都受到輪胎橡膠碎片顆粒最終尺寸大小的限制新的研究表明將超細橡膠粉末組合到制造過程中可進一步改進各種配伍技術包括活性和非活性兩種研究結果已在美國化學學會橡膠分會第172次技術會議上發布研究表明較小顆粒尺寸的橡膠粒子對物理性質起到很強的正面效應業已發現采用活性和非活性配伍劑可改進物理性質和性能特征這將對發展塑料工業有利另外這些很小的橡膠粒子可再次應用于熱固性橡膠中而對性能很少有損失或無損失領先的環境工程公司Malcolm Pirnie公司對PolyDyne橡膠粉末所作的溫室氣體壽命循環分析指出每份回收利用的橡膠粉末應用于合成聚合物中相當于可防止同等重量的二氧化碳排放
美國珀利弗洛Polyflow公司開發出一種新型廢物處理技術可以把廢棄的橡膠和塑料制品轉化成各種高聚物單體和溶劑該公司稱與常用的焚燒法相比新技術不僅消除了顆粒物對大氣的污染而且溫室氣體排放量減少了70%該技術若得到全面推廣則可使美國對境外石油的依賴程度降低3.5%;若被全世界廣泛采用可大大緩解日益嚴重的環境污染該公司是世界首家不以原油和天然氣為原料生產工程聚合物的企業
｜美國俄司佛斯特廢輪胎回收公司開發出節能的高溫熱解技術可以從廢輪胎中回收更多的有價值材料傳統的高溫熱解法通常是在無氧條件下高溫干餾廢輕耗高該公司的回收系統是在真空條件下加熱廢輪胎降低了熱解溫度排放物可滿足更為苛刻的環保法規要求可從每條廢乘用胎中回收3.6千克炭黑3.8升油0.9千克鋼絲和6.85立萬米的可燃性氣體
巴西坎皮納斯大學的科研人員利用納米技術研制出一種可再利用橡膠這種可再利用橡膠實際上是一種納米合成物由天然橡膠與膨潤土按比例混合而成通常情況下不經過硫化的天然橡膠又軟又黏難以用來制造很多產品但經過硫化成型后就不能再利用新研制的橡膠不需要經過硫化能夠再利用而其硬度和強度與經過硫化的橡膠一樣用可再利用橡膠制造的第一批產品將是鞋底等日用品據稱利用可再利用橡膠制造汽車輪胎還需要進行很多安全試驗如果試驗成功人們今后將有望解決廢汽車輪胎污染環境的問題
廢舊橡膠熱解的標準溫度范圍為249~949℃在249~399℃下輪胎碎片會分解成大量氣體和油而在大于399℃時油和固體炭的產生會降低氣體產生的相對量在這樣較高的溫度下生成的氣體和油高含致癌的多環芳烴PAH美國Delta能源公司開發了低溫熱解工藝稱之為DEPolymerization它有助于減少有害的多環芳烴量而同時可回收炭黑基固體其質量可與直接制得的炭黑相比擬Delta能源公司收購美國專利而推出的第一條商業化DE炭黑產品生產線生產出Phoenix炭黑可用作橡膠增強劑另一用途可用于塑料和涂料著色計算表明該工藝的凈能量回收價值大于從輪胎制燃料TDF的能量價值Delta能源公司的專利技術采用粘土催化劑和接近減壓的條件在低達66~454℃條件下操作催化劑為柱狀蒙脫石與鋁和錳金屬粉塵進行專有技術組合而成橡膠在反應器中保持6.8~54.1KPa壓力下放熱分解Delta能源公司在美國北達科塔州建設的二套裝置現每天加工10噸的輪胎碎片該公司也在東部和中西部幾個生產基地建設裝置包括賓夕法尼亞州Green郡一些地方和州政府均支持這一項目
英國PYReco公司開發的廢舊輪胎熱解閉環回收利用技術獲推廣應用PYReco公司于2008年11月與世界領先的特種礦物加工工程承包商之一芬蘭Metso公司旗下的Metso礦物公司簽署協議到2010年底建成廢舊輪胎連續化熱解裝置并投入運行這一開發項目可使廢舊輪胎可再返回成為制取新輪胎適用的材料這一技術應用于Tees Valley地區的South Tees Eco園區STEP每年將循環回收利用6萬噸相當于750條廢舊輪胎該裝置也可處理來自汽車制造商的其他橡膠材料包括膠帶和膠管擋風玻璃圍條刮水器鋪地膠板以及刮泥板
據稱該裝置有助于推進英國溫室氣體減排目標相當于可減排幾十萬噸CO2否則生產這些炭黑鋼絲和電力會產生CO2排放采用外部熱量使輪胎熱解降解含有輪胎的腔室內為無氧狀態這樣輪胎就可分解釋放出氣體然后是油離下黑焦和鋼絲的混合物然后進行分離進一步精制和轉化成所構成的成分鋼絲炭黑油和氣體因為該過程在密閉的腔室內進行故無有害的排放
PYReco公司表示驗證這一有效的熱解技術可解決廢舊輪胎和其他廢棄物處理的有關問題該公司確認最大的節約來自于可回收利用的炭黑與鋼絲制取每噸炭黑需燃燒約1.4噸油該公司還指出循環回收利用歐洲的廢舊輪胎將可節約600萬桶不必要的石油消費同時每年減少70萬噸CO2排放
｜作為輪胎工業領先的環境解決方案提供商美國佛羅里達輪胎回收利用公司FTR于2009年2月宣布推出閉環產品生命循環解決方案該方案設計可回收利用重新利用和再制利用100%被丟棄的廢舊輪胎廢舊輪胎是美國最大的可持續利用的資源也是美國制造業第三大可利用的原材料從而可實現不再埋地或作為廢棄的副產物來處理FTR公司閉環產品生命循環解決方案可使廢棄材料如輪胎或橡膠塊循環回收成為有用的粉末橡膠原材料重新進入制造過程之中此外由于佛羅里達輪胎回收利用公司工藝過程處理廢棄輪胎獨特的方法實現了輪胎100%可回收利用
為了更有效地將廢棄輪胎變廢為寶西班牙巴倫西亞市的一家企業開發出了生態熱解法它能使輪胎成分的98%被回收利用這家名為PIROREC的企業表示廢棄輪胎很難自然降解如果露天存放不僅占用大量土地而且日曬雨淋后極易孳生蚊蟲產生有害氣體并有火災隱患為了改進對廢棄輪胎的處理PIROREC公司的研究人員在低溫無氧條件下用一種特殊催化劑對廢棄輪胎的成分進行分解和加工這一過程可將7%的輪胎成分轉化成可燃氣體將40%的成分制成粗柴油或石蠟51%的成分可轉變成炭黑據介紹上述分解加工過程不排放廢氣所獲得的可燃氣體可用作工廠燃料目前該企業已能夠以生態熱解法對廢棄輪胎進行工業化分解和加工并準備進一步擴大產能
2010年1月加拿大Ellsin環境公司表示開發出一種新的輪胎回收處理技術在安大略興建試驗工廠Ellsin環境公司稱正在與環境廢棄物國際Environmental Waste InternationalEWI公司合作采用EWI公司的反相聚合reverse polymerisation專利技術興建示范裝置EWI公司表示傳統的熱解反應技術主要把輪胎分解為油炭黑等需要消耗大量的能源并產生大量的廢棄物微波新工藝處理技術只需較低的分解溫度250~300℃即可在氮氣室中將輪胎分解成相同的組分此外新技術還能夠通過產生的氣體帶動微渦輪發電剩余的電量可納入國家電網該示范廠每天可回收900條輪胎Ellsin 環境公司于2010~2011年興建一個類似的新工廠廢舊輪胎處理能力為每天6 000~7 000條目前在北美每年大約產生3.3億條廢舊輪胎公司預計約有25%廢舊輪胎能夠作為工廠的原料使用這將為這項新技術的應用提供充裕的原料
英國利茲Leeds大學團隊研究從廢舊輪胎使用兩段熱解氣化反應器和鎳鎂鋁NiMgAl比例為1:1:1催化劑生產氫氣該研究工作成果于2010年6月11日公布于美國化學學會《能源與燃料雜志journal Energy & Fuels》廢舊輪胎的熱解和氣化用于生產液體燃料化工原料活性炭和氣體已被廣泛研究已有人建議將廢舊輪胎在高溫下進行熱分解可能成為將來能源系統中產氫的替代方案在裂解氣化過程中催化劑將發揮重要作用以便能最大限度地生產氫氣有報道稱鎳基催化劑可作為有希望的催化劑可在蒸氣氣化過程中去除焦油和生產氫氣這是由于其有良好的催化效果和相對低廉的成本熱解氣化在兩段固定床反應器中進行實驗室制備的鎳鎂鋁NiMgAl1:1:1用作為催化劑已在第一反應器中便輪胎樣品進行了熱解熱解產物再直接通過進入第二反應器在此再進行熱解氣體的蒸汽催化氣化此外研究團隊還研究了制備最常見的可用于輪胎中的彈性體成分天然橡膠NR丁苯橡膠SBR和順丁橡膠BR
｜實驗在500℃熱解溫度下進行氣化溫度為800℃結果表明當熱解氣化采用蒸汽和/或催化劑時可使用于生產輪胎和橡膠成分的氣體和氫氣產率大大提高例如不使用蒸汽和催化劑沙粒得到與生產順丁橡膠有關的氣體產率僅為24.4 wt %在氣化溫度800℃下引入水可使與生產順丁橡膠有關的氣體產率提高到32.9 wt %而在存在NiMgAl催化劑和蒸汽情況下可使與生產順丁橡膠有關的氣體產率進一步提高到153.4 wt %當使用NiMgAl催化劑用于熱解氣化過程時氫氣和一氧化碳濃度大大增加并且隨之可降低CH4和C2C4濃度在NiMgAl催化劑存在情況下廢舊輪胎進行催化蒸汽熱解氣化氫氣產率可從0.68 wt %增加到5.43 wt %可以得到用于生產順丁橡膠原料的氫氣產率達到最高 15.26 wt %
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