第六章固体废物的热解处理(第二节h)详解.ppt

第二节 固体废物的热解处理 主要内容 一、概述 二、热解原理 三、热解工艺 四、典型固废的热解 一、概述 热化学技术处理垃圾是在高温下对有机固体废弃物进行分解破坏，实现快速、显著减容的同时，对废物中的有机成分加以利用， 近年来，有机固体废弃物的热解(或干馏技术)受到国内外的普遍关注。 热解是一种古老的工业化生产技术，该技术最早应用于煤的干馏，所得到的焦炭产品主要作为冶炼钢铁的燃料。 二、热解原理 热解(pyrolysis)：是指将有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之成为气态、液态或固态可燃物质的化学分解过程。 热解与焚烧相比有下列优点： 可以将固体废物中的有机物转化为以燃料气、燃料油和炭黑为主的贮存性能源； 由于是缺氧分解，排气量少，有利于减轻对大气环境的二次污染； 废物中的硫、重金属的有害成分大部分被固定在炭黑中； 由于保持还原条件，Cr3+不会转化为Cr6+； NOx的产生量少。 固体废物热解过程是一个复杂的化学反应过程。包括大分子的键断裂，异构化和小分子的聚合等反应，最后生成各种较小的分子。 1. 热解过程 在热解过程中，其中间产物存在两种变化趋势：由大分子变成小分子直至气体的裂解过程；由小分子聚合成较大分子的聚合过程。 分解是从脱水开始的（如两分子苯酚聚合脱水），其次是脱甲基或脱氢、生成水与架桥部分分解的次甲基键进行反应生成CO和H2。 温度再高时，生成的芳环化合物再进行裂解、脱氢、缩合、氢化等反应。 2. 热解产物 可燃气主要包括C1-5的烃类、氢和CO气体； 液态油主要包括甲醇、丙酮、乙酸、C25的烃类等液态燃料。 固体燃料主要含纯碳和聚合高分子的含碳物。 废物类型不同，热解反应条件不同，热解产物有差异。但热解过程产生可燃气量大，特别是温度较高情况下，废物有机成分的50%以上都转化成气态产物。热解后，减容量大，残余碳渣较少。 固体废物热解是否得到高能量产物，取决于原料中氢转化为可燃气体与水的比例。 3. 热解过程控制 （1）温度变化对产品产量、成分比例有较大的影响。是最重要的控制参数。 在较低温度下，油类含量相对较多。随着温度升高，许多中间产物也发生二次裂解，C5以下分子及H2成分增多，气体产量与温度成正比增长，各种有机酸、焦油、碳渣相对减少。 气体成分：温度升高，脱氢反应加剧，H2含量增加，C2H4、C2H6减少；低温时，CO2、CH4等增加，CO减少。高温阶段，CO逐渐增加。 （2）加热速率对产品成分比例影响较大。一般，在较低和较高的加热速率下热解产品气体含量高。 （3）废料在反应器中的保温时间决定了物料分解转化率。 保温时间长，分解转化率高，热解充分，但处理量少； 保温时间短，则热解不完全，但处理量高。 （4）废物成分：有机物成分比例大，热值高，可热解性较好，产品热值高，可回收性好，残渣少；含水率低，干燥耗热少，升温到工作温度时间短；较小的颗粒尺寸促进热量传递，保证热解过程的顺利进行。 （5）反应器类型：一般固定燃烧床处理量大，而流态燃烧床温度可控性好。气体与物料逆流行进，转化率高，顺流行进可促进热传导，加快热解过程。 1. 可燃物热解基本过程 通过热重分析实验研究发现，各种可燃固体废物的失重过程表现规律大致相同； 初始阶段失重较小，表现为水分蒸发所致；继续升温后，试样迅速失重； 不同的是厨余垃圾具有两个失重峰，其他废物仅有一个失重峰，原因是前者成分含有纤维素类和钙类（骨头）物质，而后者成分仅含有纤维素类物质。 2. 热解动力学规律 三、热解工艺 四、典型固体废物的热解 移动床熔融炉方式 回转窑方式 流化床方式 多段炉方式 冲洗裂解方式(Flush Pyrolysis) 移动床熔融炉方式：是城市垃圾热解技术中最成熟的方法，代表性的系统有新日铁系统、Purox系统和Torrax系统。 回转窑方式：Landgard系统（有机物气化） 流化床：有单塔式和双塔式两种，其中双塔式流化床已经达到工业化生产规模。 多段炉：主要用于含水率较高的有机污泥的处理。 Flush Pyrolysis方式：Occidental系统（有机物液化，低温热解） （1）新日铁系统 该系统是将热解和熔融一体化的设备，通过控制炉温和供氧条件，使垃圾在同一炉体内完成干燥、热解、燃烧和熔融。 干燥段温度约为300℃， 热解段温度为300～1000℃， 熔融段温度为1700～1800℃ 可燃烧性气体热值6276-10460 kJ／m3 投料口采用双重密封阀结构——目的是防止空气和热解气的漏入与逸出； 竖式炉内垃圾由上向下移动与上升的高温气体进行换热； 热解段，在控制厌氧或缺氧状态下有机物发生热解——可燃气和灰渣。 可燃性气体导入二燃室进一步燃烧，并利用尾气的余热发电。 灰渣中残存的热解固相产物——炭黑与从炉下部通入的空气在燃烧区发生燃烧反应，通过添