固体废物热解处理技术.ppt

第八章第八章 固体废物热解处理技术固体废物热解处理技术Ø本章主要内容为：固体废物热解定义，以及与焚烧的区本章主要内容为：固体废物热解定义，以及与焚烧的区别，热解原理，热解适用对象、国内外发展趋势别，热解原理，热解适用对象、国内外发展趋势Ø了解固体废物热解定义，以及与焚烧的区别，流态化热了解固体废物热解定义，以及与焚烧的区别，流态化热解及国外热解发展趋势解及国外热解发展趋势Ø理解热解原理，热解适用对象理解热解原理，热解适用对象Ø掌握典型的热解工艺掌握典型的热解工艺8.1 8.1 概述概述1 1、定义：、定义：有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之分解的过程称为热解有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之分解的过程称为热解2 2、热解法与焚烧的区别、热解法与焚烧的区别（（1 1））产物也不同产物也不同焚烧的产物主要是焚烧的产物主要是二氧化碳和水二氧化碳和水, ,而热解的产物主要而热解的产物主要是是可燃的低分子化合物可燃的低分子化合物：气态的有氢气、甲烷、一氧化碳；液态的：气态的有氢气、甲烷、一氧化碳；液态的有甲醇、丙烔、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等；固态的主有甲醇、丙烔、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。

要是焦炭或炭黑2 2））反应性质不同反应性质不同焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量的热量焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量的热量3 3））利用方式不同利用方式不同焚烧产生的热能量大的可用于焚烧产生的热能量大的可用于发电，发电，量小的只可供量小的只可供加热水或产生蒸汽，适于就近利用，加热水或产生蒸汽，适于就近利用，而热解的产物是燃料油及燃料而热解的产物是燃料油及燃料气，气，便于贮藏和远距离输送便于贮藏和远距离输送 3 3、热解技术与焚烧发相比的明显优点：、热解技术与焚烧发相比的明显优点：（（1 1）它可以将固体废物中的有机物转化为以燃料气、燃料油、）它可以将固体废物中的有机物转化为以燃料气、燃料油、碳黑等储存性能源碳黑等储存性能源2 2）热解是一种缺氧分解，产生的废气少，相应地其排放的）热解是一种缺氧分解，产生的废气少，相应地其排放的废气也少，这有利于减轻对环境空气的污染废气也少，这有利于减轻对环境空气的污染3 3）废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在碳黑中废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在碳黑中4 4）由于保持在还原性条件，因此三价铬不会转化为六价铬由于保持在还原性条件，因此三价铬不会转化为六价铬。

5 5）氮氧化物的产生量少氮氧化物的产生量少8.2 8.2 热解原理热解原理1 1、垃圾的焚烧特性、垃圾的焚烧特性Ø热解在工业上也称干馏它是将有机物在无氧或缺氧状态热解在工业上也称干馏它是将有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之分解为：下加热，使之分解为：（（1 1）以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化合物为主的）以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化合物为主的可燃性气体；可燃性气体；（（2 2）在常温下为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物在）在常温下为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物在内的燃料油；内的燃料油；（（3 3）纯碳与玻璃、金属、土砂等混合形成的碳黑的化学分）纯碳与玻璃、金属、土砂等混合形成的碳黑的化学分解过程2 2、热解过程及产物、热解过程及产物Ø有机固体废物的热解是一个复杂、连续的化学反有机固体废物的热解是一个复杂、连续的化学反应过程，在反应中包含着复杂的有机物断键、异应过程，在反应中包含着复杂的有机物断键、异构化等化学反应热解过程可用如下总反应方程构化等化学反应热解过程可用如下总反应方程式表示：式表示：Ø有机固体废物有机固体废物→H→H2 2、、CHCH4 4、、COCO、、COCO2 2等＋有机酸、芳等＋有机酸、芳烃、焦油等＋炭黑与炉渣烃、焦油等＋炭黑与炉渣3 3、影响热解的因素、影响热解的因素Ø热解温度、加热速率、保温时间、物料性质、反热解温度、加热速率、保温时间、物料性质、反应器类型以及供气供氧等。

应器类型以及供气供氧等Ø每个参数都会每个参数都会对热解反应过程和热解产物产生影对热解反应过程和热解产物产生影响（（1 1）热解温度）热解温度Ø温度变化对产品产量、成分比例有较大的影响温度变化对产品产量、成分比例有较大的影响1 1））在较低温度下，在较低温度下，有机废物大分子裂解成较多的中小分有机废物大分子裂解成较多的中小分子，油类含量相对较多子，油类含量相对较多2 2））随着温度的升高，随着温度的升高，除大分子裂解外，许多中间产物也除大分子裂解外，许多中间产物也发生二次裂解，发生二次裂解， C5 C5 以下分子及以下分子及H2H2成分增多，气体产量成成分增多，气体产量成正比增长，而各种酸、焦油、炭渣产量相对减少城市生正比增长，而各种酸、焦油、炭渣产量相对减少城市生活垃圾热分解产物比例与温度的关系（如下图）活垃圾热分解产物比例与温度的关系（如下图）城市生活垃圾热分解产物比例与温度的关系城市生活垃圾热分解产物比例与温度的关系（（2 2）加热速率）加热速率Ø通过加热温度和加热速率的结合，可控制热解产物中各组通过加热温度和加热速率的结合，可控制热解产物中各组分的生成比例分的生成比例1 1））在低温在低温- -低速加热条件下，低速加热条件下，有机物分子有足够的时间在有机物分子有足够的时间在其最薄弱的接点处分解，重新结合为热稳定性固体，而难其最薄弱的接点处分解，重新结合为热稳定性固体，而难以进一步分解，反而产物中固体含量增加；以进一步分解，反而产物中固体含量增加；2 2））而在高温而在高温- -高速加热条件下，高速加热条件下，有机物分子结构发生全面有机物分子结构发生全面裂解，产生大范围的低分子有机物，热解产物中气体的组裂解，产生大范围的低分子有机物，热解产物中气体的组分增加。

分增加Ø相同热解温度下相同热解温度下: : 1 1）加热速率高）加热速率高  固相有机物残留率低固相有机物残留率低 2 2）极高和极低的加热速率）极高和极低的加热速率  有利于气相热解产有利于气相热解产物比例的增加物比例的增加 3 3）中间的加热速率）中间的加热速率  有利于油性热解产物比例有利于油性热解产物比例的增加的增加（（3 3）保温时间）保温时间1 1）物料在反应器中的保温时间决定了物料分解转化率物料在反应器中的保温时间决定了物料分解转化率为了充分利用原料中的有机质，尽量脱出其中的挥发分，为了充分利用原料中的有机质，尽量脱出其中的挥发分，应延长物料在反应器中的保温时间应延长物料在反应器中的保温时间2 2）物料的保温时间与热解过程的处理量成反比例关系物料的保温时间与热解过程的处理量成反比例关系3 3））保温时间长，热解充分，但处理量少；保温时间长，热解充分，但处理量少；4 4））保温时间短，则热解不完全，但处理量大保温时间短，则热解不完全，但处理量大（（4 4）物料性质）物料性质1 1）物料的性质如有机物成分、含水率（如下图）和尺寸大小等对热解）物料的性质如有机物成分、含水率（如下图）和尺寸大小等对热解过程有重要影响。

过程有重要影响2 2）有机物成分比例大、热值高的物料，其可热解性相对就好、产品热）有机物成分比例大、热值高的物料，其可热解性相对就好、产品热值高、可回收性好、残渣也少值高、可回收性好、残渣也少3 3）物料的含水率低，加热到工作温度所需时间短，干燥和热解过程的）物料的含水率低，加热到工作温度所需时间短，干燥和热解过程的能耗就少热解生成物与残渣占原有固体之比不受含水率的影响能耗就少热解生成物与残渣占原有固体之比不受含水率的影响4 4）较小的颗粒尺寸有利于促进热量传递、保证热解过程的顺利进行，）较小的颗粒尺寸有利于促进热量传递、保证热解过程的顺利进行，尺寸过大时，情况则相反尺寸过大时，情况则相反（（5 5）反应器类型）反应器类型1 1））反应器反应器是热解反应进行的场所，是整个热解过程的关是热解反应进行的场所，是整个热解过程的关键不同反应器有不同的燃烧床条件和物流方式不同反应器有不同的燃烧床条件和物流方式2 2）一般来说，固定燃烧床处理量大，而流态化燃烧床温）一般来说，固定燃烧床处理量大，而流态化燃烧床温度可控制性好度可控制性好3 3）气体与物料）气体与物料逆流行进逆流行进有利于延长物料在反应器内滞留有利于延长物料在反应器内滞留时间，从而可提高有机物的转化率；气体与物料时间，从而可提高有机物的转化率；气体与物料顺流行进顺流行进可促进热传导，加快热解过程。

可促进热传导，加快热解过程（（6 6）供气供氧）供气供氧空气或氧作为热解反应中的氧化剂，使物料发生部分空气或氧作为热解反应中的氧化剂，使物料发生部分燃烧，提供热能以保证热解反应的进行（如下图）因此，燃烧，提供热能以保证热解反应的进行（如下图）因此，供给适量的空气或氧是非常重要的，也是需要严格控制的供给适量的空气或氧是非常重要的，也是需要严格控制的．供给的可以是空气，也可以是纯氧由于空气中含有较．供给的可以是空气，也可以是纯氧由于空气中含有较多的多的N N2 2，供给空气时产生的可燃气体的热值较低供给纯，供给空气时产生的可燃气体的热值较低供给纯氧可提高可燃气体的热值，但生产成本也会相应增加氧可提高可燃气体的热值，但生产成本也会相应增加8.3 8.3 典型固体废物的热解典型固体废物的热解 1 1、城市垃圾的热解、城市垃圾的热解Ø根据处理的方法，热解类型分为以下几种：根据处理的方法，热解类型分为以下几种：（（1 1））干馏干馏（（2 2））固定床固定床 （（3 3））流化床流化床 Ø垃圾热解按装备的设置可有垃圾热解按装备的设置可有单器移动床单器移动床 、、双器循环流化双器循环流化床床之分之分 沈阳市垃圾热解设计经济效益分析沈阳市垃圾热解设计经济效益分析2 2、、 废橡胶的热解（以废旧轮胎为例）废橡胶的热解（以废旧轮胎为例） (1)(1)废旧轮胎预处理废旧轮胎预处理废旧轮胎都不同程度地粘有污垢，所以必须加以清洗，才不影响产废旧轮胎都不同程度地粘有污垢，所以必须加以清洗，才不影响产品质量，采用清水冲洗干净，将其晾干，然后用切割机切割为品质量，采用清水冲洗干净，将其晾干，然后用切割机切割为30cm×45cm 30cm×45cm 的块状胶块。

的块状胶块2)(2)热解温度热解温度将预处理的废轮胎计量、装釜、加热，温度控制在将预处理的废轮胎计量、装釜、加热，温度控制在300℃ 300℃ ～～600℃ 600℃ 之间，如果温度低，胶块反应不彻底，部分胶块呈糊状；如果温度之间，如果温度低，胶块反应不彻底，部分胶块呈糊状；如果温度高，胶块结胶，炭黑失去活性高，胶块结胶，炭黑失去活性3)(3)热解工艺热解工艺废旧轮胎热解工艺主要包括预处理、切片、热解、冷凝、磁选等，废旧轮胎热解工艺主要包括预处理、切片、热解、冷凝、磁选等，经上述工艺可得到炭黑、溶剂油经上述工艺可得到炭黑、溶剂油 原材料种类及产物回收率原材料种类及产物回收率(4)(4)原料种类及产物回收率原料种类及产物回收率废轮胎经热解得炭黑、钢丝、燃料油、燃料气等废轮胎经热解得炭黑、钢丝、燃料油、燃料气等(5)(5)燃料气燃料气废旧轮胎热解过程中产生不凝气体废旧轮胎热解过程中产生不凝气体( (燃料气燃料气) )，为防止燃，为防止燃料气产生二次污染，工艺中将燃料气通过管线由喷枪送料气产生二次污染，工艺中将燃料气通过管线由喷枪送入釜底再次燃烧，作为燃料，节省能源这样不凝气体入釜底再次燃烧，作为燃料，节省能源。

这样不凝气体不外排，避免了二次污染不外排，避免了二次污染(6)(6)效益分析效益分析根据现已投产的伍兴岐集团的炭黑厂生产实践得知，年回收废旧根据现已投产的伍兴岐集团的炭黑厂生产实践得知，年回收废旧轮胎轮胎5200t5200t，减轻了废旧轮胎堆放时对环境的污染废轮胎生产炭，减轻了废旧轮胎堆放时对环境的污染废轮胎生产炭黑的收率为黑的收率为3838％、油的收率为％、油的收率为4444％、钢丝的收率为％、钢丝的收率为9%9%，燃料气收率，燃料气收率为为1010％其吨处理成本为：废轮胎、电、水、人工、包装、设备折％其吨处理成本为：废轮胎、电、水、人工、包装、设备折旧、劳动保护、其它费用等合计旧、劳动保护、其它费用等合计20542054元左右以每吨炭黑按元左右以每吨炭黑按25002500元元保守价格计算，销售收入保守价格计算，销售收入250250万元溶剂油万元溶剂油30003000元／元／t t、燃料气、燃料气20002000元／元／t t、钢丝、钢丝20002000元元/t/t，年净利润万元人民币取得较好的环境效，年净利润万元人民币取得较好的环境效益和经济效益益和经济效益 思考题：思考题：1.生活垃圾的热解的原理？生活垃圾的热解的原理？2.热解的主要影响因素是什么？热解的主要影响因素是什么？3.国内外主要的热解技术与适用条件？国内外主要的热解技术与适用条件？③③缩合和碳化缩合和碳化。

当温度进一步提高时，随着水和有机物蒸气当温度进一步提高时，随着水和有机物蒸气的析出，剩余物质受热缩合成胶体同时，析出的挥发物的析出，剩余物质受热缩合成胶体同时，析出的挥发物逐渐减少，胶体逐渐固化和碳化随着温度升高、加热时逐渐减少，胶体逐渐固化和碳化随着温度升高、加热时间延长，所生成的固体产物中的碳含量逐渐增多，氢、氧、间延长，所生成的固体产物中的碳含量逐渐增多，氢、氧、氮和硫等其他元素含量逐渐减少氮和硫等其他元素含量逐渐减少Ø主要缺点主要缺点是能耗高，反应器不能做得很大，焦油易堵塞管是能耗高，反应器不能做得很大，焦油易堵塞管道，木醋易腐蚀设备，难以大规模连续作业，道，木醋易腐蚀设备，难以大规模连续作业， 且焦炭残且焦炭残留杂质太多，留杂质太多， 无实际用途无实际用途 Ø单器热解工艺的特点是：单器热解工艺的特点是：热解、气化和燃烧过程在一个反热解、气化和燃烧过程在一个反应器内进行，气化效率和热效率低由于热解产生的可燃应器内进行，气化效率和热效率低由于热解产生的可燃气体中混有大量氮气，其热值不高垃圾中加入辅助燃料气体中混有大量氮气，其热值不高垃圾中加入辅助燃料的多少依赖于垃圾的处理量和成分。

可燃气体的成分和热的多少依赖于垃圾的处理量和成分可燃气体的成分和热值也随垃圾成分有较大的变化值也随垃圾成分有较大的变化。