热解炭化技术

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）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祌类、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，尤其重视各祌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布有较大影响，建议生物质热解的温度在350℃~600℃之间，固体产物焦炭的生产率在15~35%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. Sjöström, 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400℃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, 2003; 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400~600℃下热解的产物生产率，发现随着温度的升高，焦炭产率由400℃的23%，下降至600℃的19%。Matsuzawa研究了在435℃、445℃和455℃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

2）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4~10美元/吨。

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

锅炉或

燃烧室

图 1 日本首例炭化厂工艺流程2007年该厂运行情况

该厂运行初期曾遇到粉碎、干燥、物料输送等技术问题，炭化炉与热解气焚烧室外侧表面部分腐蚀，是运行中比较严重的问题，后来都通过工程手段予以解决。

注：部分内容译自：