废旧轮胎低温真空裂解无害化资源化节能与环保示范可行性研究报告.docx

1、废旧轮胎低温真空裂解无害化资源化节能与环保示范可行性研究报告废旧轮胎低温真空裂解无害化资源化节能环保示范项目可行性研究报告第一章 总 论1.1项目名称及承办单位1.1.1项目名称：废旧轮胎低温真空裂解无害化、资源化节能与环保示范项目1.1.2项目承办单位项目承办单位：xx生态经济有限公司法人代表：xx建设单位基本情况：项目承担单位xx生态经济有限公司，于2002年12月由xx市绿色环境技术开发公司在xx经济技术开发区投资兴建，中国橡胶工业协会会员单位。现有拥有职工140人，工程技术人员20人，其中：硕士研究生1人，大学本科以上人员10人，高级职称人员5人。公司多年来长期从事废旧轮胎资源化利用的

2、研究与生产，拥有在无氧或贫氧条件下，对废旧轮胎进行无剥离、微负压处理的热裂解工艺，工艺技术居国际先进水平。在此基础上公司进一步对废旧轮胎进行资源化节能利用，自主研发利用废旧轮胎生产柠檬油精、轻石脑油、重油真空热解新工艺，项目完成后，可实现废旧资源节能利用，减轻环境污染，为废旧资源循环利用提供科学的途径，具有良好的环境、社会效益和经济效益。公司拥有资产8756万元，固定资产6707万元，资产负债率36.11%，2007年处理废旧轮胎2.8万吨，实现销售收入7860万元，实现利润1350万元。1.1.3项目的主管部门项目的主管部门：xx省xx县发改局1.1.4项目建设地点本资源节约和环境保护项目拟

3、在xx生态经济有限公司厂内进行技术改造，公司留有发展用地，可满足项目建设需要。1.2研究工作的依据与范围1.2.1研究工作的依据xx生态经济有限公司提供的有关资料。1.2.2研究工作的范围本工程可行性研究范围包括：（1） 市场需求预测，确定建设规模和产品方案；（2） 确定工程技术方案；（3） 拟订企业组织、劳动定员、项目节能和工程建设实施进度建议；（4） 进行工程建设投资估算和财务估价。1.3推荐方案与研究结论1.3.1市场需求分析，产品销售方向废旧轮胎经真空热裂解技术处理后，得到的产品为燃料油、炭黑和钢丝，进而提炼出轻质石脑油、重油、柠檬油精等重要能源物资。随着我国石油资源的日益紧张，能源供

4、应紧张的局面越显突出，本项目的开发，对资源的节约作用突出。轻质石脑油、重油作为重要的能源物质市场缺口较大，有巨大的市场前景。柠檬油精一般主要从天然植物中提取，从废旧轮胎中热裂解制取，本工艺为柠檬油精的制造业提供了新的发展途径。柠檬油精在医学领域、在食品领域、工业领域以及农业领域可应用范围非常广泛。其多方面的显著作用，近年来需求量迅速增加。炭黑是橡胶、塑料、油漆、颜料等产品的补强性填充剂、着色剂的原材料，也可作为固体燃料或沥青混合物。近几年已进入稳定快速发展期，据相关资料，亚洲其他国家对炭黑等色母粒的需求年均增长率7-9%，而中国对色母粒的需求增长率约20%，因而有巨大的发展空间。钢丝由于轮胎中

5、所用钢丝的材质优良，因此回收的钢丝是冶金行业很受欢迎的原材料。1.3.2产品方案与生产规模本工程生产规模为年处理废旧轮胎30000吨。1.3.3生产方法建设年处理能力30000吨的废轮胎真空催化裂解生产柠檬油精、优质燃油和补强炭黑装置，系统主要包括废轮胎预处理系统、进出料系统、真空催化裂解系统、冷凝系统、蒸馏系统等。工艺流程为废轮胎在真空催化裂解炉中加热降解，产生的有机蒸汽被真空泵迅速抽离裂解炉，进入冷凝系统，大部分有机化合物被冷凝成液体，收集于热解油储槽，不凝气体被送至储气柜稳压后导入燃烧炉燃烧，为真空催化裂解炉提供所需的热量。冷凝收集的热解油送入蒸馏系统进行柠檬油精产品的分离浓缩提取，同时

6、将热解油分离为轻石脑油和重质油进行梯级利用。该技术具有投资较省、运行管理方面、操作维护简单的特点。1.3.4厂址概述项目选址于xxxx生态经济有限公司院内，公司预留有发展用地可满足项目建设需要。所在地xx县xx经济开发区位于xx省西北部，属黄河冲积xx，地势平坦，交通便利。京沪铁路、京福高速公路设立南北两个出口、105国道、101、315、318省道穿越县境，距济南机场80公里，地理位置优越。距国家大型华鲁发电厂35公里，县内现有22万KVA变电站2座（1座在建），11万KVA变电站2座，3万千瓦热电厂一处，能源供应充足。区内基础设施已实现道路、通讯、电力、天然气、供暖、供水、排水、宽带网、有

7、线电视和地面平整“九通一平”，绿化面积达到20。1.3.5主要原材料、燃料及动力供应（1）主要原材料本工程所需的主要原材料废旧轮胎均可由本省和附近省、市供给，可利用公司原有的供应渠道和新开辟的供货渠道供应。（2）燃料本工程所需的燃料用煤可从山西、河北等煤矿汽运到厂，供应充足。（3）动力供电：本工程需10kv两回路电源供电，两回路电源互为备用。本工程装机容量650kw。公司现有供电设备可满足供电需求。水源：本工程水源为自来水，年用水量约47700 m3。1.3.6节能项目建设可从废旧轮胎中提取重油、轻石脑油、柠檬油精及炭黑重要的能源物资，达产时年节约标煤19286.1吨。同时采取无剥离技术工艺，

8、年节电275.81万kwh,折标煤338.97吨；低炭烃气回用，年节约燃油743.04吨，折标煤标煤1061.5吨；冷却水循环使用，日节约水量约80吨，年节水24000吨，折标煤6.17吨。替代传统的利用煤焦油制取炭黑制取方法是，按1.8吨煤焦油制取1吨炭黑计算，年可节省煤焦油1.89万吨，折标煤2.16万吨。年综合节能折标煤42292.75吨，节能效果显著。1.3.7环境保护本工程在生产过程中产生的废气工艺设计中循环利用，少量废水以及噪声等在设计中采取积极有效措施进行治理，不会对周围环境构成污染。无其他污染物产生。1.3.8全厂定员及劳动力来源本工程定员为50人。由公司内部调整或由社会招聘解

9、决。1.3.9投资（1）总投资：6275.1万元其中：a、固定资产投资4718.7万元 b、流动资金 1556.4 万元（2）建设总投资 5185.7万元其中：a、固定资产投资 4718.7万元 b、铺底流动资金 467万元1.3.10工程实施进度建议本工程建设周期从土建动工开始至设备安装、试车、试生产预计时间为12个月。1.3.11研究结论本工程具有较好的建厂条件，原材料、动力供应有保障，交通运输便利。通过采用先进、成熟的工艺技术，国内先进的设备对废旧轮胎处理可达到资源节约和环境保护的目的，产品的销售市场前景广阔。本工程各项财务评价指标均属可行。该项目投产后，正常年份年实现税后利润2322.

10、3万元，为国家交纳税金2323万元，税后动态投资回收期为4.2年（含建设期），税后累计净现金流量27704万元，累计净现值9354万元，内部收益率42.1%，因此，本项目的建设可行。综上所述，本项目的建设是必要的，资源节约和环境保护效果明显，产品有市场，技术上可行，建设条件和生产条件具备，财务评价和经济效益良好，具有一定的抗风险能力，所以本项目的建设是必要的。1.3.11主要技术经济指标（见下表）主要技术经济指标序号指标名称单位数量备注1生产规模与产品方案万吨/a32投资2.1总投资万元6275.1其中：固定资产投资万元4718.7 流动资金万元1556.42.2建设总投资万元5185.7其中

11、：固定资产投资万元4718.7 铺底流动资金万元4673投资指标3.1百元销售收入占用流动资金元/百元14.923.2百元产值占用总投资元/百元45.244全年有效生产总天数d3005项目定员人506原材料、燃料动力消耗量6.1废旧轮胎t/a300006.2包装材料t/a2506.7电kwh45000006.8水t/a477007年运输量t/a565957.1其中：运入量t/a302757.2运出量t/a263208年总成本费用万元6052.1正常生产年份9年销售收入万元10698正常生产年份10年利润总额万元3466正常生产年份11税后利润万元2322.3正常生产年份12全员劳动生产率万元/

12、人年21413借款偿还期年2.9含建设期14税后动态投资回收期年4.2含建设期15税后财务内部收益率%42.1所得税后16投资利润率%53.1正常生产年份17销售利润率%32正常生产年份18盈亏平衡点%33.819资产负债率 %9寿命期内平均第二章 项目背景与发展概况2.1项目的提出2.1.1废旧轮胎处理的现状随着汽车行业的快速发展，废旧橡胶的生产量日益增加，为环境保护和再处理提出了新的课题，实现废旧轮胎的资源综合利用，对节约能源、环境保护和经济可持续发展具有重要意义。废轮胎再生的技术国内外目前常见的废旧轮胎回收利用方法主要有轮胎翻新、再生胶、制胶粉、直接作燃料燃烧、改性沥青铺路和热裂解回收油

13、与炭黑等几种，真空热解技术处理废旧轮胎是新兴的理想处理方式。轮胎翻新 目前轮胎翻新已经实现工业化，主要集中在载重轮胎和轿车轮胎。轮胎翻新量大约是轮胎报废量的22%。但轮胎翻新有次数限制，最终仍旧废弃待处理，需有其他回收利用方法配合，才能消除其对环境的污染。再生胶 我国目前生产再生胶是废旧轮胎处理的主流方式占95%，我国现有再生胶生产企业近500家，产量约为30万t/a以上，居世界首位。目前，国内正在积极研究新的废橡胶脱硫技术，已经开发成功的微波脱硫技术就是一项突破性的再生技术，该方法是干态脱硫，没有污染，产品质量好。在橡胶制品中掺用再生胶有利于合成橡胶的加工。尽管我国再生胶生产较好地解决了废水

14、污染问题，但仍存在利润低、劳动强度大、生产流程长、能源消耗大、环境污染严重等缺点，再生胶在发达国家已淘汰。胶粉 我国胶粉生产始于20世纪80年代后期，90年代初进入活跃期，生产线多采用常温法生产，几乎都只能生产粗胶粉和60目细胶粉。但胶粉生产只能利用轮胎天然胶部分，我国胶粉的应用还不普遍，生产过程有大量边角料及不宜制胶粉的二次废物，往往只能当低价燃料。改性沥青铺路 利用废轮胎作为铺路的材料在广东进行了试点，但只是局部试点应用，还未真正进行大范围推广。裂解 我国目前建有一些中小规模的废轮胎裂解制油和炭黑的生产线，但由于裂解废轮胎一般要经过粉碎、热分解、油品回收、尾气处理、二次污染的防治等工序，成

15、本较高。目前回收的炭黑质量与原炭黑不同，只能用于一般橡胶制品，价格很低。在燃油市场紧张的时期，废轮胎土法炼油呈一度盛行，严重地污染了环境，但进一步提取其他能源国内尚为数不多。总之，在废旧轮胎的回收利用方面，还急需开发新的高值利用技术，才能真正促进废旧轮胎回收再利用产业的蓬勃发展。本项目针对目前国内废轮胎回收利用产业劳动强度大、利润低的生产现状，在xx省xx生态经济有限公司原有废轮胎热裂解生产燃油和炭黑技术的基础上，与中国科学院广州能源研究所合作开发的废轮胎真空催化裂解生产柠檬油精和轻质石脑油、重油及精炭黑小试技术成果，进行废轮胎高值利用的工程技术开发，通过建立废轮胎真空催化裂解生产柠檬油精、优

16、质燃油和补强炭黑示范生产线，可实现废旧轮胎这一废旧资源得到综合利用，为社会提供重要能源，根治“黑色污染”，引领废轮胎回收利用产业朝环保工艺和高附加值产品的方向发展。2.1.2国内外废旧轮胎处理的发展趋势目前，我国废旧轮胎的回收利用率很低，比国外先进水平低30-40%。废旧轮胎利用停留在翻新等简单的物理手段上，随着汽车安全性能要求的提高，翻新轮胎市场已越来越小；且回收利用的企业规模普遍偏小，自我改进能力低，市场竞争能力差。有些地方进行废轮胎土法炼油，甚至造成了二次污染。废轮胎的热解技术是指在完全缺氧或有限供氧的情况下使废轮胎受热，使其高分子聚合物和有机添加剂降解为低分子或小分子化合物，从而回收气

17、体、油、固体碳、钢丝和一些化工产品的一种工艺技术。热解是一种最彻底的废轮胎回收利用方式，这种方式可以将废轮胎吃干轧尽，得到轻质石脑油、重油等重要的能源物资，很少甚至没有二次污染，是橡胶塑料等废弃物的理想利用方式。早在上世纪80年代，Bouvier et al 、Williams et al便开始对常压惰性气氛下废轮胎热解进行了大量的研究。即以惰性气体为载气，将裂解产物从反应器进入冷凝器的热解技术。该技术的特点是利用载气将反应产物迅速带离反应器，使热解初级产品在反应器中的停留时间缩短，减少二次裂解等副反应。Williams et al报道曾在200cm3的静态分批式反应器中，以N2为载气在300

18、720的条件下获得了55%的液态油产品。更多的研究者在过去的三十年里对废轮胎橡胶的热裂解机理、热解反应器与工艺、热裂解动力学行为、产物分析表征以及应用等进行了一系列的探索。现将国外开发的几种典型的热解工艺和国内的研究现状介绍如下。1.真空移动床热解工艺： 加拿大Laval大学的 Christian Roy教授及其领导的研究小组在过去的二十多年里对废轮胎真空热解工艺、热解产物利用与品质评估方面做了系统细致的研究。该工艺与其他热解方法相比具有如下优势：一是有机挥发物在反应器中的停留时间较短，温度低，减少了发生其它副反应的可能性；二是真空热解的液体油收率一般高于常压下热解的油产率，且油品品质有一定的

19、改善，三是真空裂解所得的粗炭黑积碳减少，有利于后续加工。其开发的真空移动床工艺在床层温度480-520之间，压力0.2kPa-20kPa,处理量约50200 Kg/h,分级冷却，主要是以最大限度的回收热解油为目的，并将热解碳冷却处理生成炭黑。C.Roy 曾报道以A120型卡车轮胎为原料（颗粒大小:体积3.8cm3 ）在480、1.3KPa条件下液体收率高达60%，固体废渣占36.4%。为提高热解工艺的经济性，C.Roy将油产品蒸馏分为三段分别加以利用：轻石脑油（i.b.p.204）, 该区间段的馏分可直接作为燃料或与相应的汽油混合使用，或从中提取BTX、柠檬油精及其它一些经济价值较高的化工原料

20、；204350段产品则作为橡胶塑化剂使用，其性能与相应的石油产品相当；而对大于350以上的馏分则可以用于炼制碳黑、作为沥青应用于铺路和建筑材料当中。热解焦碳产品，C.Roy对其进行了比较细致的表征，并与商业炭黑进行比较，提出了将热解炭黑与商业炭黑混合作为轮胎制造工艺中的填充剂使用，从而达到资源化利用的目的。2. 流化床热解工艺 流化床具有结构紧凑，热解炉膛内温度场均匀，床料热容量大，传热传质环境优越，热解效率高等优点。但流化床热解工艺对进料要求比较严格，原料预处理费用较高。德国汉堡大学的Kaminsky小组开发了从实验室规模、中试规模的实验装置到0.5-1T/h的示范装置。Kaminsky等曾

21、报道采用该工艺在750热解废轮胎，可以得到16%的甲苯、12%的二甲苯；降低热解温度，虽然热解油收率有很大提高（如在500时可高达65%），但热解油总的苯系物含量急剧下降，同时热解油中的渣油馏分迅速增大。流化床热解碳黑性质与其他工艺所得粗碳黑性质有所差别，主要表现在流化过程中激烈的撞击而导致的颗粒表面形态的改变3. 熔融盐热解工艺熔融盐是出色的传热介质，以液态形式与废轮胎充分接触，反应速度快。该工艺优点之一为废轮胎无须粉碎，节省了数目可观的原料预处理费用。利用类似氧化钾/氧化锂低共熔化合物作为传热介质，这些混合物在反应前后没有发生变化，可循环使用。但该工艺对设备可靠性要求较高，意外停车导致的损

22、失较大，甚至会导致整套设备的报废。Chambers C.等曾选用汽车废轮胎橡胶在多种熔融盐中进行热解实验，在温度380570间，反应迅速，油产率在产生45%以上，固体残余物45%左右，且随着温度的升高，气体中甲烷含量迅速增加。4.两段移动床工艺 两段移动床工艺系统是指有热解反应器和挥发相二次裂解反应器组成的两段工艺。热解反应器是链条式移动床，温度保持在450-500之间，紧邻热解反应器出口布置了二次管式气相裂解反应器，温度约为750-800热解反应器内N2吹扫速度为20-60ml/min。该工艺的目的是回收液体苯、二甲苯和苯乙烯等BTX以及活性炭。Cypres和Bethens的研究表明该工艺热

23、解油中的苯含量最高可达36.4%。又有研究者在该工艺基础上进行改进，在二次裂解反应器中加入相应的催化剂，对从一次热解炉出来的热裂解产物进行定向催化改质，以提高产物品质，形成所谓的热裂解-催化改质两段法。如P.T.Williams et al在二次裂解反应器中利用分子筛调变热解液体产物的组分，使热解油中的甲苯最高达到24w%，间或对二甲苯的含量最高达到20wt.%，临二甲苯为7wt.%。5.与煤共液化热解工艺 利用废轮胎H/C比较高的特点，把煤与废轮胎共热解，可以提供煤热解时所需要的氢，提升煤液化所得产品的品质。A.M.Mastral等人先后在管式炉和搅拌釜内进行了批量式的煤与废轮胎共热解研究，

24、在吹扫式固定床反应器内进行了半连续式共热解实验。实验研究表明，批量式反应器中有机物组分转化率可以达到100%，而半连续式反应器则无法达到这种效果；而且由于批量式反应器中的氢气压力相对较高，导致热解油中的饱和烃含量相对较高。该工艺的突出优点是，不需要专门为废轮胎设计反应器，经济性比较好。国内研究单位对废轮胎热解工艺的研究开发相对于国外起步较晚，研究还远未完善。近年来，随着环境压力和能源问题日益突出显现，国内许多研究机构和学者对热解废轮胎以实现资源化利用表现出了极大的兴趣，并取得了一定的研究成果。国内研究者曾进行过常压下惰性气体热解工艺与技术的研究，如中国科学院广州能源研究所利用循环流化床对废轮胎

25、橡胶粉进行了研究，通过热解油品的成分分析以及评价热解条件对气体成分及油、碳和气产物产率的影响，得出如下结论：较高的温度和较长的停留时间会生成过多的不可冷凝气，降低油的产率，过低的温度和加热速率导致严重的碳化，同样会降低油产率。热解油品的组成成分非常复杂，芳烃占了很大比例，其次是烷烃和酚。浙江大学近年来对废轮胎的回转窑热解工艺以及热解产品的利用方面开展了研究，建立了1520Kg/h规模的回转窑中试实验平台，取得了一些比较有显示度的研究成果。在其实验温度范围内(450650)，油产率可达42.7%45.1%，热解油品质较轻，200以下的轻馏分总量高达3340，而且热解温度的升高也有助于增加轻馏分含

26、量；热解炭的产率约为3944，具有高灰分(12以上)和高硫含量等特性。废轮胎回转窑热解技术在国外也有许多单位在开展这方面的研究。该工艺的优势在于对废轮胎进料粒径破碎程度要求较低，而且碳性质十分均匀。但回转窑也有加热速率和热利用效率偏低，反应器所占空间过大，气相停留时间过长等缺点。重庆大学开展了废旧轮胎裂解炭黑的深加工方面的应用研究。裂解炭黑经超细粉碎分级，用袋收尘方式收集的超细裂解炭平均粒径为4.37m；利用硬脂酸表面改性等系统工艺后，表面活性有所改善；炭黑粉体整体的流动性和分散性有很大程度的提高。经填充于天然橡胶测试后证实，改性深加工后的裂解炭黑的补强性达到半补强炭黑的水平，显示出良好的应用

27、前景。据美国EPA等有关资料介绍，几十年来，美国公布了无数的废旧橡胶利用专利，其中，在废旧轮胎裂解制油、气和炭黑方面，在上世纪八十、九十年代的十年间，有30个以上大型废旧轮胎裂解制油气和炭黑的方案被提出、获得专利、取得特许或建成。世界各地已建废旧轮胎裂解工厂列于下表。但经过实际运转经营后，都在不敷成本且造成严重的二次污染等情形下纷纷停工，少数硕果仅存的几家，都是在政府或大型企业的辅助支持下，才得以继续生存。世界各地已建废旧轮胎裂解工厂厂名规模产品英国9000T/a炭黑Kobe Steel Ltd.(日本)7000t/a炭黑、油Inteneo(美)5000条/日炭黑、油Garb-oil Corp

28、.(美)100t/d炭黑、油、钢Kleenair产品公司(美)24t/d炭黑、油、气费尔斯通(美)100000t/a炭黑、油、气Energy Conversion(美)50t/d炭黑、油韩国100t/d炭黑、油、钢中国台湾20000t/a炭黑、油有鉴于此，现在更多研究者把重点转移到通过改变热解反应器类型、反应条件或添加催化剂的方式，生产高附加值热解产品的研究上，如日本Cobe steel公司、美国Good year, Tosco公司，前联邦德国Gmu和Herk-Kiener公司等。其中C.Roy等人在新型废轮胎高真空裂解设备中得到了富含柠檬油精的轻油和质量接近商业炭黑的热解炭黑的研究最为引人注

29、目，但其采用的卧式裂解设备结构和操作较复杂，且在操作过程中若发生断电事故，用于加热的熔融盐冷却凝固会导致整个设备报废。中国科学院广州能源研究所最近在广东省科技计划项目的资助下对废轮胎真空催化裂解技术进行了研究，制备的低硫燃油中柠檬油精含量达到12%，并对废轮胎热解炭黑低温精制进行了研究，取得了较好的研究成果。废轮胎热解油中一种经济价值较高的化合物柠檬油精近年来引起了研究者的广泛关注。柠檬油精（Limonene）C10H16，分为两种镜面异构体（D-Limonene, L-Limonene），其中D-Limonene具有化学预防的作用，可以预防和抑制癌症，包括胰脏癌、肝癌、肺癌、皮肤癌等，早期主

30、要在橘子皮和其它植物中被发现。柠檬油精，是一种透明的芬芳液体，常被用于芳香疗法。在德国，被作为强力去污剂，替代含氯去污剂使用。在美国被认为有抗癌成分，并被FDA（美国食品药物管理局）指定为安全的食物添加剂。柠檬油精也是优良的溶剂，SONY公司于1999年研制出了柠檬油精循环再生系统，采用由柑橘类水果果皮如橙子皮提炼而成的柠檬油精为溶剂，在室温下将发泡胶溶解，而溶解的发泡胶可循环再造成环保发泡胶或其它塑胶产品。聚苯乙烯发泡塑料作为一种有效的包装材料，被广泛应用在我们的日常生活中，陪伴而来的则是令人头痛的废发泡塑料处理问题。当作垃圾掩埋、焚烧，或使用从石油中制得的溶剂来降解，都会对环境留下隐患。柠檬油精的燃点为270，与石油制品中的溶剂相比更难燃烧，从而增加了安全系数。香港生产力促进局于2001年正式从日本索尼公司引进该技术，保护香港的环境。美国康纳尔大学的一个研究小组发明了将柠檬油精和二氧化碳合成聚合物的方法。合成的碳化柠檬油精多聚物，它具有许多聚苯乙烯的特性。目前商业用途的柠檬油精主要从柑橘类水果、蔬菜或草本植物中提取并浓缩而成，主要作为芳香剂或药物的主要成分使用。国内也制定了柠檬油国家标准，主要在日用精细化学品中应用。作为药物使用的国外著名厂家有Juice World Ltd、美国麦金妮斯公司Celapro等。本项目在xx省xx生态经济有限公司