第七章固體廢物的熱解

1、固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置第七章第七章 固體廢物的熱解固體廢物的熱解 固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置 固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置幾種固體廢物的熱解工藝流程2熱解的基本原理和方式1第七章 固體廢物的熱解固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.1 熱解的基本原理和方式7.1.1 7.1.1 概述概述7.1.2 7.1.2 熱解原理熱解原理7.1.3 7.1.3 熱解方式熱解方式7.1.4 7.1.4 影響熱解的主要因素影響熱解的主要因素固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.1.1 概述熱解（pyrolysis）是將有機(jī)物在無(wú)氧或缺氧的狀態(tài)下加熱，并由此產(chǎn)生熱作用引起化學(xué)

2、分解使之成為氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)可燃物質(zhì)的化學(xué)分解反應(yīng)。熱解是一種傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，大量應(yīng)用于木材、煤炭、重油、油母頁(yè)巖等燃料的加工處理，已經(jīng)有了非常悠久的歷史。熱解過(guò)程是很復(fù)雜的，它與諸多因素有關(guān)，例如固體廢物種類、固體廢物顆粒尺寸、加熱速率、終溫、壓力、加熱時(shí)間、熱解氣氛等。固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.1.1 概述廢物熱解與其它方法如焚燒相比具有一些優(yōu)點(diǎn)：熱解可將固體廢物的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為以燃料氣、燃料油和炭黑為主的貯存性能源；熱解產(chǎn)生的NOx，SOx，HCl等較少，生成的氣體或油能在低空氣比下燃燒，排氣量也少，對(duì)大氣污染較??；熱解時(shí)廢物中的S、金屬等有害成分大部分被固定在炭黑中；固體廢

3、物處理與處置固體廢物處理與處置7.1.1 概述因?yàn)闊峤鉃檫€原氣氛，Cr3+等不會(huì)被轉(zhuǎn)化為Cr6+；熱分解殘?jiān)袩o(wú)腐敗性的有機(jī)物，能防止填埋場(chǎng)的公害，排出物致密，廢物被大大減容，而且灰渣熔融能防止金屬類物質(zhì)溶出；能處理不適合焚燒和填埋的難處理物。固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.1.2 熱解原理 熱解過(guò)程熱解過(guò)程固體廢物的熱解是一個(gè)復(fù)雜連續(xù)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，它包含了大分子鍵的的斷裂，異構(gòu)化和小分子的聚合等反應(yīng)，最后生成較小的分子。纖維素分子為例，其熱解產(chǎn)物如下：CHCHCOCOOHCOHOHC722832428625106）（固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.1.2 熱解原理表表7.1

4、 7.1 各種固體燃料及廢物的各種固體燃料及廢物的C6HxOyC6HxOy組成組成固體燃料C6HxOyH/CH2+1/2O2H2O完全反應(yīng)后的H/C固體燃料C6HxOyH/CH2+1/2O2H2O完全反應(yīng)后的H/C纖維素C6H10O51.67 0.0/6=0.00城市垃圾C6H9.64O3.751.612.14/6=0.36木材C6H8.6O41.430.6/6=0.1新聞紙C6H9.12O3.751.521.2/6=0.20泥炭C6H7.2O2.61.20 2.0/6=0.33塑料薄膜C6H10.4O1.061.738.28/6=1.38褐煤C6H6.7O21.12 2.7/6=0.45廚余

5、物C6H9.93O2.971.664.0/6=0.67煙煤C6H4O0.530.67 2.94/6=0.49無(wú)煙煤C6H1.5O0.070.25 1.4/6=0.23固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.1.2 熱解原理表表7.2 7.2 熱解氣體產(chǎn)物成分分析熱解氣體產(chǎn)物成分分析有機(jī)物CO2COO2H2CH4+CnHmN2高位熱值/kJkg-1橡膠白松香香樅木新聞紙板紙雜志草蔬菜25.920.335.022.928.930.032.736.745.129.423.930.129.32720.720.90.20.901.31.60.901.02.821.79.415.915.217.818.4

6、1420.925.528.221.517.716.920.8215.12.23.58.37.37.47.46.432603760351032602870281030002900固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.1.2 熱解原理 熱解產(chǎn)物熱解產(chǎn)物 熱解過(guò)程主要生成的產(chǎn)物有可燃性氣體、有機(jī)液體和固體殘?jiān)??？扇夹詺怏w，可燃性氣體主要有CH4、H2、H2O、CO、CO2、NH3、H2S、HCN等。有機(jī)液體，它是一種復(fù)雜的化學(xué)混合物。固體殘?jiān)?，主要是炭?固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.1.3 熱解方式按加熱方式分類按加熱方式分類 直接加熱法間接加熱法按熱解溫度分類可分為高溫?zé)峤狻⒅袦責(zé)峤?/p>

7、和低溫?zé)峤狻０礋峤鉁囟确诸惪煞譃楦邷責(zé)峤?、中溫?zé)峤夂偷蜏責(zé)峤狻８邷責(zé)峤庵袦責(zé)峤獾蜏責(zé)峤夤腆w廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.1.3 熱解方式按熱解反應(yīng)系統(tǒng)壓力分為：按熱解反應(yīng)系統(tǒng)壓力分為：常壓熱解法和真空熱解法。按熱解爐的結(jié)構(gòu)可分為：按熱解爐的結(jié)構(gòu)可分為：固定床、移動(dòng)床、流動(dòng)床和旋轉(zhuǎn)爐等。按熱解產(chǎn)物的物理形態(tài)可分為：按熱解產(chǎn)物的物理形態(tài)可分為：氣化方式、液化方式和炭化方式。按熱解過(guò)程是否生成爐渣可分為：按熱解過(guò)程是否生成爐渣可分為：造渣型和非造渣型。固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.1.4 影響熱解的主要因素 反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度溫度是影響熱解的關(guān)鍵因素，熱解產(chǎn)物的產(chǎn)量和成分都可通過(guò)控制反

8、應(yīng)器的溫度來(lái)有效地改變。 反應(yīng)濕度反應(yīng)濕度熱解過(guò)程中濕度會(huì)影響產(chǎn)氣的量和成分、熱解內(nèi)部化學(xué)過(guò)程以及整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡。熱解過(guò)程中的水分主要來(lái)自兩方面，一來(lái)自物料自身的含水量，二來(lái)自外加的高溫水蒸汽。固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.1.4 影響熱解的主要因素 加熱速率加熱速率加熱速率對(duì)熱解過(guò)程有比較大的影響，從而影響熱解的產(chǎn)物的生成。通過(guò)加熱溫度和加熱速度的結(jié)合，可控制熱解產(chǎn)物中各組分的生成比例。 反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間是指反應(yīng)物料完成反應(yīng)在爐內(nèi)停留的時(shí)間。它與許多因素有關(guān)，如物料尺寸、物料分子結(jié)構(gòu)、反應(yīng)器內(nèi)的溫度水平、熱解方式等，而且反應(yīng)時(shí)間還影響熱解產(chǎn)物的成分和總量。 廢物組成廢物組成固體

9、廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.1.4 影響熱解的主要因素 廢物組成廢物組成物料的組成包括有機(jī)物成分，含水率，尺寸大小等，這些性質(zhì)對(duì)熱解過(guò)程有重要影響不同的物料成分不同，可熱解性也不一樣。有機(jī)物成分比例大，熱值高的物料，其可熱解性相對(duì)就好，產(chǎn)品熱值高，可回收性好，殘?jiān)采?。此外影響熱解的因素還有物料的預(yù)處理、反應(yīng)器類型、供氣供氧等。固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2 幾種固體廢物的熱解工藝流程7.2.1 7.2.1 污泥的熱解污泥的熱解7.2.2 7.2.2 廢塑料的熱解廢塑料的熱解7.2.3 7.2.3 廢橡膠的熱解廢橡膠的熱解7.2.4 7.2.4 城市垃圾的的熱解城市垃圾的的

10、熱解7.2.5 7.2.5 生物質(zhì)的熱解生物質(zhì)的熱解固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.1 污泥的熱解 污泥熱解的特點(diǎn)污泥熱解的特點(diǎn)與污泥焚燒工藝相比，污泥熱解的主要優(yōu)點(diǎn)是操作系統(tǒng)封閉，污泥減容率高，無(wú)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(shí)還可實(shí)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)。固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.1 污泥的熱解圖圖7.1 7.1 污泥熱解溫度與產(chǎn)物生成率的關(guān)系污泥熱解溫度與產(chǎn)物生成率的關(guān)系1 1氣體；氣體；2 2氣體、液體；氣體、液體；3 3焦油；焦油；4 4殘?jiān)鼩堅(jiān)腆w廢物處理與處置固體廢

11、物處理與處置7.2.1 污泥的熱解 污泥熱解工藝污泥熱解工藝污泥熱解的主要工藝包括：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等過(guò)程。圖圖7.2 7.2 污泥干燥污泥干燥- -熱解系統(tǒng)示意圖熱解系統(tǒng)示意圖 1-1-定量進(jìn)料器；定量進(jìn)料器；2-2-蒸汽干燥器；蒸汽干燥器；3-13-1號(hào)水洗塔；號(hào)水洗塔；4-4-熱解爐；熱解爐；5-5-熱風(fēng)爐；熱風(fēng)爐；6-6-二燃室；二燃室；7-7-余熱鍋爐；余熱鍋爐；8-28-2號(hào)水洗塔；號(hào)水洗塔；9-9-吸水塔；吸水塔；10-10-濕式電除塵器；濕式電除塵器；11-11-堿循環(huán)槽；堿循環(huán)槽；12-12-灰槽；灰槽；13-13-煙囪煙囪固體廢物處理與處

12、置固體廢物處理與處置7.2.1 污泥的熱解 污泥的低溫降解污泥的低溫降解現(xiàn)在正在發(fā)展的一種新的熱能利用技術(shù)低溫?zé)峤狻＜丛谛∮?00、常壓和缺氧的條件下，借助污泥中所含的硅酸鋁和重金屬（尤其是銅）的催化作用將污泥中的脂類和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化成碳?xì)浠衔铮罱K產(chǎn)物為燃料油、氣和炭。圖圖7.3 7.3 污泥低溫?zé)峤夤に囄勰嗟蜏責(zé)峤夤に嚬腆w廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.1 污泥的熱解 污泥和垃圾聯(lián)合熱解污泥和垃圾聯(lián)合熱解 將污泥與城市和工業(yè)廢物混合起來(lái)進(jìn)行熱解，充分利用其熱能，是固體廢物熱處理的另外一個(gè)發(fā)展方向。 20世紀(jì)70年代以來(lái)，西歐各國(guó)相繼建成了一些聯(lián)合處理裝置。在德國(guó)建設(shè)的兩套工業(yè)規(guī)模的綜

13、合廢水處理廠聯(lián)合熱解處理設(shè)施，器處理規(guī)模已分別達(dá)到了3170 t/d和1680 t/d。該系統(tǒng)采用水墻式焚燒爐，脫水污泥用焚燒爐煙道氣吹入焚燒爐進(jìn)行焚燒。產(chǎn)生的蒸汽除用于污泥處理外，還可供局部加熱使用。固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.2 廢塑料的熱解 塑料熱解的特點(diǎn)塑料熱解的特點(diǎn)塑料通常分為兩大類，熱固性塑料和熱塑性塑料，前者如酚醛樹脂，脲醛樹脂等，在日常生活中的應(yīng)用相對(duì)要少些，此類塑料在使用后產(chǎn)生的廢物也不適宜作為熱解原料。而熱塑性塑料種類多，應(yīng)用廣泛，產(chǎn)生廢塑料的量也較多。此類廢塑料主要有聚乙烯PE，聚氯乙烯PVC，聚苯乙烯PS，聚苯乙烯泡沫PSF，聚丙烯PP及聚四氟乙烯PTE

14、F等。固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.2 廢塑料的熱解 熱解溫度和催化劑熱解溫度和催化劑塑料種類繁多，不同塑料的熱解過(guò)程和生成物因塑料的種類不同而有較大差異。圖圖7.4 7.4 不同塑料的熱解圖不同塑料的熱解圖1 1聚氯乙烯；聚氯乙烯；2 2尿素樹脂；尿素樹脂；3 3聚氨酯；聚氨酯；4 4酚醛樹脂；酚醛樹脂；5 5聚甲基丙烯酸甲脂；聚甲基丙烯酸甲脂；6 6聚苯乙烯；聚苯乙烯；7 7ABSABS樹脂；樹脂；8 8聚丙烯；聚丙烯；9 9聚乙烯聚乙烯固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.2 廢塑料的熱解表表7.3 7.3 各種沸石催化劑各種沸石催化劑催化劑名稱Al2O3Si02Si

15、O4ZHYSK500ZREYSK500SASASASA種類氧化鋁，色層分離作用二氧化硅凝膠H-Y沸石，堿性氧化物，0.2%貴金屬氧化物-Y沸石，R2O3，10.7%二氧化硅-氧化鋁，Al2O3，24.2%二氧化硅-氧化鋁，Al2O3，13.2%固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.2 廢塑料的熱解 熱解設(shè)備熱解設(shè)備 目前國(guó)內(nèi)外廢塑料熱解反應(yīng)器種類較多，主要有槽式（聚合浴、分解槽）、管式（管式蒸餾、螺旋式）、流化床式等。 槽式反應(yīng)器的特點(diǎn)是在槽內(nèi)的分解過(guò)程中進(jìn)行混合攪拌，物料混合均勻，采用外部加熱，靠溫度來(lái)控制成油形狀。該法物料的停留時(shí)間較長(zhǎng)，加熱管表面析出炭后會(huì)造成傳熱不良，須定期清理排

16、出。固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.2 廢塑料的熱解 廢塑料熱解工藝廢塑料熱解工藝管式蒸餾法熱解技術(shù)圖圖7.5 7.5 管式蒸餾法熱解工藝流程圖管式蒸餾法熱解工藝流程圖 1 1溶解槽；溶解槽；2 2管式分解爐；管式分解爐；3 3分解槽；分解槽；4 4油品回收系統(tǒng)；油品回收系統(tǒng)；5 5補(bǔ)燃器補(bǔ)燃器固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.2 廢塑料的熱解螺旋式熱解系統(tǒng)圖圖7.6 7.6 螺旋式熱解系統(tǒng)工藝流程圖螺旋式熱解系統(tǒng)工藝流程圖1 1傳送機(jī)；傳送機(jī)；2 2破碎機(jī)；破碎機(jī)；3 3筒倉(cāng)；筒倉(cāng)；4 4氣流干燥機(jī)；氣流干燥機(jī)；5 5料斗；料斗；6 6袋慮機(jī)；袋慮機(jī)；7 7熔融爐；熔融

17、爐；8 8熱風(fēng)機(jī)；熱風(fēng)機(jī)；9 9微波電源；微波電源；1010貯液槽；貯液槽；1111螺旋式反應(yīng)器；螺旋式反應(yīng)器；1212殘?jiān)懦鰴C(jī)；殘?jiān)懦鰴C(jī)；1313蒸餾塔；蒸餾塔；1414煤氣洗滌器；煤氣洗滌器；1515廢氣燃燒爐；廢氣燃燒爐；1616重油貯槽；重油貯槽；1717輕重油貯槽；輕重油貯槽；1818鹽酸回收塔；鹽酸回收塔；1919鹽酸槽；鹽酸槽；2020中和槽；中和槽；2121堿槽；堿槽；2222中和廢液槽中和廢液槽固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.2 廢塑料的熱解該系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題有：由于抽料泵會(huì)造成減壓，物料在分解管內(nèi)停留時(shí)間不穩(wěn)定。高溫分解時(shí)汽化率高。分解速率低的聚合物不能完

18、全實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)化。由于是外部加熱，所以耗能比較大。固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.2 廢塑料的熱解流化床熱解系統(tǒng)（a a）流化床熱分解爐）流化床熱分解爐 （b b）流化床熱分解工藝流程）流化床熱分解工藝流程 圖圖7.7 7.7 流化床熱分解裝置及工藝流程流化床熱分解裝置及工藝流程（a a）1 1分解產(chǎn)品；分解產(chǎn)品；2 2溢流管；溢流管；3 3攪拌漿液；攪拌漿液；4 4流態(tài)化用空氣入口；流態(tài)化用空氣入口；5 5流動(dòng)的熱媒體管；流動(dòng)的熱媒體管；6 6進(jìn)料器；（進(jìn)料器；（b b）1 1廢塑料；廢塑料；2 2料斗及進(jìn)料器；料斗及進(jìn)料器；3 3流化床熱分解爐；流化床熱分解爐；4 4空氣進(jìn)口；空氣

19、進(jìn)口；5 5流動(dòng)的熱媒體管；流動(dòng)的熱媒體管；6 6預(yù)熱爐；預(yù)熱爐；7 7冷卻塔；冷卻塔；8 8分離槽；分離槽；9 9后燃室；后燃室；1010排氣；排氣；1111生成油品生成油品固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.3 廢橡膠的熱解 熱解基本情況熱解基本情況廢橡膠的熱解依靠外部加熱打開化學(xué)鍵，使有機(jī)物分解、氣化和液化。 廢橡膠的熱解產(chǎn)物廢橡膠的熱解產(chǎn)物廢橡膠的熱解產(chǎn)物非常復(fù)雜，根據(jù)德國(guó)漢堡大學(xué)的研究，輪胎熱解得到的產(chǎn)物中，氣體占22%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、液體占27%、炭灰占39%、鋼絲占12%。固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.3 廢橡膠的熱解 廢橡膠的熱解工藝廢橡膠的熱解工藝流化床熱

20、解爐熱解廢輪胎工藝圖圖7.8 7.8 流化床熱解廢輪胎工藝流程圖流化床熱解廢輪胎工藝流程圖1 1加料斗；加料斗；2 2螺旋輸送器；螺旋輸送器；3 3旋分器；旋分器；4 4氣體取樣器；氣體取樣器；5 5流量計(jì)；流量計(jì)；6 6壓氣機(jī)；壓氣機(jī)；7 7節(jié)氣閥；節(jié)氣閥；8 8深度冷卻器；深度冷卻器；9 9靜電除塵器；靜電除塵器；1010冷卻器；冷卻器；1111流化床；流化床；1212加熱器加熱器176543332121110988熱電偶O2 N2固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.3 廢橡膠的熱解Beven廢橡膠熱解工藝圖圖7.9 Beven 7.9 Beven 熱解工藝示意圖熱解工藝示意圖固體

21、廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.4 城市垃圾的的熱解 新日鐵系統(tǒng)新日鐵系統(tǒng)該系統(tǒng)實(shí)際上是一種熱解和熔融一體化工藝，通過(guò)控制爐溫及供氧條件使垃圾在同一爐體內(nèi)完成干燥、熱解、燃燒和熔融。圖圖7.10 7.10 新日鐵系統(tǒng)垃圾熱解熔融處理工藝流程新日鐵系統(tǒng)垃圾熱解熔融處理工藝流程1 1垃圾儲(chǔ)槽；垃圾儲(chǔ)槽；2 2大型垃圾儲(chǔ)槽；大型垃圾儲(chǔ)槽；3 3吊車；吊車；4 4破碎機(jī)；破碎機(jī)；5 5熱風(fēng)爐；熱風(fēng)爐；6 6鼓風(fēng)機(jī)；鼓風(fēng)機(jī)；7 7噴水冷卻器；噴水冷卻器；8 8電除塵器；電除塵器；9 9煙囪；煙囪；1010引風(fēng)機(jī)；引風(fēng)機(jī)；1111燃燒用鼓風(fēng)機(jī)；燃燒用鼓風(fēng)機(jī)；1212熔融渣槽；熔融渣槽；1313熱解

22、熔融爐熱解熔融爐固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.4 城市垃圾的的熱解 PuroxPurox系統(tǒng)系統(tǒng)又稱純氧高溫?zé)岱纸夥?，是美?guó)公司開發(fā)一種城市垃圾熱解工藝。7.11 Purox7.11 Purox系統(tǒng)工藝示意流程圖系統(tǒng)工藝示意流程圖1 1產(chǎn)氣裝置；產(chǎn)氣裝置；2 2破碎機(jī)；破碎機(jī)；3 3磁選機(jī)；磁選機(jī)；4 4熱解熔融爐；熱解熔融爐；5 5水洗塔；水洗塔；6 6電除塵器；電除塵器；7 7氣體冷凝器；氣體冷凝器；8 8出渣裝置出渣裝置固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.4 城市垃圾的的熱解 Occidental Occidental系統(tǒng)系統(tǒng)是美國(guó)開發(fā)的一種以有機(jī)物液化為目標(biāo)的熱解

23、技術(shù)。圖圖7.12 Occidental7.12 Occidental系統(tǒng)工藝流程圖系統(tǒng)工藝流程圖1 1破碎機(jī)；破碎機(jī)；2 2干燥器；干燥器；3 3滾筒篩；滾筒篩；4 4ALAL渦流分選器；渦流分選器；5 5二次破碎機(jī)；二次破碎機(jī)；6 6沉降室；沉降室；7 7油氣分離器；油氣分離器；8 8冷卻管；冷卻管；9 9旋風(fēng)分離器；旋風(fēng)分離器；1010壓縮機(jī)；壓縮機(jī)；1111換熱器；換熱器；1212布袋除塵器布袋除塵器固體廢物處理與處置固體廢物處理與處置7.2.4 城市垃圾的的熱解 流化床系統(tǒng)流化床系統(tǒng)流化床熱解系統(tǒng)工藝將垃圾破碎至50 mm以下的顆粒，由定量輸送帶經(jīng)螺桿進(jìn)料器加入熱解爐內(nèi)。在流化床內(nèi)，作為載體的石英砂在熱解生成氣和柱燃空氣的作用下產(chǎn)生流動(dòng)，從投料口進(jìn)入的垃圾在流化床內(nèi)接受熱量，在大約500 時(shí)發(fā)生熱分解，熱解過(guò)程產(chǎn)生的炭黑在此過(guò)程中