梁智彪，董著才，陳志勛，王龍陽，聶緒建
(江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰荆?景德鎮(zhèn))
摘? 要：廢輪胎已成為重要污染源，環(huán)境、資源回收利用的壓力將迫使相關(guān)法律法規(guī)推出;廢輪胎熱裂解是一種有效 的資源回收再利用處理工藝技術(shù)，廢輪胎無害化處理及資源回收再利用還存在技術(shù)瓶頸有待突破;廢輪胎熱裂解技術(shù)能 否成功實(shí)施的關(guān)鍵在于“裂解炭黑”利用的出路。廢輪胎裂解炭黑的應(yīng)用將對橡膠輪胎行業(yè)、炭黑行業(yè)產(chǎn)生哪些影響。
關(guān)鍵詞：廢輪胎;熱裂解;裂解炭黑
1? 廢舊輪胎已成為重要污染源
橡膠作為第四大戰(zhàn)略資源，已成為工業(yè)及生 活中不可或缺的一部分。但隨著汽車行業(yè)的迅猛 發(fā)展，我國的輪胎生產(chǎn)和消費(fèi)量巨大，廢棄的廢舊 輪胎所引起的一系列問題已日益顯著。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 我國在2018年產(chǎn)生廢舊輪胎約3.8億條，約1455萬 噸。預(yù)計(jì)廢舊輪胎每年產(chǎn)生量將很快達(dá)到 2000 萬 噸。由于廢橡膠在自然狀態(tài)下很難降解，越來越 多的廢舊輪胎長期大量的堆積不僅占用大量土地 資源，而且還會自燃引起火災(zāi)隱患，長期堆放的舊 輪胎槽內(nèi)極容易滋生細(xì)菌傳播病毒，嚴(yán)重惡化自 然環(huán)境。廢舊輪胎對自然環(huán)境及人的生命健康造 成的巨大威脅顯而易見，被人們稱為“黑色污染”。 由廢舊輪胎帶來的環(huán)境和社會問題已不容忽視。
必須重視廢舊輪胎無害化處理和資源回收利 用。杜絕“黑色污染”，給我們 一個(gè)健康的環(huán)境。
2? 廢舊輪胎處理的相關(guān)法律法規(guī)將盡快出臺
目前我國每年的廢舊輪胎回收處理不足產(chǎn)生 量的40%，累積的未處理廢舊輪胎量越來越大。隨 著我國近年來對環(huán)境保護(hù)意識的越來越強(qiáng)，使得 廢舊輪胎的無害化處理和資源回收利用引起社會 和政府的重視，國家有關(guān)部門相繼出臺一系列通 知、要求等，從政策方面引導(dǎo)廢輪胎無害化處理和 資源回收利用。
如何有效地處理大量的廢舊輪胎，是我國面臨的一個(gè)重大的環(huán)境與資源回收利用問題。鑒于 此，我國相繼出臺了《循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》、《廢輪 胎綜合利用指導(dǎo)意見》等一系列法規(guī)和規(guī)定，規(guī)范 廢舊輪胎回收處理和利用，提高資源綜合利用技 術(shù)和管理水平。國家出臺的“史上最嚴(yán)”《環(huán)保 法》，加大了對污染企業(yè)的處罰力度;對廢棄物的 處置方式改為寧可不處理也不能造成二次污染， 規(guī)范廢舊輪胎綜合利用行業(yè)發(fā)展秩序，提高資源 綜合利用技術(shù)和管理水平，推動橡膠工業(yè)可持續(xù) 發(fā)展，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。
2019 年初，發(fā)改委批復(fù)了由中國橡膠工業(yè)協(xié) 會起草的《關(guān)于構(gòu)建輪胎領(lǐng)域生產(chǎn)者責(zé)任延伸制 度的實(shí)施方案》最為引人關(guān)注，要求：建立健全綠 色低碳循環(huán)發(fā)展的制度體系，落實(shí)輪胎領(lǐng)域生產(chǎn) 者責(zé)任承擔(dān)主體，強(qiáng)化回收目標(biāo)管理，重點(diǎn)推進(jìn)制 度建設(shè)，形成政策導(dǎo)向，提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)裝備水平。 “十三五”末，基本構(gòu)建起輪胎生產(chǎn)者責(zé)任延伸管 理體系，輪胎回收利用核心技術(shù)取得突破。
輪胎領(lǐng)域生產(chǎn)責(zé)任延伸制度一旦實(shí)施，將極 大地促進(jìn)廢舊輪胎的無害化處理和資源回收利 用。國家、行業(yè)相關(guān)政策如下：
※《廢輪胎綜合利用行業(yè)準(zhǔn)入條件》
※《重要資源循環(huán)利用工程實(shí)施方案》
※《循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略及近期行動計(jì)劃》
※《關(guān)于建立完整的先進(jìn)的廢商品回收體系 的意見》
※《關(guān)于印發(fā)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略及近期行動 計(jì)劃的通知》
※《關(guān)于開展國家資源再生利用重大示范工 程建設(shè)的通知》
※《工業(yè)和信息化部商務(wù)部 科技部關(guān)于加快 推進(jìn)再生資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》
※《關(guān)于構(gòu)建輪胎領(lǐng)域生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度 的實(shí)施方案》
※出臺“史上最嚴(yán)”《環(huán)保法》，加大了對污 染企業(yè)的處罰力度;對廢棄物的處置方式改為寧 可不處理也不能造成二次污染。
3? 廢舊輪胎的處理方式
3.1? 廢橡膠的處理(再利用)方式
※ 原型改制：包括——輪胎翻新、船塢防護(hù) 物、漂浮阻波物等
※再生利用：包括——再生橡膠(輪胎摻用、 襯底、輸送帶)、制膠粉(地板、跑道塑膠;鋪路 材料;橡膠管、帶等)
※熱分解：包括—熱裂解分解物：裂解油、裂 解炭黑、可燃?xì)饧颁摻z回收、焚燒 (發(fā)電、鍋爐、 冶金或水泥窯爐等提供熱源)
目前，國內(nèi)外最主要的廢舊輪胎處理主要有： 廢舊輪胎翻新制造，生產(chǎn)再生膠、生產(chǎn)膠粉和熱解 (包括熱裂解回收資源或者焚燒利用熱能)等方式。
3.2? 國內(nèi)外廢舊輪胎處理主要方式和差異
歐美等發(fā)達(dá)國家——以消耗存留量為主要目 的，經(jīng)濟(jì)性為輔
※ 填埋以及向欠發(fā)達(dá)國家轉(zhuǎn)移
※舊輪胎翻新：歐美等發(fā)達(dá)國家舊輪胎翻新量 占有比較大的份額，在輪胎設(shè)計(jì)時(shí)就考慮了胎冠磨 損到一定程度時(shí)仍然保證較完好的胎體用于翻新。
※ 以燃燒為主回收熱能：廢橡膠直接燃燒可 替代部分石油或者煤炭等化石能源資源的需求， 如果不把經(jīng)濟(jì)價(jià)值作為其利用的首要因素的情況 下，將廢舊輪胎直接做燃料燃燒是一種簡便有效 的方式。
※ 制備再生橡膠和橡膠粉：用于公路橡膠瀝青，部分超細(xì)膠粉用于聚合物基防水卷材超細(xì)膠 粉用于噴涂涂敷料等。
※ 熱裂解制備裂解油及“裂解炭黑”。 而在中國，以資源回收再利用為主要目的，經(jīng) 濟(jì)性為重要指標(biāo)。
※ 制備再生橡膠：再生膠的生產(chǎn)已成為我國 目前廢輪胎處理和橡膠利用的主要途徑。再生膠 制備主要是針對廢舊載重全鋼子午胎，可以在某 些方面代替部分橡膠使用，但再生過程污染較嚴(yán) 重，再生膠利用價(jià)值較低;
※ 用廢舊載重輪胎制備膠粉：主要用于公路 的改性瀝青——橡膠瀝青產(chǎn)品;40 目以上的精細(xì) 膠粉應(yīng)用于瀝青基防水材料。廢舊輪胎生產(chǎn)膠粉 成本較高，污染較大，處理對象有局限性。而且廢 膠粉的需求量無法和廢舊輪胎的增長量相比;
※ 舊輪胎翻新：我國舊輪胎翻新量非常少， 幾乎可以忽略不計(jì);
※ 廢橡膠直接燃燒利用熱能：直接燃燒利用 其燃燒熱能并不是一種經(jīng)濟(jì)有效的方式，不太適 用于我國。
※ 裂解制備裂解油及裂解炭黑：廢舊輪胎熱 裂解可回收燃油、可燃?xì)狻摻z、“炭黑”，從理 論上講，廢舊橡膠的熱裂解是一種有效的資源回 收再利用技術(shù)，可以回收利用廢舊輪胎的全部資 源。從而實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎“吃干榨凈”全回收的有效 途徑。
但目前，我國廢舊輪舊胎熱裂解得到的裂解 油品質(zhì)較差，只能用作為低端燃油或重新煉制;而 “裂解炭黑”的應(yīng)用性能始終達(dá)不到輪胎行業(yè)的要 求，廢舊輪胎熱裂解方式還存在技術(shù)瓶頸。
3.3? 廢舊輪胎回收處理行業(yè)發(fā)展瓶頸
※ 原料成本高：我國廢舊輪胎的回收處理沒 有補(bǔ)貼或政策優(yōu)惠，市場價(jià)格波動較大，原料成本 高，造成循環(huán)利用企業(yè)的經(jīng)營困難。
※ 處理對象局限：破碎做膠粉或再生膠主要 面向載重車胎，且存在污染問題。輪胎翻新在我 國尚不具備推行條件。以上處理方式都有一定的 局限性，沒有能夠全面解決廢舊輪胎的回收利用 問題，也不能徹底實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎減量化處理
※ 經(jīng)濟(jì)效益差：缺少財(cái)政補(bǔ)貼支持，缺少投 資熱情，行業(yè)技術(shù)進(jìn)步緩慢，無法同時(shí)兼顧社會效 益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
4? 廢舊輪胎熱裂解處理——裂解工藝是可以有效回收資源的處理方式
熱裂解作為一種環(huán)境友好型的處理廢棄物的方 法，能實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎的綠色高效地再循環(huán)利用，對 于減少環(huán)境污染，緩解我國資源的不足意義重大。
裂解一噸廢舊輪胎大約可回收“炭黑”320- 350千克，燃料油/可燃?xì)?00-550千克，回收鋼絲 120-150千克。先進(jìn)的熱裂解技術(shù)可以做到對廢舊 輪胎的“吃干榨凈”，真正把“黑色污染”變成了 “黑色黃金”。采用先進(jìn)的廢舊輪胎裂解技術(shù)和高 效、環(huán)保的生產(chǎn)工藝和裝備，對廢舊輪胎進(jìn)行無害 化處理，能夠徹底解決廢舊橡膠產(chǎn)生二次污染的 問題。目前，我國廢舊輪胎熱裂解工藝正在持續(xù) 完善中。已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模裝置的廢舊輪胎熱解 處理方式。
間歇式加熱裂解：主要裂解設(shè)備為裂解罐，采 用加熱方式對膠粉或膠塊加熱(400-450℃)裂解。 間歇式加熱裂解工藝投資少，裝置較簡陋，控制手 段簡單，熱效能低，污染較嚴(yán)重。裂解產(chǎn)物品質(zhì) 差、不穩(wěn)定。近年來，這種裂解工藝裝置已逐漸被 淘汰或因環(huán)保原因被停運(yùn)或關(guān)閉。
連續(xù)式加熱裂解：轉(zhuǎn)爐式(或螺旋輸送式)廢 舊輪胎裂解裝置，特點(diǎn)是連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)裂解。單 套裂解裝置處理廢輪胎(膠料)能力可達(dá)到0.5-1.5 萬噸/年;廢舊輪胎粒料計(jì)量進(jìn)入裂解爐內(nèi)層(裂 解溫度約400-450℃)，裂解爐內(nèi)層圓筒后部為氣 固分離段，裂解氣經(jīng)多級冷卻(冷凝)分離“油”， 可燃?xì)膺M(jìn)入貯存罐作為燃料。分離的固相物(裂解 炭黑及廢鋼絲)經(jīng)初步冷卻送至后續(xù)處理工段。
“微波熱裂解”技術(shù)：是近幾年出現(xiàn)的一種較 新的裂解工藝技術(shù)，目前已有較小規(guī)模的廢舊輪 胎裂解中試裝置。據(jù)介紹，采用微波法加熱裂解 廢舊輪胎可以使橡膠裂解得比較完全，產(chǎn)生的“裂 解炭黑”表面比較“干凈”，“焦粒”含量比較低，得 到的裂解炭黑的補(bǔ)強(qiáng)性略高于一般的熱裂解工藝。
5? 廢舊輪胎熱裂解處理現(xiàn)狀及存在的主要技術(shù)障礙
5.1? 現(xiàn)狀
目前，我國廢舊輪胎的熱裂解處理的發(fā)展仍 然不太理想，還存在有部分的以能耗高、污染大的 間歇式(廢輪胎裂解罐)裂解的工藝方法，該處理 方式工藝設(shè)備簡陋，操作粗放，不僅對自然環(huán)境造 成了巨大污染，而且資源浪費(fèi)嚴(yán)重和裂解產(chǎn)物附 加值低;
近年來發(fā)展較快的連續(xù)式、模塊化的熱裂解 技術(shù)，其裝置技術(shù)和控制水平比間歇式都有了大 幅度的提升，但也存在著項(xiàng)目前期(裝置)投資 大、運(yùn)行成本較高等問題;在產(chǎn)出物方面，穩(wěn)定性 和減少雜質(zhì)等有所改善，但產(chǎn)品品質(zhì)(油、炭黑) 改善不明顯，尤其是裂解炭黑的性能仍然達(dá)不到 作為橡膠(輪胎)補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)用的要求。
在產(chǎn)出物銷售方面，“裂解炭黑”由于補(bǔ)強(qiáng)性 差，很難在橡膠行業(yè)找到較好的應(yīng)用途徑，只有部 分品質(zhì)較穩(wěn)定的可用作填料或在膠粉中摻混少量 用于低端用途，價(jià)格都較低廉。
在政策層面上，目前國家對廢舊輪胎熱裂解 企業(yè)沒有稅收減免優(yōu)惠或合適的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼，廢輪 胎熱裂解企業(yè)多數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常。
目前，具備一定規(guī)模，運(yùn)營比較規(guī)范一些的廢 輪胎熱裂解企業(yè)不多。
5.2? 技術(shù)瓶頸
熱裂解方法存在有待突破的技術(shù)關(guān)鍵、難點(diǎn) 等。廢輪胎熱裂解技術(shù)能否成功實(shí)施的關(guān)鍵在于 “環(huán)保”和經(jīng)濟(jì)效益、難點(diǎn)在于“炭黑”利用的出 路和品質(zhì)定位。廢舊輪胎熱裂解目前存在的主要 問題是：
※ 裂解技術(shù)瓶頸還沒突破，裂解產(chǎn)出的油雜 質(zhì)含量高，燃燒時(shí)冒黑煙，只能用作為低擋燃油 或重新加工;裂解產(chǎn)生的“炭粉”品質(zhì)穩(wěn)定性差， 對橡膠材料的補(bǔ)強(qiáng)性能幾乎喪失，達(dá)不到橡膠(輪 胎)應(yīng)用的基本要求，沒有找到合適的大批量應(yīng) 用用途。
※目前廢舊輪胎熱裂解采用的工藝技術(shù)最大的問題是，少量橡膠分子或裂解不完全的物質(zhì)吸 附(或結(jié)合)在炭黑粒子表面使炭黑失去活性、還 存在少量橡膠裂解不完全，在“炭黑”中成為“焦 粒”。這種“炭黑”即使通過后續(xù)加工處理，也難 以具有可接受的補(bǔ)強(qiáng)性能。
※裂解炭黑后續(xù)加工精制和改性處理技術(shù)還 有待進(jìn)一步研究開發(fā)，目前所采用的后續(xù)加工精 制和改性處理技術(shù)對“炭黑”補(bǔ)強(qiáng)性能的改進(jìn)效果 還不明顯，性價(jià)比不太高。
※目前還有一些廢輪胎裂解企業(yè)的生產(chǎn)工藝 及裝置都不太完善，環(huán)保要求難以滿足，主要包括 輪胎中有較大含量的硫及其化合物，裂解過程如 何除硫防止其對環(huán)景的污染問題，
※ 企業(yè)運(yùn)行成本較高、缺少政策優(yōu)惠支持， 多數(shù)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益差：行業(yè)技術(shù)進(jìn)步緩慢，無法同 時(shí)兼顧社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。 公益性 與經(jīng)濟(jì)性矛盾突出。
5.3? 廢舊輪胎熱裂解工藝技術(shù)的進(jìn)展
※ 裂解工藝技術(shù)已取得較明顯的進(jìn)步，裝置 較簡陋，熱效能低，污染較嚴(yán)重的間歇式工藝已逐 步被工藝和裝備都較先進(jìn)的連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)裂解 工藝技術(shù)所取代，裂解效率大幅度提高，裂解工藝 技術(shù)的進(jìn)步使得廢輪胎裂解過程能夠做到基本可 控。目前較先進(jìn)的裂解生產(chǎn)線能連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行 45-60 天以上。
※ 裂解裝置及關(guān)鍵設(shè)備已得到更新?lián)Q代，生 產(chǎn)過程無煙塵泄漏;采用了尾氣脫硫設(shè)施，基本解 決了裂解過程對環(huán)境的直接污染問題;裂解爐運(yùn) 行控制的四個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：爐溫、爐壓、爐料流量、 裂解時(shí)間都可以做到可以比較精準(zhǔn)的控制。
※ 裂解產(chǎn)出物性能得到改善，在裂解產(chǎn)物 (油、“炭黑”等)品質(zhì)穩(wěn)定性控制等方面有了較 大提升，廢輪胎裂解出油率可以達(dá)到45%;裂解炭 黑品質(zhì)波動范圍基本可控，部分企業(yè)“裂解炭黑” 的甲苯透光率可以控制到 80% 以上;廢輪胎中大 部分鋼絲在裂解前予以剝離，回收的鋼絲品質(zhì)好， 未經(jīng)加熱氧化。
※ 開展裂解炭黑的改性處理和應(yīng)用研究
目前已有多家輪胎企業(yè)、高校、研究機(jī)構(gòu)和裂解企業(yè)等關(guān)注并開展裂解炭黑后續(xù)加工處理和改 性，在橡膠/輪胎或者其它領(lǐng)域開展應(yīng)用研究。采 用粉碎、研磨、磁選等后續(xù)加工處理方式，選擇分 散劑或表面改性劑對裂解炭黑表面改性，通過提 高分散性或者通過改性劑改變炭黑表面活性來達(dá) 到增加裂解炭黑對橡膠材料的補(bǔ)強(qiáng)性能。
經(jīng)過后續(xù)處理的裂解炭黑的應(yīng)用性能都有較 明顯的改善，但裂解炭黑對橡膠的補(bǔ)強(qiáng)性能尤其 是300%定伸強(qiáng)度還是與常規(guī)炭黑存在明顯差距， 高含量的灰分也是影響其在橡膠中應(yīng)用的重大 缺陷。
5.4? 廢舊輪胎裂解的主要產(chǎn)出物及其應(yīng)用性能
廢橡膠主要有三種裂解產(chǎn)物：裂解油、裂解 氣和裂解炭黑，此外廢輪胎中的鋼絲也是回收 產(chǎn)物。
※廢舊輪胎裂解油 橡膠裂解產(chǎn)生的油主要 是鏈烷烴、烯烴和芳香烴的混合物，是一種棕褐的 液體，其成分比較復(fù)雜，熱值較高，大約為43MJ/kg， 受裂解條件(溫度、壓力和停留時(shí)間等)的影響，裂 解油的組分變化很大，因而，通過控制裂解溫度可 以適當(dāng)調(diào)節(jié)裂解油的組分，調(diào)節(jié)所產(chǎn)油/氣比。
※廢舊輪胎裂解氣 裂解氣是一系列烷烴和 烯烴的混合物，同時(shí)含有一定的CO、CO2和H2S等 氣體。裂解氣的組成和產(chǎn)量受裂解原料、裂解工 藝和溫度的影響很大。目前，大多數(shù)裂解工藝所 得裂解氣較少，但熱值較高，將裂解氣作為燃料為 廢輪胎裂解提供能量。
※裂解炭黑的組成及應(yīng)用特性 由于輪胎胎 面膠與胎體膠所用炭黑不同，所以通過裂解回收 的“裂解炭黑”是由各種類型炭黑的混合組成的。 加之在輪胎制造過程中使用了一定量的配合劑和 填料，這些物質(zhì)在裂解過程中變成無機(jī)灰分沉積 在“裂解炭黑”中，使“裂解炭黑”的灰分含量達(dá) 到 9~15wt% 或更多，同時(shí)裂解過程中不可避免會 發(fā)生膠料裂解不完全和結(jié)焦現(xiàn)象，這會導(dǎo)致裂解 炭黑表面會有碳質(zhì)沉積物的存在，使得裂解炭黑 表面活性將較多地?fù)p失。上述因素導(dǎo)致了“裂解 炭黑”與常規(guī)炭黑的組成和性能有明顯的差別，此 外裂解條件例如溫度和壓力對“裂解炭黑”的性能也有一定的影響。
5.5? 裂解炭黑的品質(zhì)及在橡膠中的應(yīng)用性能
根據(jù)對部分企業(yè)的廢舊輪胎裂解炭黑主要性能指標(biāo)的檢測分析，與常規(guī)炭黑相比，裂解炭黑變 化較大的性能指標(biāo)主要包括：
① 比表面積：
吸碘值：廢輪胎裂解炭黑的吸碘值已不能表 征其粒子的真實(shí)比表面積，且隨改性處理方式、控 制過程的不同變化很大。
總表面積：未經(jīng)過后續(xù)加工處理的裂解炭黑 總表面積比正常情況下的數(shù)值偏小，隨加熱改性 處理有較大的增加。
② 結(jié)構(gòu)：廢舊輪胎裂解炭黑檢測到的吸油值 普遍偏低，加熱處理后吸油值明顯增加。
③ 揮發(fā)分：廢舊輪胎裂解炭黑的揮發(fā)分都比 較高，用常規(guī)炭黑的揮發(fā)分檢測(標(biāo)準(zhǔn))方法不能 準(zhǔn)確測出廢輪胎裂解炭黑的揮發(fā)分含量。 廢舊輪胎裂解炭黑粒子表面的揮發(fā)物是對其 應(yīng)用性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響的主要因素之一。
④ 灰分：廢舊輪胎裂解炭黑的灰分含量一般 都在 10% 或以上，也是對其應(yīng)用性能產(chǎn)生嚴(yán)重影 響的主要因素之一。
⑤ 物理性能：(天然膠配方)
拉伸強(qiáng)度：廢輪胎裂解炭黑的拉伸強(qiáng)度與 N660 相近，超細(xì)粉碎后的廢輪胎裂解炭黑樣品的 拉伸強(qiáng)度可達(dá)到 N330 水平。
扯斷伸長率：廢輪胎裂解炭黑的扯斷伸長率 較高，與半補(bǔ)強(qiáng)或者混氣炭黑等相近;加入廢輪胎 裂解炭黑的混煉膠比較軟，易拉伸，但彈性不好。
300%定伸應(yīng)力：廢輪胎裂解炭黑的300%定伸 應(yīng)力非常低，與天然氣半補(bǔ)強(qiáng)或熱裂炭黑的 300% 定伸應(yīng)力處于同一層級;
裂解炭黑的應(yīng)用主要包括兩方面：一是再次 作為橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑或填充劑，這可能是能夠消化最 大量的應(yīng)用領(lǐng)域，但這需要裂解炭黑有較好的界 面性質(zhì)，來確保炭黑與橡膠大分子產(chǎn)生良好的界 面結(jié)合;另一方向是作為其他用途的“碳”材料， 例如用作塑料、油墨、色漿 / 膏等的低端著色劑或 填充劑，也可將裂解炭黑在較高的溫度下活化改性制取活性炭。
裂解炭黑應(yīng)用在橡膠中其補(bǔ)強(qiáng)效果不明顯， 300%定伸很低，與常規(guī)炭黑有明顯的差距。鑒于 裂解炭黑中有較高的無機(jī)灰分，同時(shí)在裂解過程 中其表面性質(zhì)遭到破壞，已有研究人員對裂解炭 黑進(jìn)行改性后處理，增加裂解炭黑與橡膠的相容 性，從而提高一定的性能。但是，目前所知的對 裂解炭黑后期的處理方法雖然可以取得一定的 改進(jìn)效果，但是并不能顯著改進(jìn)其對橡膠的補(bǔ)強(qiáng) 作用。
“裂解炭黑”是一種混合物，炭黑還是其主要 成份，一般會占到80%以上，因而還是具有較強(qiáng)的 染色功能，精制加工后的裂解炭黑細(xì)度可以達(dá)到 2000目，可用于部分低端塑料色母或低端色膏/色 漿等作為著色劑，也可以用于一些黑度要求不太 高的油墨、涂料中，多數(shù)應(yīng)用是將部分裂解炭黑作 為配合料與色素炭黑摻混、并用;裂解炭黑用于高 分子聚合物中還具有相當(dāng)不錯(cuò)的抗紫外老化作 用，在一些對灰分要求不太嚴(yán)苛的應(yīng)用中可以作 為助劑添加，如電纜護(hù)套料、戶外使用的橡膠、塑 料管等等。
裂解炭黑制成活性炭，通過在不同溫度、不同 活化時(shí)間條件下，使用CO2或者水蒸氣做活化劑對 裂解炭黑進(jìn)行活化。利用裂解炭黑所制成的活性 炭具有較多的中孔結(jié)構(gòu)，微孔結(jié)構(gòu)較少，所以可以 作污水處理設(shè)備中的吸附劑使用。 裂解炭黑的其它有效利用方式還有待進(jìn)一步 研究開發(fā)
5.6? 影響廢舊輪胎裂解的主要因素
① 廢舊輪胎裂解工藝的影響
采用不同的裂解工藝和裂解方法對裂解產(chǎn)品 各組分的含量、組成和性質(zhì)有很大的影響，此外裂 解條件也對裂解反應(yīng)有一定的影響。要想得到更 有價(jià)值的裂解產(chǎn)品可以通過改善裂解工藝，改進(jìn) 裂解方法和改變裂解條件去實(shí)現(xiàn)。
② 裂解原料(廢舊輪胎)的影響
裂解產(chǎn)出物的組成和品質(zhì)還要受到裂解原料 (廢舊輪胎)的限制。由于輪胎的使用目的不同， 其加工原料和配方也不同，不僅是加入的炭黑、填料、助劑的品種和份數(shù)不一樣，同時(shí)它們還有不同 的天然橡膠和合成橡膠含量，這對裂解產(chǎn)物中裂 解油、氣和裂解炭的產(chǎn)量和性質(zhì)有很大的影響。
③ 裂解工藝參數(shù)控制的影響
目前較成熟的裂解工藝技術(shù)可以對裂解爐四 個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：爐溫、爐壓、爐料流量、裂解時(shí)間進(jìn) 行比較精準(zhǔn)的控制：在實(shí)際的裂解生產(chǎn)過程中，廢 舊輪胎裂解企業(yè)最為重視的控制參數(shù)是裂解溫 度，裂解溫度的高低對裂解產(chǎn)物中的油氣比有較 大的影響作用;其次是裂解時(shí)間的控制，裂解是否 完全和裂解炭黑的品質(zhì)與裂解時(shí)間的控制有較大 關(guān)系。此外，裂解完成后氣固分離過程的溫度控 制，也會影響裂解炭黑的應(yīng)用性能。
5.7? 下階段研究重點(diǎn)及需要進(jìn)一步深入研究的 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)
引起裂解炭黑補(bǔ)強(qiáng)性能“喪失”的主要原因;
※ 熱裂解工藝改進(jìn)，裂解過程中脫出更多的 “揮發(fā)分”，控制炭黑粒子表面橡膠裂解殘留物低 于 3%;
※去除裂解炭黑“灰分”的有效技術(shù)措施，裂 解炭黑“灰分”含量控制在 10% 以內(nèi);
※裂解炭黑粒子表面改性處理技術(shù)及高效改 性劑的篩選;
※ 其它裂解炭黑后續(xù)處理技術(shù)，穩(wěn)定和提高 產(chǎn)品質(zhì)量。
6? 廢舊輪胎裂解產(chǎn)業(yè)的發(fā)展展望及對相關(guān) 行業(yè)的影響
6.1? 總體發(fā)展趨勢思考
國家政策將主導(dǎo)廢舊輪胎裂解產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， “輪胎企業(yè)責(zé)任制延伸”政策的正式推出將是廢舊 輪胎處理暨廢舊輪胎熱裂解處理的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)， 較大力度的“輪胎企業(yè)責(zé)任制延伸”政策出臺將對 輪胎制造、廢舊輪胎裂解、炭黑生產(chǎn)等一系列相關(guān) 行業(yè)都將產(chǎn)生較大影響。
如果廢舊輪胎通過熱裂解處理達(dá)到一定量 時(shí)，將出現(xiàn)一系列必須解決的相關(guān)問題，例如：
※裂解工藝技術(shù)及裝置要滿足“環(huán)保、高效” 和“清潔生產(chǎn)”要求;
※ 裝置規(guī)模和裂解處理成本的控制;
※ 裂解產(chǎn)物的再利用：裂解油可以作為低端 燃料或者再次精煉，可燃?xì)庾鳛槿剂蠟榱呀庋b置 提供熱能“，但裂解炭黑對橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用還遠(yuǎn)達(dá) 不到輪胎生產(chǎn)的要求。只有部分裂解炭黑經(jīng)過后 續(xù)精制加工處理可以在膠管、膠帶或者一些要求 不太高的橡膠產(chǎn)品中少量摻混使用;
※裂解企業(yè)/裝置的合理布局和廢舊輪胎的規(guī) 范有序回收并分類處理。
6.2? 對橡膠 / 輪胎行業(yè)的影響作用
輪胎企業(yè)責(zé)任制延伸”政策的推出將使得 輪胎行業(yè)每年要消化大量的廢舊輪胎回收物，即 使要求輪胎企業(yè)回收處理并消化當(dāng)年輪胎產(chǎn)出量 50% 的廢舊輪胎，每年也有 1000 萬噸左右的廢舊 輪胎需要實(shí)現(xiàn)無害化處理，如果其中的 30% 需要 通過熱裂解處理，則“裂解炭黑”產(chǎn)生量大約有 90-100 萬噸。除了輪胎行業(yè)，其它行業(yè)都不可能 有效地消化這些“炭黑”。這將對輪胎生產(chǎn)產(chǎn)生較 大的影響，其中部分可以替代一些價(jià)格較高的填 料使用，更多地出路在于作為常規(guī)炭黑替代劑或 并用材料用于輪胎配方中。
“裂解炭黑”的高灰分含量將成為其在輪胎 中應(yīng)用的一大難題，必須要考慮并有效避免應(yīng)用 了“裂解炭黑”的輪胎再次熱裂解所產(chǎn)生的“多次 裂解炭黑”中灰分的累積效應(yīng)。當(dāng)“裂解炭黑”灰 分含量達(dá)到或超過某個(gè)值時(shí)應(yīng)限制其不得作為補(bǔ) 強(qiáng)材料用于輪胎或橡膠中;輪胎的原料配方設(shè)計(jì) 時(shí)要充分考慮“裂解炭黑”的應(yīng)用特性。
6.3? 對炭黑行業(yè)的影響
對炭黑生產(chǎn)總量的影響 橡膠 / 輪胎行業(yè)開始 大量應(yīng)用“裂解炭黑”，必將替代部分常規(guī)炭黑， 對炭黑生產(chǎn)總量尤其是軟質(zhì)炭黑生產(chǎn)量將產(chǎn)生重 大影響，進(jìn)而影響炭黑價(jià)格及市場格局;
為了配合“裂解炭黑”的使用，現(xiàn)有的(軟 質(zhì))炭黑產(chǎn)品的某些性能指標(biāo)也許會做適當(dāng)調(diào)整 或者開發(fā)一些具有某些方面的特性或某些應(yīng)用特 點(diǎn)以彌補(bǔ)裂解炭黑的性能缺陷的炭黑新品種，以 便與“裂解炭黑”并用時(shí)補(bǔ)充“裂解炭黑”的某些 性能缺陷。
炭黑行業(yè)是否將“裂解炭黑”列入炭黑產(chǎn)品系 列?裂解炭黑按生產(chǎn)或者產(chǎn)生的來源屬于廢橡膠 / 輪胎回收處理，但裂解炭黑的品質(zhì)定位和質(zhì)量控 制與炭黑行業(yè)更密切，而且裂解炭黑的精制加工 和改性處理與常規(guī)炭黑相同，主要應(yīng)用也與常規(guī) 炭黑密切相關(guān)，似乎與炭黑行業(yè)關(guān)聯(lián)更密切。
6.4? 發(fā)展展望及建議
※對“裂解炭黑”的定位
“廢舊輪胎裂解”獲得的“裂解炭黑”，不能 簡單地與常規(guī)炭黑相對應(yīng)比較，似乎應(yīng)當(dāng)將這種 混合物看作為另外一類材料，也許是一種可用于 橡膠或其它高分子材料等并能具有一定功能的添 加物。不應(yīng)該在橡膠輪胎中對照某種牌號炭黑進(jìn) 行應(yīng)用驗(yàn)證，或者對比考察其補(bǔ)強(qiáng)性能。應(yīng)該當(dāng) 作為一種特別的材/原料考察其在橡膠/輪胎中的 應(yīng)用。
※研究裂解炭黑補(bǔ)強(qiáng)性能“喪失”的根本原 因所在
微觀結(jié)構(gòu)和表面性能是否發(fā)生根本(化學(xué))的 改變，如果沒有，則裂解炭黑對橡膠補(bǔ)強(qiáng)性能的 “喪失”只是由于表面的物理變化引起的，是可逆 的;如果炭黑微觀結(jié)構(gòu)和表面性能發(fā)生了根本(化 學(xué))的改變，則“裂解炭黑”只能作為填充物低端 使用。
※裂解炭黑表面改性的評價(jià)
炭黑后處理技術(shù)可改變裂解炭黑粒子表面性 能，有較多的機(jī)構(gòu)在研究廢舊輪胎裂解炭黑表面 活化改性的突破方向和活化改性方法、改性劑的 選擇等技術(shù)。但由于裂解炭黑表面包覆的那層物 質(zhì)會嚴(yán)重影響其改性效果，改性劑并沒有緊密地 與炭黑界面相結(jié)合，而是被這層物質(zhì)相隔離，橡膠 分子鏈還是不能與“炭黑”有較好的結(jié)合。
※研究降低高灰分含量的有效措施
廢輪胎裂解炭黑的灰分都很高，可達(dá)到 15% 以上，灰分含量也是對其應(yīng)用性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響 的主要因素之一。進(jìn)一步探索能夠有明顯效果的 灰分分離或部分脫出的工業(yè)化技術(shù)措施。
※裂解炭黑產(chǎn)品分類設(shè)計(jì)
① 廢舊輪胎(原料)分類分級：載重(大)車胎—胎冠;—胎側(cè);—整胎;
乘用(小)車胎—胎冠;—胎側(cè);—整胎;
其它(白炭黑或其它填料過多的廢輪胎)—磨粉
② 裂解炭黑分類分級：輪胎用--補(bǔ)強(qiáng)性能接 近 N660，質(zhì)量穩(wěn)定—40-60%;
塑料色母抵擋顏料—低篩余物，—30-35% (總量占比);
填料—(橡膠)填充料或鋪路瀝青填料—10- 30%
7? 結(jié)束語
廢舊輪胎對自然環(huán)境及人的生命健康造成的 巨大威脅顯而易見，由廢舊輪胎帶來的環(huán)境和社 會問題已不容忽視。如何有效地處理大量的廢舊 輪胎，是我國建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會面 臨的一個(gè)重要的環(huán)境與社會問題。
實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎無害化處理和資源回收利用， 必須要從公益性與社會責(zé)任層面考慮問題，面對 目前廢舊輪胎回收處理過程中所存在的一系列問 題，需要國家政策支持，需要相關(guān)行業(yè)共同努力做 好以下工作。
① 行業(yè)技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)規(guī)范化
加強(qiáng)行業(yè)交流與合作，逐步建立行業(yè)規(guī)范、生 產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)保要求以及產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等，實(shí)現(xiàn) 廢輪胎處理行業(yè)的規(guī)范化，為爭取國家政策支持 打好基礎(chǔ)。進(jìn)一步制定針對不同種類廢輪胎的綜 合處理方案，達(dá)到資源的合理配置和效益最大化， 合理解決我國廢舊輪胎累積量逐年增加的現(xiàn)狀， 并且在徹底解決污染問題的同時(shí)創(chuàng)造出更多的社 會財(cái)富。
② 技術(shù)先進(jìn)，運(yùn)行規(guī)范
淘汰落后的、污染的以及無法正常生產(chǎn)的工 藝路線和設(shè)備，打擊非法煉油 和污染型作坊企業(yè)， 宣傳和推廣先進(jìn)的工藝路線和設(shè)備，通過政策支 持和保護(hù)真正可以保證各項(xiàng)節(jié)能環(huán)保指標(biāo)及產(chǎn)品 質(zhì)量，并且成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化運(yùn)營的循環(huán)利用企業(yè)。 從廢舊輪胎的回收源頭進(jìn)行行業(yè)的整頓和監(jiān)管， 廢舊輪胎回收渠道規(guī)范化建設(shè)，要規(guī)范和控制廢 舊輪胎收購價(jià)格和分級分類回收處理。
③ 全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展
未來從事廢輪胎綜合處理的企業(yè)，其主體責(zé) 任將貫穿產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，包括廢輪胎的回收、綜合 處理、資源及能源回收利用，產(chǎn)品應(yīng)用市場等，進(jìn) 而發(fā)展為與輪胎生產(chǎn)企業(yè)、橡膠制品企業(yè)、炭黑生 產(chǎn)企業(yè)以及石化企業(yè)緊密合作，形成一種閉環(huán)的 大產(chǎn)業(yè)集群模式。在全國范圍內(nèi)建設(shè)廢輪胎綜合 利用產(chǎn)業(yè)基地，逐步達(dá)到規(guī)模效應(yīng)，形成廢輪胎區(qū) 域化集中處理的產(chǎn)業(yè)格局，帶動下游產(chǎn)品深加工 及應(yīng)用市場。
④ 資源再生和循環(huán)利用，減少碳排放
開發(fā)并采用先進(jìn)的廢舊輪胎裂解工藝技術(shù)，用高品質(zhì)裂解炭黑來替代部分常規(guī)炭黑的使用。 裂解炭黑屬于廢舊物資再生利用，用裂解炭黑每 替代1噸常規(guī)炭黑大約可減少碳排放3噸，如果輪 胎行業(yè)每年能夠應(yīng)用50萬噸“再生”的裂解炭黑， 可減少碳排放約 150 萬噸。
參考文獻(xiàn)
[1] 呂柏源.輪胎企業(yè)在責(zé)任延伸制中構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè) 的思考.
[2] 張斌.廢輪胎熱裂解技術(shù)的發(fā)展簡述.
[3] 董大偉.廢輪胎循環(huán)再生利用途徑及高質(zhì)化再生利用 全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的建議.
