摘 要

生物质与废轮胎的共气化实验是能源高效利用领域的一种新型的发展趋势。为了使废轮胎的再利用资源化程度达到最优，本课题选用了几种最常见的生物质原料，对他们与废轮胎的共热解过程进行研究，通过进行热重实验得到的数据，对热解过程进行动力学分析，比较得出最适合与废轮胎共热解的生物质及其掺混比例。

热重分析表明，生物质的种类及掺混比例对共热解会产生较大的影响。对于在胎面处的废轮胎A，在棉花杆的质量分数为40%时，共热解的协同作用最为明显，此时的升温速率为20℃/min；对于胎体的废轮胎B，在花生壳质量分数为20%时，协同效应最明显，升温速率为30℃/min。

通过动力学分析废轮胎与生物质比例8:2和6:4的两组热解数据，得出在20℃/min的升温速率下，和废轮胎A共热解最佳的生物质为花生壳，掺混比例为6:4，活化能为27.03kJ；在30℃/min的升温速率下，和废轮胎B共热解的最佳生物质为木屑，掺混比例为8:2，活化能为28.02kJ。

关键词：生物质 废轮胎 共热解 动力学分析 协同作用

Adstract

The co-gasification experiment of biomass and waste types is a new trend in the field of energy efficient utilization. In order to optimize the recycling of waste types, several common biomass raw materials were selected to study the co-pyrolysis process of waste types and waste types. On the basis of thermogravimetric analysis, the kinetic analysis of the pyrolysis process was carried out, and the most suitable biomass and its blending ratio for co-pyrolysis of waste types were obtained.

Thermogravimetric analysis showed that the types and mixing proportion of biomass had a great influence on co-pyrolysis. For waste tire A at tread, when the mass fraction of cotton rod is 40%, the synergistic effect of co-pyrolysis is the most obvious, and the heating rate is 20 C/min at this time; for waste tire B, when the mass fraction of peanut shell is 20%, the synergistic effect is the most obvious, and the heating rate is 30 C/min.

Through kinetic analysis of pyrolysis data of 8:2 And 6:4 ratio of waste tire to biomass, it was concluded that the optimum biomass for co-pyrolysis of waste tire A and waste tire A was peanut shell with 6:4 mixing ratio and 27.03 kJ activation energy at the heating rate of 20 C/min. The optimum biomass for co-pyrolysis of waste tire B and waste tire B was wood chips with 8:2 mixing ratio and 28.02 kJ activation energy at the heating rate of 30 C/min.

Key Words: biomass ; Scrap tires ; Co pyrolysis ; kinetic analysis ; Synergy

目录

第一章 绪论......................................................1

1.1 研究背景及意义.................................................1

1.2 生物质能资源与废轮胎的共气化...................................2

1.2.1概念........................................................2

1.2.2影响因素....................................................2

1.2.3动力学分析研究..............................................4

1.3 相关研究成果...................................................5

1.4 存在的问题.....................................................6

第二章 废轮胎与生物质共气化特性...............................8

2.1 实验原料.......................................................8

2.2 主要仪器和仪表.................................................9

2.3 动力学分析公式.................................................10

2.4 实验步骤.......................................................11

第三章 热解实验研究.............................................13

3.1 废轮胎的热重分析...............................................13

3.2 废轮胎和花生壳.................................................14

3.3 废轮胎和棉花杆.................................................15

3.4 废轮胎和木屑...................................................17

3.5 废轮胎与咖啡渣.................................................19

3.6 协同作用分析...................................................20

3.7 本章小结.......................................................22

第四章 动力学分析...............................................23

4.1 废轮胎单独热解的动力学分析.....................................23

4.2 20℃/min升温速率下的热解动力学分析.............................24

4.3 30℃/min升温速率下的热解动力学分析.............................29

4.4 本章小结.......................................................33

第五章 结论与展望...............................................34

5.1 结论...........................................................34

5.2 展望...........................................................34

1. 绪论

1.1研究背景及意义

随着世界工业的发展，轮胎等橡胶制品在我们生产和生活中的利用率有了显著的提高。据相关专家统计，2015年全球产生的废旧轮胎总量达到4074.2万吨，其中美国1991年左右废旧轮胎的年产量在2.5亿条左右，而在最近几年，其废旧轮胎产量已经突破3.1亿条。2015年中国的废旧轮胎产量突破了3亿条，并仍以每年8%-10%的速度递增。如今，中国的轮胎年产量也达到10亿条，且2018年比2017年同比增长了5.4%左右。这不仅意味着社会生产力的迅猛发展，也昭示这“黑色污染”的全面到来，如何应对产能过剩导致的资源浪费和环境污染已变成当今社会的热点问题。美国曾颁布新胎销售税，押金制度，《轮胎回收利用奖励法案》等再利用废旧轮胎^[1]。

废旧轮胎本身具有良好的耐性，但作为废轮胎主要成分的橡胶很难降解导致废轮胎经过几十年都不会自然消失，不仅仅需要大面积土地来存放，还需要尽快处理以免滋生有害病菌，因此必须采用人为降解的方法来应对。目前，处理废旧轮胎的常规技术有：轮胎翻新，用于建筑材料，原形改制，制成再生胶和胶粉，用作燃料以及热烈解几种途径。其中轮胎翻新最为先进和环保，同时也是最经济的一种方式。而在我国，由于轮胎翻新在可翻新标准上还未有统一尺度，因此翻新后的轮胎很大程度上存在安全隐患，并且我国将轮胎制成再生胶和胶粉的工业生产在技术和设备都与发达国家存在一定差距^[2]，原形改制的轮胎仅仅占总废旧轮胎的1%都不到^[3]，此外轮胎的填埋会造成低下淡水的污染和耕地面积的减少，而露天焚烧废轮胎会释放大量有毒气体，严重污染周边环境^[4]。因此废轮胎的热裂解和用作燃料成为我国综合治理废旧轮胎的有效措施。

目前生物质气化技术主要应用于供热、发电和合成燃料等方面，美国，瑞典，德国，丹麦，芬兰等在此方面有较大的领先优势。2004年，Carbona公司在丹麦Skive建造的低压BFB气化系统规模达到100-150t/d，系统以木屑为燃料，以石灰石为床料，净发电率将近30%，系统总效率几乎到达90%。在2001年，Foster Wheeler公司于芬兰的Varkaus建立了第一个大型气化工程，以回收的废料为原料，利用空气和蒸汽两种介质进行常压气化，BFB汽化炉输出功率为40MW，发电净效率达40%，产生了巨大的商业价值。维也纳技术大学及丹麦科技大学均已建成大型热电联产系统并成功运行^[5]。

对于生物质热解而言，其反应会吸收大量的热，因此为生物质热解提供足够的热是完善生物质热解技术的关键所在，因此不同的加热方式和热解反应器会对生物质热解产物的产率及品质产生极大影响。其中生物质热解反应根据加热方式的不同可以划分为内热式、外热式和内-外复合式^[6]。在我国，生物质能的开发利用还有很长一段艰难的路要走，但采用生物质与轮胎的共气化热解方式可以最大程度上提高废料的利用率，弥补废轮胎单独热解的不足，这对我国未来发展绿色可持续性能源新方向至关重要。

2.2 生物质能资源与废轮胎的共气化

2.1.1 概念

生物质是一种绿色能源，具有可持续性，元素组成主要是C、H、O、N、S等^[5]。它的来源非常广泛，包括农作物废弃物，木材残余物，能源作物及城市固体垃圾中的有机成分，并可直接参与生产气体，液体，固体等燃料^[7]。其优点是资源含量丰富、分布广泛、经济成本较低、燃烧产生污染产物少和挥发分含量高等。

生物质气化技术是指在高温下（773-1673k），生物质热解气化生成含有二氧化碳、氢气、甲烷等的可燃性气体^[8]。这是一种十分灵活的清洁环保技术，可根据当地的生物条件实现因地制宜的利用途径。目前分布式生物质气化应用较为普遍，原因是其原料种类和规模适应性较集中式更强，而且资金门槛较低，可实现大规模商业化，再加上中国的生物质资源分布也较为零碎，使分布式生物质气化更符合实际的需要。

生物质与轮胎共气化是指在轮胎热解前，将固体生物质研磨成具有一定粒径的粉末，然后填入废轮胎料层的缝隙中，掺混比例根据实验获取，选取最佳掺混比，以提高填料层的整体性，降低着火温度^[9]。热解过程一般有三个阶段，即干燥预热阶段、挥发分析出阶段和炭黑生成阶段^[10]。该技术是利用生物质与废轮胎之间的协同效应，弥补两者单独热解时的不足。

因此生物质与废轮胎的共气化研究将很大程度上提高废料的利用率和废轮胎的热解特性，实现废轮胎的清洁有效利用。以下列出共气化反应进程的主要反应方程式：

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：