后补助-技术研究报告

废旧轮胎预处理与再生变温串联关键技术研发技术研究报告陕西恒源晟达橡胶制品有限公司二〇一五年十二月十五日高效节能水冷液压压力环研制开发技术研究报告目录第一章立项背景 -1-第二章项目目标及技术路线 -1-2.1项目目标 -1-2.2技术路线 -2-2.3技术关键 -2-第三章项目主要研究内容 -3-3.1锥形环式压力环与本项目产品力学分析 -3-3.1.1锥形环式压力环受力分析 -3-3.1.2本项目产品受力分析 -5-3.1.3优势分析 -6-3.2新型压力环整体结构设计 -8-3.3液压顶紧装置设计 -12-3.4螺栓顶紧装置设计 -13-3.5多层、多路水循环水道设计 -14-3.6新型压力环把持器的结构 -15-第四章产品主要技术指标及构件参数 -16-4.1产品达到的性能指标 -16-4.2主要工作构件及技术参数 -17-4.3产品运行环境技术参数 -18-第五章新型压力环带电压放工作原理 -18-第六章项目创新性 -19-第七章生产工艺流程 -20-第八章应用效果对比 -21-第17-页第一章立项背景目前天然橡胶已成为我国继石油、铁矿石和有色金属等工业原料之后又一大宗紧缺战略性物资，近七成依赖进口。从2002年起我国橡胶消耗量连续位居世界第一，由此也产生了大量的废旧轮胎。从材料的角度，废轮胎是一种再生资源，其处理得好带来的效益非常惊人，尤其在当前中国橡胶资源紧缺的情况下，废旧橡胶制品的再生利用更具有积极的意义。废旧轮胎回收再利用既节约资源又能够减少污染，还能创造可观的经济效益。从世界范围看，废旧轮胎回收利用率已从1990年的不到10％—15％，提升至2007年85％—90％以上，积压的废旧轮胎由30亿条减到了10亿条以下。目前国际上再生胶主要以废旧轮胎回收及轮胎生产工厂的边角余残次品等为原料。产生的产品可用于铺设人行道、运动地面、高尔夫球场甚至新的橡胶制品等。自20世纪90年代起，经过多年研究，国际上主要的用废旧轮胎生产胶粉的方法主要有三种：常温机械粉碎法、常温湿法粉碎法和冷冻粉碎法。常温机械法就是先将废旧轮胎用破碎机切为小块，再用碎粒机将小块破碎为粒子，经磁选机和风选机去除钢丝和纤维等杂质后，送入细碎机进一步磨碎成更细的粉末，并筛分成各级成品。常温湿法是使用水等溶剂作为研磨介质来粉碎橡胶颗粒。还有一种技术是采用液氮将橡胶冷冻，使其脆化后变得像玻璃一样易于粉碎，之后粉碎得到较细的颗粒。这种技术在日本等发达国家使用的较多，主要是该种技术得到的粉体粒度小，后续加工品质高，但其成本远远高于其它两种加工方式。我国废旧轮胎回收再利用已经经历了几十年的艰辛努力，目前随着我国汽车工业的飞速发展而在近年来也有了长足的进步，目前废旧轮胎再利用已经在国家支持下逐步走向产业化发展道路。据统计，目前我国企业胶粉产能达到270万吨左右，其中再生橡胶产量达245万吨以上。但是，值得注意的是，我国多年来仍然是世界第一大天然橡胶进口国，70%以上的天然橡胶依赖进口，橡胶产业安全乃至国家安全受到了严重挑战。因此，中国迫切需要从轮胎循环利用大国走向轮胎循环利用强国。在这种背景下我国大力在国内推广成本较低的废旧轮胎再生胶粉的粉碎制造工艺。该工艺是将废旧轮胎通过各种技术将轮胎内部的钢丝、纤维分离出来并将胶块研磨成胶粉。其中“废橡胶制取胶粉”、“建立废胶、废胎回收处理产业化基地”等项目已列入《中国21世纪议程》和我国再生资源回收利用，环保产业发展，能源节约和资源综合利用等基本规划中。国务院发布的《加快发展循环经济的若干意见》的文件中，明确将废旧轮胎的循环利用作为再生资源利用的重点行业。本项目主要研究内容是结合我区大量废旧轮胎难以充分利用以至于污染了环境的情况及我区的汽车、路政等行业大量需要再生橡胶的市场需求，开发出一种能够充分利用废旧轮胎生产有益的工艺。该工艺结合了废旧轮胎的常温机械粉碎工艺和高温去硫工艺的优点，通过生产装置的变温和程序的串联，得到一种可以生产多种再生资源产品的综合性的生产线。本项目是资源与环境领域的固体废弃物的处理与综合利用技术的一种应用，特别是针对社会源有害固体的一种废物处理和资源化技术。本项目的主要目的是对废旧轮胎进行回收、清理和转化，使其成为新的原料，能够应用于化工、橡胶加工等多个产业，服务于路政、汽车、防水等众多行业，从而起到变废为宝，降低资源浪费和环境污染的目的。本项目所实现的技术目前在全国还处于领先地位，其它传统资源回收企业还没有掌握此类技术。因此本项目的产品相比于这些企业拥有本质上的优势，主要是产品类别不同。其它的企业所能得到的仅仅是最简单的回收料（钢丝、橡胶块和纤维丝），这些原料必须要经过进一步的深加工才能用作其它行业的原料，而本项目所生产的产品直接就可以作为中间原料或者终端产品直接进行使用，相比于传统的资源回收业产品有本质上的不同和优势。本项目为陕西恒源晟达橡胶制品有限公司的自主开发项目。汉中市政府根据国家六部委第8号令《再生资源回收管理办法》发布了《汉中市再生资源回收利用管理办法》，同时在市人民政府市长办公会议纪要中提出要加强汉中地区的再生资源回收利用工作。陕西恒源晟达橡胶制品有限公司的前身一直在同汉中市政府合作开展再生资源的回收利用工作，在上述文件发布后，公司的主要技术人员利用一年的时间专程前往中国钢研新冶集团参观学习了实验室阶段的废旧轮胎的热分解技术，前往中国能源技术研究院参观学习了实验室阶段的废旧轮胎的常温分解回收技术。此外，公司董事长和技术总监曾从事多年的固体废弃物的回收处理工作，对废旧轮胎回收的价值最大化有深入的体会，深知废旧轮胎的高温处理技术和低温处理技术各有长短，只有两者结合才能产生最大的经济和社会效益，他们所掌握的废旧轮胎的分类技术及回收处理后产品的分类技术是实现两者结合的重要基础。第二章总体设计方案和技术实施过程2.1项目总体设计方案本项目是资源与环境领域的固体废弃物的处理与综合利用技术的一种应用，特别是针对社会源有害固体的一种废物处理和资源化技术。本项目的主要目的是对废旧轮胎进行回收、清理和转化，使其成为新的原料，能够应用于化工、橡胶加工等多个产业，服务于路政、汽车、防水等众多行业，从而起到变废为宝，降低资源浪费和环境污染的目的。首先是废旧轮胎的低温处理回收技术。该过程的基本原理是高速强扭粉碎原理。整体的废旧轮胎在生产设备中被剖开成为多段，然后经历机械拉丝和多级粉碎，由整块轮胎先变到10英寸大小的橡胶块，再粉碎到2~5毫米大小，之后通过磁选装置，在磁性分解原理下，将橡胶、钢丝、棉质纤维彻底分离。所得的橡胶粒再经过研磨后经过气流分选系统形成不同目数的橡胶粉。得到的橡胶粉既可以作为中间产品供其他橡胶加工企业和化工企业使用，也可以作为本生产线后续高品质再生胶和橡胶制品的基础原料。其次是利用橡胶粉制作再生胶和各类橡胶制品的高温加工工艺。该工艺所采用的基本原理为橡胶的脱硫软化——混炼——加硫固化的材料合成原理。经过前期粉碎和研磨得到的橡胶粉粒子的尺寸小，表面活性高，在远红外线强大的穿透力下，废旧橡胶粉粒子的内外同时升温，加之粒子的高活性，很容易发生氧化断链，橡胶粒随之变软。之后软化的橡胶粒和配合剂团块进入开炼机上进行捏炼，达到配合剂在橡胶中的均匀分布，得到橡胶团，之后再根据需要进行加硫处理，使橡胶分子相互链接，得到一定的韧性和强度，成为再生胶，可以用于新的橡胶制品的制备。2.2项目实施过程2013年1月至2013年3月，研究开发的目标和团队确定2013年4月至2013年6月，制订项目工作方案并开展前期调研工作。2013年7月至2013年12月，开展设备设计。2014年4月至2014年6月，通用设备订购及专用设备生产、安装。2014年7月至2014年11月，产品的试制生产。2014年12月至2015年11月，生产线改进完善。2.3项目完成的主要工作本项目主要研究内容是结合我区大量废旧轮胎难以充分利用以至于污染了环境的情况及我区的汽车、路政等行业大量需要再生橡胶的市场需求，开发出一种能够充分利用废旧轮胎生产有益的工艺。该工艺结合了废旧轮胎的常温机械粉碎工艺和高温去硫工艺的优点，通过生产装置的变温和程序的串联，得到一种可以生产多种再生资源产品的综合性的生产线。本项目的技术路线为先开发出一套废旧轮胎的常温机械粉碎制备胶粉的工艺及设备，再开发出一套利用胶粉在高温下制备再生胶体的工艺设备，然后再开发出两套设备的链接输送系统和整体的机控、电控系统，确保一个原料进口，两个产品出口（分别为胶粉中间体出口和再生胶终端体出口）的生产线布置。两种工艺要完美衔接，而且要具备一定程度的自动化，尽量减少人工。A、胶粉的制备流程和工艺：一套完整的胶粉制备工艺包含了粉碎、剥离、分选、研磨等工序，其中关键的步骤一个是裁断后的拉丝，本项目中是控制液压机械将大部分的钢丝取出，一个是多级粉碎，本项目中采用特种的刀具来达成粉碎的粒度要求，第三个是微选去丝的工艺，本项目中采取磁力分选的工艺。这个阶段的工艺流程如下：废轮胎废轮胎裁断机拉丝机轮胎破碎机橡胶中碎机磁选机钢丝圈钢丝橡胶细碎机气流分选机（分纤维）磁选机螺旋输送机机纤维钢丝双磨盘橡胶研磨机气流分选机（分胶粉）定量装袋机成品图1：胶粉的制备流程B、再生胶体的制备工艺：一套完整的再生胶体的制备工艺包括了红外线高温去硫、机械鞣制粗炼、精炼、加硫固化（根据需要决定是否需要）等工艺。其中关键一个是去硫过程的温度控制，一个是粗炼阶段配料的选择和揉制的力量。具体的生产流程如下图所示：红外线脱硫红外线脱硫塑炼初精炼精炼图2：再生胶体的制备流程C、两种不同工艺的串联工艺：在前一道工序的产品出口设置多出口，每个出口可以根据目数选择需要的胶粉。后一道工序的进料口可以移动，可以与前一道工艺的多个出口中的某一个进行连接，从而可以筛选该出口对应目数的胶粒进入制造胶体的工序，其余的胶粒可以直接从出口进入到包装线上。此外还要添加一个整体的控制系统，以便两套设备可以有序串联协作。该工艺的创新为以下几点。首先，采用了高速强扭粉碎原理和特种表面镀层处理的刀具，能够将废轮胎第一步粉碎到10英寸大小的橡胶块，再通过粗碎、中碎粉碎到2至5毫米大小。其次，采用了磁力分选与风力分选相结合的分选装置，将橡胶、钢丝、纤维在该步彻底分离。第三，采用了立式同轴15度精细粉研磨机，研磨目数达到了5目，超过了常规的胶粉研磨装置。第四，采用了电脑精细控制的气流分选系统，根据所需产品目数逐级分选，灵敏度最小达到5目，最大达到120目，能够确保将研磨出的胶粉大部分纳入分级系统。B、对于常温分解得到的胶粉，再采用环保节能、降本增效的红外线高温脱硫技术及后续炼胶技术，生产品质较高的再生胶和各种橡胶制品，实现废旧橡胶轮胎回收后的无害化和资源化再生利用。该工艺的创新为以下几点。首先，原料可以选择极高目数的超细胶粉，也可以选择较粗目数的胶粉，在原料的适应度上要超过一般的同类装置。其次，采用的红外加热氧化装置采用了U型布局，加热更为均匀，能够使氧化时间缩短10%左右。然后，本工艺采用了自动式橡胶混炼机，提高了混炼的精度和可控度。C、以上两道工序采用了串联的形式整合到一条生产线上，使该设备既可以生产胶粉中间体，也可以生产再生胶产品。这其中的主要创新点在于前后两道工序的有机衔接。前一道工序的产品出口设置多出口，每个出口可以根据目数选择需要的胶粉。后一道工序的进料口可以移动，可以与前一道工艺的多个出口中的某一个进行连接，从而可以筛选该出口对应目数的胶粒进入制造胶体的工序，其余的胶粒可以直接从出口进入到包装线上。此外整个生产线有一个统一的控制系统，经过不断地调试可以实现两道工序的无缝衔接和有序串联协作。整体上来看，以上所开发的变温串联技术成功地将废旧轮胎的常温机械粉碎工艺和高温脱硫制胶技术相结合，解决了传统的加工工艺产品单一。品质有限的缺陷。这两者结合到一起的工艺和设备在陕西地区尚属于空白。第三章项目主要技术和经济指标3.1主要技术指标本项目的工序虽然参照的是国内外最为通用的一种工艺流程，但是结合了项目负责人多年固体废弃物回收的经验，在两个串联工艺的自身环节上进行了反复调整和优化，在两个工艺的衔接及各级分选工艺上进行了强化，从而创造出了我公司独有的变温串联式生产工艺，满足了我公司的生产实际需求，也为我区的固体废弃物的回收和资源再利用工作提供了良好的借鉴。本项目的主要目标是开发一种变温串联式的废旧轮胎的回收和资源化加工的生产工艺及配套的设备。项目完成时可达到的关键技术指标如下：形成包含轮胎裁断机、拔丝机、粉碎机、分选机、研磨机、脱硫机、混炼机等关键设备在内的一条完整的生产线。该生产线能够达到日产10吨胶粉及再生胶的产能，并可进一步扩大产能。所开发的工艺可以确保系统运行流畅，能够将废旧轮胎内所含的三大原料：橡胶、钢丝、尼龙纤维彻底分离，能够生产出30-120目的橡胶粉，无二次三废污染（无尘、无味、无废水），用其生产的再生胶可以达到优级品的标准。3.2技术实施后的经济指标本产品标准达到了国内领先的水平，该项目目前已经试生产，产出的产品已供一些重点企业进行试用。截止2015年11月，公司已处理废旧轮胎吨。生产销售胶粉吨，生产销售再生胶产品吨。实现销售额万元。利润万元。其中，其中采取本项目技术为公司累计增加净利润150余万元。经济效益十分显著。第四章技术的创新性和先进性4.1技术的创新性对于磨损的废旧轮胎，利用无二次污染的常温粉碎分解回收技术，对其实施分解化、资源化的再生利用。该技术实现了轮胎所含三大原料：橡胶、钢丝、棉纱的彻底分离，可以达到资源充分回收利用的目的。 该工艺的创新为以下几点。首先，采用了高速强扭粉碎原理和特种表面镀层处理的刀具，能够将废轮胎第一步粉碎到10英寸大小的橡胶块，再通过粗碎、中碎粉碎到2至5毫米大小。其次，采用了磁力分选与风力分选相结合的分选装置，将橡胶、钢丝、纤维在该步彻底分离。第三，采用了立式同轴15度精细粉研磨机，研磨目数达到了5目，超过了常规的胶粉研磨装置。第四，采用了电脑精细控制的气流分选系统，根据所需产品目数逐级分选，灵敏度最小达到5目，最大达到120目，能够确保将研磨出的胶粉大部分纳入分级系统。B、对于常温分解得到的胶粉，再采用环保节能、降本增效的红外线高温脱硫技术及后续炼胶技术，生产品质较高的再生胶和各种橡胶制品，实现废旧橡胶轮胎回收后的无害化和资源化再生利用。该工艺的创新为以下几点。首先，原料可以选择极高目数的超细胶粉，也可以选择较粗目数的胶粉，在原料的适应度上要超过一般的同类装置。其次，采用的红外加热氧化装置采用了U型布局，加热更为均匀，能够使氧化时间缩短10%左右。然后，本工艺采用了自动式橡胶混炼机，提高了混炼的精度和可控度。C、以上两道工序采用了串联的形式整合到一条生产线上，使该设备既可以生产胶粉中间体，也可以生产再生胶产品。这其中的主要创新点在于前后两道工序的有机衔接。前一道工序的产品出口设置多出口，每个出口可以根据目数选择需要的胶粉。后一道工序的进料口可以移动，可以与前一道工艺的多个出口中的某一个进行连接，从而可以筛选该出口对应目数的胶粒进入制造胶体的工序，其余的胶粒可以直接从出口进入到包装线上。此外整个生产线有一个统一的控制系统，经过不断地调试可以实现两道工序的无缝衔接和有序串联协作。整体上来看，以上所开发的变温串联技术成功地将废旧轮胎的常温机械粉碎工艺和高温脱硫制胶技术相结合，解决了传统的加工工艺产品单一。品质有限的缺陷。这两者结合到一起的工艺和设备在陕西地区尚属于空白。4.1技术的先进性其先进性主要表现在以下几方面：1、采用中央数控系统，全套设备只需不足10名操作人员，不到传统同类设备的2/3；2、生产线为整胎进料，分类出货，全自动操作系统，无废水、废气及灰尘等产生；3、胶粉的粒度小，粒子表面活性大，再交联性要强于传统的胶粉产品。4、整套生产线可自由配置，既能单独产出胶粉、也可单独产出再生胶，还可以两者都同时生产。第五章成果转化效果和推广应用前景本项目作为资源环境领域的一项高端技术，其实施对于带动一个地区的资源回收利用加工产业和环境保护产业具有重要的影响。作为一种高端的固体废弃物再利用产业，其需要大量的废旧轮胎的原料，这就带动了项目周边资源基础回收产业的壮大发展。本项目的实施具有引领示范作用，能够带动同类资源再利用企业改造设备，引进新技术，提升对资源的利用效率，引领同类企业从简单的物理回收发展到化学回收利用。此外，本项目的实施能够显著降低废旧轮胎的堆积量，这也有利于推动我区的橡胶生产企业提升产能，推动我区的汽车交通产业更加蓬勃的发展。本项目的实施符合国家《资源综合利用目录》中“利用废轮胎等废橡胶生产的胶粉、再生胶、改性沥青、轮胎、炭黑、钢丝、防水材料、橡胶密封圈，以及代木产品”的产品范围，是国家促进合理利用和节约资源，提高资源利用率，保护环境，实现经济社会可持续发展的重要内容之一。同时，本项目的实施符合《中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法》、《中华人民共和国能源法》的要求，可合理利用固体废弃物和无害化处置固体废弃物，促进清洁生产和循环经济发展。废旧轮胎等橡胶类制品不易填埋和燃烧，其不易降解和燃烧后产生大量烟尘和一氧化碳严重污染空气，对自然环境、植被生长、人类健康等多方面产生极大破坏，是工业有害废弃物中危害最大的垃圾之一。近两年，随着能源特别是石油价格的不断升高并持续处于高位，出现了利用废旧轮胎土法炼油现象，并逐步蔓延。废旧轮胎土法炼油二次污染严重，对周边环境构成较大威胁，已被国家环保总局下令禁止。本项目的实施不仅可大规模收集废旧轮胎，减少废旧轮胎因填埋和燃烧对环境的破坏，还可间接减少土法炼油的原材料来源，进一步减少二次污染，保护环境。而且本项目的实施可以变废为宝，为我国的多个产业提供宝贵的原料来源，同时降低了有关原料的进口。我国是世界上第二橡胶消耗大国，也是世界主要橡胶原材料消费的进口国，每年消耗生胶230多万吨，其中45%依靠进口。而国内现有的胶粉生产能力远远追赶不上生产需求量，造成供需矛盾日益明显。本项目采用废旧轮胎再生循环利用技术，使大量废旧轮胎经磁选分离、磨细成高精细胶粉，并以低廉的价格提供给制胶企业，缓解生胶进口压力，并节省大量的进口费用。同时，由此生产出的橡胶制品因原材料简单、成本低廉，也可相对降低产品价格，使消费者受益。因此，从整体上来说，项目的实施内容对于我国社会经济的可持续协调发展具有重要的意义。本项目的实施，能够显著改善项目周边地区的环境条件。汉中地区是陕西回族自治区的重点工业地区，大型工矿企业众多，各类机械每年报废的轮胎数十万条，采用传统的堆积手段会浪费大量的有用空间，采用传统的焚烧手段又消耗大量的能源并产生大量的空气污染。因此项目的实施既能改善周边地区的环境条件，又可以减少污染，而且可以带动大量的人员就业，对民生改善有有益的作用。而且本项目的实施所起到的引领示范作用较强，能够带动周边资源回收领域的产业升级，对重工业地区的经济社会发展起到有益的支持作用。而且本项目的实施紧密结合汉中地区的重工业基地的资源特征，充分利用了该地区囤积的大量的固体废旧轮胎资源，变害为宝，是利用区位资源的一种典型的途径。此外，该项目符合国家产业开发的政策，符合自治区产业发展方针和结构调整政策，它的科技成果将有利于推动我区的资源回收业延长产业链条，提高加工综合效益，对推进该行业产业化发展，确保提质增效，提高周边群众增收有较大的推动作用。本项目利用废旧轮胎的回收所开发的橡胶粉体是一种工业中间产品，能够提供给橡胶生产企业或者化工企业用作添加剂或者基础原料。本项目利用废旧轮胎的回收所开发的橡胶再生胶体则是终端消费品，可以直接用做铺路基材、防水卷材、建筑建材等领域。例如我国轮胎中的典型代表子午胎中一般就要搀入5%的胶粉，我国每年生产的胶鞋中每双鞋也需要掺入需用再生胶和胶粉合计0.