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八种废橡胶环保脱硫装备

时间:2016-04-06    来源:中国轮胎循环利用网    点击:

废橡胶经脱硫生产再生橡胶, 目前高压动态脱硫,产生的废水、废气严重污染环境,严重影响身体健康,因此,本行业的科技人员致力于研制环保无污染的脱硫装置生产再生橡胶,近三年研发成功多种环保脱硫新装置,本文分别介绍近几年研发成功已经鉴定或正在研发中的环保脱硫新装置如下:

一、环保型废橡胶再生罐

环保型废橡胶再生罐,该装备继承了原动态脱罐的优点,又解决了原动态脱罐生产过程中产生废水、废气,环保不达标的难题。2013年9月4日获得实用新型专利,2014年6月27日通过了国家部级科技成果鉴定,鉴定认为: 节能环保型废橡胶串联冷却动态新技术提高了再生橡胶产品稳定性和生产效率,节能、降耗、环保效果显著。其创新点如下:

1.在生产配方上创新:原动态脱罐生产时用水量大(15%),产生的废水、废气也多,新罐用水量减至最低(3%),最大限度减少了蒸汽产生量,达到安全、节能、环保。

2.在生产工艺方法上创新:采用两台或多台脱硫罐串联,甲罐脱硫结束后,余气向乙罐里排放,甲罐排完就开始降温,同时乙罐开始脱硫工作,乙罐既利用了甲罐的余热,又可以减少用水量。

3.从设计理念上创新:首次采用国内领先的罐内带料冷却技术,通过控制罐内物料温度来控制有毒气体的产生。

4.在装备结构上创新:直接在罐体上增加冷却系统,冷却液在罐体外循环,已脱硫的胶粉冷却到常温后再排出,可以控制有毒气体产生,不需要再安装废水废气处理装置,可以节约场地和资金。

5.在装置智能化控制上创新:首次采用18路智能仪表控制模式,对罐体两侧共18个加热点区域进行分别控制,当仪表的温度大于设定温度时,对应加热区域停止加热,反之,自动启动加热,可严格控制脱硫温度,生产高质量的再生胶。

实现了生产再生胶优质、高效、安全、节能、环保,详情如下:

1.优质:原料用全胎胶粉,生产的再生胶拉伸强度在12MPa以上,扯断伸长率在420%以上,门尼粘度在95以下。

2.安全、节能:18路智能仪表+接触器控制模式提高了安全性,采用两罐或多罐串联方式,废气和冷却液循环利用,充分利用了余热,每罐可节约30分钟,可节电50度,每吨再生胶可节水200公斤。

环保型废橡胶再生罐,彻底解决了脱硫工艺产生废气的难题,实现了智能、节能、高效、优质、环保、清洁化生产。

二、动态脱硫内冷式环保装置

动态脱硫内冷(内注入冷水)式环保装置,即在脱硫罐外加一台冷却罐,将尾气引进这套装置中冷却降温,由气冷凝成水,又将此冷凝水引进脱硫罐,循环使用,实现了动态脱硫无废气废水排出,实现了环保清洁生产,改变了末端治理的传统做法。

两台脱硫罐串联,一台完成脱硫的罐将废气排进另一台罐,两罐压力平衡后关闭,然后向罐内注水降温,注入的水立即变成蒸汽进入前述的冷却罐,25分钟左右从170℃冷却到62℃以下,开始排料,排料没有烟气,解决了再生胶生产卸压过程中高温废气污染问题,出料后罐体温度仍保持120℃以上,降低了再次升温的能耗。

该装置正式运行一年,经环保局检测,废气完全符合《GB16297大气污染物综合排放标准,》硫化氢、苯系物(苯、甲苯、二甲苯)、非甲烷总烃等均优于《再生胶行业清洁生产评价指标体系》要求的Ⅰ级指标。

三、动态脱硫外冷式环保装置

动态脱硫生产再生胶由于用水量大,当结束脱硫时,排放的废气(主要是水蒸气,其中含有少量硫化氢、环芳烃等臭气)量也大,废气对环境污染严重。

动态脱硫外冷式环保装置处理废气的原理很简单,首先将高温气体冷却成液体,再将不可冷却成液体的气体引入锅炉燃烧。其作法是将脱硫罐的高压气体引入蛇形管冷却,在蛇形管出口处安装抽水泵抽出蛇形管中的水和气进入喷淋罐,由喷淋罐顶部出来的气体是不可冷却成液体的气体,然后再将此废气引入储气罐,再引入锅炉燃烧。该厂按此原理制作设备,将已冷凝的废水引入脱硫罐再用于生产,该厂有脱硫后的胶粉冷却机,捏炼机及精炼机等产生的废气也引入此冷却、喷淋处理装置,因此,废气和废水得到了治理。经试生产,没有废气和废水污染环境,环保验收达标。

 

说明:

1. 如果没有胶粉冷却机的厂,可以在气压降至零时,注入少量冷水,水立即气化,胶粉降温,罐内170多度的胶粉,降至60℃以下排料。

2. 如果蛇型管冷却池在地下,需在地上蛇管出口处安装抽水机,将蛇管中的冷凝水和气抽出,进入喷淋罐,不需要吸收罐。

3. 从喷淋罐顶部出来的气体是不可冷凝的气体,引进储气罐,再引入锅炉燃烧。

四、环保型空心螺旋剪切脱硫装备

环保型空心螺旋剪切脱硫技术装备针对生产再生橡胶用传统动法脱硫能耗高,废水废气污染严重,螺旋塑化机连续脱硫,螺旋易结垢,难清理,再生胶的门尼粘度反弹大等不足之处,研制成功新设备,于2015年1月29日通过了鉴定,主要创新点如下:

1. 研发了空心、间断式螺旋加热装置,螺旋叶片与转轴之间设计了一定的空间,橡胶粉在加热过程中避免了与叶片根部的粘连,解决了橡胶粉粘螺旋的问题。

2. 研发了静态剪切柱,静态剪切柱与螺旋叶片轴垂直设置,通过螺旋与静态剪切力的作用提高了橡胶粉的塑化效果和再生橡胶拉伸强度,解决了门尼粘度反弹的难题,提高了再生橡胶质量的稳定性。

3. 用该装备生产的再生橡胶,经天津市质量监督检验站检测,质量达到国家标准(GB/T13460-2008)的各项技术指标。

4. 该装备设计合理,易于操作,维修方便,性能良好,经济和社会效益显著。

5. 经环保局检测,用该装备脱硫工艺过程符合环保要求。

五、高速搅拌低温分段快速脱硫装置

该装置是低温分段脱硫工艺,详情如下:

1.旧的高速搅拌快速脱硫工艺;

 第一阶段:

当胶粉和助剂加入高速搅拌反应锅,电流快速上升,物料在高速搅拌下,由于相互摩擦,温度也快速上升,迅速均匀混合。

第二阶段:

在继续高速搅拌下物料开始升温软化,电流迅速下降,直到电流降到最低值,温度升到临界塑化值。

第三阶段:

在继续高速搅拌下电流出现平衡曲线(1-2分钟),物料开始出现塑化现象(半脱硫)。

第四阶段:

继续高速搅拌,物料塑化加快,脱硫最佳点到来,立刻转拨慢速保持2分钟排料,如果最佳点提前10秒,脱硫点就过了。

2. 低温分段脱硫新工艺:

⑴ 将旧快速脱硫4个阶段分成两步操作,第一步是旧的第一阶段+第二阶段,第二步是第三阶段+第四阶段。

⑵关键的第四阶段转成低温长效,拉长最佳点。

 ⑶ 改进搅拌结构,加入稳定剂和低温助剂。

 深入探索电流、温度、时间的关系,能否出现三点合一。

3. 新工艺三点合一奇迹

每次试验1分钟记录一次,然后由试验室检测性能,并画出电流、温度、时间的曲线图,详细记录了整个操作过程,发现了三点电、时间合二为一指向温度120℃,最佳点到了,通过几十次试验温度都指向120℃,反应锅冒热气,脱硫就成了。下一步是制作自动化、智能化、产业化的高速搅拌脱硫装置,实现低温、安全、节能、环保生产再生胶。

六、智能化环保型常压中温塑化机

该机具有以下特点:

1. 环保:全封闭常压、中温干态生产、无废气和废水产生。

2. 日产量:30吨至120吨多种机型。

3. 质量:使用9.00-12.00全胎胶粉生产再生胶,达到并超过国家标准。

4. 能耗:每吨胶粉耗电比动态脱硫罐节能20%以上。

5. 塑解温度:160至210度(胶种与目数不同,塑解温度亦不同)。

6.胶粉粒度:8-24目。

7. 软化剂用量:8-13%。

8. 脱硫后的胶粉,排料温度在60℃以下。

9. 全程自动化控制,操作简便,每万吨机组每班只需2-3人操作。

七、环保型多功能废橡胶复原机

该机于2014年4月16日通过部级鉴定,鉴定意见:该技术属国内首创,关键技术达到国际先进水平,建议规模生产并尽快推广。该法集合了快速脱硫法,挤压法,动态法及塑化法四种脱硫工艺为一体,取长补短,整合成此先进技术。该设备由自动送料系统·自动配料计量系统. 自动混料系统. 复原再生脱硫系统·调压装置·剪切装置·冷却装置和电控系统组成,实现了集中管理分散控制,已通过欧盟ROHS·CE等论证,该设备已销往欧盟等多国。其优点如下:

1.环保无污染,生产过程中无废水废气产生,通过了SGS欧盟ROHS环保检测。

2.自动化程度高,用人工少。

3.产量高能耗低,脱硫一吨再生胶只耗能145 kWh,动态脱硫需180 kWh,节能17%。

4.可以脱硫多品种废橡胶:废轮胎胶,浅色废橡胶,废丁基胶,废三元乙丙胶及废丁腈胶等。

5.生产的再生胶质量高,全胎胶粉不加煤焦油, 只加10%的环保油,其拉伸强度达11-12Mpa,扯断伸长率达410-450%,门尼粘度 55左右。胎面胶可达15-17Mpa,430-480%,门尼粘度60以下,超国标特级质量。

6.门尼粘度反弹小,储存一个月,门尼粘度只升高7-8门尼值。

实现了高,且废橡胶转化率高,环保型废橡胶复原再生法设备示意图如下:

7.此法比动态法脱硫生产的三元乙丙再生胶的质量高,对比物理性能如下:

三元乙丙再生胶     动态脱硫法     此环保脱硫法

硬度 58 55

拉伸强度/MPa  8.2  8.5

扯断伸长率/% 420 505

门尼粘度 60 48

八、超声波脱硫装备

近年出现的超声波脱硫法具有高效、环保、产品质量高等优点,已受到广泛关注。美国阿克隆(AKRON)大学已开发出一种将超声波场集中在挤出机中使废橡胶脱硫,所用挤出机长径比(L/D)为24的塑料加工挤出机,而超声波脱硫反应装置由換能器、倍增器、扬声器、压力和温度测量仪及口型等部件组成,而其相对于挤出机出料段的配置有呈直角或反向同轴两种方式。故来自挤出机的,经受剪切和挤压,甚至加热的废橡胶粉可进入超声波脱硫反应装置内,与扬声器接触,再通过可调缝隙和口型挤出已脱硫的胶粉。上述換能器是一种可将电能转換成超声波能的装置,倍增器则将声能扩大,且通过扬声器作用于废胶粉上,使之空穴化,这种局部能量会产生惊人的效果,破坏硫化胶中能量比C-C键低的C-S键和S-S键,从而有选择的破坏橡胶三维网络结构,而不是大分子键断裂。为此人们进行了大量的试验,并给出了肯定的答案并发明了相应的装置。如对天然橡胶施以50kHz的超声能量,10分钟可获得优良的再生橡胶,硫化后的再生橡胶的物理机械性能与原胶料相近。

Ruhman等人设计了另一种超声振动系统,他们采用多个磁致伸缩换能器复合而成,每一个磁致伸缩换能以纵向棒的形式连接在导管的外面,多棒在导管上均匀分布,如下图所示。此结构为两组四棒换能器的结构,一组换能器为a,由实线标出,另一组换能器为b,由虚线标出,两组换能器沿导管纵向排列。其中虚线示出的换能器在实线示出的换能器的后面。为了加强每个换能棒的超声功率,每个棒内有两个磁致伸缩换能器.每个换能器都为半波长单元,相位相差180度。通过振幅的叠加增加声能。这种结构的振动系统在美国和俄罗斯等国得到了产业化应用。

 
超声波脱硫的特点如下:

1.废旧橡胶超声波脱硫法,具有环保、高效、节能的特点.其再生胶的质量也比传统脱硫法高,因此受到世界各国学者的广泛关注。随着材料科学的发展.我国是世界上仅有两三个国家可生产稀土超磁致伸缩材料的国家之一,为设计制造超大功率超声振动系统提供了先进的材料,推动了我国超声脱硫的产业化的进程,为取代我国的再生胶生产一直沿用的大污染、大能耗的生产方法打下了基础。如果国家加大力度支持,再生胶行业积极响应,各学科的科研工程人员的大力协作,超声波脱硫法在我国实现产业化指日可待。

2.超声波脱硫时间短,生产的再生胶的质量高,节能高效生产。

3.超声波脱硫,不需添加活化剂,属物理法脱硫,生产成本低、无污染,我国再生橡胶产量居世界第一,是世界再生产大国,应实现高科技、无污染、高质量生产再生的强国。

作者简介

董诚春,北京橡胶工业研究设计院高级工程师(退休),从事轮胎等橡胶制品及废橡胶综合利用的研究开发工作,在橡胶专业期刊上发表论文有五十余篇,参加合编了六本橡胶专业书籍的有关章节,独自编著了《废橡胶资源综合利用》及《废轮胎回收加工利用》。


 

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