固體廢物熱解課件

1、處理方法處理方法焚燒處理焚燒處理熱解熱解焙燒焙燒處理處理其它熱其它熱 處理方法處理方法Pyrolysis of SW第九章第九章 固體廢物的熱解處理固體廢物的熱解處理熱解熱解 原理原理熱解定義及特點、熱解過程及產(chǎn)物、有機固熱解定義及特點、熱解過程及產(chǎn)物、有機固體廢物熱解機理體廢物熱解機理熱解熱解 工藝工藝熱解工藝分類熱解工藝分類典型固典型固體廢物體廢物的熱解的熱解城市生活垃圾的熱解、廢塑料的熱解、污泥城市生活垃圾的熱解、廢塑料的熱解、污泥的熱解、廢橡膠的高溫?zé)峤狻⑥r(nóng)林廢棄物的的熱解、廢橡膠的高溫?zé)峤狻⑥r(nóng)林廢棄物的熱解熱解l第一節(jié)第一節(jié) 熱解概述熱解概述l第二節(jié)第二節(jié) 典型固體廢物的熱解典型固體

2、廢物的熱解u熱解是一種古老的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)最早應(yīng)用于煤的干餾，所得到的焦炭產(chǎn)品主要作為冶煉鋼鐵的燃料。u熱解(pyrolysis)在工業(yè)上也稱為干餾第一節(jié)第一節(jié) 概述概述氣態(tài)產(chǎn)物氣態(tài)產(chǎn)物：氫、甲烷、一氧化碳；：氫、甲烷、一氧化碳；液態(tài)產(chǎn)物液態(tài)產(chǎn)物：CH3OH、CH3COCH3、C2H5COOH、CH3CHO及焦油、溶劑油等；及焦油、溶劑油等；固態(tài)產(chǎn)物固態(tài)產(chǎn)物：焦炭、碳黑。：焦炭、碳黑。 熱解，是將有機物在無氧或缺氧狀態(tài)下加熱，使之成為氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)可燃物質(zhì)的化學(xué)分解過程。有機物有機物加熱加熱無氧或缺氧無氧或缺氧G+L+S一、熱解定義一、熱解定義可以將固體廢物中的有機物轉(zhuǎn)化為以燃料氣、

3、燃料油和炭黑為主的貯存性能源；由于是缺氧分解，排氣量少，有利于減輕對大氣環(huán)境的二次污染；廢物中的硫、重金屬的有害成分大部分被固定在炭黑中；由于保持還原條件，Cr3+不會轉(zhuǎn)化為Cr6+；NOx的產(chǎn)生量少。二、熱解的特點二、熱解的特點熱熱 解解 與與 焚焚燒燒 比比較較 研究報道表明，熱解煙氣量是焚燒的研究報道表明，熱解煙氣量是焚燒的1/2，NO是焚是焚燒的燒的1/2，HCl是焚燒的是焚燒的1/25，灰塵是焚燒的，灰塵是焚燒的1/2。（一）熱解的過程及產(chǎn)物（一）熱解的過程及產(chǎn)物固體廢物熱解過程是一個復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程。包括大分子固體廢物熱解過程是一個復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程。包括大分子的鍵斷裂，異構(gòu)化和

4、小分子的聚合等反應(yīng)，最后生成各種的鍵斷裂，異構(gòu)化和小分子的聚合等反應(yīng)，最后生成各種較小的分子。較小的分子。如纖維素?zé)峤饣瘜W(xué)式為：如纖維素?zé)峤饣瘜W(xué)式為： 3C3C6 6H H1010O O5 58H8H2 2O+CO+C6 6H H8 8O+3COO+3CO2 2+CH+CH4 4+H+H2 2+8C +8C ，其中，其中C C6 6H H8 8O O為焦油。為焦油。 有機固體廢物 氣體（H2 、CH4 、CO、CO2 ） + 有機液體（有機酸、芳烴、焦油）+ 固體(炭黑、灰)氣體液體固體有機物熱絕熱或缺氧三、熱解原理三、熱解原理熱熱 解解 動動 力力 學(xué)學(xué)（二）有機固體廢物熱解機理（二）有機固

5、體廢物熱解機理三、熱解原理三、熱解原理四、影響有機固體廢棄物熱解產(chǎn)物的因素四、影響有機固體廢棄物熱解產(chǎn)物的因素l 影響有機固體廢棄物熱解產(chǎn)物的因素有很多，如物料特性、熱解終溫、爐型、堆積特性、加熱方式、各組分的停留時間等l 各種影響因素的關(guān)聯(lián)度大小為：熱解終溫物料特性加熱速率物料的填實度物料粒徑。熱解終溫的關(guān)聯(lián)度數(shù)值最大，這說明熱解終溫是一個最重要的參數(shù)之一。l 不同的溫度分布會導(dǎo)致熱解產(chǎn)物的產(chǎn)量和特性的不同例：例：橡膠熱橡膠熱解產(chǎn)品組成解產(chǎn)品組成與溫度的關(guān)與溫度的關(guān)系系l 物料的工業(yè)分析特性將直接影響熱解產(chǎn)物的產(chǎn)率。如揮發(fā)分含量對產(chǎn)氣率影響較大；揮發(fā)分和水分的含量對焦油產(chǎn)率也影響較大 l 加

6、熱速率也是重要因素。因為熱解反應(yīng)的進行主要由物料在熱解終溫下的停留時間決定的，在同樣反應(yīng)終溫和反應(yīng)時間里，慢加熱方式時物料在終溫的反應(yīng)時間要大大少于其在快加熱方式時的反應(yīng)時間。四、影響有機固體廢棄物熱解產(chǎn)物的因素四、影響有機固體廢棄物熱解產(chǎn)物的因素五五熱熱 解解 工工 藝藝 分分類類是否生是否生成爐渣成爐渣造渣型和非造渣型造渣型和非造渣型熱解、熱解、燃燒位燃燒位置置單塔式和雙塔式單塔式和雙塔式產(chǎn)物物產(chǎn)物物理形態(tài)理形態(tài)氣化方式、液化方式、炭化方式氣化方式、液化方式、炭化方式熱解爐熱解爐結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)固定床、移動床、流化床和旋轉(zhuǎn)爐固定床、移動床、流化床和旋轉(zhuǎn)爐熱解溫?zé)峤鉁囟炔煌炔煌邷責(zé)峤?、中溫?zé)峤狻?/p>

7、低溫?zé)峤飧邷責(zé)峤狻⒅袦責(zé)峤?、低溫?zé)峤夤岱焦岱绞绞街苯蛹訜嶂苯蛹訜?、間接加熱、間接加熱 直接（內(nèi)部）供熱：熱解反應(yīng)所需的熱量是被熱解物直接燃燒或向熱解反應(yīng)器提供的補充燃料燃燒所產(chǎn)生的熱間接（外部）供熱：將被熱解物料于直接供熱介質(zhì)在熱解反應(yīng)器中分開的熱解方法中溫?zé)峤猓褐袦責(zé)峤猓?T=600700，主要用，主要用在比較單一的廢物的熱解，如廢輪在比較單一的廢物的熱解，如廢輪胎、廢塑料熱解油化胎、廢塑料熱解油化按熱解溫度按熱解溫度高溫?zé)峤猓焊邷責(zé)峤猓篢1000，供熱方式幾，供熱方式幾乎都是直接加熱乎都是直接加熱低溫?zé)峤猓旱蜏責(zé)峤猓?T 600。農(nóng)業(yè)、林業(yè)和。農(nóng)業(yè)、林業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工后的廢物用來生產(chǎn)

8、低硫農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工后的廢物用來生產(chǎn)低硫低灰的炭，生產(chǎn)出的炭視其原料和加低灰的炭，生產(chǎn)出的炭視其原料和加工的深度不同，可作不同等級的活性工的深度不同，可作不同等級的活性炭和水煤氣原料。炭和水煤氣原料。 直接供熱（內(nèi)熱式熱解） 內(nèi)熱式熱解也稱為部分燃燒熱分解，反應(yīng)器中的可燃性垃圾或部分熱解產(chǎn)物燃燒，以燃燒熱使垃圾發(fā)生熱分解。通常得到4000-8000 kJ/m3的低品位燃料氣。 內(nèi)熱式單塔流化爐 結(jié)構(gòu)簡單；熱解溫度低；熱解產(chǎn)物主要是燃?xì)?，熱值低，不利于利用?豎井式熔融氣化爐 同時進行熔融、熱解和氣化，資源化效果好；占地面積小，能適應(yīng)各種垃圾的處理；二次污染小。 內(nèi)熱式氣流熱分解爐 內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)熱分解

9、爐 間接供熱（外熱式熱解）間接供熱（外熱式熱解） 外熱法式熱解是將垃圾置于密閉的容器中，在絕熱的條件下，熱外熱法式熱解是將垃圾置于密閉的容器中，在絕熱的條件下，熱量由反應(yīng)容器的外面通過器壁進行傳遞，垃圾被間接加熱而發(fā)生分解。量由反應(yīng)容器的外面通過器壁進行傳遞，垃圾被間接加熱而發(fā)生分解。因不伴隨燃燒反應(yīng)，可得到因不伴隨燃燒反應(yīng)，可得到15000-25000kJ/m15000-25000kJ/m3 3的高熱值燃料氣。的高熱值燃料氣。 外熱式回轉(zhuǎn)窯外熱式回轉(zhuǎn)窯 無空氣進入，熱解無空氣進入，熱解 產(chǎn)品品質(zhì)較好，具有較產(chǎn)品品質(zhì)較好，具有較 高的熱值；加熱均勻，高的熱值；加熱均勻， 溫度合適。但轉(zhuǎn)爐內(nèi)易溫

10、度合適。但轉(zhuǎn)爐內(nèi)易 附著碳層，需設(shè)置刮刀附著碳層，需設(shè)置刮刀 裝置。裝置。 外熱式豎井爐外熱式豎井爐 熱解、氣化和燃燒在一個反應(yīng)熱解、氣化和燃燒在一個反應(yīng)器內(nèi)進行，氣化效率和熱效率低，器內(nèi)進行，氣化效率和熱效率低，產(chǎn)生氣體中混有大量氮氣，熱值產(chǎn)生氣體中混有大量氮氣，熱值不高。不高。 外熱式雙塔流化爐外熱式雙塔流化爐 運行穩(wěn)定，易控制，但運行穩(wěn)定，易控制，但垃圾破碎和液化所需動力大，垃圾破碎和液化所需動力大，構(gòu)造復(fù)雜。構(gòu)造復(fù)雜。一個完整的熱解工藝包括：進料系統(tǒng)、反應(yīng)器、回收凈化一個完整的熱解工藝包括：進料系統(tǒng)、反應(yīng)器、回收凈化系統(tǒng)、控制系統(tǒng)幾個部分。系統(tǒng)、控制系統(tǒng)幾個部分。熱解反應(yīng)器熱解反應(yīng)器包

11、括：固定床、流化床、旋轉(zhuǎn)爐、分段爐等包括：固定床、流化床、旋轉(zhuǎn)爐、分段爐等 第二節(jié)第二節(jié) 典型固體廢物的熱解典型固體廢物的熱解底物流底物流氣體氣體9393315315氣流氣流高溫分解高溫分解融渣或灰渣融渣或灰渣固體廢物固體廢物98098016501650預(yù)熱的空預(yù)熱的空氣或氣或O O2 2干燥干燥和預(yù)和預(yù)熱熱水蒸汽水蒸汽典型的固定燃燒床熱解反應(yīng)器典型的固定燃燒床熱解反應(yīng)器 結(jié)構(gòu)相對結(jié)構(gòu)相對簡單、氣體熱簡單、氣體熱損失少，系統(tǒng)損失少，系統(tǒng)熱效率較高，熱效率較高，但氣體中易夾但氣體中易夾帶揮發(fā)性物質(zhì)，帶揮發(fā)性物質(zhì)，如焦油、蒸汽如焦油、蒸汽等。等。 流化床熱解反應(yīng)器流化床熱解反應(yīng)器140014001

12、8001800排出氣體排出氣體98098016501650破碎的破碎的固體廢物固體廢物灰渣灰渣熱燃料熱燃料蒸汽蒸汽預(yù)熱的預(yù)熱的空氣或空氣或O O2 2 氣體流速足氣體流速足夠高，固體物料夠高，固體物料始終懸浮。反應(yīng)始終懸浮。反應(yīng)性能好，分解效性能好，分解效率高、尺寸?。宦矢?、尺寸小；熱損失大，潔凈熱損失大，潔凈度差，避免灰渣度差，避免灰渣結(jié)塊，也適于含結(jié)塊，也適于含水量大的物料。水量大的物料。 塑料熱解是近年來國內(nèi)外非常注重研究的一種能源回收方法，被認(rèn)為是一種最有效、最科學(xué)的回收塑料的途徑。 熱解產(chǎn)物主要是燃料油或化工原料等。 使用的催化劑種類主要有硅鋁類化合物和H-Y、ZSM-5、REY、N

13、i/REY等各種沸石催化劑。廢塑料的熱解產(chǎn)物及流程廢塑料的熱解產(chǎn)物及流程塑料種類不同時，其熱解溫度也不相同塑料種類不同時，其熱解溫度也不相同管式蒸餾法熱分解技術(shù)管式蒸餾法熱分解技術(shù)比較簡單地把廢PS制成液狀單體，而且用于回收單體的分解設(shè)備、反應(yīng)溫度和停留時間均可隨意控制螺旋式熱分解系統(tǒng)采用螺旋攪拌，傳熱均勻，分解速率快，對分解速率慢的聚合物不能完全實現(xiàn)輕質(zhì)化采用部分塑料的內(nèi)部加熱方式，具有原料不需熔融、熱效率高、分解速率快。熱解原料的分散不夠均勻，顆粒與氣體的熱交換效率低，管線容易結(jié)焦等。熱解設(shè)備在槽內(nèi)的分解過程中進行混合攪拌，物料混合均勻，采用外部加熱，靠溫度來控制成油形狀。缺點就是物料的停

14、留時間長、加熱管表面吸儲炭后會造成傳熱不良，需定期清理p熱解的基本工藝有兩種：一種是將廢塑料加熱熔融，通過熱解生成簡單 的碳?xì)浠衔铮缓笤诖呋瘎┑淖饔孟律煽扇加推?。另一種將熱解和催化熱解分為兩段。熱解工藝：熱解工藝：p熱解工藝主要由：前處理熔融熱分解油品回收殘渣處理中和處理排氣處理等七道工序組成橡膠的熱解處理橡膠的熱解處理u廢輪胎高溫?zé)峤饪客獠考訜崾够瘜W(xué)鏈打開, 有機物得以分解或液化、汽化。熱解溫度在250500范圍內(nèi)，當(dāng)溫度高于250時, 破碎的輪胎分解出的液態(tài)油和氣體隨溫度升高而增加，400以上時依采用的方法不同, 液態(tài)油和固態(tài)炭黑的產(chǎn)量隨氣體產(chǎn)量的增加而減少。u4% NaOH 溶液是

15、最常用的廢輪胎熱解催化劑, 它能加速高分子鏈的斷裂, 在相同的溫度下可以增加液態(tài)油的產(chǎn)量, 同時提高產(chǎn)品的質(zhì)量。主要是指天然橡膠生產(chǎn)的廢輪胎、廢皮帶、廢膠管等；主要是指天然橡膠生產(chǎn)的廢輪胎、廢皮帶、廢膠管等；而對人工合成的氯丁橡膠、丁腈橡膠，因在熱解時會產(chǎn)生而對人工合成的氯丁橡膠、丁腈橡膠，因在熱解時會產(chǎn)生HCl及及HCN，不適宜熱解。，不適宜熱解。天然橡膠制品的熱解產(chǎn)物：天然橡膠制品的熱解產(chǎn)物：氣體氣體（22%）：甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、水、）：甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、水、CO2、H2、丁二烯等；丁二烯等；液體液體（27%）：苯、甲苯及其它芳烴；）：苯、甲苯及其它芳烴；炭灰炭灰（39%）；）

16、；鋼絲鋼絲（27%）。）。橡膠的熱解處理橡膠的熱解處理u 輪胎橡膠的熱穩(wěn)定性分為: 200, 200 300及300以上3個區(qū)域。 在200以下無氧存在時, 橡膠較穩(wěn)定，橡膠作為一種高聚物, 其物理狀態(tài)取決于分子的運動形式。 在200 300, 橡膠特性粘數(shù)迅速改變, 低分子量的物質(zhì)被“熱餾”出來, 殘余物成為不溶性干性物。此時橡膠中的高分子鏈有些還未斷裂, 有些斷裂成為較大分子量的化學(xué)物質(zhì), 因此產(chǎn)生的油黑而且粘, 分子量大, 碳黑生成很不完全。 當(dāng)溫度高于300時, 橡膠分解加快, 斷裂出來的化學(xué)物質(zhì)分子量較小, 產(chǎn)生的油流動性較好, 而且透明橡膠的熱解處理橡膠的熱解處理幾種橡膠的熱穩(wěn)定性

17、幾種橡膠的熱穩(wěn)定性橡膠熱解三相產(chǎn)率橡膠熱解三相產(chǎn)率 流化床熱解橡膠工藝流程流化床熱解橡膠工藝流程 1 1橡膠加料斗；橡膠加料斗；2 2螺旋輸送器；螺旋輸送器；3 3冷卻下伸管；冷卻下伸管；4 4流化床反應(yīng)器；流化床反應(yīng)器； 5 5加熱器；加熱器；3 3熱電偶；熱電偶；7 7冷卻器；冷卻器；8 8靜電沉積器；靜電沉積器；9 9深度冷卻器；深度冷卻器； 1010氣旋；氣旋； 1111取樣器；取樣器； 1212氣量計；氣量計； 1313節(jié)氣閥；節(jié)氣閥； 1414壓氣機；壓氣機； 1515轉(zhuǎn)子流量機；轉(zhuǎn)子流量機；1616氣旋氣旋 此外，外國公司還研究了此外，外國公司還研究了用廢輪胎作制水泥燃用廢輪胎作

18、制水泥燃料的試驗料的試驗。結(jié)果表明，在水泥原料中投入廢輪。結(jié)果表明，在水泥原料中投入廢輪胎，生產(chǎn)每噸水泥可節(jié)省胎，生產(chǎn)每噸水泥可節(jié)省C號重油號重油3%，輪胎中輪胎中的的S轉(zhuǎn)變成了轉(zhuǎn)變成了 SO2 CaSO4，既變成了水泥中既變成了水泥中的有用成分，又防止了的有用成分，又防止了SO2的污染；而金屬絲在的污染；而金屬絲在1200 鍛燒溫度下鍛燒溫度下 Fe2O3 Fe2O3再進一步再進一步與水泥中的與水泥中的CaO及及Al2O3反應(yīng)轉(zhuǎn)變成水泥中的組反應(yīng)轉(zhuǎn)變成水泥中的組分。分。u城市垃圾中可燃組分日趨增長，紙張、塑料以及合成纖維等占有很大比重?？扇冀M分，熱解后可回收燃料油和可燃組分，熱解后可回收燃料

19、油和燃料氣燃料氣.因此，城市垃圾作為資源回收也是一個重要的方面。u目前，用于處理城市垃圾的熱解技術(shù)方式主要有：移動床熔融爐方式、回轉(zhuǎn)窯方式、流化床方式、多段爐方式及Flush Pyrolysis方式等。其中，移動床熔融爐方式是城市垃圾熱解技術(shù)中最成熟的方法。u城市垃圾熱解后生成的氣體有城市垃圾熱解后生成的氣體有N2、H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4等。等。城市垃圾的熱解城市垃圾的熱解主要熱主要熱 解技術(shù)解技術(shù)Occidental系系統(tǒng)統(tǒng)新日鐵系統(tǒng)新日鐵系統(tǒng)Purox系統(tǒng)系統(tǒng)Landgard系系統(tǒng)統(tǒng)流化床系統(tǒng)流化床系統(tǒng)Garret系統(tǒng)系統(tǒng)污泥熱解污泥熱解u 與目前常用的污泥焚燒工藝

20、相比，污泥熱解的主要優(yōu)點是操作系統(tǒng)封閉，污泥減容率高，無污染氣體排放，幾乎所有的重金屬顆粒都?xì)埩粼诠腆w剩余物中，在熱解的同時還可實現(xiàn)能量的自給和資源的回收，因而是一種非常有前途的污泥處理方法和資源化技術(shù)。u可避免SOX、NOX、HCl的二次污染。污泥可單獨熱解，或與垃圾聯(lián)合熱解，在一些發(fā)達國家如德國、美國及法國等，已先后建成了日處理能力上千噸的聯(lián)合處理裝置。u干燥的污泥熱解可以分為前段反應(yīng)速率較快的部分和后段反應(yīng)速率較慢的部分。后段反應(yīng)主要是難分解的有機物繼續(xù)反應(yīng)，以及前段反應(yīng)中產(chǎn)生的炭黑氣化過程。u通常碳的氣化反應(yīng)是在9001000下發(fā)生的，所以需要控制反應(yīng)溫度在800以上。污泥熱解污泥熱解污泥脫水 干燥 熱解 炭灰分離 油氣冷凝 熱量回收 二次污染防治污泥熱解流程圖污泥熱解流程圖農(nóng)用固體廢物中的主