求翻胎流化的具体过程！

目前，国内外的研究者针对废轮胎的资源化利
用作了很多的研究，大多数研究者的兴趣主要集中
在热解气和热解油的优化利用，而很少涉及热解半
焦的研究[ 1 ，5 ].一般情况下废轮胎热解半焦的产率
可达到33 %～38 % ，是很重要的一部分资源.半焦
的用途主要有:燃料，填充剂(回收炭黑)，活化制活
性炭.如果能够实现半焦的有效利用将对整个废轮
胎热解工艺的成熟有重要意义.本文主要研究流化
床热解过程中废轮胎半焦的比表面积，孔隙率以及
孔体积随温度，床料粒径和流化数等参数的变化规
律，希望借此对半焦品质的改善与提升提供一些基
础数据.
1 实验部分
试验中废轮胎被剪成约5mm×5mm的薄片.
试验装置见图1 ，废轮胎的工业和元素分析见表1.
它主要由流化床热解反应器，采油装置，采气装置，
温度控制装置组成.流化床反应器为内径30mm，高
300mm的螺纹不锈钢管缠绕电炉丝组成.温度由伸
入床层中的热电偶和动圈式温度控制仪控制在450
～850℃之间.流化床料是粒径分别为01135～
01304mm，01304～014mm的2种河砂，流化风量根
据试验中确定的流化数进行调整，流化床床料的静
止高度控制在距布风板约60mm处.
当反应器被加热到热解温度后，废轮胎由反应
器顶端给入，在床内停留一段时间，然后把热解半焦
从反应器中迅速倒出收集起来.整个过程为间歇式
的操作方式.
第25卷第6期
2004年11月
环 境 科 学
ENV IRONM EN TAL SCIENCE
Vol. 25 ，No . 6
Nov. ，2004
11给料装置 21流化床 31冷凝及收集装置 41H2S收集
装置 51过滤器 61真空袋 71气体取样器
图1 流化床热解试验系统简图
Fig. 1 Schematic diagram of experimental system
收集的半焦用美国Quantachrome Corporation
生产的压汞仪(Mercury Porosimeter)进行分析，以
研究热解半焦的比表面积，孔隙率，孔体积等结构参
数的变化规律.
2 结果与讨论
热解产物分布及产品质量受多种因素影响，如
热解温度，压力，床料粒径，流化风速及颗粒尺寸，形
状等.本实验采用常压惰性气氛下热解，ZD分析热
解温度，床料粒径和流化数对热解半焦品质的
影响.
211 温度及床料粒径对孔隙度与比表面积的
影响
表1 废轮胎的工业和元素分析
Table 1 Proximate and ultimate analysis of waste tire
Proximate analysisω/ %
MadAadVadFCad
Heating value
/ J .g- 1
Ultimate analysisω/ %
CadHadNadSadOad
1108214263145331053853718861776180013211021159
ad : air dry.
图2给出了不同热解温度下半焦的孔隙度和比
表面积变化.由图2(a)可见，随温度的升高孔隙度
和表面积在750℃时达到一个峰值，随后又开始回
落.虽然温度升高，橡胶高分子聚合物热解反应加
强，有更多的有机气，油混合物挥发出来，造成了半
焦孔体积及大孔数量的增多，但与煤不同的是随热
解反应的深入，其骨架结构的刚度变弱.造成了低温
下热解半焦形状较完整，而高温下由于流化床床料
的冲击使颗粒粉碎，使许多孔径大于1μm的大孔被
破碎，这就造成整个过程的孔隙度和表面积下降.对
煤及垃圾衍生燃料(Ref use Derived Fuel ， RDF)[ 2 ]热
解半焦的结构分析表明，由于它们本身的骨架结构
刚性较强，加上高温下的烧结现象使其表面积及孔
体积随热解温度升高先升后降.而Guillermo San
Miguel等[ 2 ，4 ]对煤及废轮胎共热解表明，热解温度
升高，表面积和孔体积升高，这可能是由于煤的加入
增强了热解半焦的刚性的缘故.
图2(b)给出了小床料粒径(流化风速不变)下
图2 温度对废轮胎热解半焦孔隙度和表面积的影响
Fig. 2 Porosity and specific surface area of chars received at various temperat ure
半焦的孔隙度和比表面积随温度的分布.由图可见，
随温度的升高孔隙度和比表面积均以650℃为临
界，后呈下降趋势.说明废轮胎在较小床料粒径下，
650℃左右热解已经很充分，更高的热解温度将降低
061环 境 科 学25卷
半焦的比表面积和孔隙率等品质因素.其原因可解
释为，在流化风速不变的情况下，由于床料粒径变小
而使流化数增大，床料与橡胶颗粒之间的碰撞加剧，
使颗粒粉碎，致使许多大孔被破坏，半焦的孔隙度和
比表面积下降.
图2显示，半焦在低热解温度450℃下有Z大
的比表面积和孔隙率.在石油焦燃烧过程中比表面
积和孔容积变化规律也出现了类似现象[ 3 ]，对于这
一点的形成机理目前还不清楚.实际上，废轮胎在
450℃并没有完全热解.所以，半焦中的碳结构和高
分子聚合物的弹性结构共同组成了半焦的体系结
构.这样相对于高温下的半焦而言更加难于物理
破坏.
212 温度对半焦孔体积的影响
图3给出了2种床料粒径下不同温度热解半焦
孔体积的影响.由图3(a)可见，较大床料粒径
(01304～014mm)下半焦孔体积的变化规律与比表
面积，孔隙率相似，也是一个先降后升的趋势.其原
因可能是，热解初期由于焦内部的冷凝和烧结，造成
孔的封闭，半焦的孔体积先减小，随着热解温度的升
高，有更多的热解油，气产生，低温下封闭的孔被打
开，半焦孔体积.这一点与沈伯雄等[ 3 ]对石油
焦燃烧过程中孔体积变化规律研究的结论一致.
但在较小床料粒径(011 3 5～013 0 4 mm)下，
图3 温度对废轮胎热解半焦孔体积的影响
Fig. 3 Pore volume of chars received at various temperat ure
如图3(b)，半焦孔体积呈下降趋势，与较大床料下
的变化趋势相反，其原因暂不清楚，可能是由于床料
粒径减小使得流化数变大，加剧了床料和半焦之间
的碰撞，致使孔的破碎而导致半焦孔体积下降.
213 流化数对半焦结构的影响
图4给出了热解温度分别为550℃，650℃时不
同流化数对半焦孔体积的影响.由图4可知，热解温
度为550℃时，u0/umf(流化数，即流化风速与临界
流化风速之比)从2127升到2184时，半焦孔体积减
小，而热解温度为650℃时，u0/umf从2178升到
3147时，半焦孔体积增加.其原因可能是:550℃时，
中小孔系还没有得到充分发展，大孔对半焦孔体积
的贡献起决定作用，流化数增大导致大孔容易被破
坏使半焦孔体积较小; 650℃下热解过程进一步深
入，孔体积以中小孔为主，大孔的破坏对半焦孔体积
影响相对较小，流化数增大促进了轮胎热解过程的
进行使半焦孔体积增加.
图4 流化数对半焦孔体积的影响
Fig. 4 Specificpore volume of chars at various fluidization number
图5给出了550℃，650℃下，半焦比表面积随
流化数的变化. 550℃时随流化数增加半焦比表面积
减小，650℃时比表面积略有增大.原因可能与流化
数对孔体积的影响类似，550℃工况下，中小孔系还
1616期环 境 科 学
没有得到充分发展，半焦中大孔对比表面积的贡献
比较大，增加流化数使半焦的一部分大孔破碎，导致
半焦面积减小;而在650℃时，流化数增大，废轮胎
热解程度加大，中小孔的比率增加，这部分孔对半焦
的表面积的贡献较大，同时床料与颗粒之间过度碰
撞时半焦颗粒粉碎，破坏了一小部分大孔，总体上半
焦比表面积略有增大.
图5 流化数对热解半焦比表面积的影响
Fig. 5 Specific surface areas of chars at various fluidization number
图6 流化数对热解半焦孔隙率的影响
Fig. 6 Porosity of chars at various fluidization number
图6示出了半焦孔隙率随流化数的变化，2个
温度下，随流化数增加，半焦孔隙率减小.由图6可
知，650℃下孔隙率比550℃大，这是由于650℃时热
解更充分，中小孔更发达.随流化数增加半焦孔隙率
减小的原因是由于流化数增大使床料的冲刷更为剧
烈，破坏了一部分大孔，而大孔数量对半焦孔隙率起
决定作用，大孔减少，使半焦孔隙率减小.
3 结论
(1)半焦比表面积和孔隙率随温度变化过程中
会出现一峰值，这表明对半焦品质而言，轮胎存在Z
佳的热解温度，采用较小粒径床料有使Z佳热解温
度下降的趋势.
(2)550℃时流化数增加半焦比表面积减小，
650℃时流化数增加半焦比表面积增大，而孔隙率随
流化数增加而减小.
(3)半焦孔体积随温度的变化趋势与床料粒径
有一定关系，在床料粒径较大时，随温度增加呈现先
降后升的趋势，而在床料粒径较小时，变化趋势却
相反.