固体废物热解处理课件

固体废物热解处理环境专业课：固体废物处理与处置1、热解的定义和特点热解（Pyrolysis）：是将有机物在无氧或缺氧状态加热，使之成为气态、液态或固态可燃物质的化学分解过程。热解技术是一种传统的工业化作业，大量应用于木材、煤炭、重油等燃料的加工处理。例如：木材通过热解干馏可得到木炭；以焦煤为主要成分通过煤的热解炭化可得到焦炭；以气煤、半焦等为原料通过热解气化可得到煤气。环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置热解的主要特点可将固体废物中的有机物转化为以燃料气、油和炭黑为主的储存性能源；由于是无氧或缺氧分解，排气量少，因此，采用热解工艺有利于减轻对大气环境的二次污染；废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在炭黑中；由于保持还原条件，Cr3+不会转化为Cr6+

；NOx的产生量少。环境专业课：固体废物处理与处置热解与焚烧的区别焚烧热解需氧氧化反应过程无氧或缺氧反应过程放热吸热产物为二氧化碳和水产物为可燃的低分子化合物、无机气体产生的热能一般就近直接利用产生的可燃性产物如油、气、炭黑可储存及远程输送环境专业课：固体废物处理与处置2、热解的过程及产物热解反应过程可用下述通式表示：环境专业课：固体废物处理与处置以纤维素热分解为例：环境专业课：固体废物处理与处置热解产物热解过程的主要产物有：可燃性气体：H2、CO、CH4、C2H4和其它少量高分子碳氢化合物气。热值可达6390~10230kJ/kg(固体废物)，而维持热解过程所需的热量约为2560kJ/kg(固体废物)，故剩余气体变成热解过程的有使用价值的产品。有机液体：复杂的化学混合物（焦木酸）、焦油、烃类油。固体残渣：炭黑，即轻质碳素物质，热值约为12800~21700kJ/kg。环境专业课：固体废物处理与处置热解产物的产量、构成与热解原料成分、热解温度、加热速率和反应时间等参数有关。环境专业课：固体废物处理与处置3、热解技术影响因素影响热解的主要因素包括：废物成分物料的预处理含水率反应温度加热速率环境专业课：固体废物处理与处置

废物成分由于废物的组分不同而致热解的超始温度各有差异，因此，对热解过程的产物成分及产率也有较大影响。环境专业课：固体废物处理与处置

物料的预处理若物料颗粒大，则传热速及传质速率较慢、热解二次反应增多，对产物成分有不利影响。而颗粒较小将促进热量传递，从而使高温热解反应更容易进行。有必要对热解原料进行适当破碎预处理，使其粒度既细小而又均匀。环境专业课：固体废物处理与处置

含水率通常含水率越低，物料加热速率越快，越有利于得到较高产率的可燃性气体。环境专业课：固体废物处理与处置反应温度环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置加热速率环境专业课：固体废物处理与处置总体上讲，在低温加热条件下，有机物分子有足够的时间在其最薄弱的接点处分解，并重新结合为热稳定性固体，而难以进一步分解，此时的固体产率增加；而在高温、高速加热条件下，有机物分子结构发生全面热解，生成大范围的低分子有机物，产物中的气体组分有所增加。环境专业课：固体废物处理与处置4、热解工艺分类按加热方式分类：间接加热：将物料与直接供热介质在热解反应器（或热解炉）中分开的一种热解过程。可利用间壁式导热或以一种中间介质（热砂料）来传热，加热被热解物料。适用于小规模处理场合。直接加热：热解反应所需的热量是被热解物料直接燃烧（注：物料部分燃烧或热解产物燃烧）或向热解反应器提供的补充燃料燃烧产生的热。环境专业课：固体废物处理与处置按热解温度分类：低温热解：热解温度一般在600oC以下，适用于农、林业废物生产低硫低灰分的炭。中温热解：热解温度一般在600oC~700oC之间，适用于单一物料（如废轮胎、塑料）的热解转化。高温热解：热解温度一般在1000oC以上。环境专业课：固体废物处理与处置按热解炉的结构分类：固定床热解炉移动床热解炉流化床热解炉旋转炉按热解产物的物理形态分类：气化方式液化方式炭化方式环境专业课：固体废物处理与处置按热分解与燃烧反应是否在同一设备中进行分类：单塔式双塔式按热解过程是否生成熔渣分类：造渣型非造渣型环境专业课：固体废物处理与处置5、典型固体废物的热解城市生活垃圾的热解污泥的热解农林废物的热解废塑料的热解废橡胶的热解环境专业课：固体废物处理与处置5.1城市生活垃圾的热解新日铁系统Purox系统Landgard系统Occidental系统Garret系统环境专业课：固体废物处理与处置（1）新日铁系统是一种热解和熔融为一体的综合处理工艺，通过控制炉温及供氧条件，使垃圾在同一炉内完成干燥、热解、燃烧和熔融。系统采用竖式热解熔融炉。系统采用空气作为助燃气。环境专业课：固体废物处理与处置干燥段温度约为300oC；热解段温度为300~1000oC；熔融段温度约为1700~1800oC。可不空气或环境专业课：固体废物处理与处置空气环境专业课：固体废物处理与处置（2）Purox系统Purox系统又称为UCC纯氧高温热分解法，是由美国联合碳化公司（UnionCarbideCorp）开发的城市垃圾热解工艺，于1974年在西弗吉尼亚州建成了处理能力180t/d的生产装置。系统采用竖式热解熔融炉。系统采用纯氧作为助燃气。工作原理：纯氧由炉底送入燃烧区，参与垃圾燃烧。熔融渣炉底连续排出，经水冷后形成坚硬的颗粒物质。热解气以90oC的温度从炉顶排出，净化后含有约75%的CO和H2，其体积比约为2:1。Purox系统的参量主要消耗在垃圾的破碎和热解所需助燃氧气的制造。环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置（3）回转窑式热解系统（Landgard系统）回转窑式热解系统（蒋P258）环境专业课：固体废物处理与处置（4）Occidental系统Occidental系统是由美国OccidentalResearchCorporation(ORC)开发的以有机物液化为目标的热解技术。Occidental系统热解设备为一不锈钢筒式热解反应器。工作过程：有机原料由空气输送至炉内，与加热至760oC的炭黑混合在一起，在通过反应器的过程中实现热解。热解气、固混合体首先经过旋风分离器分离出炭黑颗粒，在炭黑燃烧器燃烧加温后送至热解反应器用作后续有机物热解的热源。热解气体经80oC急冷分离出燃料油进入油罐，未液化的残余气体一部分用作垃圾输送载体，其余部分用作加热炭黑和送料载气的热源。环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置（5）Garret系统Garret系统是由美国Garret研究和发展公司开发的热分解系统。该系统采用外加热式热解炉。工作过程：经过二次破碎的粒度约0.36mm的轻组成由气流送入管式热解炉，该炉为外加热式热解炉，炉温约为500oC，有机物在送入的瞬间即已分解，产品经旋风分离器除去炭粒，再经冷凝分离后得到油品。环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置5.2污泥的热解优点：操作系统封闭，污泥减容率高，无污染气体排放，几乎所有的重金属颗粒都残留在固体剩余物中，在热解的同时还可实现能量的自给和资源的回收，是一种非常有前途的污泥处理方和资源化技术。将干燥污泥放入保持一定温度的反应管中，最终可得到可燃性气、常温下为液态的燃料油、焦油以及包括炭黑在内的残渣等。环境专业课：固体废物处理与处置随着热解温度的提高，污泥转化为气态物质的比率上升，固态残渣比率下降。环境专业课：固体废物处理与处置污泥热解工艺污泥热解的炉型通常采用竖式多段炉。主要工序：污泥脱水→干燥→热解→炭灰分离→油气冷凝→热量回收→二次污染防治。环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置污泥的低温热解在小于500C、常压和缺氧条件下，借助污泥中所含的硅酸铝和重金属（尤其是铜）的催化作用，将污泥中的脂类和蛋白质转变成碳氢化合物，最终产物为燃料油、气和炭。第一座工业规模的污泥炼油厂建于澳大利亚的柏斯，处理干污泥量可达25t/d。环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置5.3农林废弃物的热解我国是一个农业大国，每年有大量的农林废弃物产生，仅秸秆一项每年就有约7×108t。农业废料的组成主要是糖类（碳水化合物），其中C、O、H的质量分数达70~90%，其次含有丰富的N、P、S、Si等常量元素，以及多种微量元素，属于典型的有机物质。干燥后的农业废料热值一般为12000~16000kJ/kg。环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置环境专业课：固体废物处理与处置武汉再次被雾霾笼罩仍为周边省份焚烧秸秆所致环境专业课：固体废物处理与处置武汉再次被雾霾笼罩仍为周边省份焚烧秸秆所致记者从湖北省环保厅了解到,据环保部卫星监测数据显示,6月上旬开始,部分省份出现了秸秆焚烧现象,这是6月11日武汉发生严重灰霾天气的污染源。6月13日,江苏、河南、山东、安徽等地仍有1600多个秸秆焚烧火点。6月14日,河南商丘、驻马店和安徽宿州等地仍有较多火点,并成为6月15日武汉第二轮雾霾天气的污染源。武汉中心气象台首席预报员徐双柱说,正当周边部分省份焚烧秸秆时,空气湿度大、逆温层、偏北风这3种天气现象在武汉同时出现,于是,就形成了雾霾。具体来说,6月10日和14日,即两轮雾霾的前一天,武汉均出现了降雨,造成空气湿度较大,易使空气中的悬浮颗粒凝结成霾；6月11日和15日,受偏北气流影响,周边省份焚烧秸秆的烟雾被吹到了武汉；6月11日和15日,武汉出现逆温现象,即气温随高度的增加而升高,造成空气难以对流,不利于污染物扩散。环境专业课：固体废物处理与处置（1）农林废弃物生产草煤气热解原理：在空气供应不足的情况下，在较低温度下燃烧农林废弃物，可生成一氧化碳和氢气为主要成分的可燃气体，俗称草煤气。草煤气生成原理如图所示：环境专业课：固体废物处理与处置常用气化炉的类型有：上吸式气化炉改进型上吸式气化炉下吸式气化炉循环流化床气化炉环境专业课：固体废物处理与处置上吸式气化炉湿物料从顶部加入后，被上升热气流干燥并将水蒸气排出，干燥后的物料下降时被热气流加热并热解，释放出挥发组分。剩余的炭继续下降，并与上升的CO2和水蒸气反应，还原成CO、H2及有机可燃气体，剩余的炭继续下行，在炉底被进入的空气氧化，产生的燃烧热