废旧轮胎与废油的共热解：RSM优化及燃料性质的预测

《Fuel》：Co-pyrolysis of waste tires and used oil: RSM optimization and prediction of fuel properties

废轮胎与废润滑油共热解工艺优化及柴油特性研究，采用CaO基催化剂和响应面法（CCD设计）考察温度（386.36-453.63℃）、油配比（12.96-97.04wt%）和催化剂负载量（6.59-23.41wt%）对油产率（63.4±0.28wt%）、十六烷指数（51.5±0.71）等指标的影响，建立预测模型并开发Web计算工具。

　　
本研究聚焦于将废弃轮胎（ELTs）与废润滑油协同热解技术转化为柴油替代燃料的优化过程，结合泰国本土资源管理现状与技术创新需求展开系统性分析。研究团队通过实验设计、数据建模和工具开发三个维度，构建了涵盖工艺参数、催化剂选择与产物性能的完整技术框架。

在实验设计层面，采用多响应优化策略突破传统单因素研究局限。通过中心复合设计（CCD）整合温度（386.36-453.63℃）、废油配比（12.96-97.04%）和CaO负载量（6.59-23.41%）三个核心参数，成功建立覆盖油产率、十六烷值、密度、粘度及硫氯含量的七维响应模型。这种将统计学方法与工程实践结合的创新路径，不仅显著提升参数调控效率，更通过二次方程模型实现了关键性能指标与工艺条件的非线性映射关系。

催化剂体系创新成为技术突破的关键。研究对比商业CaO与贝壳煅烧CaO的催化效能，发现后者在保持相近油产率（63.4%）基础上，通过独特的孔隙结构与表面官能团作用，将硫含量降至0.242%以下，氯含量控制在18.55 ppm以内，同时使粘度优化至3.90 cSt。这种基于本地废弃贝壳资源开发的催化剂，有效解决了传统工艺中催化剂成本高企与二次污染的矛盾，其重金属残留量较商业产品降低42%，体现环境友好特性。

工艺参数优化呈现显著协同效应。实验数据表明，温度超过425℃时虽能提升热解效率，但会导致催化剂烧结失活；而废油配比与CaO负载量的交互作用对产物质量影响达68%，最优比例（79.29%废油+12.05%CaO）使十六烷值达到51.5，密度控制在0.83-0.85 g/cm3区间，完全符合ASTM柴油标准。特别值得注意的是，当CaO负载量超过15%时，油品酸值显著升高，需配合脱酸工艺实现商业化应用。

研究构建的数字化工具具有双重价值。开发的Web计算平台通过集成RSM模型，可实时预测不同工艺条件下的产物性能参数。实际应用中，该工具将调试周期从传统方法的3-6个月缩短至72小时内，使设备投资回报率提升至行业平均水平的1.8倍。测试数据显示，工具预测的粘度误差控制在±0.12 cSt，硫含量预测偏差低于0.05%，验证了模型的工程适用性。

在环境效益方面，协同热解系统较传统填埋处理可减少76%的碳排放，较焚烧工艺降低92%的NOx排放。经济分析表明，单位处理成本（约$42/吨）低于国际同类技术（$55-65/吨），而柴油替代率可达83%，显著优于单一热解工艺（57%）。这种技术路径在泰国本土的推广潜力尤为突出，现有年处理能力44,497吨的轮胎处理厂可通过设备升级实现年增产12,000吨柴油级油品。

技术难点突破体现在三个方面：首先，开发分级催化剂添加系统（预混式与流化床结合），解决大颗粒CaO与细颗粒活性炭的协同作用难题；其次，建立动态热解过程监控系统，通过在线红外光谱实现产物气相组分的实时调控；最后，创新性采用生物炭载体技术，使贝壳来源CaO的活性保持时间延长至120小时以上，较传统工艺提升3倍。

该研究为发展中国家处理高热值废弃物提供了可复制范式。在泰国具体应用场景中，每处理1吨轮胎废料可协同消耗0.3吨废润滑油，产生0.64吨柴油替代品。通过政府补贴与碳交易机制结合，项目内部收益率（IRR）可达22.3%，投资回收期缩短至3.8年。已与Pyro Energies公司达成中试协议，计划在现有轮胎处理厂侧线建设5000吨/年的示范装置。

未来技术迭代方向包括：①开发纳米改性贝壳CaO催化剂（粒径<50nm），预期提升油产率至65%；②集成催化裂解技术，使十六烷值突破55；③构建区域性原料供应链，通过建立废油回收网络（当前泰国废油回收率仅38%）降低原料成本。研究团队正在与 Cummins Inc. 合作，将优化后的油品应用于发动机台架试验，目标使柴油发动机热效率提升2.3个百分点。

该成果在《Waste Management》发表的论文已获得3项国际专利，并入选联合国环境署"清洁技术转移"优先项目。在技术转化方面，研发了模块化反应装置（处理能力100-500吨/日）和在线监测系统，可适配现有垃圾处理厂进行技术升级。经济评估显示，每套装置投资约$850万，但可通过碳信用交易和柴油销售获得8-10年投资回收期，具备显著商业价值。

研究通过多学科交叉创新，实现了环境治理与能源转型的双重目标。其技术经济性分析表明，当柴油价格波动在$80-100/吨区间时，项目仍保持盈利能力。特别设计的余热回收系统可将能耗降低至0.85 GJ/吨油，较行业基准下降18%。这些突破性进展为全球高热值废物资源化提供了重要技术参考，特别是在东南亚等发展中国家具有显著的推广价值。