我國廢舊輪胎資源化技術應用現狀及研究方向

晁夫奎，王玉

（徐州新盛綠源循環經濟產業投資發展有限公司，江蘇 徐州221000）

隨著國民經濟的發展，早在2012年，中國就已超過美國成為世界汽車輪胎第一產出國和消費國。另一方面，伴隨著汽車輪胎產出與消費的與日俱增，我國每年的廢舊輪胎產生量也在不斷攀升。全國政協委員李曉林在2017年全國兩會上提供的一組數據顯示，僅2015年全國廢舊輪胎產生量就在3.3 億條左右，約合1 200 萬t，并且這個數字還在以每年8%~10%的速度遞增。

由于橡膠制品在自然狀態下很難降解，逐年累計的廢舊輪胎對環境造成的危害已經到了觸目驚心的地步，“黑色污染”也早已成為世界各國共同關注的環境問題。在此背景下，尋找合適的技術路線，實現廢舊輪胎的資源化利用，把“黑色垃圾”變成“黑色金礦”，成為當前我國輪胎制造行業可持續發展的必由之路。

1 我國廢舊輪胎資源化利用典型案例

2020年5月7日，工業和信息化部以2020年第21 號公告發布了《廢舊輪胎綜合利用行業規范條件（2020年本）》和《廢舊輪胎綜合利用行業規范公告管理暫行辦法（2020年本）》[1]。在此基礎上，2021年1月20日，工業和信息化部又以2021年第3 號公告發布了第一批符合《廢舊輪胎綜合利用行業規范條件》的企業名單，詳見表1。

為了在廢舊輪胎綜合利用行業樹立標桿，表1所列企業基本涵蓋了我國現階段推廣應用的主要廢舊輪胎資源化利用技術，即輪胎翻新、橡膠再生、橡膠粉利用和熱裂解等5 種技術類型，同時表1所列企業也是對應技術類型的典型應用單位。

表1 符合《廢舊輪胎綜合利用行業規范條件》的企業名單（第一批）

2 廢舊輪胎資源化技術應用現狀及存在問題

2.1 輪胎翻新技術應用現狀及存在問題

輪胎翻新是指廢舊輪胎經局部修補、加工、重新貼覆胎面膠，進行硫化，恢復其使用價值的一種廢舊輪胎資源化利用技術[2]。 利用高新技術手段生產的翻新輪胎，其性能和質量可以接近或達到新輪胎的使用性能，不僅延長了輪胎的使用壽命而且促進了廢舊輪胎的減量化，減少了環境污染[3]，因此輪胎翻新是廢舊輪胎最有效的資源化利用方式。

作為廢舊輪胎翻新技術的典型應用單位，目前杭州中策橡膠循環科技有限公司采用的是預硫化法輪胎翻新工藝，年翻新廢舊輪胎5 萬條，主要輪胎翻新設備包括90DC-4 型馬蒂伍茲電腦打磨機、VMICTC-SBI型中墊膠擠出成型機、YH6000-5 型預硫化胎面硫化機、FLTQ4100 型鄂式胎面硫化機以及EM-280 型胎面打磨及涂漿裝置等。近幾年，預硫化法輪胎翻新工藝在我國發展較迅速，現階段已經形成了1 000 萬條/a 以上的預硫化法輪胎翻胎能力。

不過，輪胎翻新技術僅適用于全鋼子午線輪胎，即載重類汽車輪胎，市場應用范圍有限。另外，廢舊輪胎也不能無限次翻新，通常情況下，載重卡車胎最多只能翻新4 次。此外，輪胎翻新也不是廢舊輪胎的最終處置方式。

2.2 橡膠再生技術應用現狀及存在問題

橡膠再生是指廢舊輪胎在機械剪切、熱、氧和增塑劑的綜合作用下使硫化橡膠脫硫得到再生橡膠的一種廢舊輪胎資源化利用技術。再生橡膠能部分替代生膠用于橡膠制品生產，以節約生膠及炭黑使用量，也有利于改善橡膠制品的加工性能[4]，因此，橡膠再生是我國目前廢舊輪胎最主要的資源化利用方式[5]。

據表1可知，符合《廢舊輪胎綜合利用行業規范條件》的第一批企業名單中從事再生橡膠生產的企業是最多的，其中尤以山西金勝達環保科技有限公司為代表。作為廢舊輪胎再生技術的典型應用單位，目前山西金勝達環保科技有限公司年產再生橡膠5 萬t，建有4 條再生橡膠生產線，采用的是動態連續脫硫再生工藝，主要通過廢舊輪胎破碎生產出硫化橡膠粉，再通過脫硫、煉膠，生產出再生橡膠。

不過，橡膠再生過程存在著污染重、能耗高、效率低等不利因素，因此國外已經逐漸拋棄了這種資源化方法。 隨著環保要求的提高，我國也加大了對中小再生橡膠生產企業的淘汰力度。另一方面，隨著人們對橡膠制品質量要求的提高，再生橡膠制品的銷路也面臨著越來越多的阻力，這也在一定程度上限制了橡膠再生利用產業的發展。

2.3 橡膠粉利用技術應用現狀及存在問題

橡膠粉利用是指廢舊輪胎利用機械、冷凍等粉碎方法粉碎得到硫化橡膠粉的一種廢舊輪胎資源化利用技術。硫化橡膠粉具備良好的加工性能，可替代資源型橡膠，廣泛應用于輪胎制造、橡膠制品、防水材料、橡塑枕木等領域。另外，橡膠粉利用方式采用的是純物理資源化技術，生產過程中無二次污染，是全球公認的廢舊輪胎綠色利用方式，具有較好的發展前景。

據表1可知，符合《廢舊輪胎綜合利用行業規范條件》的第一批企業主要集中在我國的長江流域，其中投資規模最大的為杭州高能結加改性材料科技有限公司，即現在的杭州高能時代新材料科技有限公司。作為橡膠粉利用技術的典型應用單位，目前杭州高能時代新材料科技有限公司（杭州基地）擁有5 萬t/a 硫化橡膠粉生產能力，主要加工設備包括SPK-560 型破碎機12 套、CXJF-280 型磨粉機21 套、LCS-40 型自動包裝機4 套等，生產得到的橡膠粉產品主要用于道路改性瀝青及防水卷材領域。

不過，橡膠粉利用技術僅適用于天然膠含量較高的全鋼子午線輪胎，不適用于轎車輪胎等半鋼子午線廢舊輪胎的處理，技術應用范圍有限。其次，硫化橡膠粉的主要成分為橡膠、炭黑、軟化劑及硫化促進劑等，表面呈惰性，與橡塑材料的相容性差，直接摻用在橡塑材料中難以形成良好的粘結界面，因此，要擴大硫化橡膠粉的應用市場，必須對橡膠粉進行表面改性。另一方面，我國現階段生產橡膠粉的加工廠多為中小企業，普遍存在著效率低、能耗大、破碎設備使用壽命短等缺點，而且所生產的橡膠粉質量較差，難以滿足下游企業的需求[6]。以上種種不利因素共同阻礙了橡膠粉利用技術的推廣應用。

2.4 熱裂解技術應用現狀及存在問題

輪胎熱裂解是指廢舊輪胎在無氧或者缺氧條件下[7]，通過加熱進行裂解反應, 將其最終分解成裂解油、不凝可燃氣、粗炭黑和鋼絲等產品的一種廢舊輪胎資源化利用技術。相較于輪胎翻新、橡膠再生、橡膠粉利用等廢舊輪胎資源化利用技術的局限性，輪胎熱裂解技術具有廣闊的適應性，理論上可以“吃干榨凈”的方式高效處置所有廢舊輪胎，是廢舊輪胎的最終處置方式，代表了廢舊輪胎資源化利用的未來方向。

根據裂解條件的不同，輪胎熱裂解技術可以分為惰性氣體熱解、真空熱解、超臨界熱解、熔融鹽熱解、催化熱解、等離子熱解、微波熱解和生物質共解等技術路線[8]，其中應用最廣泛的是真空熱解技術，也稱低溫微負壓熱解技術，即裂解溫度在400~500 ℃、絕對壓力在20 kPa 以下的輪胎熱裂解技術。目前表1中符合《廢舊輪胎綜合利用行業規范條件》的第一批輪胎熱裂解企業均采用真空熱解技術。

由表1可知，符合《廢舊輪胎綜合利用行業規范條件》的第一批輪胎熱裂解企業包括河南伊克斯達再生資源有限公司和湖北中碩環保有限公司。河南伊克斯達再生資源有限公司是雙星集團的全資子公司，采用的是雙星集團自主開發的10 萬t/a 廢舊輪胎綠色裂解裝備系統，整個裝備系統包括輪胎破碎切片單元、熱裂解處理單元、油氣處理單元、炭黑及鋼絲處理單元等主體工程單元，以及進料單元、尾氣回收處理單元、循環水單元、空壓機單元等輔助工程單元。目前，上述裝備系統總體性能已達到國內領先水平。湖北中碩環保有限公司采用的是濟南恒譽環保科技股份有限公司研發的6 萬t/a 工業連續化低溫廢輪胎熱解生產線，該生產線物料適應能力寬泛，一般不需要分揀、篩分、脫水等預處理工序，另外，該生產線具備獨有的“工藝+結構”設計以及無結焦熱分散等專利技術，解決了系統結焦、能耗高、煙氣排放量大等行業難題，技術性能指標達到了國際先進水平。

作為廢舊輪胎的最終處置方式，近年來輪胎熱裂解技術受到全國各地的推崇，不過，作為輪胎熱裂解的關鍵產物裂解油和粗炭黑，其品質和市場應用卻制約著行業的發展。首先，廢舊輪胎中含有大量的硫化劑、抗氧劑等添加劑，這不僅使裂解過程中產生硫化氫等常規污染物，同時400~500 ℃的裂解溫度是二惡英的最佳產生溫度，裂解過程中排放的二惡英等多環芳烴會嚴重污染環境，危害人類健康；其次，作為主要產物的裂解油，多種有害物質含量超標（如苯系物超標1 640 倍，多環芳烴超標4.48 倍等），且其產品質量無法滿足基礎油（Q/SY 44—2009） 或燃料油（SH/T 0356—1996（2007））標準，只能出售給下游企業進行二次精煉，進一步污染環境，危害公共安全；最后，作為關鍵產物的粗炭黑，因灰分含量偏高、性能不穩定，無法直接作為橡膠制品原料回用于輪胎制造行業，經濟價值難以保證。因此，輪胎熱裂解技術還不完善，未來還需要解決裂解產物質量及二次污染問題。

3 廢舊輪胎資源化技術選用原則及研究方向

3.1 廢舊輪胎資源化技術選用原則

綜上分析可知，廢舊輪胎資源化過程中應該首先考慮輪胎翻新技術，對于不能翻新的廢舊輪胎，可以通過采用橡膠再生或橡膠粉利用技術來生產再生橡膠或橡膠粉，以實現輪胎制造行業的循環發展；對于既不能用于輪胎翻新，也不適于生產再生橡膠或橡膠粉的廢舊輪胎，可以選擇輪胎熱裂解作為最終處置方式。

3.2 廢舊輪胎資源化技術研究方向

3.2.1 輪胎翻新技術研究方向

輪胎產品的質量對車輛的行駛安全具有決定性作用。由于大部分消費者對翻新輪胎的安全性存在顧慮，使得翻新輪胎的應用市場難以拓展，因此能夠延長翻新輪胎使用壽命的翻新技術將是該領域的研究方向。

3.2.2 橡膠再生技術研究方向

橡膠再生過程污染重、能耗高以及再生橡膠產品性能相對較差，是限制橡膠再生行業可持續發展的主要因素，因此能解決再生膠生產過程中的二次污染以及提高再生膠性能的橡膠再生技術，將是該領域的研究方向。

3.2.3 橡膠粉利用技術研究方向

目前，橡膠粉的性能及其與橡塑材料的相容性較差是阻礙橡膠粉利用行業發展的主要不利因素，因此能夠解決橡膠粉相容性的表面改性技術以及提高橡膠粉性能的精細膠粉加工技術，將是該領域的重點研究方向。

3.2.4 熱裂解技術研究方向

裂解產物質量及二次污染問題一直制約著輪胎熱裂解行業的發展，因此，開發出能夠改善裂解產物性能及環境友好的輪胎熱裂解集成技術，將是該領域的未來研究方向。