張立群教授主持的國家“863”計劃重大科研成果入選《國家重點節能低碳技術推廣目錄》

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由北京化工大學先進彈性體研究中心張立群科研團隊牽頭,聯合行業龍頭企業,組織材料、機械等多學科專家歷時8年完成研發的“多階螺桿連續脫硫制備顆粒再生橡膠成套技術”這一“863”成果入選《國家重點節能低碳技術推廣目錄》(2017年本低碳部分)。

該成果以廢舊橡膠的再生利用為研究對象,針對傳統高溫高壓動態脫硫、精煉機降門尼技術污染大、能耗高、安全性低、勞動強度大的問題,自主設計集成制造了多階螺桿連續脫硫成套裝備,開發了高效綠色連續脫硫工藝和配方,制備了顆粒狀再生橡膠,實現了以廢輪胎橡膠為主要原料制備再生橡膠成套工藝流程的節能、安全、連續和高效,對我國廢橡膠加工行業的清潔生產、節能降耗和空氣污染治理具有重要意義。

                                        成果技術簡介

一、技術名稱:多階螺桿連續脫硫制備顆粒再生橡膠成套技術

二、技術類別:減碳技術

三、所屬領域及適用范圍化工行業 廢棄物處理與綜合利用領域

四、該技術應用現狀及產業化情況

我國是大的廢舊橡膠產生國,2014年廢舊輪胎產生量3.2億條,重量1000多萬t。我國傳統的廢橡膠主要處理方式是焚燒或制備再生橡膠,資源利用率低,污染嚴重。我國十分重視廢輪胎循環利用行業的綠色可持續發展,近年來相繼出臺了多項產業政策,用以扶持、引導和規范輪胎循環利用產業的發展。利用該技術制備的顆粒再生橡膠可替代合成橡膠使用,每生產1t顆粒再生橡膠可替代0.5t合成橡膠。目前,該技術已在江蘇、北京、河北各建成1萬t再生橡膠生產線,與串聯冷卻、單/雙螺旋、單螺桿等脫硫技術相比,實現從廢膠粉到再生橡膠制備整個過程的密閉連續,淘汰傳統的開放式精煉機,解決了開放式精煉機造成的無組織氣體排放問題,生產過程節能、安全、高效,減排效果顯著,具有較大的發展潛力。

五、技術內容

1.技術原理

該技術根據廢膠粉制備再生橡膠過程中脫硫工序和精煉工序的不同技術原理,選取了不同功能的螺桿擠出機分別作為脫硫裝備和精煉裝備。在脫硫工序,配有再生劑的廢膠粉在脫硫雙螺桿擠出機內的高溫剪切作用下,化學脫硫后選擇性破壞廢橡膠的交聯網絡,制備得到優異力學性能的脫硫膠粉;在精煉工序,脫硫膠粉在螺桿精煉擠出機內的低溫高剪切作用下,進一步打斷交聯鍵,以改善其加工性能,并得到產品。制備的顆粒再生橡膠可替代合成橡膠使用,降低生產橡膠的石油消耗,同時避免了傳統廢棄輪胎焚燒產生的二氧化碳排放。

2.關鍵技術

(1)廢橡膠脫硫用螺桿擠出機裝備制造技術

采用理論計算、有限元模擬和實驗模擬驗證三者相結合的方法,結合對膠粉摩擦傳遞、復雜傳熱的分析等,確定脫硫螺桿擠出機和精煉擠出機的選用標準和特殊制造要求,創造性地實現了螺桿擠出機在廢橡膠再生領域的應用。

(2)雙螺桿連續動態脫硫與螺桿連續精煉的聯動化技術

在螺桿擠出機脫硫裝備的基礎上,優化設計了一套與之相適應的脫硫及降門尼工藝條件,使再生橡膠制備工藝具有節能、連續、高效等特點,產品性能優異穩定。

(3)高效脫硫配方技術

從化學角度分析脫硫反應機理,結合再生劑與橡膠的相容性和相互作用,自主研發了高性能再生助劑,確定再生助劑的合理用量,取代了傳統工藝污染嚴重的煤焦油和芳烴油。

3.工藝流程

該技術裝備由原材料自動化稱量配料裝置、雙螺桿連續脫硫擠出裝置、多螺桿連續擠出精煉裝置、連續輸送冷卻裝置、自動包裝裝置、尾氣處理裝置、自動化控制系統等組成,具體工藝流程見圖1。

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多階螺桿連續脫硫制備顆粒再生橡膠成套技術裝備見圖2。


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六、主要技術指標

1. 能耗:產品噸能耗約700kWh左右,較傳統高溫高壓動態脫硫方法降低20%以上;

2.廢氣:排放較傳統高溫高壓動態脫硫法降低95%以上,符合《環境空氣排放標準》(GB3095-2012)和《大氣污染物綜合排放標準》(GB16297-1996)的要求;

3. 胎頂再生橡膠性能:水分(80℃)≤1.0%,灰分≤6.0%,丙酮抽取物≤17.8%,門尼粘度ML[(1+4)100℃]≤85,拉伸強度≥14.0MPa,拉斷伸長率≥420%。

七、技術鑒定情況

該技術獲得發明專利13項,并于2014年12月通過中國物流與采購聯合會組織的科技成果鑒定,2016年6月通過中國循環經濟協會組織的科技成果鑒定。

八、典型用戶及投資效益

典型用戶:北京路德永泰環??萍加邢薰?、河北茂祥橡膠制品有限公司、京環興宇(唐山)橡塑環??萍加邢薰?、江蘇強維橡塑科技有限公司等。

典型案例1

案例名稱:河北茂祥橡膠制品有限公司多階螺桿連續脫硫綠色制備顆粒再生橡膠萬噸級生產線

建設規模:年產1萬t再生橡膠。

建設條件:利用公司閑置土地新建廠房及其配套的基礎設施。

主要建設內容:新建廠房2000m2,采用2套多階螺桿連續脫硫綠色制備顆粒再生橡膠成套設備,替換原有的高溫高壓動態脫硫罐3臺及精煉機24臺。主要設備為多階螺桿連續脫硫綠色制備顆粒再生橡膠成套技術裝備。項目總投資2300萬元,建設期為4個月。年減排量約4萬 tCO2,碳減排成本為10~30元/tCO2。年經濟效益4800萬元,投資回收期約1.6年。

典型案例2

案例名稱:北京路德永泰環??萍加邢薰径嚯A螺桿連續脫硫綠色制備顆粒再生橡膠萬噸級生產線

建設規模:年產1萬t再生橡膠。

建設條件:利用原有廠房進行建設。

主要建設內容:利用原有廠房1000m2,采用2套多階螺桿連續脫硫綠色制備顆粒再生橡膠成套設備,形成年產1萬t顆粒再生橡膠的生產能力。主要設備為多階螺桿連續脫硫綠色制備顆粒再生橡膠成套技術裝備。項目總投資1600萬元,建設期為3個月。年減排量約4萬tCO2,碳減排成本為10~30元/tCO2,產生的年經濟效益為4800萬元,投資回收期約1.6年。

九、推廣前景和減排潛力

預計未來5年,該技術推廣比例可達10%,顆粒再生橡膠產能達到50萬t,總投資額約10.5億元??尚纬傻哪晏紲p排能力約213萬tCO2。


中國再生塑料技術創新戰略聯盟簡介

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