固体废物的热解处理技术课件.ppt

第第6 6章章 固体废物固体废物的热解处理技术的热解处理技术Pyrolysis for Solid WastePyrolysis for Solid Waste. . .内容-11 1概述概述1.11.1定义定义1.21.2热解产物热解产物1.31.3热解与焚烧的区别热解与焚烧的区别1.41.4热解的优点热解的优点1.51.5热解方式分类热解方式分类1.61.6影响热解的主要参数影响热解的主要参数1.71.7热解、气化、液化的区别热解、气化、液化的区别2 2热解原理热解原理2.12.1热解过程热解过程2.22.2热解过程动力学分析热解过程动力学分析2.32.3不同温度和不同加热速率下的产物收率不同温度和不同加热速率下的产物收率. . .内容-23 3典型典型SWSW的热解的热解3.13.1城市垃圾的热解城市垃圾的热解3.23.2废塑料的热解废塑料的热解4 4欧美日加等国热解技术的发展计划欧美日加等国热解技术的发展计划4.14.1美国热解技术开发及发展计划美国热解技术开发及发展计划4.24.2欧洲各国热解技术的研究和开发欧洲各国热解技术的研究和开发4.34.3日本热解技术的研究和开发日本热解技术的研究和开发4.44.4加拿大热解技术的研发加拿大热解技术的研发5 5流态化热解过程简介流态化热解过程简介5.15.1流态化热分解技术设备流态化热分解技术设备5.25.2流态化热解技术在处理固体废物中的应用流态化热解技术在处理固体废物中的应用. . .固体废物的物流特征与能源利用0.1 0.1 城市物流循环过程与环境问题城市物流循环过程与环境问题0.1.10.1.1城市物流循环过程城市物流循环过程城市社会生存与发展的物质基础是城市物流过程，包括：原料的运集、产品的生产与消费及废物的产生与排放。

由此可知，废物流是城市社会活动的必然产物，是造成城市环境污染的源头之一随着人类物质加工技术水平的提高，从废物流中获得原料与能量的技术逐步发展，因此废物流的资源属性也不断得到认识图1示意了城市物流循环过程 . .固体废物的物流特征与能源利用城市物流循环过程Urban substances recycle process城市社会边界内的物流过程，其运行处于人的认识与控制范围之内，称为人工物流过程；边界之外则属自然环境范畴，其中所发生的物流过程不受人的控制，在多数情况下其物流运动规律也超出了人的认识范围，但其基本特征是循环，因此可称其为自然物流循环过程 . .固体废物的物流特征与能源利用0.1.20.1.2环境治理与自然物流循环环境治理与自然物流循环（1 1）环境问题的实质）环境问题的实质环境问题本质上是由于人工物流过程与自然物流循环过程的连接(自然资源采集与废物流排放)不协调(矛盾)而产生的，所谓环境治理，就是协调两者矛盾的行动2）物流系统的持续发展）物流系统的持续发展由以上分析可知，物流是否顺畅循环是环境系统持续健康运行的根本和保证如何做到这一点呢 . .固体废物的物流特征与能源利用传统的大量获取资源、大量生产、大量消费、大量丢弃的“自然自然资源资源-产品产品-垃圾垃圾”的开环式经济模式显然不符合可持续发展的要求。

与此相反，若采用一种由“自然资源自然资源-产品产品-资源资源”的物质闭环式流程，则所有的原料和能源就能在这一循环中得到合理利用，从而把人类活动对自然环境的影响，控制在尽可能小的程度，因此循环的物流是一种排放量足够小的物流它既不有悖于发展，又不危害环境，真正在技术层面、社会层面和生态层面体现了可持续化因此，从长远角度看，循环处理是城市生活垃圾处理的必然趋势这一物流循环用图可表示为：. . .固体废物的物流特征与能源利用0.2 0.2 固体废物的能源利用固体废物的能源利用以技术过程原理为依据以技术过程原理为依据: :固体废物能源利用技术分类固体废物能源利用技术分类. . .1 1概述概述1.1 定义有机物在无氧或缺氧的状态下加热，使之分解的过程称为热解即热解是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下，利用热能使化合物的化合键断裂，由大分子量的有机物转化成小分子量的可燃气体、液体燃料和焦炭等的过程1.2 热解产物热解的产物由于分解反应的操作条件不同而有所不同主要为：（1）以氢气，CO、CH4等低分子碳氢化合物为主的可燃性气体；（2）以CH3COOH、CH3COCH3、CH3OH等化合物为主的燃料油；（3）以纯碳与金属、玻璃、土砂等混合形成的炭黑。

. .1 1概述概述1.3 热解与焚烧的区别热解法与焚烧法相比是完全不同的两个过程焚烧的产物主要是二氧化碳和水，而热解的产物主要是可燃的低分子化合物：气态的有氢气、甲烷、一氧化碳；液态的有甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等；固态的主要是焦炭或炭黑焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量热量焚烧产生的热能量大的可用于发电，量小的只可供加热水或产生蒸汽，适于就近利用，而热解的产物是燃物油及燃料气，便于贮藏和远距离输送 . .1 1概述概述1.4 热解的优点热解法与其他方法如焚烧相比具有如下优点：（1）热解可将SW的有机物转化为以燃料气、燃料油和碳黑为主的贮存性能源；（2）热解因其为缺氧分解，因此产生的NOX，SOX，HCl等较少，排气量也少，可减轻对大气环境的二次污染；（3）热解时，废物中的S、金属等有害成份大部分被固定在炭黑中；（4）因为热解为还原气氛，等不会被转化为；（5）热分解残渣中无腐败性有机物，能防止填埋场的公害排出物致密，废物被大大减容，而且灰渣熔融能防止金属类溶出 . .1 1概述概述1.5 热解方式分类根据热解的温度不同，分为高温热解、中温热解和低温热解；按供热方式可分为直接加热和间接加热；按热解炉的结构可分为固定床、移动床、流化床和旋转炉等；按热解产物的聚集状态可分成产气方式、液化方式和炭化方式；按热分解与燃烧反应是否在同一设备中进行，热分解过程可分成单塔式和双塔式；按热解过程是否生成炉渣分为造渣型和非造渣型。

. .1 1概述概述1.6 影响热解的主要参数热解过程的几个重要参数是热解温度、热解速率、含水率、反应时间，每个参数都直接影响产物的混合和产量另外，废物的成分不同，产气、产油和残渣产生量也不同，产物成分也不同；物料的颗粒度不同热传递速度也不同，颗粒度小，易于热解反应的进行；反应器类型及作氧化剂的空气供氧程度等，也都对热解反应过程产生影响 . .1 1概述概述1.7 热解、气化、液化的区别热解（Pyrolysis）：严格地讲，热解是“不向反应器中通入氧、水蒸气或加热的CO的条件下，通过间接加热使含碳有机物发生热化学分解，生成燃料（气体、液体和炭黑）的过程”（StanfordResearchInstitute的JJones提出）通过燃烧部分热解产物来直接提供热解所需热量的情况，不应称为热解，而应称为部分燃烧（partial-combustion）或缺氧燃烧（starved-air-combustion）严格意义上的热解、部分燃烧或缺氧燃烧引起的气化、液化等热化学转化过程统称为PTGL（Pyralysis，ThermalGasificationorLiquification）过程而将欧洲、日本不进行破碎、分选，直接焚烧的过程称为massburning。

. .2 2热解原理热解原理2.1 2.1 热解过程热解过程有机物的热解可用下面的通式表示固体废物+热（） g G(g) + l L(l) + s S(s)G 包括H2、CH4、CO、CO2；L 包括有机酸、芳烃、焦油；S包括炭黑、炉渣产物中各成份的收率取决于原料的化学组成、结构、物理形态以及热解的温度和升温速率例如对同一组成的有机固体废物，不同的温度和升温速率会得到不同成份收率 . .2 2热解原理热解原理2.2 2.2 热解过程动力学分析热解过程动力学分析2.2.1 反应速率方程反应速率方程热解过程包括链的断裂及挥发分的析出，即热解过程既有反应过程又涉及传递（扩散）过程对于颗粒大和结构坚实的物料，当加热速率较低和床温较低时，传递过程占主要地位；对于颗粒尺寸较小和结构松软的物料，反应过程占主要地位在粒子内部，气体扩散速率和传热速率决定于物料的结构和空隙率 . .2 2热解原理热解原理由此可知当挥发分析出时，反应和传递过程都很复杂，为计算处理方便，我们仍可用一级模型描述这个过程，即（7-1）式中 k反应速度常数； k0假想的频率因子； E活化能； T热力学温度； R气体常数； V max 一定温度下的最大按发分释放量； V 在t时间内的挥发分释放量。

. .2 2热解原理热解原理2.2.2 挥发分析出的时间挥发分析出的时间（1）不涉及传递当挥发分析出受化学反应速度控制时，粒子内部不存在温度梯度，即处于等温状态下，挥发分析出的时间可由式（7-1）积分求得，并把Vmax当作常数7-2）（2）涉及传递. . .2 2热解原理热解原理当为粗大颗粒（1mm），且挥发分析出受传递过程控制时，粒子内部存在温度梯度这相当于一个处于热解状态下的收缩模型，初始温度为T0，受热后的粒子逐步被加热，经过时间t后，粒子表面温度升高到床温TB，并且在粒子表面上一直保持这一温度，由于向球形粒子内部导热，其内部各点的温度逐渐升高，温升规律用球形坐标表示，并忽略分解热，其传热方程式为（7-3）式中，颗粒的空隙率；粒子的密度；粒子的恒压热容；颗粒半径；颗粒的有效导热系数 . .2 2热解原理热解原理在 IC：t=0，T=T0 和 r = Rp，T=T0 BC: 下，对（7-3）积分，得到挥发分全部析出所需的时间为式中，Tpy挥发分的开始热解温度；T0颗粒中心温度（等于床温）；颗粒的热扩散系数从式（7-4）中可以看出：当颗粒热解受内部传热控制时，挥发分析出受颗粒半径RP、粒子热扩散系数、床层温度TB的影响。

7-4）. . .2 2热解原理热解原理2.3 不同温度和不同加热速率下的产物分布2.3.12.3.1低温低温低速加热低速加热该条件下，有机物分子有足够的时间在其最薄弱的接点处断裂分解，重新结合成热稳定性的固体，而难以进一步分解因此，低温低速加热条件下会得固体产率较多的产物；2.3.22.3.2高温高温高速加热高速加热该条件下，有机物分子发生全面断裂（裂解），生成大范围的低分子有机物因此，产物中气体的组分增加 . .3典型典型SW的热解的热解3.1 城市垃圾的热解根据装置特性，城市垃圾热解类型分为：（1）移动床熔融热解炉方式（新日铁）：该方式是城市垃圾解技术中最成熟的方法；（2）回转窑炉方式：最早开发的城市垃圾热解处理技术，代表性的系统有Landpord系统，主要产物为燃料气；（3）流化床热解方式（有单塔和双塔式两种）：已达到工业化生产规模；（4）多段炉方式：主要用于含水率较高的有机污泥的处理；（5）FlashPyrolysis方式：该方式以有机物液化为目的，代表性系统为Occidental系统，主要产物为燃烧油；新日铁系统（热解熔融一体化设备，产物主要为燃料气）、Purox系统（由美国UnionCarbide公司开发，产物主要为燃料气）和Torrax系统（由EPA资助开发，热解产物为气体）。

. .3典型典型SW的热解的热解3.2 废塑料的热解3.2.13.2.1原料和产物原料和产物（1）废废塑塑料料的的种种类类：聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC），酚醛树脂、脲醛树脂，PET、ABS树脂等2）废废塑塑料料热热解解的的产产物物：主要为C1C44的燃料气、燃料油和固体残渣3）热热解解温温度度及及难难易易程程度度：PE、PP、PS、PVC等热塑性塑料当加热到300500时，大部分分解成低分子碳氢化合物，其中，PVC加热到约200时发生脱氯反应，进一步加热发生断链反应；酚酚醛醛树树脂脂、脲脲醛醛树树脂脂等热固（硬）性塑料则不适合作为热解原料；PEP、ABS树脂含有氮、氯等元素，热解时会产生有害气体或腐蚀。