CN105461956A - 一种绿色环保轮胎再生胶生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种绿色环保轮胎再生胶生产工艺，包括以下步骤：1）轮胎破碎；2）胶粉筛选；3）胶粉脱硫：4）捏炼；5）精炼；6）压片成型；7）成品入库；其设计要点在于：步骤3中，在橡胶再生动态脱硫罐中添加软化剂、活化剂；软化剂为植物基环保油，该植物基环保油是以植物秸秆为原料，通过酸解、催化加氢和脱水后形成的植物基橡胶油，植物基环保油由下述体积百分比成分构成：高分子量多元醇35%-45%，有机盐20%-30%，聚醚多元醇25%-35%，其余为纯净水；所述的活化剂为一种高分子脂肪酸络合物，其分子式为CH(CH2COOR)2COOR。本发明目的在于提供一种绿色环保轮胎再生胶生产工艺，以解决现有技术中存在的高污染、高耗能、低效率、不能实现工业化发展等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种废旧橡胶回收再利用技术，特别是一种绿色环保轮胎再生胶生产工艺。
背景技术
目前国内环保再生胶、超精细再生胶、高强力轮胎再生胶供不应求。传统的化学再生方法通过借助水蒸汽、油等介质，在再生剂向胶粉内部边反应边渗透的过程中，实现了废橡胶的再生。这种化学再生机理的再生效果好，成本低，因此在工业界广泛采用，并逐步发展了油法、水油法和动态脱硫法等。
油法又可以称为盘法。该方法是将与再生剂混合均匀的废橡胶装入铁盘之中，再将此铁盘放到装有滑轮的铁架上，然后推入卧式脱硫罐中进行加热再生，再生过程中，温度一般控制在158-170℃，压力控制在0.5-0.7MPa，再生时间为10小时左右。油法再生过程处于静态条件下，废橡胶在脱硫罐中难以均匀地脱硫，而且脱硫罐的温度和压力均难以达不再生橡胶脱硫的条件，导致脱硫效果欠佳，且生产出来的再生胶质量差。
水油法又可以称为中性法。水油法脱硫再生过程是在的脱硫反应罐中进行的，此脱硫反应罐呈立式，自带搅拌，由通入夹套的蒸汽进行加热。再生过程中，废胶粉与水的比例为1：2，温度一般控制在180-190℃，再生时间约4h，再生结束后泄压排料。利用水油法生产的再生胶的质量要优于油法，但是，水油法再生废橡胶的过程中会产生大量的废水，对环境会造成严重的污染。
动态再生法可以看作是对油法和水油法两种再生方法的综合改良。高温动态再生法的实质就是从根本上改良了油法和水油法两种脱硫方法的工艺，该方法再生过程中的温度和压力高于油法、水油法，且其再生过程是动态的。再生胶生产过程中所采用的动态脱硫技术一定程度上降低了能耗并使再生胶性能在一定程度上提高，但依然存在着较大的环境污染。
动态再生法中，软化剂和活化剂的选取是废橡胶脱硫再生过程中的核心问题。传统工艺采用的煤焦油、松焦油、芳香烃油、古马隆、DOP、DOS等软化剂，均是有味、重污染的试剂，具有较大的毒性和危险性。传统工艺采用的420、450等再生活化剂，化学成份中均含有的多烷基苯酚二硫化物，有特殊的刺鼻难闻的臭味，不环保。且使用这些软化剂和活化剂制得的再生橡胶的多环芳烃含量等环保指标明显超标，属于有毒有害污染型再生橡胶。因此，选取一种合适的环保型软化剂和一种合适的环保型活化剂是本发明首要解决的技术问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种绿色环保轮胎再生胶生产工艺，以解决现有技术中存在的高污染、高耗能、低效率、不能实现工业化发展等问题。
为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：
一种绿色环保轮胎再生胶生产工艺，包括以下步骤：1）轮胎破碎；2）胶粉筛选；3）胶粉脱硫：4）捏炼；5）精炼；6）压片成型；7）成品入库；其特征在于：所述的步骤3中，将筛选后的胶粉导入橡胶再生动态脱硫罐中，在橡胶再生动态脱硫罐中添加再生软化剂、活化剂，其中软化剂用量为8.5phr,活化剂用量为0.5phr,在温度192℃、压力为1.9MPa的环境中脱硫75min；所述的再生软化剂为植物基环保油，该植物基环保油由下述重量百分比成分构成：多不饱和脂肪酸30-35份、甘油15-25份、聚醚多元醇15-20份、乙酸吡啶盐20-30份、乙醇钠15-25份、聚酯多元醇5-11份、纯净水30-55份；所述的活化剂由下述重量百分比成分构成：对苯二甲酸镁15-25份、葡萄糖酸锌15-25份、甲硫酚5-8份、月桂酸5-8份。
如上所述的一种绿色环保轮胎再生胶生产工艺，其特征在于：所述的步骤4中，再生胶采用四台捏炼机顺次捏炼后再导入与步骤5中的精炼机内；在步骤5中，再生胶采用一台精炼机精炼后，再经过滤胶机过滤后再分别导入三台精炼机再次精炼。
如上所述的一种绿色环保轮胎再生胶生产工艺，其特征在于：在步骤3中，采用无压冷凝回收净化装置对橡胶再生动态脱硫罐排出的废气处理，无压冷凝回收净化装置包括粉汽分离装置、热换器和活性炭吸附装置；所述的粉汽分离装置对接所述橡胶再生动态脱硫罐的排汽口，其采用过滤网对排出的汽体先进行胶粉分离；所述的热换器对接粉汽分离装置的排汽口，用于吸收汽体热量；所述的活性炭吸附装置对接热换器的排汽口，其内的活性炭用于吸附少量高沸点有机物或硫化物。
如上所述的一种绿色环保轮胎再生胶生产工艺，其特征在于：所述的热换器包括串联的热交换器和冷凝器；所述的热交换器与生活用水管道连通，用于加热生活用水；所述的冷凝器用于将排出的汽体中携带的液态和/或固态有机污染物冷凝下来。
如上所述的一种绿色环保轮胎再生胶生产工艺，其特征在于：在步骤4中、步骤5中，均采用净化处理系统对捏炼机、精炼机排出的废气处理；净化处理系统包括风罩、引风机、净化塔、油水分离装置和活性炭净化器；排出的废气在引风机负压作用下通过风罩收集后，引入净化塔；净化塔内设置有旋转喷洒头，洗涤液通过旋转喷洒头喷出，将引入的废气中液态或固态有机污染物冷凝；洗涤水经油水分离装置分离后循环使用，洗涤后的气体用活性炭净化器进行浓度处理后高空排放。
如上所述的一种绿色环保轮胎再生胶生产工艺，其特征在于：排汽过程中采用负压吸引排汽。
本发明的有益效果：
（1）采用自主开发的低碳、环保、无公害、成本低的新型植物基环保油作为再生软化剂，替代传统的有毒有害的煤焦油，植物基环保油生产所需的原料来源广泛，简单易得，生产成本低，其主要成分为高分子量多元醇、有机酸盐和聚醚多元醇，利用该再生软化剂生产轮胎再生胶，在降低环境污染的同时，明显提高了再生胶的加工性能和物化性能，且使得再生胶的多环芳烃含量等环保指标能达到国际领先水平。
（2）采用自主开发的JX-780环保型高强活化剂作为再生活化剂，替代传统的有毒有害的420、450活化剂，JX-780环保型高强活化剂中不含苯酚类、烷基二硫化物等有毒物质，在脱硫时，其主要作用为维护橡胶分子中C—C键的稳定，促进S—S键与C—S键的断裂，并吸附脱硫过程中产生的游离硫和结合硫，从而提高再生橡胶的扯断伸长率，消除再生胶气味。使用该活化剂所生产的再生胶，具有门尼粘度低、物性指标高、绿色环保等特点。
（3）将新型环保再生软化剂、活化剂与先进的“无压冷凝回收净化技术”、“喷旋洗涤+活性炭吸附有机烟气净化处理系统”结合，实现了废水零排放、废气达标排放，高效率、低能耗、工业化生产。
附图说明
图1为再生胶生产工艺流程框图。
图2为本发明中植物基环保油用量与绿色环保轮胎再生胶门尼粘度、拉伸强度和扯断伸长率的关系图。
图3为本发明中活化剂用量与绿色环保轮胎再生胶门尼粘度、拉伸强度和扯断伸长率的关系图。
图4为本发明中脱硫温度与绿色环保轮胎再生胶门尼粘度、拉伸强度和扯断伸长率的关系图。
图5为本发明中保温压力与绿色环保轮胎再生胶门尼粘度、拉伸强度和扯断伸长率的关系图。
图6为本发明中脱硫时间与绿色环保轮胎再生胶门尼粘度、拉伸强度和扯断伸长率的关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明：
如图1所示，一种绿色环保轮胎再生胶生产工艺，包括以下步骤：1）轮胎破碎；2）胶粉筛选；3）胶粉脱硫：4）捏炼；5）精炼；6）压片成型；7）成品入库。陈品入库前，还可进行检验再包装入库。
其中，步骤1中，采用轮胎破碎机对废旧轮胎进行胎圈剥离、轮胎破碎，破碎得到较小的胶块，然后采用粉碎机进行碾碎，粗碎、细碎得到粒径小于1mm的胶粉。
步骤2中，胶粉经筛选机、磁选机筛选后得到去除了纤维杂质的26目全胎子午胎胶粉。
步骤3中，将筛选后的胶粉导入橡胶再生动态脱硫罐中，在橡胶再生动态脱硫罐中添加再生软化剂、活化剂配料，在设定高温、压力范围内动态脱硫设定时间。再生软化剂为植物基环保油（本专利中命名为808A植物基环保油），该植物基环保油由下述重量百分比成分构成：多不饱和脂肪酸30-35份、甘油15-25份、聚醚多元醇15-20份，乙酸吡啶盐20-30份、乙醇钠15-25份，聚酯多元醇5-11份，纯净水30-55份。
所述的活化剂（本专利中命名为JX-780环保型高强活化剂）由下述重量百分比成分构成：对苯二甲酸镁15-25份、葡萄糖酸锌15-25份、甲硫酚5-8份、月桂酸5-8份。
本实施方法中，在步骤3中，
（1）脱硫过程中再生软化剂和活化剂的选择对脱硫的影响。
如图2所示，随着再生软化剂808A植物基环保油用量的增加，绿色环保轮胎再生胶的门尼粘度逐渐降低，拉伸强度和扯断伸长率均呈现先增大后减小的趋势。这说明再生软化剂808A植物基环保油确实能够对废轮胎胶粉的脱硫起促进作用，但是当再生软化剂用量过多时，橡胶分子主链被大量破坏，严重影响了再生胶产品的物理机械性能。当再生软化剂用量为8.5phr时，再生胶的拉伸强度和扯断伸长率达到最大值，而此时再生胶的门尼粘度也较低，此时胶粉的脱硫程度较为合适，再生胶产品同时具备了较好的加工性能和最佳的物理机械性能。因此再生软化剂808A植物基环保油的用量定为8.5phr。
（2）再生软化剂和活化剂用量对绿色环保轮胎再生胶加工性能及物理机械性能影响。
如图3所示，随着JX-780环保型高强活化剂用量的增加，绿色环保轮胎再生胶的门尼粘度逐渐降低，拉伸强度和扯断伸长率均呈现先增大后减小的趋势。这说明JX-780环保型高强活化剂确实参与了脱硫再生反应，且活性较高，作用比较明显，但是当活化剂用量过多时，会导致脱硫过度，橡胶分子主链被大量破坏，会严重影响再生胶产品的物理机械性能。当活化剂用量为0.5phr时，再生胶的拉伸强度和扯断伸长率达到最大值，而此时再生胶的门尼粘度也较低，此时胶粉的脱硫程度较为合适，再生胶产品同时具备了较好的加工性能和最佳的物理机械性能。因此JX-780环保型高强活化剂的用量定为0.5phr。
从上可知：再生软化剂和活化剂的选取是废橡胶脱硫再生过程中的核心问题。再生软化剂和活化剂用量过少，废轮胎胶粉脱硫不充分，制得的再生胶加工性能较差；而再生软化剂和活化剂用量过多，不仅提高了生产成本，还会导致废轮胎胶粉过度脱硫，使得胶料粘辊，难以成片，再生胶产品的物理机械性能较差。
（3）脱硫工艺条件，例如温度、压力和时间对绿色环保轮胎再生胶加工性能及物理机械性能影响。
如图4所示，随着脱硫温度的升高，绿色环保轮胎再生胶的门尼粘度逐渐降低，拉伸强度和扯断伸长率均呈现先增大后减小的趋势。这是由于适当的升高温度，有利于提高活化剂的对橡胶的脱硫效率，而若温度过高，橡胶分子主链容易发生裂解反应，大量橡胶分子主链裂解会严重影响再生胶产品的物理机械性能。当脱硫温度为192℃时，再生胶的拉伸强度和扯断伸长率达到最大值，而此时再生胶的门尼粘度也较低，再生胶产品同时具备了较好的加工性能和最佳的物理机械性能。因此192℃为本项目生产绿色环保轮胎再生胶的最佳脱硫温度。
如图5所示，随着保温压力的升高，绿色环保轮胎再生胶的门尼粘度逐渐降低，拉伸强度和扯断伸长率均呈现先增大后减小的趋势。这是由于适当的提高保温压力，有利于提高活化剂的对橡胶的脱硫效率，而若压力过大，容易导致大量橡胶分子主链断链，从而严重影响再生胶产品的物理机械性能。另外，过大的保温压力使得能耗较大，提高了生产成本。当保温压力为1.9MPa时，再生胶的扯断伸长率达到最大值，拉伸强度十分接近最大值，且再生胶的门尼粘度也较低，再生胶产品同时具备了较好的加工性能和最佳的物理机械性能。因此本发明中，1.9MPa是一个较为合适的保温压力。
如图6所示，随着脱硫时间的增加，绿色环保轮胎再生胶的门尼粘度逐渐降低，拉伸强度和扯断伸长率均呈现先增大后减小的趋势。要使再生胶产品同时具备了较好的加工性能和物理机械性能，必须确保脱硫适度，故选择一个合适的脱硫时间十分重要。脱硫时间过短，会导致脱硫不足，产品难以加工且物机性能差；脱硫时间过长，会导致脱硫过度，产品物机性能差且增加了成本。当脱硫时间为75min时，再生胶的拉伸强度和扯断伸长率达到最大值，而此时再生胶的门尼粘度也较低。因此本发明中，75min是一个比较合适的脱硫时间。
由上可知：橡胶脱硫反应过程中，脱硫温度、罐内压力、脱硫时间对再生胶性能影响较大。温度和压力对再生剂的脱硫效率有显著的影响，且脱硫温度、压力和时间与废橡胶的脱硫程度息息相关。另外，过高的脱硫温度和罐内压力、过长的脱硫时间会导致橡胶的C-C主链大量断裂，严重影响再生橡胶产品的性能。通过对实验数据进行分析，发现再生配方及再生工艺对绿色环保轮胎再生胶加工性能和物理机械性能影响的规律并确定了最佳的配方和工艺条件。再生过程中，再生软化剂808A植物基环保油和活化剂共同在高温、高压环境中与废轮胎胶粉反应，使得废胶粉发生脱硫再生，再生软化剂、活化剂、脱硫温度、保温压力和脱硫时间共同决定了废胶粉的脱硫程度和橡胶分子主链的断裂程度，从而决定了再生胶产品的加工性能和物理机械性能的优劣。研究结果表明，废轮胎胶粉与8.5phr的808A植物基环保油和0.5phr的JX-780环保型高强活化剂共混，在温度192℃、压力为1.9MPa的环境中脱硫75min，所得到的再生胶产品的综合性能最佳。
本发明步骤4中，再生胶采用四台捏炼机顺次捏炼后再导入与步骤5中的精炼机内。本发明步骤5中，再生胶采用一台精炼机精炼后，再经过滤胶机过滤后再分别导入三台精炼机再次精炼。精炼后的胶料外观质量要达到平整细腻，无明显颗粒和杂质。上述四台捏炼机、配合四台精炼机和一台滤胶机的8机三线的炼胶生产线方案，大幅度提高了炼胶生产线的自动化程度，可减少用人40%以上，节约电耗20%以上，大幅度降低了劳动强度。为了降低噪音，提高效率，本发明中各个机器全部采用轴承支撑搅拌轴的结构。
本发明所生产的再生胶属于GB/T13460—2008再生橡胶国家标准中规定的轮胎再生橡胶。
（1）再生橡胶分类（GB/T13460—2008）
本发明所生产的绿色环保轮胎再生胶的性能指标符合GB/T13460—2008再生橡胶国家标准中规定的A1标准。
（2）再生橡胶性能（GB/T13460—2008）
本发明所生产的绿色环保轮胎再生胶的多环芳烃含量达到由中华人民共和国国家发展和改革委员会、中华人民共和国环境保护部、中华人民共和国工业和信息化部联合颁布的《再生橡胶行业清洁生产评价指标体系》中Ⅰ级基准值标准，即达到国际清洁生产领先水平。
（3）再生橡胶多环芳烃含量（再生橡胶行业清洁生产评价指标体系）
（4）再生橡胶清洁生产水平等级（再生橡胶行业清洁生产评价指标体系）
本发明生产的绿色环保轮胎再生胶产品的各个物性指标和环保指标
与国内外同类产品相比的优势见下表：
本发明中，脱硫尾气和炼胶烟气需要处理。
整个再生胶的生产过程中，脱硫过程中产生的尾气和炼胶过程中产生的烟气对环境危害最大。为了实现生产过程中废水零排放、废汽达标排放，实现清洁化、自动化、无害化生产，本发明采用如下技术方案：
在步骤3中，采用无压冷凝回收净化装置对橡胶再生动态脱硫罐排出的废气处理，无压冷凝回收净化装置包括粉汽分离装置、热换器和活性炭吸附装置；粉汽分离装置对接橡胶再生动态脱硫罐的排汽口，其采用过滤网对排出的汽体先进行胶粉分离；热换器对接粉汽分离装置的排汽口，用于吸收汽体热量；活性炭吸附装置对接热换器的排汽口，其内的活性炭用于吸附少量高沸点有机物或硫化物。热换器实施例子中，热换器包括串联的热交换器和冷凝器；热交换器与生活用水管道连通，用于加热生活用水；冷凝器用于将排出的汽体中携带的液态和/或固态有机污染物冷凝下来。
在步骤4中、步骤5中，均采用净化处理系统对捏炼机、精炼机排出的废气处理；净化处理系统包括风罩、引风机、净化塔、油水分离装置和活性炭净化器；排出的废气在引风机负压作用下通过风罩收集后，引入净化塔；净化塔内设置有旋转喷洒头，洗涤液通过旋转喷洒头喷出，将引入的废气中液态或固态有机污染物冷凝；洗涤水经油水分离装置分离后循环使用，洗涤后的气体用活性炭净化器进行浓度处理后高空排放。
本实施方法中，排汽过程中采用负压吸引排汽，负压力由引风机引出而产生负压。
综上所述，本发明通过选择合适的环保再生剂，对再生其配方进行研究优化，在适宜的再生工艺条件下，对废轮胎胶粉进行脱硫再生，并对脱硫过程中产生的尾气和炼胶过程中产生的烟气进行处理。通过研究，废轮胎胶粉与8.5phr的808A植物基环保油和0.5phr的JX-780环保型高强活化剂共混，在温度192℃、压力为1.9MPa的环境中脱硫75min，再经过炼胶出片，得到的绿色环保轮胎再生胶产品的各项指标均符合GB/T13460—2008再生橡胶国家标准中规定的A1标准，也符合《再生橡胶行业清洁生产评价指标体系》中Ⅰ级基准值标准，达到了欧盟REACH指令要求。使用“无压冷凝回收净化技术”和“喷旋洗涤+活性炭吸附有机烟气净化处理系统”处理脱硫尾气和炼胶烟气，实现了清洁化、自动化、无害化生产。
Claims (5)
1.一种绿色环保轮胎再生胶生产工艺，包括以下步骤：1）轮胎破碎；2）胶粉筛选；3）胶粉脱硫：4）捏炼；5）精炼；6）压片成型；7）成品入库；其特征在于：所述的步骤3中，将筛选后的胶粉导入橡胶再生动态脱硫罐中，在橡胶再生动态脱硫罐中添加再生软化剂、活化剂，其中软化剂用量为8.5phr,活化剂用量为0.5phr,在温度192℃、压力为1.9MPa的环境中脱硫75min；所述的再生软化剂为植物基环保油，该植物基环保油由下述重量百分比成分构成：多不饱和脂肪酸30-35份、甘油15-25份、聚醚多元醇15-20份、乙酸吡啶盐20-30份、乙醇钠15-25份、聚酯多元醇5-11份、纯净水30-55份；所述的活化剂由下述重量百分比成分构成：对苯二甲酸镁15-25份、葡萄糖酸锌15-25份、甲硫酚5-8份、月桂酸5-8份。
2.根据权利要求1所述的一种绿色环保轮胎再生胶生产工艺，其特征在于：所述的步骤4中，再生胶采用四台捏炼机顺次捏炼后再导入与步骤5中的精炼机内；在步骤5中，再生胶采用一台精炼机精炼后，再经过滤胶机过滤后再分别导入三台精炼机再次精炼。
3.根据权利要求1所述的一种绿色环保轮胎再生胶生产工艺，其特征在于：在步骤3中，采用无压冷凝回收净化装置对橡胶再生动态脱硫罐排出的废气处理，无压冷凝回收净化装置包括粉汽分离装置、热换器和活性炭吸附装置；所述的粉汽分离装置对接所述橡胶再生动态脱硫罐的排汽口，其采用过滤网对排出的汽体先进行胶粉分离；所述的热换器对接粉汽分离装置的排汽口，用于吸收汽体热量；所述的活性炭吸附装置对接热换器的排汽口，其内的活性炭用于吸附少量高沸点有机物或硫化物。
4.根据权利要求3所述的一种绿色环保轮胎再生胶生产工艺，其特征在于：所述的热换器包括串联的热交换器和冷凝器；所述的热交换器与生活用水管道连通，用于加热生活用水；所述的冷凝器用于将排出的汽体中携带的液态和/或固态有机污染物冷凝下来。
5.根据权利要求1或2所述的一种绿色环保轮胎再生胶生产工艺，其特征在于：在步骤4中、步骤5中，均采用净化处理系统对捏炼机、精炼机排出的废气处理；净化处理系统包括风罩、引风机、净化塔、油水分离装置和活性炭净化器；排出的废气在引风机负压作用下通过风罩收集后，引入净化塔；净化塔内设置有旋转喷洒头，洗涤液通过旋转喷洒头喷出，将引入的废气中液态或固态有机污染物冷凝；洗涤水经油水分离装置分离后循环使用，洗涤后的气体用活性炭净化器进行浓度处理后高空排放。
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