固體廢物第七章生物質(zhì)熱解技術(shù)

固體廢物第七章生物質(zhì)熱解技術(shù)第1頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月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(jī)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(jī)物加熱無氧或缺氧G+L+S第2頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2熱解特點(diǎn)可以將固體廢物中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為以燃料氣、燃料油和炭黑為主的貯存性能源；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3頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月無氧或缺氧吸熱氣、油、炭黑貯存或遠(yuǎn)距離運(yùn)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(bào)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4頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月固體廢物熱解過程是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程。包括大分子的鍵斷裂，異構(gòu)化和小分子的聚合等反應(yīng)，最后生成各種較小的分子。如纖維素?zé)峤饣瘜W(xué)式為：3C6H10O5→8H2O+C6H8O+3CO2+CH4+H2+8C，其中C6H8O為焦油。

有機(jī)固體廢物氣體（H2

、CH4

、CO、CO2

）+有機(jī)液體（有機(jī)酸、芳烴、焦油）+固體(炭黑、灰)3

熱解的過程及產(chǎn)物第5頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2熱解工藝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。熱解(pyrolysis)在工業(yè)上也稱為干餾熱解技術(shù)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(jī)固體廢棄物。第6頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月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(gòu)固定床、移動(dòng)床、流化床和旋轉(zhuǎn)爐熱解溫度不同高溫?zé)峤?、中溫?zé)峤?、低溫?zé)峤夤岱绞街苯蛹訜?/p>

、間接加熱第7頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月直接供熱（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4000-8000kJ/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?xì)庵?，稀釋了可燃?xì)猓Y(jié)果降低了熱解產(chǎn)氣的熱值。直接加熱法的設(shè)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?zé)峤?，在NOx產(chǎn)生的控制上，還需認(rèn)真考慮。第8頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

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(yīng)容器的外面通過器壁進(jìn)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15000-25000kJ/m3的高熱值燃料氣。運(yùn)行穩(wěn)定，易控制，但垃圾破碎和液化所需動(dòng)力大，構(gòu)造復(fù)雜。第9頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月中溫?zé)峤猓篢=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?zé)峤猓篢>1000℃，供熱方式幾乎都是直接加熱低溫?zé)峤猓篢<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10頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月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(jī)體，包括所有的動(dòng)植物和微生物。生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)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11頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月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(yīng)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(yīng)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12頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月3、生物質(zhì)能特點(diǎn)總量大，地球上每年生物質(zhì)能總量約1400-1800億噸(干重），相當(dāng)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(jī)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13頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月生物質(zhì)熱解技術(shù)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(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)猓ㄖ饕獮橐粴饣?、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?dú)猓┑倪^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?xì)怏w的過程。生物質(zhì)直接液化是在高溫高壓條件下進(jìn)行的生物質(zhì)熱化學(xué)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14頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3影響熱解的主要參數(shù)影響有機(jī)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(shí)間等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?yàn)闊峤夥磻?yīng)的進(jìn)行主要由物料在熱解終溫下的停留時(shí)間決定的，在同樣反應(yīng)終溫和反應(yīng)時(shí)間里，慢加熱方式時(shí)物料在終溫的反應(yīng)時(shí)間要大大少于其在快加熱方式時(shí)的反應(yīng)時(shí)間。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(shí)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(gè)最重要的參數(shù)之一。第17頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月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(gè)重要的方面。目前，用于處理城市垃圾的熱解技術(shù)方式主要有：移動(dòng)床熔融爐方式、回轉(zhuǎn)窯方式、流化床方式、多段爐方式及FlushPyrolysis方式等。其中，移動(dòng)床熔融爐方式是城市垃圾熱解技術(shù)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18頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月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(gè)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(shù)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19頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月熱解反應(yīng)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(yù)熱的空氣或O2干燥和預(yù)熱水蒸汽典型的固定燃燒床熱解反應(yīng)器

結(jié)構(gòu)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20頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月1400～1800℉排出氣體980～1650℉破碎的固體廢物灰渣熱燃料蒸汽預(yù)熱的空氣或O2流化床熱解反應(yīng)器

氣體流速足夠高，固體物料始終懸浮。反應(yīng)性能好，分解效率高、尺寸小；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21頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月回轉(zhuǎn)爐熱解反應(yīng)器廢物燒嘴燃燒室蒸餾容器燃燒氣體鍋爐殘?jiān)冻鋈剂蠚怏w再循環(huán)第22頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第23頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月新日鐵系統(tǒng)該系統(tǒng)是將熱解和熔融一體化的設(shè)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(jī)；4—垃圾渣槽；5—熔融渣槽；6—熔融爐；7—燃燒用鼓風(fēng)機(jī)；8—熱風(fēng)爐；9—鼓風(fēng)機(jī)；10—噴水冷卻器（或鍋爐）燃燒室；11—電除塵器；12—引風(fēng)機(jī)；13—煙囪第25頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月Purox系統(tǒng)1—破碎機(jī)；2磁選機(jī)；3—熱解爐；4—產(chǎn)氣裝置；5—水洗塔；6—電除塵器；7—?dú)怏w冷凝器；8出渣裝置第26頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月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、Ni/REY等各種沸石催化劑。廢塑料的熱解產(chǎn)物及流程第27頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月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。熱解工藝主要由：前處理－熔融－熱分解－油品回收－殘?jiān)幚恚泻吞幚恚艢馓幚淼绕叩拦ば蚪M成第28頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第30頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月廢橡膠熱解工藝

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(shí)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31頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月輪胎橡膠的熱穩(wěn)定性分為:～200℃,200℃～300℃及300℃以上3個(gè)區(qū)域。在200℃以下無氧存在時(shí),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(yùn)動(dòng)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(shí)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(shí),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(dòng)性較好,而且透明第32頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月橡膠的熱解處理廢輪胎高溫?zé)峤饪客獠考訜崾够瘜W(xué)鏈打開,有機(jī)物得以分解或液化、汽化。熱解溫度在250℃～500℃范圍內(nèi)，當(dāng)溫度高于250℃時(shí),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(shí)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(shí)提高產(chǎn)品的質(zhì)量。第33頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月