轮胎工业炼胶工序节能减排.docx

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轮胎工业炼胶工序节能减排

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轮胎工业炼胶工序节能减排

　我国是世界第一大橡胶消费国,占世界橡胶总耗胶量的20%，在橡胶制品中，轮胎又占总耗胶量的7０％。

随着轮胎工业技术的不断发展，橡胶混炼向着高速、高压、大容量、全自动控制的方向发展,生产效率和混炼的质量不断提高,生产工人的劳动强度降低，对环境的污染也大幅减少。

但轮胎工业依然是能耗大户、环境污染不容忽视，目前国家不再审批新建轮胎企业项目，说明国家政策导向就是要严格控制、减少高能耗、高污染的生产企业。

加大节能减排和环境保护力度,是国务院提出的2０08年工作要点，因此节能减排对轮胎工业的技术发展具有深远的意义和影响。

　1、炼胶工序的现状分析

　目前大型轮胎企业采用了先进的大型密炼机（如270、37０密炼机）炼胶,实现了自动称量、自动投料、采用时间-温度-能量自动控制炼胶、自动排胶、自动出片、自动除尘返料等功能，生产效率和

混炼胶质量得到了明显提高，工人劳动强度大幅降低,少数轮胎企业炭黑输送采用自动气力输送,环境污染问题也得到改善,但炼胶工序仍存在以下问题。

　1.1　生产段数多、速度不够快、生产效率低

　　目前大型密炼机通常采用的转速为40～６０r·min-1,相比140L密炼机的２0～3０r·miｎ-１有了明显提高,但仍不够快，应进一步提高到60~80r·min-1，而且应实现无极变速，这样可针对不同胶料的硬度、升温情况、对温度的敏感程度、对炭黑分散度的要求选择合适的转速。

　为了保证炭黑等等配合剂混炼均匀、混炼胶质量和下工序脱粒的工艺性能,目前大型轮胎企业采用大型密炼机生产胶料时均采用多段混炼。

拓估算,目前全钢轮胎生产胶料混炼段数平均在3.2～3.６之间。

由于实行多段混炼，每一段胶料到下一段使用时需要有一定的停放时间,这样就需要大量停放胶料的场地和停放胶料的板盘。

同时胶料每增加一段混炼，就会增加失误的机会,从而增加胶料出现质量问题的概率，存在影响胶料质量的隐患。

　　段数增加得越多,脱粒出现质量问题的概率就越大、密炼机生产效率低就越低、能源的消耗就越大、占用的场地就越大，劳动力成本也越大。

　１.2下辅机仅起到出片的作用

　　目前大型密炼机系统所配套的下辅机，无论是单螺杆挤出机还是双螺杆挤出机，都仅起到连续出片的作用，没有起到补充混炼、快速降温的作用。

为了保证母炼胶混炼的均匀性，要求橡胶、各种配合剂在密炼机混炼充分才能排胶,这就必须适当处长胶料的混炼时间或增加胶料的混炼段数,这样不能充分发挥快速密炼机的作用，影响混炼胶生产效率。

　由于下辅机起不到快速降温作用，胶片降温只能靠隔离剂水池和胶片冷却系统,对于排胶温度较高、对温度比较敏感的胶料，胶料在抗日战争出机内温度可能还会上升,导致挤出胶片表面不光滑、有疙瘩、结团、产生凝胶,严重时还较难出片,影响混炼胶质量、胶料物理机械性能和下道工序的加工性能。

　1.３　采用密炼机加硫，密炼机存在空转现象

　目前混炼胶生产量大的轮胎企业，都采用密炼机加硫，再配２台开炼机（１台散热、1台出片）。

由于密炼机生热速度快，故混炼时间短（一般只有8０～120s）,需在开炼机上进一步补充混炼以便让硫磺分散更均匀，且需用制冷水冷却。

对于生热快胶料如胎面胶、钢丝胶、三角胶等，开炼机散热、出片的时间就会比密炼机混炼的时间长，存在密炼机空转的现象，造成能源浪费。

　　1.4即使是在全自动生产情况下混炼胶的质量也存在波动

　混炼工艺通常采用时间、温度、能量，单参数控制、双参数甚至三参数控制，通过设定合适的工艺参数来稳定提高混炼胶质量。

在全自动生产情况下，由于天然橡胶批次之间门尼粘度的波动、不同批次不同厂家的炭黑、母炼胶停放时间的长短、气温的变化、冷却水温与流量的变化、压料装置压力的波动、每批料之间间隔的长短、投料时起始温度的波动、辅助排料时间的长短、原材料存放条件（温度、湿度）等因素的变化,都会影响全自动控制条件下的混炼胶质量，导致混炼胶质量波动、合格率降低、返炼胶增加、能耗增加。

　１.5　能耗大

　１台270密炼机主机功率为１0００～1500０ｋw.h，1台３70密炼机主机功率为２200kｗ.h,加上下辅机（400kｗ.ｈ）、上辅机与胶冷装置（约2００kw.h）,又由于生产段数多、生产效率低、质量不稳定产生的返工较多、加硫时存在密炼机空转现象等因素，能耗大成为各轮胎企业亟需解决的问题。

　１.6污染大

　　虽然轮胎企业采用了较先进的自动称量、自动投料系统,炭黑包装也由每包２5ｋg改为800~１000kg,在一定程度上改善了环境污染问题,但由于密炼机数量多,炭黑用量大,多数企业仍需人工解炭黑包、倒炭黑进入储斗,炭黑装卸因密炼机密封、投料、除尘等环节所引起的环境污染还是存在。

炭黑现有包装、称量与投料系统依然存在以下几个方面问题。

　　1）搬运到储存仓库时对环境污染大。

炭黑卸货处和仓库储存处都是污染严重的地方，地面一层炭黑，连是一片漆黑。

　2）投料系统对生产车间及其周围环境污染严重。

虽然目前密炼机采用上辅机投料系统，实现了机械化和自动化,与人工配料、投料相比,大大减轻了工人的劳动强度和对环境的污染，但是由于原料要经解包、投入储斗、按要求自动称量、放入中间料斗等过程，在这些过程均有粉尘飞扬。

３）混炼过程的污染。

为了减少车间环境的污染,车间都安装有强大的抽风系统,特别是炭黑,整个输送、储存、称量，直至经过3～4m高度进入密炼室,均呈松散状,自由落体,当压砣压下时,便高高喷起,这时更易被抽走，或从密炼机密封不好的缝隙跑出污染环境。

　　4）炭黑颗粒破损多，飞扬大。

为了有利于炭黑在胶料中的分散和减轻飞扬污染,炭黑生产采用湿法造料工艺，但是炭黑经储存、搬运、称量投料等过程后，炭黑颗料受到不同程序破损，增加了倒炭黑、称量炭黑、投料、混炼时的炭黑飞扬,易造成环境污染。

　5）对于小型轮胎企业来说,一般都是使用没有上辅机的中小密炼机,密封与除尘效果较差,炭黑用小包装（２0或25kg）一般都采用人工配料、人工投料、托运操作炼胶，对车间及周围环境的污染更严重;采用开炼机炼胶,污染更加严重。

炼胶产生的废气、废水也很多，投入的处理费用大的也不少。

质量波动也较大。

　２、炼胶工序节能减排的有关措施

　2.１优化工艺，进一步提高混炼胶合格率

　　采用广州化工百川科技股份有限公司（以下简称化工百川）生产的密炼机智能控制系统，可实时记录胶料混炼的瞬时功率曲线、演播脱粒的混炼状况、密炼机其它控制参数的变化的情况,根据流变学理论赋于混炼过程功率曲线新的物理意义,可以通过分析功率曲线判断混炼工艺是否最好。

采用智能控制系统能够了实现对输出值的检测分析，自动修正混炼过程的控制参数或设定值,以达到预定的技术要求;能够实现自我控制和修正，具有信息反馈系统等；根据橡胶混炼流变理论,通过记录胶料混炼过程功率曲线，就能分析胶料混炼过程的优劣。

根据混炼过程最佳粘度的理论，可以知道应如何优化胶料的混炼工艺,可预测每批混炼胶的粘度和分散度,在达到混炼胶质量预定要求时结束混炼排胶,并给出预测值。

通过智能控制系统，可以更方便地优化混炼工艺,进一步提高混炼胶质量和合格率，减少不合格胶的返炼，也达到节能的目的。

　　采用该智能控制系统后，密炼机所有控制参数都开放给工艺技术人员，他们可以根据每种胶料不同要求、不同炭黑、油的用量来设定不同加料时间、压料装置提起时间及胶料之间的间隔时间,不再像传统控制系统那样以最大炭黑和油用量来设定加料、提压料装置时间以及最难排胶的胶料来设定胶料之间的间隔时间。

　采用该智能控制系统后，控制手段更加多样化、胶料混炼过程更加直观清晰、工艺的优化更加方便的和明确、控制参数更加开放，这样可以提高混炼胶质量，缩短胶料混炼时间，提高生产效率,降低能耗。

实践证明，与传统控制方式相比,混炼胶合格率可以提高5%以上、生产效率提高15%以上、能耗降低１0%以上。

　２.2强化下辅机的补充混炼、分散作用、减少混炼段数、提高生产效率、降低能耗

　　通过改变传统的下辅机挤出出片方式，将下辅机改为一台能够变速、变距的封闭式开炼机,在一定长度输送带和变速混合带共同作用下，快速对胶料进行冷却,经一定时间操作，从而使胶料获得良好的分散性和流动性，避免由于高温带来热氧老化带来的物理性能下降。

该设备和工艺使胶料在密炼机中混炼时间大幅缩短成为可能,提高了炼胶生产能力。

配备1台该设备生产能力能够提高2５％，如果配置3~４台这样的设备,可一次性生产出终炼胶,减少胶料的混炼段数，生产效率明显提高。

例如日生产25０ｔ终炼胶,传统下辅机工艺需混炼700t的胶料，约需要6～７台270密炼机，而使用这种下辅机工艺方式方法的一次性混炼技术只需3台270密炼机，而且能力还有剩余。

由于工艺段数的降低，可以大幅减少中间段胶料贮存地方、减少建筑面积；减少中间段胶料的搬运工作和铲车的使用；减少生产工人人数、降低劳动强度；减少密炼机组的投入和密炼机设备的备品备件。

由于减少了密炼机组,节能效果非常显著，估算可将炼胶工序能耗降低约40%，同时污染也会减少。

统计某大型轮胎企业2008年2~5月炼胶工序最终瀑炼胶的水、电消耗情况如下：

胶料平均混炼段数为3.4,每吨胶耗电443ＫW.H，每吨胶耗水0.82t,基采用该下辅机工艺方式方法一次性混炼技术，可将每吨胶耗电降低到2５0KＷ．H左右，每吨胶耗子水降低到０.5t左右。

　采用这种新型下辅机工艺，可以明显降低排胶温度,每段胶的排胶温度可以降低２0℃，终炼胶不需要使用再炼胶就可以直接混炼，温度可以降低10℃,混炼胶质量明显提高;白炭黑作为绿色环保轮胎的主要原材料，采用传统密炼机及其下辅机系统很难生产出符合质量要求且质量稳定的混炼胶，采用这种新型下辅机工艺，可明显提高白炭黑胶料的混炼质量。

采用这种工艺生产的胶料对胶料门尼粘度要求不再像传统工艺那样低,可以缩短胶料在密炼机中混炼时间,而且胶料挤出膨胀比传统工艺方法生产的胶料小、粘性好,尺寸更好，因此可明显提高了下工序半成品的质量,提高了下工序的生产效率。

　2.3　采用包装袋直接投料法

　采用包装袋直接投料法就是使用一种新包装材料包装炭黑,这种材料不影响胶料性能,并能溶在胶中，有一定强度,在搬运、储存过程中中不会破损，生产时不用解包,直接的投送入密炼机即可。

炭黑生产线厂用这种材料包装袋将炭黑包装为大小和质量不等的包装，多种规格，如20、10、5、2、1、0．5、0.2、0.1ｋg等等不同质量包装，轮胎企业无需拆包即可直接投料使用。

与现有上辅机炭黑称量投料系统相比,采用该方法具有如下优点。

　1）无需拆包投料、称量即可进入混炼工序,减少粉尘飞扬带来的污染，达到清洁生产的目的，预计可比现有技术有效减少环境污染源６０%～90%。

　２）现有密炼机上辅机炭黑投料系统可全部取消,简化了胶料混炼设备，节省了设备投资以及设备运行、维护保养费用,并可降低能耗。

就单台密炼机而言，如果与带有炭黑月储罐和气力输送系统对比,可节省投资4０0万～500万元，如果是与只带日储斗、投料、称量系统对比，可节省时间投资约60万元左右,维修费用大的一年可节省时间约8万元左右。

3）由于取消了炭黑投料称量系统,生产车间可减少2层楼的建筑,可节省建设费用约100万元。

　4）原材料品种、规格齐全，易于在仓库存放,按配料单先取各种规格原材料，放在生胶投料运输带上投入密炼机即可,因此缩小了炭黑场地占用，减少污染的环节。

　　5）保证配料重量的准确性,并且不影响混炼胶和硫化黑胶性能，从而提高产品质量。

6）不解包倒炭黑,解决了工人以前解包、倒炭黑时易吸入炭黑对身体健康的影响，并可取消该岗位。