Carbon Research | 利用热化学工艺实现废旧轮胎向增值产品的可持续转化

摘要

废旧轮胎（ELTs）因其数量大和化学结构复杂，目前已成为严重的环境和社会问题。热化学工艺被认为是从废旧轮胎中提取材料和能源的可行方案。本综述概述了回收轮胎的前沿热化学技术，包括气化、热解和焚烧，并且从能源效率、产品产量和环境影响的角度讨论了每种工艺的优缺点。此外，本研究还深入探讨了主要的副产品，包括油、气和炭，确定并描述了每种产品产量和质量的最佳反应条件，阐明了工艺参数与产品组成、产量和质量之间的关系，并以具体实例说明了进一步加工后的产品。同时，本研究给出了未来的研究方向，例如利用低温部分氧化工艺升级炭产品。本综述在全面整合废旧轮胎回收热化学技术的最新进展方面具有创新性，重点介绍了气化、热解和焚烧方法中的最新创新。鉴于日益严峻的环境问题和对轮胎处置的严格法规，该综述的发表恰逢其时，回应了对可持续废物管理解决方案的迫切需求。

图文摘要

亮点

• 热化学创新 — 探索前沿的气化、热解和焚烧技术在废旧轮胎回收中的应用。
• 产品分析 — 研究油、气和炭，评估它们的效率和环境影响。
• 最佳条件 — 确定影响轮胎回收过程最佳产量和质量的关键因素。

要点图例

结论

热化学处理利用高温条件促使含碳材料发生化学转化，从而生成能量和各种化学产品。对于废旧轮胎而言，主要的三种热化学过程是燃烧、热解和气化。优化系统和产品质量涉及到对反应器配置、温度、压力、加热速率、停留时间、环境、气体流速和催化剂使用等参数的控制。

废旧 轮胎的焚烧和燃烧存在局限性，因为它们无法产生具有经济价值的产品，并且生产过程能源消耗较大。气化，特别是使用蒸汽气化，可以提高氢气（H₂）的产量，而热解则能够回收高价值产品，并捕获约70%的能量，提供经济和环境双重效益。与燃烧相比，热解的空气污染极小。然而，热解是吸热过程，速度较慢，且需要更高的温度和更长的时间。从热力学角度来看，热解在碳效率和化学潜力效率方面优于气化。

蒸汽气化需要更多的热量，气化和热解都被广泛应用于将 废旧 轮胎转化为燃料。在成本方面，焚烧更具经济可行性。大多数热化学转化的研究是在实验室规模进行的，且在提高热解产品质量以实现大规模开发方面仍面临挑战。

温度、颗粒大小、进料速率、加热速率、气体停留时间和反应器类型等因素会影响 废旧 轮胎产品的形成。废 旧 轮胎炭在增强吸附能力的同时，可以减轻环境污染。然而，高灰分和硫含量以及较差的微孔结构等缺点限制了其直接使用。 废旧 轮胎油的产率在500°C左右的最佳温度下达到峰值，但其硫含量限制了直接应用。