生物質(zhì)熱解技術

關于生物質(zhì)熱解技術第一頁，共四十頁，2022年，8月28日1熱解定義7.1熱解原理氣態(tài)產(chǎn)物：氫、甲烷、一氧化碳；液態(tài)產(chǎn)物：CH3OH、CH3COCH3、C2H5COOH、

CH3CHO及焦油、溶劑油等；固態(tài)產(chǎn)物：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)的化學分解過程。有機物加熱無氧或缺氧G+L+S第二頁，共四十頁，2022年，8月28日2熱解特點可以將固體廢物中的有機物轉(zhuǎn)化為以燃料氣、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。第三頁，共四十頁，2022年，8月28日無氧或缺氧吸熱氣、油、炭黑貯存或遠距離運輸二次污染較小需氧放熱

二氧化碳、水

就地利用二次污染大焚燒生物質(zhì)、塑料類、橡膠等熱解

氧需求

能量

產(chǎn)物

利用

污染熱解與焚燒比較

研究報道表明，熱解煙氣量是焚燒的1/2，NO是焚燒的1/2，HCl是焚燒的1/25，灰塵是焚燒的1/2。第四頁，共四十頁，2022年，8月28日固體廢物熱解過程是一個復雜的化學反應過程。包括大分子的鍵斷裂，異構化和小分子的聚合等反應，最后生成各種較小的分子。如纖維素熱解化學式為：3C6H10O5→8H2O+C6H8O+3CO2+CH4+H2+8C，其中C6H8O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)3

熱解的過程及產(chǎn)物第五頁，共四十頁，2022年，8月28日7.2熱解工藝熱解是一種古老的工業(yè)化生產(chǎn)技術，該技術最早應用于煤的干餾，所得到的焦炭產(chǎn)品主要作為冶煉鋼鐵的燃料。熱解(pyrolysis)在工業(yè)上也稱為干餾熱解技術主要是針對城市垃圾、污泥、廢塑料、廢橡膠、廢樹脂等工業(yè)和農(nóng)業(yè)廢棄物，還有石油、煤等具有一定能量的有機固體廢棄物。第六頁，共四十頁，2022年，8月28日五熱解工藝分類是否生成爐渣造渣型和非造渣型熱解、燃燒位置單塔式和雙塔式產(chǎn)物物理形態(tài)氣化方式、液化方式、炭化方式熱解爐結(jié)構固定床、移動床、流化床和旋轉(zhuǎn)爐熱解溫度不同高溫熱解、中溫熱解、低溫熱解供熱方式直接加熱

、間接加熱第七頁，共四十頁，2022年，8月28日直接供熱（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4000-8000kJ/m3的低品位燃料氣。

由于燃燒需提供氧氣，因而就會產(chǎn)生CO2、H2O等惰性氣體混在熱解可燃氣中，稀釋了可燃氣，結(jié)果降低了熱解產(chǎn)氣的熱值。直接加熱法的設備簡單，可采用高溫，其處理量和產(chǎn)氣率也較高，但所產(chǎn)氣的熱值不高，作為單一燃料直接利用還不行，而且采用高溫熱解，在NOx產(chǎn)生的控制上，還需認真考慮。第八頁，共四十頁，2022年，8月28日

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，熱量由反應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，可得到15000-25000kJ/m3的高熱值燃料氣。運行穩(wěn)定，易控制，但垃圾破碎和液化所需動力大，構造復雜。第九頁，共四十頁，2022年，8月28日中溫熱解：T=600～700℃，主要用在比較單一的廢物的熱解，如廢輪胎、廢塑料熱解油化按熱解溫度高溫熱解：T>1000℃，供熱方式幾乎都是直接加熱低溫熱解：T<600℃。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)低硫低灰的炭，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炭和水煤氣原料。第十頁，共四十頁，2022年，8月28日1、定義生物質(zhì)是直接或間接通過光合作用而形成的各種有機體，包括所有的動植物和微生物。生物質(zhì)能是太陽能以化學能形式儲存在生物質(zhì)中的能量形式，以生物質(zhì)為載體的能量。生物質(zhì)能直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源。生物質(zhì)能概述第十一頁，共四十頁，2022年，8月28日2、生物質(zhì)能的分類傳統(tǒng)生物質(zhì)能在發(fā)展中國家小規(guī)模應用的生物質(zhì)能，主要包括農(nóng)村生活用能（薪柴、秸稈、稻草、稻殼及其它農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢棄物和畜禽糞便等）；現(xiàn)代生物質(zhì)能可以大規(guī)模應用的生物質(zhì)能，包括現(xiàn)代林業(yè)生產(chǎn)的廢棄物、甘蔗渣和城市固體廢物等。第十二頁，共四十頁，2022年，8月28日3、生物質(zhì)能特點總量大，地球上每年生物質(zhì)能總量約1400-1800億噸(干重），相當于目前每年總能耗的10倍。低污染，通過碳、氫、氧循環(huán)利用太陽能的過程，理論上不產(chǎn)生溫室氣體，低含量的N，S化合物，可以大量減少SOx等有毒氣體排放，被稱為“綠色石油”。我國可利用的生物質(zhì)資源量：1.農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量約7億噸2.林業(yè)及木材加工廢棄物年產(chǎn)量約9億噸3.畜禽養(yǎng)殖和工業(yè)有機廢水年產(chǎn)沼氣資源量約800億立方米4.城市生活垃圾年產(chǎn)生量約1.2億噸第十三頁，共四十頁，2022年，8月28日生物質(zhì)熱解技術生物質(zhì)在基本無氧的環(huán)境中受熱分解，生成固體炭、液體燃料和氣體的過程生物質(zhì)氣化是指以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸氣或氫氣作為氣化劑，在高溫下通過熱化學反應將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃氣（主要為一氣化碳、氫氣和甲烷以為富氫化合物的混合物，還含有少量的二氧化碳和氮氣）的過程。生物質(zhì)熱裂解是指生物質(zhì)經(jīng)過在無氧條件下加熱或在缺氧條件下不完全燃燒后最終轉(zhuǎn)化成生物油、木炭和可燃氣體的過程。生物質(zhì)直接液化是在高溫高壓條件下進行的生物質(zhì)熱化學轉(zhuǎn)化的過程，通過液化可將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成高熱值的液體燃料。第十四頁，共四十頁，2022年，8月28日第十五頁，共四十頁，2022年，8月28日第十六頁，共四十頁，2022年，8月28日7.3影響熱解的主要參數(shù)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不同的溫度分布會導致熱解產(chǎn)物的產(chǎn)量和特性的不同物料的工業(yè)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)率也影響較大加熱速率也是重要因素。因為熱解反應的進行主要由物料在熱解終溫下的停留時間決定的，在同樣反應終溫和反應時間里，慢加熱方式時物料在終溫的反應時間要大大少于其在快加熱方式時的反應時間。各種影響因素的關聯(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。第十七頁，共四十頁，2022年，8月28日7.4城市生活垃圾的熱解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燃料氣.因此，城市垃圾作為資源回收也是一個重要的方面。目前，用于處理城市垃圾的熱解技術方式主要有：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FlushPyrolysis方式等。其中，移動床熔融爐方式是城市垃圾熱解技術中最成熟的方法。城市垃圾熱解后生成的氣體有N2、H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4等。第十八頁，共四十頁，2022年，8月28日一是以美國為代表的、以回收貯存性能源（燃料氣、燃料油和炭黑）為目的；另一個是以日本為代表的、以減少焚燒造成的二次污染和需要填埋處置的廢物量，以無公害型處理系統(tǒng)的開發(fā)為目的。主要熱解技術Occidental系統(tǒng)新日鐵系統(tǒng)Purox系統(tǒng)Landgard系統(tǒng)流化床系統(tǒng)Garret系統(tǒng)第十九頁，共四十頁，2022年，8月28日熱解反應器底物流氣體93～315℃氣流高溫分解融渣或灰渣固體廢物980～1650℃預熱的空氣或O2干燥和預熱水蒸汽典型的固定燃燒床熱解反應器

結(jié)構相對簡單、氣體熱損失少，系統(tǒng)熱效率較高，但氣體中易夾帶揮發(fā)性物質(zhì)，如焦油、蒸汽等。第二十頁，共四十頁，2022年，8月28日1400～1800℉排出氣體980～1650℉破碎的固體廢物灰渣熱燃料蒸汽預熱的空氣或O2流化床熱解反應器

氣體流速足夠高，固體物料始終懸浮。反應性能好，分解效率高、尺寸??；熱損失大，潔凈度差，避免灰渣結(jié)塊，也適于含水量大的物料。第二十一頁，共四十頁，2022年，8月28日回轉(zhuǎn)爐熱解反應器廢物燒嘴燃燒室蒸餾容器燃燒氣體鍋爐殘渣卸出燃料氣體再循環(huán)第二十二頁，共四十頁，2022年，8月28日第二十三頁，共四十頁，2022年，8月28日第二十四頁，共四十頁，2022年，8月28日新日鐵系統(tǒng)該系統(tǒng)是將熱解和熔融一體化的設備，通過控制爐溫和供氧條件，使垃圾在同一爐體內(nèi)完成干燥、熱解、燃燒和熔融。干燥段溫度約為300℃，熱解段溫度為300～1000℃，熔融段溫度為1700～1800℃，1—吊車；2—大型垃圾儲罐；3—破碎機；4—垃圾渣槽；5—熔融渣槽；6—熔融爐；7—燃燒用鼓風機；8—熱風爐；9—鼓風機；10—噴水冷卻器（或鍋爐）燃燒室；11—電除塵器；12—引風機；13—煙囪第二十五頁，共四十頁，2022年，8月28日Purox系統(tǒng)1—破碎機；2磁選機；3—熱解爐；4—產(chǎn)氣裝置；5—水洗塔；6—電除塵器；7—氣體冷凝器；8出渣裝置第二十六頁，共四十頁，2022年，8月28日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，被認為是一種最有效、最科學的回收塑料的途徑。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、Ni/REY等各種沸石催化劑。廢塑料的熱解產(chǎn)物及流程第二十七頁，共四十頁，2022年，8月28日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氫化合物，然后在催化劑的作用下生成可燃油品。另一種將熱解和催化熱解分為兩段。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第二十八頁，共四十頁，2022年，8月28日第二十九頁，共四十頁，2022年，8月28日第三十頁，共四十頁，2022年，8月28日廢橡膠熱解工藝

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HCl及HCN，不適宜熱解。天然橡膠制品的熱解產(chǎn)物：氣體（22%）：甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、水、CO2、H2、丁二烯等；液體（27%）：苯、甲苯及其它芳烴；炭灰（39%）；鋼絲（27%）。第三十一頁，共四十頁，2022年，8月28日輪胎橡膠的熱穩(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。當溫度高于300℃時,橡膠分解加快,斷裂出來的化學物質(zhì)分子量較小,產(chǎn)生的油流動性較好,而且透明第三十二頁，共四十頁，2022年，8月28日橡膠的熱解處理廢輪胎高溫熱解靠外部加熱使化學鏈打開,有機物得以分解或液化、汽化。熱解溫度在250℃～500℃范圍內(nèi)，當溫度高于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。4%NaOH溶液是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。第三十三頁，共四十頁，2022年，8月28日

流化床熱解橡膠工藝流程

1－橡膠加料斗；2－螺旋輸送器；3－冷卻下伸管；4－流化床反應器；

5－加熱器；3－熱電偶；7－冷卻器；8－靜電沉積器；9－深度冷卻器；

10－氣旋；11－取樣器；12－氣量計；13－節(jié)氣閥；14－壓氣機；

15－轉(zhuǎn)子流量機；16－－氣旋第三十四頁，共四十頁，2022年，8月28日

此外，外國公司還研究了用廢輪胎作制水泥原料的試驗。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C號重油3%，輪胎中的S轉(zhuǎn)變成了

SO2

CaSO4，既變成了水泥中的有用成分，又防止了SO2的污染；而金屬絲在1200℃鍛燒溫度下

Fe2O3

Fe2O3再進一步與水泥中的CaO及Al2O3反應轉(zhuǎn)變成水泥中的組分。第三十五頁，共四十頁，2022年，8月28日