第七章 固体废弃物热解

1、第七章第七章 固体废弃物的热解（固体废弃物的热解（pyrolysis）22 提提 纲纲概述热解原理热解的主要影响因素热解的工艺与设备几种典型固体废物的热解31 1 概述概述传统：木材木炭、焦煤焦炭、油页岩液体燃料、气煤和半焦传统：木材木炭、焦煤焦炭、油页岩液体燃料、气煤和半焦煤气。煤气。2020世纪世纪7070年代开始应用于有一定能量的有机物固体废物的热解。被年代开始应用于有一定能量的有机物固体废物的热解。被称为第三代废物处理技术。称为第三代废物处理技术。2 2 热解原理热解原理n 定义定义有机物在无氧或缺氧的状态下加热，使之分解的过程。即利用有机有机物在无氧或缺氧的状态下加热，使之分解的过程

2、。即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，由大分子量有机物转化成小分子量的可燃气体、液体燃料键断裂，由大分子量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。和焦炭等的过程。4总的反应为：总的反应为：）固体（炭黑、炉渣等、焦油等）液体（有机酸、芳烃等）、气体（有机固体废物热解 242COCOCHH 5n 热解与焚烧的区别热解与焚烧的区别项目焚烧热解原理 放热、氧化吸热、还原反应产物CO2、H2O可燃的低分子化合物能量综合利用方式产生的热能只能就近利用(发电、加热水或产生蒸汽)产生燃料油气，可贮

3、存和远距离输送n 热解的优点热解的优点l产物为贮存性能源。产物为贮存性能源。l热解为无氧或缺氧分解，因此产生的热解为无氧或缺氧分解，因此产生的NOx、SOx、HCl等较少，等较少，排气量也少，可减轻对大气的二次污染，尤其是对排气量也少，可减轻对大气的二次污染，尤其是对“二二噁噁英英”的抑制。的抑制。l热解时废物中的热解时废物中的S、金属等有害成分大部分被固定在炭黑中。、金属等有害成分大部分被固定在炭黑中。l因为热解为还原气氛，因为热解为还原气氛，Cr+3等不会被转化为等不会被转化为Cr+6 ；l热解残渣中无腐败性有机物，能防止填埋场公害，排出物致密，热解残渣中无腐败性有机物，能防止填埋场公害，

4、排出物致密，废物被大大减容，而且灰渣熔融能防止金属类物质溶出。废物被大大减容，而且灰渣熔融能防止金属类物质溶出。6 温度：低温下，有机废物大分子裂解成较多小分子，油类含量温度：低温下，有机废物大分子裂解成较多小分子，油类含量较多。随着温度升高，许多中间产物也发生裂解，气体产物成较多。随着温度升高，许多中间产物也发生裂解，气体产物成正比增长，各种酸、焦油、炭渣相对减少。正比增长，各种酸、焦油、炭渣相对减少。 加热速率：在较高的加热速率下热解产品气体含量高，随着加加热速率：在较高的加热速率下热解产品气体含量高，随着加热速率的增加，产物中有机物液体的含量逐渐减少。热速率的增加，产物中有机物液体的含量

5、逐渐减少。 保温时间：在反应器中时间与热解过程的处理量成反比，与有保温时间：在反应器中时间与热解过程的处理量成反比，与有机质热解的转化程度成正比。应综合考虑。机质热解的转化程度成正比。应综合考虑。n含水率含水率 ：含水率低，干燥过程耗热少，将废物加热到工作温：含水率低，干燥过程耗热少，将废物加热到工作温度的时间短，易于热解进行。度的时间短，易于热解进行。废物的成分：有机物成分比例大，热值高，则可热解性相对较废物的成分：有机物成分比例大，热值高，则可热解性相对较好，产品热值高，可回收性好，残渣少。颗粒小促进热传递，好，产品热值高，可回收性好，残渣少。颗粒小促进热传递，易于热解反应进行。易于热解反

6、应进行。3 3 热解的主要影响因素热解的主要影响因素7n反应器的形式：固定床处理反应器的形式：固定床处理量大，流化床温度可控性好量大，流化床温度可控性好。气体与物料逆流，时间长。气体与物料逆流，时间长，有较高的有机物转化率；，有较高的有机物转化率；气体与物料顺流，可促进热气体与物料顺流，可促进热传递，加快热解过程。传递，加快热解过程。n空气供氧程度：空气或氧气空气供氧程度：空气或氧气可以促进燃烧，提供热能，可以促进燃烧，提供热能，但空气中但空气中N2N2气含量高，降低气含量高，降低气态产品的热值；氧气需专气态产品的热值；氧气需专门的供氧系统，增加热解成门的供氧系统，增加热解成本。本。 图图 热

7、解产物比例与温度的关系热解产物比例与温度的关系84 4 热解的工艺与设备热解的工艺与设备4.1 热解的工艺热解的工艺热解工艺因热解过程的供热方式、产品状态、热解炉结构等方面的不同而不同。热解工艺因热解过程的供热方式、产品状态、热解炉结构等方面的不同而不同。按供热方式按供热方式( (两种两种) )外加热：外部供给热解所需能量，热效率低；外加热：外部供给热解所需能量，热效率低；内加热：供给适量空气使可燃物部分燃烧提供能量，热效率高，得到普遍应内加热：供给适量空气使可燃物部分燃烧提供能量，热效率高，得到普遍应用。用。按燃烧与热解过程是否在同一反应器中进行按燃烧与热解过程是否在同一反应器中进行( (二

8、种二种) )单塔式：燃烧与热解在同一设备中进行：单塔式：燃烧与热解在同一设备中进行：双塔式：燃烧与热解分别在各自的设备中进行。双塔式：燃烧与热解分别在各自的设备中进行。按炉渣的可生成性按炉渣的可生成性( (二种二种) )造渣型热解造渣型热解非造渣型热解非造渣型热解按热解产物的状态按热解产物的状态( (三种三种) )气化方式；液化方式；炭化方式气化方式；液化方式；炭化方式按热解炉的结构按热解炉的结构固定床式；移动床式；回转式等固定床式；移动床式；回转式等9（1）固定床反应器）固定床反应器(Fixed bed reactor)结构及原理 物料由上部给入，并向下移动，预热的空气和氧气从底部给入并向上

9、移动，热解气体从顶部排出，残渣通过炉蓖由底部排出。上部的预热区温度约90315，高温区的温度可达9801650。特点： 采用逆流式物流方向，延长了反应时间； 上升气流的阻力大，流速相对较低，热解气体中夹带的固体物较少； 粘性原料易结块，需预先干燥； 上行气流温度降低快，产品中焦油含量高,易堵塞气化部分的管道。图图 典型的固定床热解反应器典型的固定床热解反应器4.2 热解的设备热解的设备10（2）流化床反应器）流化床反应器(Fluidized bed reactor)结构及原理结构及原理 原料从中部给入，热气体从底原料从中部给入，热气体从底部给入，并且热气体的流速足部给入，并且热气体的流速足以使

10、物料呈悬浮状态。以使物料呈悬浮状态。特点特点 物料不容易堆积结块物料不容易堆积结块; ; 热解速度快；热解速度快； 热损失大（热解与出口温度基热损失大（热解与出口温度基本相等）本相等） 排出气体中固态物质含量高。排出气体中固态物质含量高。 图图 流化床热解反应器流化床热解反应器11垃圾在水泥厂直接热处理的工艺流程垃圾在水泥厂直接热处理的工艺流程 垃圾处理工艺流程图 12（3）回转窑反应器（）回转窑反应器（Rotary Kiln Reactor）结构及原理结构及原理是一种间接加热的高温反应器。低速转动的倾斜圆筒可以使物料由给料是一种间接加热的高温反应器。低速转动的倾斜圆筒可以使物料由给料端向排料

11、端缓慢移动，圆筒的中部通过燃烧室，温度通过圆筒壁传导给端向排料端缓慢移动，圆筒的中部通过燃烧室，温度通过圆筒壁传导给物料，使物料热解，残渣在排料端靠自重排出，气体则由排料端的上部物料，使物料热解，残渣在排料端靠自重排出，气体则由排料端的上部收集。燃烧室由耐火材料砌筑，圆筒用金属制造。收集。燃烧室由耐火材料砌筑，圆筒用金属制造。也有采用直接加热的回转窑，直接加热时，原料与热气体逆向流动。也有采用直接加热的回转窑，直接加热时，原料与热气体逆向流动。特点：特点：可燃气热值高（物料不与空气接触）可燃气热值高（物料不与空气接触）热效率低（间接加热）热效率低（间接加热） 图图 回转窑热解炉回转窑热解炉13

12、14结构及原理结构及原理由热解和燃烧两个塔组成，两塔之间管道相由热解和燃烧两个塔组成，两塔之间管道相连，固废在热解塔中热解，所需热量由热解连，固废在热解塔中热解，所需热量由热解产生的炭及燃油在燃烧塔内燃烧供给。产生的炭及燃油在燃烧塔内燃烧供给。在燃烧塔内装有热媒体在燃烧塔内装有热媒体( (石英砂石英砂) )，吸收热量，吸收热量并被流化气推动成流态化，经管道流入热解并被流化气推动成流态化，经管道流入热解塔与固废相遇，供给热解能量，然后再经管塔与固废相遇，供给热解能量，然后再经管道返回燃烧塔，重新加热后再返回热解塔，道返回燃烧塔，重新加热后再返回热解塔，往复地在燃烧塔和热解塔内受热和供热。往复地在

13、燃烧塔和热解塔内受热和供热。固废在热解塔内受热分解，生成的气体一部固废在热解塔内受热分解，生成的气体一部分作为热解塔内的流动化气体循环使用，一分作为热解塔内的流动化气体循环使用，一部分成为产品燃烧气，热解生成的炭和油品部分成为产品燃烧气，热解生成的炭和油品作为燃烧塔中的燃料，加热石英砂。作为燃烧塔中的燃料，加热石英砂。在两个塔中有特制的气体分散板旋回运动，在两个塔中有特制的气体分散板旋回运动，形成浅层流动层，固废中的无机物、残渣随形成浅层流动层，固废中的无机物、残渣随流化的热媒体的旋回作用从两个塔的下部排流化的热媒体的旋回作用从两个塔的下部排出。出。（4）双塔循环式反应器（）双塔循环式反应器（

14、Double tower circulating reactor）图图 双塔循环式反应器双塔循环式反应器1.固废；2.加料器；3.热分解槽；4.流化用的蒸汽；5.旋风分离器；6.去除焦油；7.气体冷却洗涤器；8.燃料气体；9.辅助燃料炉；10.炭燃烧炉；11.空气进口；12.辅助燃料进口；13流化用蒸汽；14.燃烧气体洗涤装置；15排气口；16.17.残渣。15双塔热解法的优点双塔热解法的优点燃烧的废气不进入产品气体中，因此可得到高热值的燃烧气；燃烧的废气不进入产品气体中，因此可得到高热值的燃烧气；燃烧塔中热媒体向上流动，可防止热媒体结块；燃烧塔中热媒体向上流动，可防止热媒体结块；炭燃烧需要的

15、空气量少，向外排出废气少；炭燃烧需要的空气量少，向外排出废气少；流化床内温度均一，可避免局部过热；流化床内温度均一，可避免局部过热；由于燃烧温度低，产生的由于燃烧温度低，产生的NOxNOx少，特别适用于处理热塑性塑料含量高少，特别适用于处理热塑性塑料含量高的垃圾。的垃圾。1617185 5 几种典型固废的热解几种典型固废的热解5.1 废塑料废塑料的热解的热解原理原理 将废旧塑料制品中原树脂高聚合物进行较彻底地分解，使其回到低将废旧塑料制品中原树脂高聚合物进行较彻底地分解，使其回到低分子量或单体状态。分子量或单体状态。( (其中有些组分是单体，其它组分则是基本的有其中有些组分是单体，其它组分则是

16、基本的有机原料机原料) )产物产物 产物因塑料而异产物因塑料而异 例如：塑料中含例如：塑料中含Cl-Cl-、CNCN基团，热分解产物中一般就有基团，热分解产物中一般就有HClHCl、HCNHCN；又，塑料制品中的又，塑料制品中的S S含量低，热分解得到的油品的含量低，热分解得到的油品的S S含量也低，是一含量也低，是一种优质低种优质低S S燃料油，根据这一特性，日本开发了以废塑料和高燃料油，根据这一特性，日本开发了以废塑料和高S S重油重油混合热解制取低混合热解制取低S S燃料油的工艺。燃料油的工艺。1920215.2 废橡胶废橡胶的热解的热解n橡胶有天然橡胶和人工橡胶两大类。橡胶有天然橡胶和

17、人工橡胶两大类。n废橡胶主要为天然橡胶制作的废轮胎、工业废皮带和废胶管等；废橡胶主要为天然橡胶制作的废轮胎、工业废皮带和废胶管等；n人工合成橡胶主要有氯丁橡胶、丁腈橡胶等。由于人工橡胶热解会产生人工合成橡胶主要有氯丁橡胶、丁腈橡胶等。由于人工橡胶热解会产生HClHCl和和HCNHCN而不宜热解处理，而不宜热解处理，n故热解主要用于天然废旧橡胶。故热解主要用于天然废旧橡胶。n天然橡胶的热解产物非常复杂，以废旧轮胎为例，其产物有天然橡胶的热解产物非常复杂，以废旧轮胎为例，其产物有 气体：气体：2222，甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、，甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、COCO、H2OH2O、丁二烯等、丁二烯等 液

18、体：液体：2727，苯、甲苯、及其它芳香族化合物；，苯、甲苯、及其它芳香族化合物； 固体：炭灰固体：炭灰3939，钢丝约，钢丝约1212 气体和液体中还有微量的气体和液体中还有微量的H H2 2S S和噻吩和噻吩( (一种含一种含S S的杂环有机物的杂环有机物) )，但，但S S的的含量都低于标准。含量都低于标准。 上述热解产物的组成随热解温度略有变化，一般温度增加，气体含上述热解产物的组成随热解温度略有变化，一般温度增加，气体含量增加。量增加。n废轮胎高温热解靠外部加热使化学链打开废轮胎高温热解靠外部加热使化学链打开, , 有机物得以分解或液化、汽有机物得以分解或液化、汽化。热解温度在化。热

19、解温度在250250500500范围内，当温度高于范围内，当温度高于250250时时, , 破碎的轮破碎的轮胎分解出的液态油和气体随温度升高而增加，胎分解出的液态油和气体随温度升高而增加，400400以上时依采用的方法以上时依采用的方法不同不同, , 液态油和固态炭黑的产量随气体产量的增加而减少。液态油和固态炭黑的产量随气体产量的增加而减少。22废橡胶的热解流程废橡胶的热解流程废轮胎一般采用流化床和回转窑作为热解炉，工艺过程包括：废轮胎一般采用流化床和回转窑作为热解炉，工艺过程包括：预处理预处理用剪切破碎机破碎至用剪切破碎机破碎至5mm5mm，用磁选去除金属丝，用磁选去除金属丝热解热解 废轮胎

20、粒子废轮胎粒子螺旋给料机螺旋给料机电加热反应器电加热反应器( (产生热解气流产生热解气流)静电除尘器静电除尘器( (固气分固气分离去除炭灰离去除炭灰)深度冷却器深度冷却器气液分离气液分离 ( (热解油冷凝回收，未冷凝气体为热解提热解油冷凝回收，未冷凝气体为热解提供热能供热能) )日本、美国、前西德研制了一种轮胎不破碎直接进行热解的流化床反应器：日本、美国、前西德研制了一种轮胎不破碎直接进行热解的流化床反应器：流化床由石英砂或炭黑构成，整个轮胎通过气锁进入反应器，到达流化床后流化床由石英砂或炭黑构成，整个轮胎通过气锁进入反应器，到达流化床后，慢慢地沉入砂内，热砂粒使轮胎热透软化，流化床内的砂粒与软化的轮胎，慢慢地沉入砂内，热砂粒使轮胎热透软化，流化床内的砂粒与软化的轮胎不断交换热量并发生摩擦，使轮胎不断分解，一般，不断交换热量并发生摩擦，使轮胎不断分解，一般，2 23min3min即完全分解。即完全