固体废物处理与资源化固体废弃物的热解实用教案

1、8-1 热解原理(yunl)一热解的定义(dngy) 热解在英文中使用“pyrolysis”一词，在工业上也称为干馏。它是在无氧或缺氧状态下加热(ji r)，使之分解为：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；在常温下为液态的包括乙酸、丙酸、甲醇等化合物在内的燃料油；纯碳与玻璃、金属、土砂等混合形成的炭黑的化学分解过程。第1页/共42页第一页，共43页。过程热量产物热量的利用技术要求、处理成本焚烧放热过程CO2、H2O可发电或供热，适合于就近利用一般热解吸热过程可燃的低分子化合物（包括气态、液态、固态产物）可作为燃料或原料，可贮存和远距离输送较高、处理成本高焚烧法与热解法(j

2、i f)比较第2页/共42页第二页，共43页。二热解原理(yunl)有机物的热解反应可以用下列(xili)通式来表示；有机物 热 gG（气体(qt)H2、CO、CO2、H2O） 无氧或缺氧 sS（固体炭黑、炉渣） lL（液体有机酸、芳烃、焦油）纤维素 CO、CO2、H2O、C 左旋葡萄糖 可燃性挥发组分 炭黑燃烧火焰燃烧 1237645O2O2第3页/共42页第三页，共43页。表8-1 各种固体燃料组成(z chn)及以C6HxOy表示的固体废物组成(z chn)固体燃料C6HxOyH/CH2+1/2O2 H2O完全反后的H/C纤维素 C6H10O5 1.670.00/6=0.00木材C6H8

3、.6O4 1.430.6/6=0.1泥炭C6H7.2O2.6 1.202.0/6=0.33褐煤C6H6.7O2 1.102.7/6=0.45半烟煤C6H5.7O1.1 0.953.0/6=0.50烟煤C6H4O0.53 0.672.94/6=0.49半无烟煤C6H2.3O0.14 0.382.0/6=0.33无烟煤C6H1.5O0.07 0.251.4/6=0.23固体废物城市垃圾C6H9.64O3.75 1.612.14/6=0.36新闻纸C6H9.12O3.931.521.2/6=0.20塑料薄膜C6H10.4O1.06 1.738.28/6=1.4厨余物C6H9.93O2.97 1.66

4、4.0/6=0.67第4页/共42页第四页，共43页。热解过程的化学反应(huxu fnyng)包括：裂解(li ji)反应： 异构反应(fnyng) 去氧去氮过程： 此外，还有环化、热聚合反应等 第5页/共42页第五页，共43页。三热解工艺(gngy)热解产物的组成(z chn)和数量，基本上可由下面因素决定：物料特性(txng)及预处理情况热解反应器里的温度水平和物料的停留时间热解的方法：直接加热或间接加热第6页/共42页第六页，共43页。1按供热方式(fngsh)的分类直接(zhji)加热法 供给被热解物的热量是被热解物（所处理的废物）部分直接燃烧或者向热解反应器提供补充燃料(rnlio

5、)燃烧时产生的热。 直接加热法的设备简单，而且采用高温，其处理量和产气率也较高，但所产气热值不高，作为单一燃料直接利用还不行，另外，高温热解，在NOX产生的控制上，还需认真考虑。第7页/共42页第七页，共43页。间接(jin ji)加热法 是将被加热的物料与直接供热介质在热解反应器（或热解炉）中分离开的一种方法。可利用干墙式导热或一种中间介质来来作为传热(chun r)（热砂料或熔化的某种金属床层）。 间接加热一般而言，其物料被加热的性能较直接加热法差，从而增长了物料在反应器内的停留时间，即间接加热法的生产率是低于直接加热法的，间接加热法不可能采用(ciyng)高温热解方式，这可减轻对NOX产

6、生的顾虑。 第8页/共42页第八页，共43页。2按热解温度(wnd)的分类 高温(gown)热解 ：热解温度1000 中温热(wn r)解 热解温度600700之间 低温热解 热解温度600第9页/共42页第九页，共43页。四影响(yngxing)热解的主要参数 温度：热解产品的产量和成分可由控制反应器的温度来有效地改变。温度升高，产气量增加；当温度超过800时，T升高CO/CO2的比值增大(zn d)；焦炭的碳成分，随着温度和湿度的增加，C含量会降低。 第10页/共42页第十页，共43页。湿度：主要表现在影响产气的产量和成分、热解的内部化学过程以及影响整个系统的能量平衡。物料中WY的含量增高

7、，其可热解的干物质比例就减少，以应用基为基础的有用热解产物量就少，同时(tngsh)要求的干燥热量增加。这就会带来两种结果：一是系统的外加热量增多，一是净产出能源减少。在热解进行的内部化学反应过程中，水分对产气量和成分都有明显影响。第11页/共42页第十一页，共43页。CH4 2H2O CO2 4H2 900 被热解物料的水分高低与整个系统的能量平衡有直接(zhji)关系。可用能量导出率R指标进行讨论： QhhRinout式中：R为能量(nngling)导出率；hout为热解产气的能量(nngling)；hin为加入热解系统的能量(nngling)。500-550 第12页/共42页第十二页，

8、共43页。 反应时间 ：反应时间是指反应物料完成反应在炉内的停留时间，与物料尺寸，物料分子结构物性、反应器内的温度水平、热解方式等因素有关(yugun)，并且影响热解产物的成分和总量 。 压力 固体废物热分解一般在常压高温下进行，加压低温热分解时，可以增加油的转化率，但设备、技术要求都比较复杂 。 加热速率：低温-低速加热条件下，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，而难以进一步分解，固体产率增加；高温-高速加热条件下，有机物分子结构发生全面断裂，生成大范围的低分子有机物，产物中气体组分增加。 第13页/共42页第十三页，共43页。8-2热解反应器1.固定床反应

9、器第14页/共42页第十四页，共43页。第15页/共42页第十五页，共43页。2.流化床反应器第16页/共42页第十六页，共43页。3.回转炉(zhun l)第17页/共42页第十七页，共43页。4.双塔循环式热解反应器第18页/共42页第十八页，共43页。8-3 典型(dinxng)固体废物的热解一废塑料的热解 废塑料热解处理的主要产物为C1C44的燃料油和燃料气以及固体(gt)残渣。在通常情况下，热解产生的燃料气基本上在系统内部全部消耗掉，生成的燃料油也部分得到消耗。在配备发电设施的系统中，最终得到的燃料油产品约为总投入物料的40%。 目前，国内大宗的塑料(slio)品种主要有：聚乙烯（P

10、E）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）。第19页/共42页第十九页，共43页。1.废塑料热解的一般(ybn)工艺（1）热分解图第20页/共42页第二十页，共43页。（2）热分解产物(chnw) 热分解生成物因塑料种类不同而有较大差别(chbi)。一般热分解反应能产生四类反应产物：烃类气体(qt)（碳分子数为C1C5）油品（汽油碳分子数为C5C11），柴油碳分子数为C12C22），重油碳分子数大于C20），石蜡焦炭 不同的反应产物的产量取决于塑料的种类、反应条件、反应器类型和操作方法等。第21页/共42页第二十一页，共43页。塑料(slio)热分解反应的机理模式废塑料柴油(c

11、hiyu)汽油(qyu)气体重油焦炭焦炭柴油汽油气体气体焦炭焦炭气体第22页/共42页第二十二页，共43页。原料PE（）PP（）PS（）混合（）回收率 油 气体93.2 6.3 油 气体83.4 14.6 油 气体91.9 6.1 油 气体90.0 6.0几种典型(dinxng)塑料的热分解回收率第23页/共42页第二十三页，共43页。（3）热分解的一般(ybn)过程前处理(chl)分离、粉碎熔融(rngrng)溶解热分解（催化）冷却、凝缩回收生成油生成油中和处理废渣等残渣处理过滤等废塑料残渣、炭、金属等食盐、氯化钙加热可燃性气体（HCl气体） 可燃性气体 （H2、CH4、C2H8）排气处理，

12、再利用（燃料、发电）- （溶剂）废塑料热解油化工艺过程第24页/共42页第二十四页，共43页。废塑料PEPPPSPVC熔融(rngrng)（熔融(rngrng)釜）约300微压 中和处理(chl)（湿式中和装置）干燥(gnzo)（干燥(gnzo)器)中和处理（HCl吸收塔）热解气体（加热炉燃料）热解（热解釜）约400微压 HClHCl残渣热解气催化热解（催化反应塔）约300微压ZSM-5催化剂 冷却燃料油汽油煤油、柴油分离（分离塔）处理规模为500t/a的KPY型废塑料油化装置系统示意图 第25页/共42页第二十五页，共43页。2. 槽式热解工艺(gngy)分为(fn wi)聚合法和分解槽法第

13、26页/共42页第二十六页，共43页。第27页/共42页第二十七页，共43页。3. 管式热解工艺(gngy)第28页/共42页第二十八页，共43页。第29页/共42页第二十九页，共43页。4. 流化床热解工艺(gngy)日挥公司与北海道工业开发(kif)试验所研究的流化床热分解工艺第30页/共42页第三十页，共43页。5. 催化(cu hu)热解工艺第31页/共42页第三十一页，共43页。二、污泥(w n)热解工艺流程第32页/共42页第三十二页，共43页。第33页/共42页第三十三页，共43页。三、城市(chngsh)生活城市(chngsh)垃圾的热解 城市垃圾的热解技术(jsh)可以根据装

14、置的类型分为：移动床熔融炉方式；回转窑方式；流化床方式；多段炉方式；Flush Pyrolysis方式。 第34页/共42页第三十四页，共43页。1新日(xn r)铁系统第35页/共42页第三十五页，共43页。2Purox系统(xtng)（U.C.C纯氧高温热分解法） 美国(mi u)Union Carbide Corp.开发第36页/共42页第三十六页，共43页。3Torrax系统（高温熔融(rngrng)热解法）在美国纽约首先(shuxin)建成第37页/共42页第三十七页，共43页。4Occidental系统(xtng)第38页/共42页第三十八页，共43页。5Garret系统(xtng

15、)（管型瞬间热分解）第39页/共42页第三十九页，共43页。6Landgard系统(xtng)（回转窑热解法）第40页/共42页第四十页，共43页。比较项目Landgard系统Garret系统Torrax系统Purox系统投资额645657485687偿还费2151218416442280运转费3606368332733576运转费总额5757587749175856回收资源折价3930283520704668净处理费用1827304228471188 城市生活垃圾回收能量方法的经济比较（1000t/d) 单位(dnwi)：日元/t以每日处理(chl)1000吨为基准，投资偿还期假设15年，年息7。 Torrax系统处理(chl)费用最低， Garret系统的处理(chl)费用最高。第41页/共42页第四十一页，共43页。谢谢您的观看(gunkn)！第42页/共42