[发明专利]用于分解包括诸如硫化橡胶轮胎等含硫聚合物产品并从中回收资源的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对可能含硫的聚合物产品进行分解并从中回收资源的方法，并涉及执行该方法的设备。特别是，本发明提供了一种用于再生利用硫化橡胶轮胎的方法和设备。

背景技术

下文对背景技术的讨论仅是为了便于对本发明的理解。应当能理解：该讨论并不是认可或承认在本申请的优先权日时所提及的任何背景材料是公知常识的一部分。

在对环境负责的前提下对废旧轮胎的处理面临巨大的挑战。在澳大利亚，每年约产生2000万条废旧轮胎，在全球范围内，这一数字约为10亿条。按照传统的方式，这些轮胎中的大部分被掩埋掉，但是，包括澳大利亚在内的许多工业化国家目前已实施禁令，禁止将整个轮胎掩埋处理。

处理废旧轮胎的大多数商业方法都涉及对轮胎的碎切处理，以此作为初级步骤，以将轮胎破碎为可处理的块片。不幸的是，那些使得轮胎在路面上具有长耐久性和安全性的非凡特性-例如耐用性、抗穿刺/切割性、以及中等温度下的抗分解性组合起来发挥作用，使得轮胎极其难于碎裂。商用的轮胎碎裂机包括切片机、锤式粉碎机、热解轧压机、胎缘割切机和压轧机。尽管碎切加工解决了处理各种尺寸的大块材料时的一些工艺难题，但其会极大地增大这些工艺的资金与能耗需求。

现有技术中教导：在废旧轮胎的碎切处理后，可利用物理方法除去钢铁材料和纤维增强材料，以将橡胶材料回收为各种等级的橡胶片或橡胶屑。水泥行业已采用了另外的方法来处理废旧轮胎，在这些方法中，轮胎被用作高温窑中的燃料源，其中，所有的固体残留物都被包含在了水泥制品中。

一家位于澳大利亚昆士兰的公司Molectra已开发出一种备选的方法，在澳大利亚专利AU 2000278910B的说明书中描述了该方法，这种用于从轮胎中回收材料的方法涉及这样的操作：将轮胎浸泡在油和挥发性的溶剂中，而后再用微波进行加热。

人们已提出了多种处理废旧轮胎的热解工艺。但是，这些工艺存在着一些难题。障碍热解操作成功的主要因素既有经济上的、也有技术方面的。

对于从废旧轮胎中回收材料的现有方法而言，资金投入是很高的，从热解处理中获得的产品的价值或纯度不足以与新料进行竞争。在现有的方法中，反应的产物主要是液态和气态的碳氢化合物、炭黑、以及钢，这些产物不同程度地会遭受交叉污染，使它们不能被当做原材料使用。

在现有的热解方法中，或者是利用传导、对流、红外线，或者利用微波辐射来向橡胶传热。由于橡胶是热的不良导体，这些方法会导致在整个分解材料中存在着很大的温度差异。在分解过程中，在加热速率、温度、以及蒸汽停留时间方面的不同导致反应机理具有宽泛的型谱，相关的碳氢化合物产物的谱系也很宽。

上文所述的方法采用了低氧环境，此外还使用了一系列材料与分解的聚合物产品进行接触并传递热量。美国专利说明书US 2002/0072644 A1公开了这样的内容：在耐火材料衬里的容器内，将废旧轮胎浸入到温度为800℃的熔铝液中，以将橡胶主要分解为气态产物和碳。前述的公开方法还描述了如下内容：使用诸如锡和铅等低熔点金属、熔融盐槽、碱土金属、沙床或砾石床、以及诸如颗粒状硅酸盐或铝硅酸盐等的矿物质。

现有热解方法的缺点在于碳和钢固体残余物的污染。热解炭(char)具有高孔隙率，并且包括因为挥发性组分从橡胶-碳基质中逃逸而形成的很多互通的孔隙、裂纹和通道。颗粒状材料和熔盐渗透到这些孔洞中，难于从炭中清除出去。熔铅和其它金属也可能渗透到炭中，并造成程度不可接受的污染。

使用液态金属传热介质的一个好处在于金属的高比热和高导热性能将能量快速地传递给废聚合物，导致分解过程在更为可控的温度下具有快的速度。还描述了高温的熔融金属被用来销毁有毒废物。在这些情况中，目的在于在800-900℃量级的高温下将有机化合物分解为较小的气态有机物类，这些有机物类不具有原先化合物所具有的毒性。

降低橡胶聚合物的分解温度将导致形成链较长的分子，这有助于生成液态的碳氢化合物，其经过进一步的提炼，可被用作运输用燃料。从轮胎热解得到的凝析油可能包含一些沸点馏分处于一定范围的碳氢化合物，该范围包括煤油、汽油、以及柴油。但是，运输用燃料必须要满足严格的质量与性能指标-特别是含硫量。通常情况下，可凝析的碳氢化合物具有刺鼻的刺激性气味，这是由于含有高浓度的复合硫化合物，这些化合物中来自于硫化过程中加入橡胶中的硫。

继将铅从燃料中淘汰之后，硫的含量水平也从几年前的超过500ppm下降到10ppm的强制标准。低硫燃料允许在车辆上使用高效的催化转化器。与铅一样，硫对废气减排的催化转化过程有毒害作用。