T/CI 021-2021
連續回轉式廢輪胎裂解反應器設計準則

Design criteria for continuous rotary kiln waste tyre pyrolysis reactor

被代替

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標準號

T/CI 021-2021

發布

2021年

總頁數

18頁

發布單位

中國團體標準

替代標準

T/CI 021-2022

當前最新

T/CI 021-2023

 

 

引用標準

GB 16297 GB 18599 GB 50316 GB 50726 GB/T 26731-2011 GB/T 32662-2016 GB/T 3778-2011 GB/T 3780.1-2015 GB/T 3780.10-2017 GB/T 3780.12-2007 GB/T 3780.15-2016 GB/T 3780.21-2016 GB/T 3780.5-2017 GB/T 3780.6-2016 GB/T 37808-2019 GB/T 40009-2021 HG/T 20566-2011 SB/T 11107-2014

適用范圍

3.1 廢輪胎（waste tyre） 失去了原有的使用價值，且不能翻修繼續使用的輪胎。 3.2 廢輪胎熱裂解（pyrolysis of waste tyre） 廢輪胎在缺氧或惰性氣體環境中通過加熱進行裂解反應，生產廢輪胎再生油、熱裂解再生炭黑、熱裂解回收鋼絲、不凝可燃氣的工藝過程。 3.3 熱裂解再生炭黑（pyrolysis recovered carbon black） 廢輪胎熱裂解產生的富含炭黑的固態產物。 3.4 連續回轉式廢輪胎裂解反應器設計準則（Design criteria for continuous rotary kiln waste tyre pyrolysis reactor） 采用熱裂解方法對廢輪胎進行高效裂解的回轉窯反應器設計和優化改造的統稱。 3.5 有效長徑比（effective aspect ratio） 回轉窯裂解反應器的有效長度與有效直徑的比值。 4　技術要求 反應器主體有效長徑比的設計計算 （一）廢輪胎裂解程度分析 廢輪胎裂解轉化率，是指廢輪胎因受熱發生分解反應的質量與物料未發生反應前質量的比值。由于是廢輪胎發生分解反應引起的變化，所以裂解轉化率主要與裂解反應密切相關的因素，如裂解溫度和反應時間等有關。由于不同種類的廢輪胎其橡膠組成配方存在一定的差異，需要選用最佳的裂解溫度對廢輪胎進行裂解。最佳裂解溫度的選取可采用熱重分析方法，對廢輪胎原料的在不同溫度和時間情況下的裂解轉化率進行分析，以確定最佳的裂解溫度和合適的裂解時間。 廢輪胎裂解程度，不同于單個微小顆粒的熱重分析，廢輪胎在反應器內的裂解過程所涉及的傳熱傳質情況更復雜。對廢輪胎在反應器內的裂解程度分析需要更宏觀。通過大量的實驗研究發現，以廢輪胎裂解固體產物的品質對其裂解程度進行綜合評價是一種行之有效的分析評價方法。所涉及固體產物的品質具體包括：固體產物的熱重分析、炭黑性質分析、工業分析和微觀結構分析。 廢輪胎裂解所得固體產物的熱重分析，由于廢輪胎充分裂解后將不再發生質量變化，因此，以廢輪胎在不同裂解時間條件下所得固體產物的熱重分析結果來判斷廢輪胎的裂解程度是可行的。具體有以下計算公式：                                                         （4-1） 其中，m0為廢輪胎裂解后固體產物的初始質量，單位g；m為固體產物熱失重后剩余質量，單位g。 廢輪胎裂解所得固體產物的炭黑性質分析，主要包括吸碘值，DBP吸收值，氮吸附比表面積，甲苯析出物透光率，125°C加熱減量和825°C灰分等裂解炭黑性質方面的測試。以上測試的項目均采用GB/T 3780中規定的方法進行。 廢輪胎裂解所得固體產物的工業分析，主要包括水分，灰分，揮發分，固定碳等方面的測試。以上測試的項目均采用GB/T 212-2008中規定的方法進行。 廢輪胎裂解所得固體產物的微觀結構分析，主要采用斷層掃描電鏡分析方法對固體產物內部的微觀形貌進行表征，以輔助分析廢輪胎內部的裂解情況。 （二）反應器主體有效長度的設計計算 隨著裂解時間的增加，廢輪胎的裂解程度逐漸加深，通過實驗研究發現廢輪胎裂解程度與裂解時間滿足如圖1所示的關系：   圖1廢輪胎裂解程度隨裂解時間變化規律 即廢輪胎裂解程度與裂解時間基本滿足以下公式：                                       （4-2） 式中φ為廢輪胎裂解程度，單位%；t為廢輪胎裂解時間，單位min。擬合的相關系數達到了0.996。根據回轉窯裂解反應器的結構特殊性，廢輪胎裂解不同時間所需要的反應器長度滿足以下經驗公式：                                                   （4-3） 式中d為反應器內壁面上螺紋間距，單位m；ω為回轉窯反應器轉速，單位r/min；t為裂解反應所需時間，單位min。 需要說明的是，原料的組成不同會影響裂解反應過程，這里提供的是一種研究廢輪胎裂解程度與裂解時間關系的方法，涉及到具體原料時，應根據本設計準則的方法進行校正實驗，根據實驗結果和具體工程需要的結構參數，重新對反應器主體有效長度進行設計計算。 （三）反應器主體有效直徑的設計計算 合適的填充度可以確保反應器產量，填充度過大，廢輪胎需要更長的裂解時間，在有限的加熱長度內容易裂解不充分；填充度過小，產量將急劇下降。為了提高產能，回轉窯反應器的填充度一般控制在10~20%。回轉窯反應器的單位表面積產量計算公式如下：                                                     （4-4） 式中mF為回轉窯反應器單位表面積產量，單位為kg/m2·h；G為回轉窯反應器處理量，單位kg/h；D為回轉窯反應器直徑，單位為m；L為回轉窯反應器長度，單位為m。 回轉窯反應器的單位容積產量計算公式如下：                                                      （4-5） 式中：mV為回轉窯反應器單位容積產量，單位為kg/m3·h。 在填充度一定的情況下，根據產能需求，回轉窯反應器的直徑設計計算公式如下：                                                （4-6） 需要說明的是，反應器主體的有效直徑主要影響反應器內徑向溫差和處理量，通常情況下，反應器直徑小于1.2m時，反應器內徑向溫差一般不超過20℃，可以忽略直徑變化對徑向溫度的影響。在填充度一定的情況下，可以根據反應器處理量和廢輪胎物性參數計算出所需反應器直徑。 5　基本參數 5.1 裂解時間 廢輪胎在反應器內的停留時間由裂解程度決定，并與反應器的轉速、結構及物料自然傾角等因素有關，按下列公式計算。 反應器內無抄板物料停留時間t1按下式計算：                                                          （5-1） 式中t1為物料停留時間，單位min；L為反應器長度，單位m；Di為反應器內徑，單位m；θ為物料的自然傾角，單位°； n為反應器轉速，單位r/min。 反應器內有螺旋葉片物料停留時間t2按下式計算：                                                                （5-2） 式中t3為廢輪胎停留時間，單位min；η為廢輪胎裂解程度，由式4-1計算；d為螺旋葉片間距，單位mm; L、n含義與式（5-1）相同。 5.2 填充系數 在垂直軸向的反應器內截面上，廢輪胎占有的面積與反應器內截面的比值為填充系數。一般填充系數取0.1~0.2，不超過0.25。如處理量已確定，也可以用式（5-4）計算填充系數，若計算所得的填充系數偏低或偏高，可適當調節反應器尺寸并重新計算。                                                   （5-3） 式中f為填充系數；k1為結構影響系數，反應器內無抄板等內構件時，取k1=1.0；反應器內有抄板時，取k1=1.1~1.2。G為處理量，單位kg/h；ρ為廢輪胎密度，單位kg/m3；L為反應器長度，單位m；Di為反應器內徑，單位m；t1為物料停留時間，單位min。 5.3 轉速 反應器的轉速范圍一般為0.4~10 r/min，常用轉速為1~3 r/min。設計轉速時應根據廢輪胎在反應器內的停留時間和反應器內構件形式進行綜合考慮計算，如為內螺旋結構，則只考慮螺旋葉片間距即可。此外，還要控制反應器外徑圓周線速度不超過1 m/s；對少數工況要求特殊的情況，在對內構件、反應器的慣性振動作特殊考慮以后，反應器的轉速范圍可以適當的放寬。

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