第六章固體廢物熱處理熱解及其它課件

固體廢物熱處理

2.熱解技術(shù)及其他ThermalTreatment

ofSolidWaste1焚燒？不焚燒？為什么焚燒：減小垃圾體積

減小垃圾質(zhì)量（可減少約3/4的質(zhì)量）降低環(huán)境衛(wèi)生危害和風險能源回收可以設(shè)置于垃圾產(chǎn)生源附近為什么不焚燒：大氣污染建設(shè)與運行成本破壞了可能被回收的資源請同學們調(diào)研并思考：我國垃圾焚燒的發(fā)展現(xiàn)狀，如何考慮垃圾焚燒的取舍？2處理方法焚燒（incineration）:

生活垃圾和危險廢物的燃燒（具有強烈放熱效應(yīng)、有基態(tài)和電子激發(fā)態(tài)的自由基出現(xiàn)、并伴有光輻射的化學反應(yīng)現(xiàn)象

）熱裂解: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。

焙燒:

在低于熔點的溫度下熱處理廢物改變廢物的物理化學性質(zhì)以利于后續(xù)資源化利用的處理過程熔融濕式氧化焚燒處理1其它熱處理方法4熱裂解2焙燒處理3熱處理技術(shù)32固體廢物熱解處理熱解原理熱解定義及特點、熱解過程及產(chǎn)物、熱解過程影響因素熱解工藝熱解工藝分類典型固體廢物的熱解城市生活垃圾的熱解、廢塑料的熱解、污泥的熱解、廢橡膠的高溫熱解國內(nèi)外熱解處理技術(shù)的發(fā)展42固體廢物熱解處理有關(guān)熱解的幾個概念熱解又稱破壞性蒸餾、干餾、或炭化過程。是物料在氧氣不足的氣氛中燃燒，并由此產(chǎn)生的熱作用所引起的化學分解過程。關(guān)于熱解的較嚴格的定義是：“在不向反應(yīng)器內(nèi)通入氧、水蒸氣或加熱的一氧化碳的條件下，通過間接加熱使含碳有機物發(fā)生熱化學分解，生成燃料（氣體、液體和炭黑）的過程?！睙崃呀猓╬yrolysis）根據(jù)這一定義，嚴格講來，凡通過部分燃燒熱解產(chǎn)物以直接提供熱解所需熱量者，不稱為熱解而應(yīng)稱作部分燃燒或缺氧燃燒。關(guān)于這方面的問題，目前尚無統(tǒng)一的解釋。52固體廢物熱解處理有關(guān)熱解的幾個概念熱解技術(shù)原廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)木炭、煤干餾、石油重整和炭黑制造等方面，20世紀60年代初，科學家開始研究將其用于城市垃圾的處理。

熱解（pyrolysis

）在實際生產(chǎn)中，按照生產(chǎn)燃料的目的可將熱分解分為熱解造油和熱解造氣，熱解造油一般采用500℃以下的溫度，在隔氧條件下使有機物裂解，生成燃油。這主要用于廢塑料、廢橡膠的裂解。而城市垃圾的處理主要應(yīng)用垃圾氣化熔融技術(shù)（熱解造氣）。62固體廢物熱解處理熱解與焚燒比較需氧放熱二氧化碳、水就地利用二次污染大無氧或缺氧吸熱氣、油、炭黑貯存或遠距離運輸二次污染較小熱裂解焚燒氧需求能量產(chǎn)物利用污染生物質(zhì)、塑料類、橡膠等72固體廢物熱解處理熱解的特點82固體廢物熱解處理熱解過程及產(chǎn)物有機固體廢物加熱無氧或缺氧液態(tài)：大分子量及中等分子量的有機液體（焦油等）+分子量小的有機液體（甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等）+其它液體芳香化合物產(chǎn)物氣態(tài)：CH4+H2+H2O+CO+CO2+NH3+H2S+HCN等氣體產(chǎn)物固態(tài)：炭黑、爐渣固體殘余物

分子鍵斷裂異構(gòu)化小分子聚合92固體廢物熱解處理熱解過程及產(chǎn)物熱解產(chǎn)物中的燃料價值可燃性氣體熱解產(chǎn)生的氣體量，由多到少的順序為：氫、一氧化碳、甲烷、乙烯和其他少量高分子碳氫化合物等，該混合氣體是很好的燃料，熱值可達6390～10230kJ/kg。有機液體熱解產(chǎn)生的液體中含有：高分子烴類油、焦油、焦木酸和水等物質(zhì)。油類和焦油是有價值的燃料，而焦木酸是化學成分復雜的混合物。固體殘渣主要是碳黑。熱解產(chǎn)生的固體殘渣（炭渣）是一種輕質(zhì)炭素物質(zhì)，其熱值范圍為12.8~21.7MJ/kg，含硫量很低?？勺鳛槿剂鲜褂?。10112固體廢物熱解處理熱解過程影響因素廢物組成原料預處理物料含水率熱解溫度加熱速度空氣量122固體廢物熱解處理影響因素—廢物組成固體廢物熱解能否取得高能量產(chǎn)物，取決于原料中氫轉(zhuǎn)化為可燃氣體與水的比例。各種固體燃料組成及以C6HxOy表示的固體廢物組成一覽表

固體燃料C6HxOyH/CH2+1/2O2→H2O完全反應(yīng)后的H/C固體燃料C6HxOyH/CH2+1/2O2→H2O完全反應(yīng)后的H/C纖維素C6H10O51.670.00/6=0.00無煙煤C6H1.5O0.070.251.4/6=0.23木材C6H8.6O41.430.6/6=0.1半無煙煤C6H2.3O0.380.382.0/6=0.33泥炭C6H7.2O2.61.202.0/6=0.33城市垃圾C6H9.64O3.751.612.14/6=0.36褐煤C6H6.7O21.102.7/6=0.45新聞紙C6H9.12O3.931.521.2/6=0.20半煙煤C6H5.7O1.10.953.0/6=0.50塑料薄膜C6H10.4O1.061.738.28/6=1.4煙煤C6H4O0.530.672.94/6=0.49廚余物C6H9.93O2.791.664.0/6=0.67132固體廢物熱解處理物料顆粒大，則傳熱速度及傳質(zhì)速度較慢、熱解二次反應(yīng)多，對產(chǎn)物成分有不利影響。較小的顆粒尺寸將促進熱量傳遞，從而使高溫熱解反應(yīng)更加容易進行。因此有必要對熱解原料進行適當?shù)钠扑樘幚恚沽６燃毿《鶆?。影響因素—原料預處理142固體廢物熱解處理物料含水率對熱解最終產(chǎn)物有影響，含水率越低，物料加熱速度快，越有利于得到較高產(chǎn)率的可燃性氣體。影響因素—物料含水率152固體廢物熱解處理熱解過程包括了一系列復雜的物理化學過程。不同的溫度區(qū)段所進行的反應(yīng)過程不同，產(chǎn)生物的組成也不同；一般高溫熱解過程以吸熱反應(yīng)為主（有時也伴隨著少量放熱的二次反應(yīng)）。影響因素—熱解溫度162固體廢物熱解處理熱解溫度不同，熱解產(chǎn)物和產(chǎn)量也不同熱解溫度高，燃氣產(chǎn)量增加，而各種酸、焦油等相應(yīng)減少。垃圾熱解生成產(chǎn)品成分占有份額表（kg）溫度（℃）垃圾可燃氣體焦木酸焦油固體碳產(chǎn)物總計48010012.0861.0824.7198.1265010018.6418.6459.1899.62影響因素—熱解溫度17熱解溫度不僅影響氣體產(chǎn)量，也影響氣體組分。熱解溫度不同，燃氣成分也發(fā)生變化，溫度愈高，燃氣中低分子碳化物、CH4及H2等增加。2固體廢物熱解處理

溫度對氣體成分之影響一覽表氣體成分/溫度480℃650℃815℃925℃H25.5616.5828.5532.48CH412.4315.9113.7310.45CO33.530.4934.1235.25CO244.7731.7820.5918.31C2H40.452.182.242.43C2H63.033.060.771.07總計99.74100.00100.0099.99影響因素—熱解溫度182固體廢物熱解處理影響因素—加熱速度隨加熱速度增加，氣體產(chǎn)量增加，水分、有機液體含量及固體殘渣則相應(yīng)減少。熱解速度不同，熱解所產(chǎn)生的燃氣成分也有很大不同。分析：在低溫加熱條件下，有機物分子有足夠的時間在其最薄弱的接點處分解，并重新結(jié)合為熱穩(wěn)定性固體，難以進一步分解，此時固體產(chǎn)率增加；在高溫、高速加熱條件下，有機物分子結(jié)構(gòu)發(fā)生全面熱解，生成低分子有機物，產(chǎn)物中氣體成分增加。

192固體廢物熱解處理破碎舊報紙高溫熱解時氣體成分和加熱速度關(guān)系一覽表氣體成分加熱到815℃時所需時間（min）16102130406070CO215.0119.1623.1125.124.725.722.921.2CO42.639.5935.2036.331.330.430.129.5O20.921.611.802.52.32.11.31.1H219.939.8512.1510.015.013.715.922.0CH417.5421.7019.9520.120.119.921.520.8N26.008.097.796.06.68.28.35.4BTU/ft3372380355354354344367378產(chǎn)氣量ft3/st110007500680067006750656072609170影響因素—加熱速度202固體廢物熱解處理影響因素—空氣量空氣和氧可作為氣化反應(yīng)的氧化劑。熱解反應(yīng)使用純氧時的氣體產(chǎn)物比使用空氣所產(chǎn)生的氣體有較高的含熱量，因為產(chǎn)物中基本不含氮氣。212固體廢物熱解處理熱解工藝分類反應(yīng)系統(tǒng)壓力供熱方式直接加熱、間接加熱熱解溫度高溫、中溫、低溫熱解爐結(jié)構(gòu)固定床、移動床、流化床和旋轉(zhuǎn)爐產(chǎn)物物理形態(tài)氣化方式、液化方式、炭化方式常壓和真空（減壓）22間接加熱法：被熱解物料與直接供熱介質(zhì)在熱解爐中分開的熱解過程?？衫瞄g壁式導熱或以一種中間介質(zhì)（熱砂料或融化的某種金屬床層）來傳熱。間壁式導熱有熱阻，融渣可能會包覆傳熱壁面而產(chǎn)生腐蝕，不能使用高溫熱解。中間介質(zhì)傳熱稍好。熱傳導效率差，間接加熱面積大，局限于小規(guī)模處理。直接加熱法：被熱解物質(zhì)直接燃燒或者向熱解反應(yīng)器直接提供補充燃料。分別采用純氧、富氧、空氣為氧化劑時，熱解所產(chǎn)可燃氣的熱值不同。空氣為氧化劑：對混合垃圾熱解所得可燃氣，熱值為5500kJ/Nm3；純氧為氧化劑，熱值為11000kJ/Nm3。熱解工藝分類—按供熱2固體廢物熱解處理23低溫熱解法溫度一般在600℃以下?？刹捎迷摲▽⑥r(nóng)業(yè)、林業(yè)廢物生產(chǎn)低硫、低灰分的炭，根據(jù)原料及加工的深度，可制成不同等級的活性炭或用作水煤氣原料。中溫熱解法溫度在600～700℃之間，主要用在比較單一的物料作能源和資源回收的工藝上，像廢輪胎、廢塑料轉(zhuǎn)化成類重油物質(zhì)的工藝。高溫熱解法溫度一般在1000℃以上，固體廢物的高溫熱解，主要為了獲得可燃氣。一般采用直接加熱法。如果采用高溫純氧熱解工藝，溫度可達1500℃，可將熱解殘留的惰性固體熔化，并以液態(tài)渣的形式排出反應(yīng)器，再經(jīng)水淬粒化?？纱蟠蠼档凸虘B(tài)殘余物的處理困難。熱解工藝分類—按溫度2固體廢物熱解處理24城市垃圾熱解處理技術(shù)依熱解裝置的類型分類①固定床型熱解；②移動床型熱解；③回轉(zhuǎn)窯熱解；④管型爐瞬間熱解；⑤流化床式熱解；⑥高溫熔融爐熱解；

⑦多段豎爐式熱解。主要用于含水較高的有機污泥的處理，有單塔式和雙塔式（熱解和燃燒分開在兩個塔爐內(nèi)進行）兩種，雙塔式流化床用得較廣泛，已達到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。最早開發(fā)的城市垃圾熱解處理技術(shù)。其代表性系統(tǒng)有：Landgard系統(tǒng)和Occidental系統(tǒng)。是城市垃圾熱解中最成熟的方法，它的代表性裝置有新日鐵、purox等不同的系統(tǒng)252固體廢物熱解處理城市生活垃圾的熱解主要熱解技術(shù)Occidental系統(tǒng)新日鐵系統(tǒng)Purox系統(tǒng)Landgard系統(tǒng)Garret系統(tǒng)流化床系統(tǒng)各系統(tǒng)優(yōu)缺點26新日鐵系統(tǒng)：高溫氣化熔融技術(shù)代表該系統(tǒng)是將熱解和熔融一體化的設(shè)備裝置，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。干燥溫度約為300℃，熱解段溫度（300～1000）℃，熔融段溫度為（1700～1800）℃，灰渣熔融后形成玻璃體和鐵渣，較原體積大有減小，重金屬等有害物質(zhì)也被完全固定在固相中。27Purox系統(tǒng)（純氧高溫熱分解法）也采取豎式熱解熔融爐28回轉(zhuǎn)窯式熱解系統(tǒng)城市垃圾用錘式剪切破碎機加工至＜10cm燃氣溫度調(diào)節(jié)在（730～760）℃

爐溫應(yīng)控制在1090℃以下

生成燃氣量1.5Nm3/kg垃圾，熱值（4.6~5）×103KJ/Nm3。

本技術(shù)物料預處理只破碎而無分選，較簡單，對待處理的垃圾質(zhì)量變化的適應(yīng)性強。設(shè)備結(jié)構(gòu)的可操作性較強。Landgard系統(tǒng)：以有機物氣化為目標窯內(nèi)氣體固體運動方向相反29Occidental系統(tǒng)：美國，有機物液化30城市垃圾破碎機加工至＜5cm流態(tài)化熱載體為惰性粒子（如石英砂）熱解的產(chǎn)氣體系內(nèi)，無燃燒廢氣混入，因而提高了氣體熱值，熱值（17000～18900）KJ/Nm3；。

煙氣作為熱源回收利用，減少固熔物和焦油狀物質(zhì)；空氣量控制只滿足燃燒煙塵的必要量，所以外排廢氣量較少循環(huán)式流化床系統(tǒng)炭黑部分燃燒以補充熱量31雙塔流化床熱解爐日本工業(yè)技術(shù)研究院優(yōu)點：燃燒的廢氣不進入產(chǎn)品氣體中，可獲得高熱值的燃料氣1.67×104

～1.88×104kJ/m3

；在燃燒爐內(nèi)熱媒體向上流動，可防止熱媒體結(jié)塊；向外排出的廢氣少；燃燒溫度低，產(chǎn)生的NOx少;適于處理熱塑性塑料含量高的垃圾的熱解。32管型爐瞬間熱解系統(tǒng)本方法的預處理工序復雜，破碎的能耗高，難以長期穩(wěn)定運行。Garret系統(tǒng)：美國垃圾破碎為粒徑5cm左右風選和篩分不燃物水分磁選和浮選玻璃和金屬可燃性物質(zhì)須再次破碎至0.36mm左右外部加熱管型分解爐內(nèi)通過常壓、無催化及在500℃的溫度下進行熱解。（瞬時分解）油類（熱量為3.1×104KJ/L），氣體（熱值1.86×104KJ/Nm3），煙塵（發(fā)熱量為2.1×104KJ/L）?；厥招蕿椋河皖?60L/t垃圾；鐵質(zhì)類，60kg/t垃圾；煙塵70kg/t垃圾。33城市垃圾回收能量的不同熱解法經(jīng)濟性比較表（1000t/d）

項目名稱Landgard法Garrett法Torrax法Purox法投資額(日元/t)645657285687償還費(日元/t)2151218416442280運轉(zhuǎn)費(日元/t)3606368332733576運轉(zhuǎn)費總額(日元/t)5757587749175856回收資源折價(日元/t)3930283520704668凈處理費用(日元/t)182730422847118834熱解焚燒工藝設(shè)備

35熱解爐實體圖

36熱解氣化焚燒爐

372固體廢物熱解處理廢塑料的熱解產(chǎn)物是燃料油或化工原料382固體廢物熱解處理廢塑料的熱解廢塑料的熱解類型分類解聚反應(yīng)型塑料熱解時聚合物解離、分解成單體，主要是切斷了單體分子之間的結(jié)合鍵。包括：聚氧化甲烯、聚α-甲基苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、四氟乙烯塑料等。隨機分解型塑料熱解時鏈的斷裂是隨機的，因此產(chǎn)生無一定數(shù)目的碳原子和氫原子結(jié)合的低分子化合物。塑料有：聚乙烯、聚氯乙烯等中間分解型塑料大多塑料熱解二者兼具。各種產(chǎn)物比例隨塑料種類、分解溫度而異，一般溫度越高，氣態(tài)碳氫化合物的比例越高。392固體廢物熱解處理廢塑料的熱解塑料熱解特點：

導熱系數(shù)較低0.07-0.3kcal/(m.h.℃)(相當于干木材)，當加熱到熔點溫度(100-250℃)時，中心溫度還很低，繼續(xù)加熱，外部溫度可達500℃以上并產(chǎn)生碳化，而內(nèi)部溫度才達到可熔化的程度。由于外部炭化妨礙內(nèi)部的分解，故熱效低下。塑料品種多，廢塑料品種混雜，分選困難。

402固體廢物熱解處理廢塑料的熱解槽式(聚合浴、分解槽)——管式（管式蒸餾、螺旋式）——流化床比較簡單地把特定廢塑料制成液狀單體，而且用于回收單體的分解設(shè)備、反應(yīng)溫度和停留時間均可隨意控制。

由于抽料泵會造成減壓，物料在分解管內(nèi)停留時間不穩(wěn)定；高溫分解時氣化率高；分解速度慢的聚合物不能完全實現(xiàn)輕質(zhì)化；由于是外部加熱，所以耗能比較大。

熱解原料的分散不夠均勻，顆粒與氣體的熱交換效率低，管線容易結(jié)焦等。

管式蒸餾法熱分解技術(shù)螺旋式熱分解系統(tǒng)流化床熱分解系統(tǒng)4142432固體廢物熱解處理污泥的熱解污泥脫水

干燥熱解炭灰分離油氣冷凝

熱量回收

二次污染防治

44污泥熱解流程污泥與干燥過的一部分污泥在攪拌器中混合進入干燥器干燥，然后送入熱解爐。從干燥器出來的氣體在冷水塔中經(jīng)冷卻凝縮去水后可作為燃燒氣在燃燒室中使用。熱解產(chǎn)生的氣體經(jīng)冷卻后可回收油或熱量。氣體導入燃燒室燃燒。燃燒室產(chǎn)生的高溫氣體在廢熱鍋爐中產(chǎn)生蒸汽用于干燥，若能量不足時可在燃燒室加補助燃料。

2固體廢物熱解處理污泥的熱解存在問題：會產(chǎn)生二次污染問題：如殘渣含重金屬；有些熱值不高的污泥還需輔助燃料；含鉻的污泥焚燒時使相當大的一部分鉻轉(zhuǎn)化成毒性較高的六價鉻等熱解需干燥；干燥可直接加熱也可間接加熱，為防止臭氣逸出用間接加熱特別是蒸汽間接加熱更有利。45462固體廢物熱解處理廢橡膠的熱解輪胎破碎

分（磁）選干燥預熱

橡膠熱解

油氣冷凝

熱量回收

廢氣凈化472固體廢物熱解處理廢橡膠的熱解輪胎破碎

分（磁）選干燥預熱

橡膠熱解

油氣冷凝

熱量回收

廢氣凈化48流化床熱解廢輪胎的流程：

廢輪胎經(jīng)剪切破碎機破碎至小于5mm，輪緣及鋼絲簾子布等絕大部分被分離出來，用磁選去除金屬絲。輪胎粒子經(jīng)螺旋加料器等進入