热解炭化技术

1、热解炭化技术美国：是最早开展城市生活垃圾热解处理的国家，早在1929年就对垃圾进行了高温热解的实验研究。1967年Kisser和Friedmdii进行了均质有机废物高温热解的试验，随后进 一步进行了对非均质废物（如城市生活垃圾）的高温热解的 研究，结果显示垃圾热解产生的气体可以用作锅炉燃料。随 后Hoffman和Fitz在实验室中使用一种干馏系统分解典型 的城市生活垃圾，研究结果表明，高温分解产物包括气体、 焦油及各种形式的固体残渣。同时还证明了高温分解一旦开 始，它就能自动维持下去，因为反应产物可以作为加热热解 系统的能源。欧洲：建立了一些以垃圾中的纤维素物质（如木材、庭 院废物、农业废物等

2、）和合成高分子物质（如废塑料、废橡 胶等）热解实验性装罝，其目的是将热解作为焚烧处理的辅 助性手段。在欧洲，主要根据处理对象的神类、反应器的类 型和运行条件对热解处理系统进行分类，研究不同条件下产 物的性质和组成，尤其重视各神系统在运行上的特点和问 题。加拿大：热解技术研究主要围绕农业废弃物等生物质， 特别是木材的气化进行的。加拿大政府于二十世纪70年代末期，开始了以利用大量存在的废弃生物质资源为目的的研 发计划，相继开展了利用回转窑、流化床对生物质进行气化 和利用催化剂对木材高温液化的研究。日本：对城市生活垃圾热解技术的研究是从1973年开始的，主要是为配合热解气化熔融技术而进行的，且新日铁

3、 的城市生活垃圾热解熔融技术在世界上最早实现工业化。1)实验室研究进展经过科学家的不断摸索研究，热解工艺理论研究已初具 规模。热解过程包含四个连续的热反应阶段。第一阶段为吸 热脱水阶段，温度较低，析出结合水，聚合物开始裂解。第 二阶段为挥发分大量析出阶段，一氧化碳出现最大生成速 率，同时生成少量液体产品。前两阶段均为吸热反应。第三 阶段为二次裂解阶段，是液体产物的主要生成阶段，气体产 物可燃成分大量增加，释放大量的热。第四阶段固体产物焦 结构固化、压缩，挥发物质减少，固定碳含量增加，同时生 成氢和CO等。该阶段也是放热反应。已有研究显示，升温 速率对液体产物影响不大，但对气体产物和固体产物的分

4、布 有较大影响，建议生物质热解的温度在350C600 C之间，固体产物焦炭的生产率在1535%之间，流化床的应用较为广泛。美国、欧洲：首先针对生物质的三种主要成分木质素、半纤维素、纤维素开展了热解机理研究(E. Sj?str?m, 1993;F. Shafizadesh, 1985)。在此基础上，展开了广泛的实验室研 究，包括不同生物质原料 (如木材(Joseph, 1996; Lim, 1993)、 椰子壳(Iniesta, 2001 )、塑料(Uzumkesici, 1999)、甘蔗渣(Strezov, 2007; Katyal, 2003)等)的热解过程分析、产物生成速率、产物分布等，研

5、究了热解温度、蒸气停留时间、升 温速率等不同参数对热解过程的影响，对产物的特性进行了 评价，发展了流化床、烧蚀反应器、循环式流化床、旋转炉 等不同类型的反应器。伴随着人们对城市生活垃圾处理处置 的重视，以及生活垃圾传统处理工艺暴露出的问题，人们逐 渐将热解技术应用于生活垃圾的处理。针对MSW炭化温度这一核心参数，美国学者认为(Bridgwater and Peacocke, 1999;Bridgwater, 2012 ),控制炭化温度在 400C左右，蒸气停留时 间在数天时，有利于固体产物的生成，其液体、固体和气体 产物的比例约为 30%、35%和35%。印度：研究集中于腰果壳 (Das, 2

6、003; Das, 2004)、甘蔗 渣(Das, 2004; Parihar, 2007)、花生榨油残渣 (Agrawalla, 2011、等原料。印度理工学院(Das? 2003、研究了 400600C 下热解的产物生产率，发现随着温度的升高，焦炭产率由400 C的 23%，下降至 600C 的 19%。Matsuzawa 研究了在435C、445C和455C下城市生活垃圾热解后的固体产物的 理化特性，认为可用作热解反应过程燃料，满足热解过程对 能量的需求。表2列出了大多数目前已知的最近和现有的热解工艺的研究和运行实例表1国外实验室热解反应器应用反应器类型生产商运行或研究机构处理量/kg/

7、hFluid bedAgritherm,CanadaAdelaideU,Australia1BiomassEngineering Ltd,UKAston U., UK5Dynamotive,CanadaCirad, France2RTI, CanadaCurtin U, Australia2ECN, NL1Iowa State U., USA6NREL, USA10PNNL, USA1TNO, Netherlands10USDA, ARS, ERRC,USA1U. Seoul, KoreaN/ATransport ed bed&CFBEnsyn, CanadaCPERI, Greece

8、1Metso/UPM,FinlandU. Birmingham, UKN/AU. Nottingham, UKN/AVTT, Finland20Rotating coneBTG,NetherlandsBTG, Netherlands10Integral catalytic pyrolysisBioEcon,NetherlandsBattelleColumbus,USA1Kior USAPNNL, USA1TechnicalU.ofMunichN/AU.MassachusettseAmhurst, USAN/AVirginiaTech. U.,USA3TNO, Netherlands30Abla

9、tivePyTec, GermanyAston U., UK20InstituteofEngineering15TechnicalU.Denmark1.5Augur orScrewAbritech, CanadaAuburn U. USA1.0LurgiLR,GermanyKIT (FZK), Germany500RenewableOilIntl, USAMississippi State U.,USA2MichiganState U.USA0.5Texas A&M U., USA30Moving bed and fixed bedAnhuiYinengBio-energyLtd.,

10、ChinaAnadolu University,TurkeyN/ASci.&Technol.,Japan0.1U. Auto'nomadeN/ABarcelona, Spain2）工程化应用鉴于其良好的资源化前景，人们一直推动生活垃圾热解 技术走向工业化实践和工程应用。日本：生活垃圾低温热解炭化技术最早应用于工业化， 每年连续运行达。生活垃圾进炉前一般先干燥处理，部分需 要将重金属分选出来。新建炭化厂产品焦热值较高，达20900kJ/kg，用于锅炉燃料、水泥窑燃料、热电站以及钢铁 生产企业的燃料，销售价格410美元/吨。数量处理规模炭化工艺炭化温度运行时间日本6 座(2002-

11、2005年)2060 吨/天流化床和旋转炉400600C206336天/年1座（规划在高萩市）25吨/天1座（规划在丹波市）60吨/天2002年日本建设了第一座生产规模并稳定运行的城市生活垃圾炭化厂原料处理规炭化工艺炭化温运行时间模度由于日本有完善的70吨/天旋转炭化45055可连续24生活垃圾分类体系，（两条炉，产物焦0C小时运行，般分类为可燃垃生产线经洗气脱206336圾、不可燃垃圾、可并行，单氯、脱水后天/年回收垃圾和大型垃条35吨/造粒（块状圾。因此用于处理的天）原料）,制成原料生活垃圾为可产品焦，用燃垃圾和可燃大型于替代燃垃圾部分。进料生活料。热解气垃圾先破碎处理，含和焦油用于水率降至1015%炭化所需能wt.% ,然后进入旋转量。炭化炉锅炉或 燃烧室热解气和焦油进料*粉碎干燥造粒，制 产品焦1图1日本首例炭化厂工艺流程2007年该厂运行情况旋转炭化炉（450550C ）产物焦 洗气*脱水原料产飞环保控制不可燃产品焦的特隹八、灰残渣性处理牛活 垃圾13856 吨（湿基，含水率按56% 计），含水率35%3247吨，产 品焦 产率 为23%（湿 基计）108吨烟气采用水 幕除尘、活性炭喷雾和布 袋除尘，排放的NOx小于100ppm ，二恶英排放小于 O.OIng。飞灰浸出测试 铅浓度低于0.3mg/L，经螯合处理后填埋。194