报废汽车破碎残余物（ASR）催化气化机理及其资源化应用基础研究

Within next few years, China will inevitably see the outbreak growth of scrap automobiles volume in community. With increasing regulatory requirements and rapid developing of End-of-Life Vehicles recycling industry, it will popular to adopt large-scale dismantling, shredding, and sorting facilities in the process of End-of-Life Vehicles; therefore, it is necessary to carry out the fundamental research on the recycling and energy recovery of automotive shredder residues (ASR)..On the basis of the previous research work, which is supported by NSFC project, the scientific issues such as, ASR pyrolysis/gasification reaction is insufficient, the low calorific value of combustible gas product, the elimination mechanism of environmentally hazardous substances is not yet clear, will be addressed in this project. The following research works will be implementation such as, preparation and characterization of ASR gasification reaction catalyst, design and development of a continuous catalytic gasification test equipment, investigation of the ASR catalytic gasification kinetics and mechanisms and catalyst deactivation model, development and optimization of ASR catalytic gasification process to improve the conversion rate of flammable syngas and hydrogen, and thus enhance the calorific value, and provide the basis for theoretical support for ASR energy recovery. The transformation and elimination mechanism of environmentally hazardous substances through ASR catalytic gasification process will be investigated, and meanwhile, the immobilization effects of heavy metals in solid residue will also be addressed in this project, to provide generic theories and technologies to support the extensive application of ASR recycling..The research project will provide new strategies and new ideas for carrying out eco-design and promoting recovery rate of automotive products in China.

我国未来几年汽车报废量将迎来暴发性增长。不断提高的回收利用法规要求和规模化的报废汽车回收利用产业，必然要采用大规模机械化拆解、破碎、分选装备，由此将产生大量汽车破碎残余物（ASR），从而影响我国报废汽车回收利用率的提高。因此，对于ASR资源化和能源化方面的研究亟待开展。.在前一项科学基金项目研究工作的基础上，针对ASR热裂解和气化反应不充分、可燃性气体产物热值低、环境负荷物质的转化机制尚不清晰等问题，通过研究和制备ASR气化反应催化剂、设计开发连续式催化气化试验装置、探讨ASR催化气化反应动力学机制和催化剂失活模型、制定和优化ASR催化气化工艺，提高可燃性合成气及氢气的转化率，进而提升热值，为ASR的能源化提供基础理论支持。通过研究和分析ASR催化气化过程中环境负荷物质的转化、消除机理，探讨重金属的固定机制，为扩大ASR的资源化应用提供基础理论和方法支持。

随着我国汽车保有量的逐年攀升，汽车报废量将进入爆发式增长阶段。本研究首先建立了基于Logistics 分布函数的汽车报废量预测模型，预测我国汽车报废量将在2023年首次突破1000万辆。通过综合考虑技术、经济、环境等因素，本研究论证、设计、规划了拆解能力达到30,000辆的退役乘用车节拍式拆解线，认为我国未来采用大规模机械化拆解、破碎、分选装备处理报废汽车，必将产生大量汽车破碎残余物（ASR），ASR回收利用技术将直接影响我国实现报废汽车回收利用率达到95%的目标。在此基础上，本研究根据ASR成分复杂多变的特点，通过设计一系列热重实验，分析了ASR及其主要组分的热解特性，并提出采用RBF神经网络方法预测ASR热解动力学参数。为确定热解温度、气化温度、当量比、水蒸气与原料的质量比等过程参数，建立了基于Aspen Plus的ASR热解气化模拟分析模型，并且基于ASR热解动力学分析、产物特性分析和模拟分析结果，建立了两段式ASR热解气化实验装置。.针对汽车破碎残余物在热解气化过程存在焦油、焦炭产率高（约52%～67%），气化反应不充分，可燃性合成气的热值低等问题，本研究首先从催化剂选择与设计入手，分析了不同催化剂对ASR热解挥发分产物的催化作用效果，确定采用NiO/Al2O3催化剂和Ni/HZSM-5分子筛催化剂分别作为热解催化剂和气化催化剂，并且，研究了这两种催化剂的制备与表征技术，通过有无催化剂的比较试验，研究了这两种催化剂的催化作用。然后，设计了一系列ASR催化热解气化实验，根据所确定催化剂种类、气化温度、当量比、水蒸气与原料质量比等过程参数，通过改变反应气氛（真空或氮气）、热解温度、停留时间等过程参数进行两种催化剂协同作用下的ASR热解气化实验，确定出最优的ASR两段式催化热解气化工艺条件。最后，通过浸毒和固化试验研究了ASR热解气化固体残渣中环境负荷物质的固化消除处理工艺，并对车用动力电池回收过程中的环境负荷物质的处理技术进行了前瞻性研究。