第七章 固体废物的热解

1、固体废物处理与处置固体废物处理与处置第七章第七章 固体废物的热解固体废物的热解 固体废物处理与处置固体废物处理与处置 固体废物处理与处置固体废物处理与处置几种固体废物的热解工艺流程2热解的基本原理和方式1第七章 固体废物的热解固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.1 热解的基本原理和方式7.1.1 7.1.1 概述概述7.1.2 7.1.2 热解原理热解原理7.1.3 7.1.3 热解方式热解方式7.1.4 7.1.4 影响热解的主要因素影响热解的主要因素固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.1.1 概述热解（pyrolysis）是将有机物在无氧或缺氧的状态下加热，并由此产生热作用引起化学

2、分解使之成为气态、液态或固态可燃物质的化学分解反应。热解是一种传统的生产工艺，大量应用于木材、煤炭、重油、油母页岩等燃料的加工处理，已经有了非常悠久的历史。热解过程是很复杂的，它与诸多因素有关，例如固体废物种类、固体废物颗粒尺寸、加热速率、终温、压力、加热时间、热解气氛等。固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.1.1 概述废物热解与其它方法如焚烧相比具有一些优点：热解可将固体废物的有机物转化为以燃料气、燃料油和炭黑为主的贮存性能源；热解产生的NOx，SOx，HCl等较少，生成的气体或油能在低空气比下燃烧，排气量也少，对大气污染较小；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；固体废

3、物处理与处置固体废物处理与处置7.1.1 概述因为热解为还原气氛，Cr3+等不会被转化为Cr6+；热分解残渣中无腐败性的有机物，能防止填埋场的公害，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；能处理不适合焚烧和填埋的难处理物。固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.1.2 热解原理 热解过程热解过程固体废物的热解是一个复杂连续的化学反应过程，它包含了大分子键的的断裂，异构化和小分子的聚合等反应，最后生成较小的分子。纤维素分子为例，其热解产物如下：CHCHCOCOOHCOHOHC722832428625106）（固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.1.2 热解原理表表7.1

4、 7.1 各种固体燃料及废物的各种固体燃料及废物的C6HxOyC6HxOy组成组成固体燃料C6HxOyH/CH2+1/2O2H2O完全反应后的H/C固体燃料C6HxOyH/CH2+1/2O2H2O完全反应后的H/C纤维素C6H10O51.67 0.0/6=0.00城市垃圾C6H9.64O3.751.612.14/6=0.36木材C6H8.6O41.430.6/6=0.1新闻纸C6H9.12O3.751.521.2/6=0.20泥炭C6H7.2O2.61.20 2.0/6=0.33塑料薄膜C6H10.4O1.061.738.28/6=1.38褐煤C6H6.7O21.12 2.7/6=0.45厨余

5、物C6H9.93O2.971.664.0/6=0.67烟煤C6H4O0.530.67 2.94/6=0.49无烟煤C6H1.5O0.070.25 1.4/6=0.23固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.1.2 热解原理表表7.2 7.2 热解气体产物成分分析热解气体产物成分分析有机物CO2COO2H2CH4+CnHmN2高位热值/kJkg-1橡胶白松香香枞木新闻纸板纸杂志草蔬菜25.920.335.022.928.930.032.736.745.129.423.930.129.32720.720.90.20.901.31.60.901.02.821.79.415.915.217.818.4

6、1420.925.528.221.517.716.920.8215.12.23.58.37.37.47.46.432603760351032602870281030002900固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.1.2 热解原理 热解产物热解产物 热解过程主要生成的产物有可燃性气体、有机液体和固体残渣。可燃性气体，可燃性气体主要有CH4、H2、H2O、CO、CO2、NH3、H2S、HCN等。有机液体，它是一种复杂的化学混合物。固体残渣，主要是炭黑.固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.1.3 热解方式按加热方式分类按加热方式分类 直接加热法间接加热法按热解温度分类可分为高温热解、中温热解

7、和低温热解。按热解温度分类可分为高温热解、中温热解和低温热解。高温热解中温热解低温热解固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.1.3 热解方式按热解反应系统压力分为：按热解反应系统压力分为：常压热解法和真空热解法。按热解炉的结构可分为：按热解炉的结构可分为：固定床、移动床、流动床和旋转炉等。按热解产物的物理形态可分为：按热解产物的物理形态可分为：气化方式、液化方式和炭化方式。按热解过程是否生成炉渣可分为：按热解过程是否生成炉渣可分为：造渣型和非造渣型。固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.1.4 影响热解的主要因素 反应温度反应温度温度是影响热解的关键因素，热解产物的产量和成分都可通过控制反

8、应器的温度来有效地改变。 反应湿度反应湿度热解过程中湿度会影响产气的量和成分、热解内部化学过程以及整个系统的能量平衡。热解过程中的水分主要来自两方面，一来自物料自身的含水量，二来自外加的高温水蒸汽。固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.1.4 影响热解的主要因素 加热速率加热速率加热速率对热解过程有比较大的影响，从而影响热解的产物的生成。通过加热温度和加热速度的结合，可控制热解产物中各组分的生成比例。 反应时间反应时间是指反应物料完成反应在炉内停留的时间。它与许多因素有关，如物料尺寸、物料分子结构、反应器内的温度水平、热解方式等，而且反应时间还影响热解产物的成分和总量。 废物组成废物组成固体

9、废物处理与处置固体废物处理与处置7.1.4 影响热解的主要因素 废物组成废物组成物料的组成包括有机物成分，含水率，尺寸大小等，这些性质对热解过程有重要影响不同的物料成分不同，可热解性也不一样。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。此外影响热解的因素还有物料的预处理、反应器类型、供气供氧等。固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2 几种固体废物的热解工艺流程7.2.1 7.2.1 污泥的热解污泥的热解7.2.2 7.2.2 废塑料的热解废塑料的热解7.2.3 7.2.3 废橡胶的热解废橡胶的热解7.2.4 7.2.4 城市垃圾的的热解城市垃圾的的

10、热解7.2.5 7.2.5 生物质的热解生物质的热解固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2.1 污泥的热解 污泥热解的特点污泥热解的特点与污泥焚烧工艺相比，污泥热解的主要优点是操作系统封闭，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，因而是一种非常有前途的污泥处理方法和资源化技术。固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2.1 污泥的热解图图7.1 7.1 污泥热解温度与产物生成率的关系污泥热解温度与产物生成率的关系1 1气体；气体；2 2气体、液体；气体、液体；3 3焦油；焦油；4 4残渣残渣固体废物处理与处置固体废

11、物处理与处置7.2.1 污泥的热解 污泥热解工艺污泥热解工艺污泥热解的主要工艺包括：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等过程。图图7.2 7.2 污泥干燥污泥干燥- -热解系统示意图热解系统示意图 1-1-定量进料器；定量进料器；2-2-蒸汽干燥器；蒸汽干燥器；3-13-1号水洗塔；号水洗塔；4-4-热解炉；热解炉；5-5-热风炉；热风炉；6-6-二燃室；二燃室；7-7-余热锅炉；余热锅炉；8-28-2号水洗塔；号水洗塔；9-9-吸水塔；吸水塔；10-10-湿式电除尘器；湿式电除尘器；11-11-碱循环槽；碱循环槽；12-12-灰槽；灰槽；13-13-烟囱烟囱固体废物处理与处

12、置固体废物处理与处置7.2.1 污泥的热解 污泥的低温降解污泥的低温降解现在正在发展的一种新的热能利用技术低温热解。即在小于500、常压和缺氧的条件下，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化成碳氢化合物，最终产物为燃料油、气和炭。图图7.3 7.3 污泥低温热解工艺污泥低温热解工艺固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2.1 污泥的热解 污泥和垃圾联合热解污泥和垃圾联合热解 将污泥与城市和工业废物混合起来进行热解，充分利用其热能，是固体废物热处理的另外一个发展方向。 20世纪70年代以来，西欧各国相继建成了一些联合处理装置。在德国建设的两套工业规模的综

13、合废水处理厂联合热解处理设施，器处理规模已分别达到了3170 t/d和1680 t/d。该系统采用水墙式焚烧炉，脱水污泥用焚烧炉烟道气吹入焚烧炉进行焚烧。产生的蒸汽除用于污泥处理外，还可供局部加热使用。固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2.2 废塑料的热解 塑料热解的特点塑料热解的特点塑料通常分为两大类，热固性塑料和热塑性塑料，前者如酚醛树脂，脲醛树脂等，在日常生活中的应用相对要少些，此类塑料在使用后产生的废物也不适宜作为热解原料。而热塑性塑料种类多，应用广泛，产生废塑料的量也较多。此类废塑料主要有聚乙烯PE，聚氯乙烯PVC，聚苯乙烯PS，聚苯乙烯泡沫PSF，聚丙烯PP及聚四氟乙烯PTE

14、F等。固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2.2 废塑料的热解 热解温度和催化剂热解温度和催化剂塑料种类繁多，不同塑料的热解过程和生成物因塑料的种类不同而有较大差异。图图7.4 7.4 不同塑料的热解图不同塑料的热解图1 1聚氯乙烯；聚氯乙烯；2 2尿素树脂；尿素树脂；3 3聚氨酯；聚氨酯；4 4酚醛树脂；酚醛树脂；5 5聚甲基丙烯酸甲脂；聚甲基丙烯酸甲脂；6 6聚苯乙烯；聚苯乙烯；7 7ABSABS树脂；树脂；8 8聚丙烯；聚丙烯；9 9聚乙烯聚乙烯固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2.2 废塑料的热解表表7.3 7.3 各种沸石催化剂各种沸石催化剂催化剂名称Al2O3Si02Si

15、O4ZHYSK500ZREYSK500SASASASA种类氧化铝，色层分离作用二氧化硅凝胶H-Y沸石，碱性氧化物，0.2%贵金属氧化物-Y沸石，R2O3，10.7%二氧化硅-氧化铝，Al2O3，24.2%二氧化硅-氧化铝，Al2O3，13.2%固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2.2 废塑料的热解 热解设备热解设备 目前国内外废塑料热解反应器种类较多，主要有槽式（聚合浴、分解槽）、管式（管式蒸馏、螺旋式）、流化床式等。 槽式反应器的特点是在槽内的分解过程中进行混合搅拌，物料混合均匀，采用外部加热，靠温度来控制成油形状。该法物料的停留时间较长，加热管表面析出炭后会造成传热不良，须定期清理排

16、出。固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2.2 废塑料的热解 废塑料热解工艺废塑料热解工艺管式蒸馏法热解技术图图7.5 7.5 管式蒸馏法热解工艺流程图管式蒸馏法热解工艺流程图 1 1溶解槽；溶解槽；2 2管式分解炉；管式分解炉；3 3分解槽；分解槽；4 4油品回收系统；油品回收系统；5 5补燃器补燃器固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2.2 废塑料的热解螺旋式热解系统图图7.6 7.6 螺旋式热解系统工艺流程图螺旋式热解系统工艺流程图1 1传送机；传送机；2 2破碎机；破碎机；3 3筒仓；筒仓；4 4气流干燥机；气流干燥机；5 5料斗；料斗；6 6袋虑机；袋虑机；7 7熔融炉；熔融

17、炉；8 8热风机；热风机；9 9微波电源；微波电源；1010贮液槽；贮液槽；1111螺旋式反应器；螺旋式反应器；1212残渣排出机；残渣排出机；1313蒸馏塔；蒸馏塔；1414煤气洗涤器；煤气洗涤器；1515废气燃烧炉；废气燃烧炉；1616重油贮槽；重油贮槽；1717轻重油贮槽；轻重油贮槽；1818盐酸回收塔；盐酸回收塔；1919盐酸槽；盐酸槽；2020中和槽；中和槽；2121碱槽；碱槽；2222中和废液槽中和废液槽固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2.2 废塑料的热解该系统存在的主要问题有：由于抽料泵会造成减压，物料在分解管内停留时间不稳定。高温分解时汽化率高。分解速率低的聚合物不能完

18、全实现轻质化。由于是外部加热，所以耗能比较大。固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2.2 废塑料的热解流化床热解系统（a a）流化床热分解炉）流化床热分解炉 （b b）流化床热分解工艺流程）流化床热分解工艺流程 图图7.7 7.7 流化床热分解装置及工艺流程流化床热分解装置及工艺流程（a a）1 1分解产品；分解产品；2 2溢流管；溢流管；3 3搅拌浆液；搅拌浆液；4 4流态化用空气入口；流态化用空气入口；5 5流动的热媒体管；流动的热媒体管；6 6进料器；（进料器；（b b）1 1废塑料；废塑料；2 2料斗及进料器；料斗及进料器；3 3流化床热分解炉；流化床热分解炉；4 4空气进口；空气

19、进口；5 5流动的热媒体管；流动的热媒体管；6 6预热炉；预热炉；7 7冷却塔；冷却塔；8 8分离槽；分离槽；9 9后燃室；后燃室；1010排气；排气；1111生成油品生成油品固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2.3 废橡胶的热解 热解基本情况热解基本情况废橡胶的热解依靠外部加热打开化学键，使有机物分解、气化和液化。 废橡胶的热解产物废橡胶的热解产物废橡胶的热解产物非常复杂，根据德国汉堡大学的研究，轮胎热解得到的产物中，气体占22%（质量分数）、液体占27%、炭灰占39%、钢丝占12%。固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2.3 废橡胶的热解 废橡胶的热解工艺废橡胶的热解工艺流化床热

20、解炉热解废轮胎工艺图图7.8 7.8 流化床热解废轮胎工艺流程图流化床热解废轮胎工艺流程图1 1加料斗；加料斗；2 2螺旋输送器；螺旋输送器；3 3旋分器；旋分器；4 4气体取样器；气体取样器；5 5流量计；流量计；6 6压气机；压气机；7 7节气阀；节气阀；8 8深度冷却器；深度冷却器；9 9静电除尘器；静电除尘器；1010冷却器；冷却器；1111流化床；流化床；1212加热器加热器176543332121110988热电偶O2 N2固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2.3 废橡胶的热解Beven废橡胶热解工艺图图7.9 7.9 BevenBeven 热解工艺示意图热解工艺示意图固体废

21、物处理与处置固体废物处理与处置7.2.4 城市垃圾的的热解 新日铁系统新日铁系统该系统实际上是一种热解和熔融一体化工艺，通过控制炉温及供氧条件使垃圾在同一炉体内完成干燥、热解、燃烧和熔融。图图7.10 7.10 新日铁系统垃圾热解熔融处理工艺流程新日铁系统垃圾热解熔融处理工艺流程1 1垃圾储槽；垃圾储槽；2 2大型垃圾储槽；大型垃圾储槽；3 3吊车；吊车；4 4破碎机；破碎机；5 5热风炉；热风炉；6 6鼓风机；鼓风机；7 7喷水冷却器；喷水冷却器；8 8电除尘器；电除尘器；9 9烟囱；烟囱；1010引风机；引风机；1111燃烧用鼓风机；燃烧用鼓风机；1212熔融渣槽；熔融渣槽；1313热解熔

22、融炉热解熔融炉固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2.4 城市垃圾的的热解 PuroxPurox系统系统又称纯氧高温热分解法，是美国公司开发一种城市垃圾热解工艺。7.11 7.11 PuroxPurox系统工艺示意流程图系统工艺示意流程图1 1产气装置；产气装置；2 2破碎机；破碎机；3 3磁选机；磁选机；4 4热解熔融炉；热解熔融炉；5 5水洗塔；水洗塔；6 6电除尘器；电除尘器；7 7气体冷凝器；气体冷凝器；8 8出渣装置出渣装置固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2.4 城市垃圾的的热解 Occidental Occidental系统系统是美国开发的一种以有机物液化为目标的热解技

23、术。图图7.12 Occidental7.12 Occidental系统工艺流程图系统工艺流程图1 1破碎机；破碎机；2 2干燥器；干燥器；3 3滚筒筛；滚筒筛；4 4ALAL涡流分选器；涡流分选器；5 5二次破碎机；二次破碎机；6 6沉降室；沉降室；7 7油气分离器；油气分离器；8 8冷却管；冷却管；9 9旋风分离器；旋风分离器；1010压缩机；压缩机；1111换热器；换热器；1212布袋除尘器布袋除尘器固体废物处理与处置固体废物处理与处置7.2.4 城市垃圾的的热解 流化床系统流化床系统流化床热解系统工艺将垃圾破碎至50 mm以下的颗粒，由定量输送带经螺杆进料器加入热解炉内。在流化床内，作为载体的石英砂在热解生成气和柱燃空气的作用下产生流动，从投料口进入的垃圾在流化床内接受热量，在大约500 时发生热分解，热解过程产生的炭黑在此过程中