本發明涉及一種廢舊輪胎的燃燒方法，具體涉及一種廢舊輪胎懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒方法。
背景技術：
目前，全世界每年報廢輪胎逾15億條，得以回收再利用的僅15～20%，我國2016年全年產生的廢舊輪胎亦達3億余條，重量在1000萬噸以上。長期以來，日益增多的廢舊輪胎成了環境保護的一大難題。因此，如何合理、高效地利用廢舊輪胎已成為社會廣泛關注的問題。
各種廢舊輪胎依原用途不同其主要成分波動范圍為橡膠30～55%、活性炭20～36%、硫0.5～3.0%、軟化劑（油）1～22%、氧化鋅0.5～2.6%、加硫助劑1～13%、纖維0～18%、鋼絲2～17%（其中卡車徑向式輪胎鋼絲15～40%），同一種輪胎材料的基本成分較簡單而穩定，大致為橡膠50%、炭25%、鋼絲15%、其它添加劑10%，其所含元素炭氮氫氧總量>88%、水<1%、硫平均1.5%，熱值隨鋼絲含量變化，平均熱值7790kcal/kg。
當前，廢舊輪胎資源化再利用可以概括為三大類業務板塊。一是廢舊輪胎翻新再制造，但原型可利用量很少，僅是胎體完好的一部分廢輪胎，不到1%的量。二是作為原料利用，生產再生橡膠和橡膠粉等。僅我國2016年再生橡膠產量逾440萬噸、再生橡膠粉產量達36萬噸，但硫化膠粉的制備需在低溫冷凍條件下進行，需要能源密集型設備；生產再生膠的過程亦會產生極難處理的廢氣，二次污染嚴重，能耗很高，且生產再生膠的利潤低，西方國家大多已逐漸淘汰了這種處理廢橡膠的方式，除此之外，我國還產生了大范圍的“毒跑道”事件。三是作為燃料利用，包括裂解制油氣和作為窯爐燃料。
廢舊輪胎的裂解技術主要有熱裂解、催化降解和微波解聚三類工藝。第一類熱裂解工藝技術主要包括：1）常壓惰性氣體（將廢橡膠加熱到500℃）熱解技術；2）真空（在總壓2～20kpa、溫度510℃條件下把廢橡膠裂解）熱解技術；3）熔融鹽（將輪胎碎塊浸入氯化鋰/氯化鉀的低共熔混合物中，加熱至500℃、氮氣介質）熱解技術。從熱裂解裝備來看，具有代表性的熱裂解工藝包括真空移動床、兩段移動床、流化床、連續燒蝕床和回轉窯熱裂解工藝。第二類催化降解工藝技術是采用氯化鋅、氯化錫和碘化銻等路易斯酸熔融鹽催化劑進行廢舊輪胎橡膠降解的方法，實施時可在廢橡膠中加入堿金屬或堿土金屬碳酸鹽作為輔助催化劑以增大裂解產物中的異丁烯質量分數。第三類微波解聚工藝方法，是將盛有破碎的塊狀廢輪胎以氮氣為介質的容器放入微波發生器內，以頻率為2450mhz的微波加熱裂解的方法。上述的三大類廢舊輪胎裂解技術都包括原料預制系統、熱裂解反應器系統、氣－油回收分離系統、固體回收系統。其裂解設備是整個工藝的關鍵所在，但目前設計滿足工藝要求的裂解設備尚存在很大困難，能耗和二次污染亦是需要繼續研究的問題。當前，我國裂解技術相關設備的開發和產品的分析應用研究大多剛剛起步，如何實現無污染、連續化、自動化熱裂解產品的回收利用，是尚待解決的問題。
在利用廢舊輪胎作為窯爐替代燃料方面，主要集中在利用廢舊輪胎替代燃煤用于鍋爐發電、燒石灰、高爐轉爐煉鐵及水泥窯。其中水泥窯使用廢舊輪胎作為替代燃料，其方法可概括為三種，方法一是將廢舊輪胎以整體投入回轉窯窯頭內或回轉窯中部內或分解爐底部逐步燃盡，燃燒速度慢，熱效率低，熟料質量波動，通常是常預熱焙燒爐和預熱窯的釆用整體廢舊輪胎作替代燃料使用，一般通過預煅燒底部區域的一個特制的門喂入。方法二是將廢舊輪胎加工切成碎片從窯頭投入回轉窯內落在熟料上燃燒或從窯尾預分解爐的錐部投入或從窯尾煙室投入燃燒，其燃燒速度偏慢，燃燒溫度相對偏低，達到同樣效果需要更多的能源，熱效率偏低，不能產生煤粉和橡膠相同熱值的等效效果，再者，客觀上落在熟料上燃燒易形成還原氣氛產生還原熟料，從窯尾煙室或分解爐錐部投入造成預分解爐錐部至煙室易結皮，對窯系統工況存在事實上的影響。方法三是將廢舊輪胎粉碎為橡膠粒或橡膠粉，利用與回轉窯的窯頭煤粉燃燒器并列設置的另一根噴嘴，向回轉窯內吹送橡膠粒料或橡膠粉，該方法燃燒速度較快，燃燒溫度較高，燃燒效率較高，可替代部分頭煤，但加工能耗偏高，且不能替代尾煤。而干法水泥生產線分解爐所需燃料比回轉窯窯頭所需燃料高近50%，分解爐與窯頭燃煤比例一般為分解爐60～65%：窯頭35～40%。事實上，當前，即便是波蘭、烏克蘭等大量利用廢舊輪胎等作為水泥生產替代燃料的水泥廠，盡管采用了廢舊輪胎塑料等可以做到大幅替代燃煤，但由于現有技術方法問題，其燒成熟料使用替代燃料的熱耗實際上大于使用煤粉的熱耗，相同的熱值不能產生等效的效果，一方面造成了浪費，另一方面，因需更多的消耗廢舊輪胎量，經常導致帶入的氧化鋅過多而影響熟料的凝結時間和強度，且未找到解決辦法只能以經驗教訓確定最大替代量。
顯然，盡管廢舊輪胎等的高溫催化裂解具有極大的潛在優勢，廢舊輪胎的裂解產物在燃燒性能方面亦具有優勢，而催化氧化燃燒技術較常規的燃燒技術具有極大的優勢，但在廢舊輪胎等作為替代燃料應用于水泥生產方面至今未見任何將催化裂解和裂解產物燃燒直接結合的研究和實踐，更未見將高溫催化裂解技術和高溫催化氧化技術直接結合的研究或實踐。
眾所周知，水泥生產是高耗能高污染企業，當前的水泥生產需要消耗大量的燃煤，以替代性燃料解決水泥生產所需的燃煤，尤其是替代分解爐用燃煤，一直是本行業科技工作者關注和研究的重要課題。如何高效解決好水泥生產中的替代性燃料尤其是分解爐用替代性燃料的高效利用問題，并最大限度地利用廢舊輪胎資源、降低廢舊輪胎利用的加工能耗和成本，迫切需要一種能將高溫催化裂解技術和高溫催化氧化技術直接結合的全新的技術方法。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是，提供一種協同利用高溫催化裂解和高溫催化氧化燃燒技術優勢，便于低成本利用廢舊輪胎作為干法水泥生產用替代燃料、不影響窯系統產能和熟料質量，且無二次污染的懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒方法。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種廢舊輪胎懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒方法，包括如下步驟：
（1）改性：將相當于廢舊輪胎質量0.03～2%的液態催化裂解氧化劑噴灑至尺寸50mm以下的碎裂廢舊輪胎物料中，均化，得改性燃料；
（2）懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒：將步驟（1）所得的改性燃料送入干法水泥生產線系統上的分解爐內，提高干法水泥生產線系統的高溫風機拉風量至窯系統平衡風量以上，利用窯系統的拉風及分解爐內850℃～1200℃的托底溫度場，實現改性燃料于分解爐內空間的懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒，改性燃料懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒產生的熱量直接供給分解爐內碳酸鈣的分解，廢舊輪胎物料中的硫在催化氧化氣氛中裂解氧化為三氧化硫并直接與新生的氧化鈣化合固化為硫酸鈣作為熟料燒成的礦化劑原料，廢舊輪胎物料中的無機物直接轉化為熟料生產的原料。
進一步，步驟（1）中，所述的催化裂解氧化劑是指能同時有效地協同促進廢舊輪胎在800℃以上高溫條件下的快速裂解和氧化過程，即催化橡膠聚合物于高溫條件下快速裂解為乙烯、丙烯、丁烯、異丁烯、芳烴油、石腦油等并可同時提高可燃物氧化速度的物質，為市售的產品、或市售的原料如重鉻酸鈷、重鉻酸鋰、高鐵酸鉀、高鐵酸鋰、高氯酸鈷、高氯酸鋰、硝酸鈰、硝酸鑭、硝酸鐵、硝酸銅、硝酸鋅、硝酸錫、硝酸銻、硝酸鈷、硝酸鋯、硝酸鎳、硝酸鉑、硝酸鈀、硝酸銠、硝酸鋰等中的一種或幾種制成的水溶液。
進一步，步驟（2）中，所述的改性燃料送入干法水泥生產線系統上現有的分解爐內，可同時從分解爐上部/中部/下部區域多處分散布入分解爐內，但不能從分解爐錐部或底部布入爐內，以確保送入分解爐內的改性燃料能在拉風作用、及快速催化裂解產生的大量氣化氣體與催化氧化燃燒的氣體作用下處于懸浮裂解無焰氧化燃燒狀態。
進一步，當步驟（2）中廢舊輪胎改性燃料高溫催化裂解、催化氧化燃燒過程所帶入的氧化鋅過量引起結皮粘堵或引起熟料水化異常引起熟料強度下降時，降低入窯生料分解率2～4%，以高溫生料粉中增加的2～4%的碳酸鈣的分解吸熱特性和分解沸騰特點解決好結皮粘堵問題，并以公知的窯尾煙室旁路放風技術排出過量的氧化鋅，旁路放風的余熱供水泥生產線常規配套的余熱發電系統發電。
本發明的技術原理：
1）針對廢舊輪胎橡膠高聚物材料的成份特點和燃燒特性，結合考慮橡膠高聚合材料的高溫催化裂解條件、及高溫催化氧化燃燒的條件，同時利用高溫催化裂解和高溫催化氧化燃燒的優勢，將能有效促進高溫催化裂解和高溫催化氧化的物質直接吸附于碎裂的廢舊輪胎碎裂塊物料上，對廢舊輪胎碎裂物進行改性處理，選擇高于800℃（分解爐內邊部達850℃、中心高達1200℃）的高溫托底溫度場，解決好廢舊輪胎碎塊物料的高溫催化快速裂解和高溫催化快速氧化燃燒問題，使之能高效的大量用作分解爐用替代性燃料。
2）針對干法水泥生產線分解爐內的拉風特點、及高溫催化裂解產生大量的乙烯、丙烯、丁烯、異丁烯、烷烴油、芳烴油等易燃性氣體和高溫催化氧化氣體的作用特點，選用易于切削加工且加工成本低廉且不易產生二次污染的小于50mm的廢舊輪胎碎裂物作為改性燃料的原料，既為物料的改性創造好條件，也為進入分解爐內后被拉風形成懸浮狀態快速催化裂解、快速催化氧化無焰燃燒創造出條件，最大限度地降低了加工成本。
3）針對廢舊輪胎的材料成分特性及分解爐內大空間高溫場中懸浮大量的碳酸鈣、氧化鈣物料的特點，直接利用切削加工的片條狀為主的50mm以下的廢舊輪胎碎裂物料，實現廢舊輪胎改性燃料于分解爐內空間的懸浮快速裂解和催化氧化無焰燃燒，改性燃料懸浮裂解催化氧化無焰燃燒產生的熱量直接供給分解爐內碳酸鈣的分解，廢舊輪胎物料中的硫在催化氧化氣氛中裂解氧化為三氧化硫并直接與新生的氧化鈣化合固化為硫酸鈣轉化為熟料燒成的礦化劑原料，廢舊輪胎物料中的無機物直接轉化為熟料生產的原料。
4）針對廢舊輪胎中的氧化鋅可能引起結皮粘堵及影響熟料水化、降低熟料強度的問題，通過降低生料入窯分解率2～4%，以高溫粉料中增加的2～4%的碳酸鈣的分解吸熱特性和分解沸騰特點解決好結皮粘堵問題，并以公知的窯尾煙室旁路放風技術排出過量的氧化鋅，旁路放風的余熱供水泥生產線常規配套的余熱發電系統發電。
本發明的有益效果：
1）方法簡單，實用，廢舊輪胎作為替代燃料利用成本低，經濟性好，便于推廣。
2）可有效減少廢舊輪胎對環境的污染，及減少廢舊輪胎再利用加工過程中的能源消耗和環境污染，利于環保。
3）為水泥企業利用廢舊輪胎作為替代性燃料提供一種經濟而實用的新方法，利于水泥企業節能減排和降本增效。
具體實施方式
以下結合實施例對本發明作進一步說明。
實施例1
在某φ4x64m干法水泥生產線上實施，廢舊輪胎選用當地再生資源公司提供的最大尺寸為50mm的碎裂混合物，檢測混合樣物料硫含量1.6%、熱值7458kcal/kg，催化裂解氧化劑選用湖南省小尹無忌環境能源科技開發有限公司的zc-jo1型液態催化裂解氧化劑，包括如下步驟：
（1）改性：將相當于廢舊輪胎質量0.05%的zc-jo1型液態催化裂解氧化劑噴灑至碎裂廢舊輪胎物料中，均化，得改性燃料；
（2）懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒：將改性燃料從干法水泥生產線系統上現有的分解爐的中部和下部送入分解爐內，提高干法水泥生產線系統的高溫風機拉風量至窯系統平衡風量以上，利用窯系統的拉風及分解爐內870℃（分解爐邊部870～900℃）～1200℃（分解爐中心1100～1200℃）的托底溫度場，實現改性燃料于分解爐內空間的懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒，改性燃料懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒產生的熱量直接供給分解爐內碳酸鈣的分解，廢舊輪胎物料中的硫在催化氧化氣氛中氧化為三氧化硫并直接與新生的氧化鈣化合固化為硫酸鈣作為熟料燒成的礦化劑原料，廢舊輪胎物料中的無機物直接轉化為熟料生產的原料。
逐步增加改性燃料的用量，逐步降低尾煤用量，同步動態調整系統高溫風機的拉風量維持在平衡風量以上，至取代窯系統尾煤用量的80%為止，連續5小時80%的尾煤替代量至改性燃料用完，窯系統運行的工況穩定，生料投料量增加8%（即熟料產量增加8%），窯內清亮，熟料結粒性好。取試驗段熟料樣檢測熟料物理力學性能指標相當，熟料中硫含量增加0.1%。
本次試驗表明，以尺寸小于50mm的廢舊輪胎碎裂混合物直接改性作為干法水泥生產線分解爐80%的替代燃料實施懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒的方法是可行的。
實施例2
在某φ3x46m干法水泥生產線上實施，廢舊輪胎選自當地廢品收購站，經剪切破碎至尺寸小于50mm的碎裂混合物，檢測混合樣物料硫含量1.9%、熱值7735kcal/kg，催化裂解氧化劑選用湖南省小尹無忌環境能源科技開發有限公司的zc-jo3型液態催化裂解氧化劑，包括如下步驟：
（1）改性：將相當于廢舊輪胎質量0.3%的zc-jo3型液態催化裂解氧化劑噴灑至碎裂廢舊輪胎物料中，均化，得改性燃料；
（2）懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒：將改性燃料從干法水泥生產線系統上現有的分解爐的中部和下部送入分解爐內，提高干法水泥生產線系統的高溫風機拉風量至窯系統平衡風量以上，利用窯系統的拉風及分解爐內890℃（分解爐邊部890～910℃）～1200℃（分解爐中心1100～1200℃）的托底溫度場，實現改性燃料于分解爐內空間的懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒，改性燃料懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒產生的熱量直接供給分解爐內碳酸鈣的分解，廢舊輪胎物料中的硫在催化氧化氣氛中氧化為三氧化硫并直接與新生的氧化鈣化合固化為硫酸鈣作為熟料燒成的礦化劑原料，廢舊輪胎物料中的無機物直接轉化為熟料生產的原料。
逐步增加改性燃料的用量，逐步降低尾煤用量，同步動態調整系統高溫風機的拉風量維持在平衡風量以上，至取代窯系統尾煤用量的90%為止，出現粘堵癥狀，降低入窯分解率2～3%，旁路風管放風7～10%，連續8小時90%的尾煤替代量至改性燃料用完，窯系統運行的工況穩定，生料投料量維持穩定（即熟料產量不變），窯內清亮，熟料結粒性好。取試驗段熟料樣檢測熟料物理力學性能指標相當，熟料中硫含量增加0.27%。
本次試驗表明，以尺寸小于50mm的廢舊輪胎碎裂混合物直接改性作為干法水泥生產線分解爐90%的替代燃料實施懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒的方法是可行的。
實施例3
在某φ3.5x54m干法水泥生產線上實施，廢舊輪胎選用當地再生資源公司提供的最大尺寸為40mm的碎裂混合物，檢測混合樣物料硫含量1.55%、熱值7731kcal/kg，催化裂解氧化劑選用湖南省小尹無忌環境能源科技開發有限公司的zc-jo7型液態催化裂解氧化劑，包括如下步驟：
（1）改性：將相當于廢舊輪胎質量0.8%的zc-jo7型液態催化裂解氧化劑噴灑至碎裂廢舊輪胎物料中，均化，得改性燃料；
（2）懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒：將改性燃料從干法水泥生產線系統上現有的分解爐的中部和上部送入分解爐內，提高干法水泥生產線系統的高溫風機拉風量至窯系統平衡風量以上，利用窯系統的拉風及分解爐內870℃（分解爐邊部870～900℃）～1200℃（分解爐中心1100～1200℃）的托底溫度場，實現改性燃料于分解爐內空間的懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒，改性燃料懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒產生的熱量直接供給分解爐內碳酸鈣的分解，廢舊輪胎物料中的硫在催化氧化氣氛中氧化為三氧化硫并直接與新生的氧化鈣化合固化為硫酸鈣作為熟料燒成的礦化劑原料，廢舊輪胎物料中的無機物直接轉化為熟料生產的原料。
逐步增加改性燃料的用量，逐步降低尾煤用量，同步動態調整系統高溫風機的拉風量維持在平衡風量以上，至取代窯系統尾煤用量的60%為止，連續8小時60%的尾煤替代量至改性燃料用完，窯系統運行的工況穩定，生料投料量增加10.5%（即熟料產量增加10.5%），窯內清亮，熟料結粒性好。取試驗段熟料樣檢測熟料物理力學性能指標相當，熟料中硫含量增加0.2%。
本次試驗表明，以尺寸小于40mm的廢舊輪胎碎裂混合物直接改性作為干法水泥生產線分解爐60%的替代燃料實施懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒的方法是可行的。
實施例4
在某φ4.2x66m干法水泥生產線上實施，廢舊輪胎選用當地再生資源公司提供的最大尺寸為50mm的碎裂混合物，檢測混合樣物料硫含量1.7%、熱值7623kcal/kg，催化裂解氧化劑選用市售的高氯酸鋰、硝酸鈰、硝酸錫、硝酸銻、硝酸鈷、硝酸鋯按質量比3:1:1:1:1:1溶于水制成飽和溶液，包括如下步驟：
（1）改性：將相當于廢舊輪胎質量1.3%的液態催化裂解氧化劑噴灑至碎裂廢舊輪胎物料中，均化，得改性燃料；
（2）懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒：將改性燃料從干法水泥生產線系統上現有的分解爐的中部和下部送入分解爐內，提高干法水泥生產線系統的高溫風機拉風量至窯系統平衡風量以上，利用窯系統的拉風及分解爐內870℃（分解爐邊部870～890℃）～1200℃（分解爐中心1100～1200℃）的托底溫度場，實現改性燃料于分解爐內空間的懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒，改性燃料懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒產生的熱量直接供給分解爐內碳酸鈣的分解，廢舊輪胎物料中的硫在催化氧化氣氛中氧化為三氧化硫并直接與新生的氧化鈣化合固化為硫酸鈣作為熟料燒成的礦化劑原料，廢舊輪胎物料中的無機物直接轉化為熟料生產的原料。
逐步增加改性燃料的用量，逐步降低尾煤用量，同步動態調整系統高溫風機的拉風量維持在平衡風量以上，至取代窯系統尾煤用量的50%為止，連續8小時50%的尾煤替代量至改性燃料用完，窯系統運行的工況穩定，生料投料量增加6%（即熟料產量增加6%），窯內清亮，熟料結粒性好。取試驗段熟料樣檢測熟料物理力學性能指標相當，熟料中硫含量增加0.1%。
本次試驗表明，以尺寸小于50mm的廢舊輪胎碎裂混合物直接改性作為干法水泥生產線分解爐50%的替代燃料實施懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒的方法是可行的。
實施例5
在某φ4.8x74m干法水泥生產線上實施，廢舊輪胎選用當地再生資源公司提供的最大尺寸為50mm的碎裂混合物，檢測混合樣物料硫含量1.7%、熱值7551kcal/kg，催化裂解氧化劑選用湖南省小尹無忌環境能源科技開發有限公司的zc-jo9型液態催化裂解氧化劑，包括如下步驟：
（1）改性：將相當于廢舊輪胎質量0.18%的zc-jo9型液態催化裂解氧化劑噴灑至碎裂廢舊輪胎物料中，均化，得改性燃料；
（2）懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒：將改性燃料從干法水泥生產線系統上現有的分解爐的中部和下部送入分解爐內，提高干法水泥生產線系統的高溫風機拉風量至窯系統平衡風量以上，利用窯系統的拉風及分解爐內870℃（分解爐邊部870～880℃）～1200℃（分解爐中心1100～1200℃）的托底溫度場，實現改性燃料于分解爐內空間的懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒，改性燃料懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒產生的熱量直接供給分解爐內碳酸鈣的分解，廢舊輪胎物料中的硫在催化氧化氣氛中裂解生成三氧化硫并直接與新生的氧化鈣化合固化為硫酸鈣作為熟料燒成的礦化劑原料，廢舊輪胎物料中的無機物直接轉化為熟料生產的原料。
逐步增加改性燃料的用量，逐步降低尾煤用量，同步動態調整系統高溫風機的拉風量維持在平衡風量以上，至取代窯系統尾煤用量的50%為止，連續4小時50%的尾煤替代量至改性燃料用完，窯系統運行的工況穩定，生料投料量增加5%（即熟料產量增加5%），窯內清亮，熟料結粒性好。取試驗段熟料樣檢測熟料物理力學性能指標相當，熟料中硫含量增加0.1%。
本次試驗表明，以尺寸小于50mm的廢舊輪胎碎裂混合物直接改性作為干法水泥生產線分解爐50%的替代燃料實施懸浮催化裂解和催化氧化無焰燃燒的方法是可行的。