固體廢物處理與資源化固體廢棄物的熱解實(shí)用教案

1、8-1 熱解原理(yunl)一熱解的定義(dngy) 熱解在英文中使用“pyrolysis”一詞，在工業(yè)上也稱為干餾。它是在無氧或缺氧狀態(tài)下加熱(ji r)，使之分解為：以氫氣、一氧化碳、甲烷等低分子碳?xì)浠衔餅橹鞯目扇夹詺怏w；在常溫下為液態(tài)的包括乙酸、丙酸、甲醇等化合物在內(nèi)的燃料油；純碳與玻璃、金屬、土砂等混合形成的炭黑的化學(xué)分解過程。第1頁/共42頁第一頁，共43頁。過程熱量產(chǎn)物熱量的利用技術(shù)要求、處理成本焚燒放熱過程CO2、H2O可發(fā)電或供熱，適合于就近利用一般熱解吸熱過程可燃的低分子化合物（包括氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)產(chǎn)物）可作為燃料或原料，可貯存和遠(yuǎn)距離輸送較高、處理成本高焚燒法與熱解法(j

2、i f)比較第2頁/共42頁第二頁，共43頁。二熱解原理(yunl)有機(jī)物的熱解反應(yīng)可以用下列(xili)通式來表示；有機(jī)物 熱 gG（氣體(qt)H2、CO、CO2、H2O） 無氧或缺氧 sS（固體炭黑、爐渣） lL（液體有機(jī)酸、芳烴、焦油）纖維素 CO、CO2、H2O、C 左旋葡萄糖 可燃性揮發(fā)組分 炭黑燃燒火焰燃燒 1237645O2O2第3頁/共42頁第三頁，共43頁。表8-1 各種固體燃料組成(z chn)及以C6HxOy表示的固體廢物組成(z chn)固體燃料C6HxOyH/CH2+1/2O2 H2O完全反后的H/C纖維素 C6H10O5 1.670.00/6=0.00木材C6H8

3、.6O4 1.430.6/6=0.1泥炭C6H7.2O2.6 1.202.0/6=0.33褐煤C6H6.7O2 1.102.7/6=0.45半煙煤C6H5.7O1.1 0.953.0/6=0.50煙煤C6H4O0.53 0.672.94/6=0.49半無煙煤C6H2.3O0.14 0.382.0/6=0.33無煙煤C6H1.5O0.07 0.251.4/6=0.23固體廢物城市垃圾C6H9.64O3.75 1.612.14/6=0.36新聞紙C6H9.12O3.931.521.2/6=0.20塑料薄膜C6H10.4O1.06 1.738.28/6=1.4廚余物C6H9.93O2.97 1.66

4、4.0/6=0.67第4頁/共42頁第四頁，共43頁。熱解過程的化學(xué)反應(yīng)(huxu fnyng)包括：裂解(li ji)反應(yīng)： 異構(gòu)反應(yīng)(fnyng) 去氧去氮過程： 此外，還有環(huán)化、熱聚合反應(yīng)等 第5頁/共42頁第五頁，共43頁。三熱解工藝(gngy)熱解產(chǎn)物的組成(z chn)和數(shù)量，基本上可由下面因素決定：物料特性(txng)及預(yù)處理情況熱解反應(yīng)器里的溫度水平和物料的停留時(shí)間熱解的方法：直接加熱或間接加熱第6頁/共42頁第六頁，共43頁。1按供熱方式(fngsh)的分類直接(zhji)加熱法 供給被熱解物的熱量是被熱解物（所處理的廢物）部分直接燃燒或者向熱解反應(yīng)器提供補(bǔ)充燃料(rnlio

5、)燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱。 直接加熱法的設(shè)備簡單，而且采用高溫，其處理量和產(chǎn)氣率也較高，但所產(chǎn)氣熱值不高，作為單一燃料直接利用還不行，另外，高溫?zé)峤猓贜OX產(chǎn)生的控制上，還需認(rèn)真考慮。第7頁/共42頁第七頁，共43頁。間接(jin ji)加熱法 是將被加熱的物料與直接供熱介質(zhì)在熱解反應(yīng)器（或熱解爐）中分離開的一種方法?？衫酶蓧κ綄?dǎo)熱或一種中間介質(zhì)來來作為傳熱(chun r)（熱砂料或熔化的某種金屬床層）。 間接加熱一般而言，其物料被加熱的性能較直接加熱法差，從而增長了物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間，即間接加熱法的生產(chǎn)率是低于直接加熱法的，間接加熱法不可能采用(ciyng)高溫?zé)峤夥绞剑@可減輕對NOX產(chǎn)

6、生的顧慮。 第8頁/共42頁第八頁，共43頁。2按熱解溫度(wnd)的分類 高溫(gown)熱解 ：熱解溫度1000 中溫?zé)?wn r)解 熱解溫度600700之間 低溫?zé)峤?熱解溫度600第9頁/共42頁第九頁，共43頁。四影響(yngxing)熱解的主要參數(shù) 溫度：熱解產(chǎn)品的產(chǎn)量和成分可由控制反應(yīng)器的溫度來有效地改變。溫度升高，產(chǎn)氣量增加；當(dāng)溫度超過800時(shí)，T升高CO/CO2的比值增大(zn d)；焦炭的碳成分，隨著溫度和濕度的增加，C含量會(huì)降低。 第10頁/共42頁第十頁，共43頁。濕度：主要表現(xiàn)在影響產(chǎn)氣的產(chǎn)量和成分、熱解的內(nèi)部化學(xué)過程以及影響整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡。物料中WY的含量增高

7、，其可熱解的干物質(zhì)比例就減少，以應(yīng)用基為基礎(chǔ)的有用熱解產(chǎn)物量就少，同時(shí)(tngsh)要求的干燥熱量增加。這就會(huì)帶來兩種結(jié)果：一是系統(tǒng)的外加熱量增多，一是凈產(chǎn)出能源減少。在熱解進(jìn)行的內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)過程中，水分對產(chǎn)氣量和成分都有明顯影響。第11頁/共42頁第十一頁，共43頁。CH4 2H2O CO2 4H2 900 被熱解物料的水分高低與整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡有直接(zhji)關(guān)系?？捎媚芰繉?dǎo)出率R指標(biāo)進(jìn)行討論： QhhRinout式中：R為能量(nngling)導(dǎo)出率；hout為熱解產(chǎn)氣的能量(nngling)；hin為加入熱解系統(tǒng)的能量(nngling)。500-550 第12頁/共42頁第十二頁，

8、共43頁。 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)的停留時(shí)間，與物料尺寸，物料分子結(jié)構(gòu)物性、反應(yīng)器內(nèi)的溫度水平、熱解方式等因素有關(guān)(yugun)，并且影響熱解產(chǎn)物的成分和總量 。 壓力 固體廢物熱分解一般在常壓高溫下進(jìn)行，加壓低溫?zé)岱纸鈺r(shí)，可以增加油的轉(zhuǎn)化率，但設(shè)備、技術(shù)要求都比較復(fù)雜 。 加熱速率：低溫-低速加熱條件下，有機(jī)物分子有足夠的時(shí)間在其最薄弱的接點(diǎn)處分解，重新結(jié)合為熱穩(wěn)定性固體，而難以進(jìn)一步分解，固體產(chǎn)率增加；高溫-高速加熱條件下，有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)發(fā)生全面斷裂，生成大范圍的低分子有機(jī)物，產(chǎn)物中氣體組分增加。 第13頁/共42頁第十三頁，共43頁。8-2熱解反應(yīng)器1.固定床反應(yīng)

9、器第14頁/共42頁第十四頁，共43頁。第15頁/共42頁第十五頁，共43頁。2.流化床反應(yīng)器第16頁/共42頁第十六頁，共43頁。3.回轉(zhuǎn)爐(zhun l)第17頁/共42頁第十七頁，共43頁。4.雙塔循環(huán)式熱解反應(yīng)器第18頁/共42頁第十八頁，共43頁。8-3 典型(dinxng)固體廢物的熱解一廢塑料的熱解 廢塑料熱解處理的主要產(chǎn)物為C1C44的燃料油和燃料氣以及固體(gt)殘?jiān)?。在通常情況下，熱解產(chǎn)生的燃料氣基本上在系統(tǒng)內(nèi)部全部消耗掉，生成的燃料油也部分得到消耗。在配備發(fā)電設(shè)施的系統(tǒng)中，最終得到的燃料油產(chǎn)品約為總投入物料的40%。 目前，國內(nèi)大宗的塑料(slio)品種主要有：聚乙烯（P

10、E）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）。第19頁/共42頁第十九頁，共43頁。1.廢塑料熱解的一般(ybn)工藝（1）熱分解圖第20頁/共42頁第二十頁，共43頁。（2）熱分解產(chǎn)物(chnw) 熱分解生成物因塑料種類不同而有較大差別(chbi)。一般熱分解反應(yīng)能產(chǎn)生四類反應(yīng)產(chǎn)物：烴類氣體(qt)（碳分子數(shù)為C1C5）油品（汽油碳分子數(shù)為C5C11），柴油碳分子數(shù)為C12C22），重油碳分子數(shù)大于C20），石蠟焦炭 不同的反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)量取決于塑料的種類、反應(yīng)條件、反應(yīng)器類型和操作方法等。第21頁/共42頁第二十一頁，共43頁。塑料(slio)熱分解反應(yīng)的機(jī)理模式廢塑料柴油(c

11、hiyu)汽油(qyu)氣體重油焦炭焦炭柴油汽油氣體氣體焦炭焦炭氣體第22頁/共42頁第二十二頁，共43頁。原料PE（）PP（）PS（）混合（）回收率 油 氣體93.2 6.3 油 氣體83.4 14.6 油 氣體91.9 6.1 油 氣體90.0 6.0幾種典型(dinxng)塑料的熱分解回收率第23頁/共42頁第二十三頁，共43頁。（3）熱分解的一般(ybn)過程前處理(chl)分離、粉碎熔融(rngrng)溶解熱分解（催化）冷卻、凝縮回收生成油生成油中和處理廢渣等殘?jiān)幚磉^濾等廢塑料殘?jiān)?、炭、金屬等食鹽、氯化鈣加熱可燃性氣體（HCl氣體） 可燃性氣體 （H2、CH4、C2H8）排氣處理，

12、再利用（燃料、發(fā)電）- （溶劑）廢塑料熱解油化工藝過程第24頁/共42頁第二十四頁，共43頁。廢塑料PEPPPSPVC熔融(rngrng)（熔融(rngrng)釜）約300微壓 中和處理(chl)（濕式中和裝置）干燥(gnzo)（干燥(gnzo)器)中和處理（HCl吸收塔）熱解氣體（加熱爐燃料）熱解（熱解釜）約400微壓 HClHCl殘?jiān)鼰峤鈿獯呋療峤猓ù呋磻?yīng)塔）約300微壓ZSM-5催化劑 冷卻燃料油汽油煤油、柴油分離（分離塔）處理規(guī)模為500t/a的KPY型廢塑料油化裝置系統(tǒng)示意圖 第25頁/共42頁第二十五頁，共43頁。2. 槽式熱解工藝(gngy)分為(fn wi)聚合法和分解槽法第

13、26頁/共42頁第二十六頁，共43頁。第27頁/共42頁第二十七頁，共43頁。3. 管式熱解工藝(gngy)第28頁/共42頁第二十八頁，共43頁。第29頁/共42頁第二十九頁，共43頁。4. 流化床熱解工藝(gngy)日揮公司與北海道工業(yè)開發(fā)(kif)試驗(yàn)所研究的流化床熱分解工藝第30頁/共42頁第三十頁，共43頁。5. 催化(cu hu)熱解工藝第31頁/共42頁第三十一頁，共43頁。二、污泥(w n)熱解工藝流程第32頁/共42頁第三十二頁，共43頁。第33頁/共42頁第三十三頁，共43頁。三、城市(chngsh)生活城市(chngsh)垃圾的熱解 城市垃圾的熱解技術(shù)(jsh)可以根據(jù)裝

14、置的類型分為：移動(dòng)床熔融爐方式；回轉(zhuǎn)窯方式；流化床方式；多段爐方式；Flush Pyrolysis方式。 第34頁/共42頁第三十四頁，共43頁。1新日(xn r)鐵系統(tǒng)第35頁/共42頁第三十五頁，共43頁。2Purox系統(tǒng)(xtng)（U.C.C純氧高溫?zé)岱纸夥ǎ?美國(mi u)Union Carbide Corp.開發(fā)第36頁/共42頁第三十六頁，共43頁。3Torrax系統(tǒng)（高溫熔融(rngrng)熱解法）在美國紐約首先(shuxin)建成第37頁/共42頁第三十七頁，共43頁。4Occidental系統(tǒng)(xtng)第38頁/共42頁第三十八頁，共43頁。5Garret系統(tǒng)(xtng

15、)（管型瞬間熱分解）第39頁/共42頁第三十九頁，共43頁。6Landgard系統(tǒng)(xtng)（回轉(zhuǎn)窯熱解法）第40頁/共42頁第四十頁，共43頁。比較項(xiàng)目Landgard系統(tǒng)Garret系統(tǒng)Torrax系統(tǒng)Purox系統(tǒng)投資額645657485687償還費(fèi)2151218416442280運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)3606368332733576運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)總額5757587749175856回收資源折價(jià)3930283520704668凈處理費(fèi)用1827304228471188 城市生活垃圾回收能量方法的經(jīng)濟(jì)比較（1000t/d) 單位(dnwi)：日元/t以每日處理(chl)1000噸為基準(zhǔn)，投資償還期假設(shè)15年，年息7。 Torrax系統(tǒng)處理(chl)費(fèi)用最低， Garret系統(tǒng)的處理(chl)費(fèi)用最高。第41頁/共42頁第四十一頁，共43頁。謝謝您的觀看(gunkn)！第42頁/共42