固体废物的热解的基本原理和处理技术

二、热解过程及产物
1. 有机物的热解反应可以用下列通式来表示：
上述反应产物的收率取决于原料的化学结构、 物理形态和热解的温度及速度。
如Shafizadeh等人对纤维素的热解过程进行 了较为详细的研究后．提出了用下图描述纤维 素的热解和燃烧过程。
2. 热解反应所需的能量取决于各种产物的生 成比，而生成比又与加热的速度、温度及原 料的粒度有关。
他认为通过部分燃烧热解产物来直接提供 热解所需热量的情况，应该称为部分燃烧 (Partial-combustion)或缺氧燃烧 (starved-air-combustion)。
他还提倡将二者统称为PTGL(Pyrolysis, Thermal Gasfication or Liquification) 过程。美国化学会为了表示对J．Jones的 尊敬采纳了这一倡议，而将在欧洲和日本 广为流行的不进行破碎、分选，直接焚烧 的方式称为mass burning。
(4)由于保持还原条件，Cr3+不会转化为Cr6+；
(5)NOx的产生量少。
美国：微生物学、热化学两条技术 路线
热化学：
(1)以产生热、蒸汽、电力为目的的燃烧技术；
(2)以制造中低热值燃料气、燃料油和炭黑为目 的的热解技术；
(3)以制造中低热值燃料气或NH3、CH30H等 化学物质为目的的气化热解技术
废塑料 高热值——焚烧——损伤焚烧设备； 焚烧产物——二噁英的主要来源 所以，各国制定……限制大量焚烧废塑料
——塑料热解制油技术的发展
第一节 热解原理及方法
一、热解的定义
热解在英文中使用“pyrolysis”一词．在工 业上也称为干馏。它是将有机物在无氧或 缺氧状态下加热，使之分解为：
①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；
PET、ABS树脂等在其分子构造中含有氮、氯等元素， 热解过程中会产生有害气体或腐蚀性气体，也不适 宜作为热解原料。
塑料裂解过程
以聚烯烃类塑料为例， 直链碳氢化合物——熔融软化为液体——低
分子碳氢化合物 (碳链范围约为1～44)再通 过合成沸石催化剂——分子量更小的碳氢 化合物。
上图是碳链范围为4000～12000的PE在常 压、450℃条件下热解所得油品的相对分子 质量分布图。
②在常温下为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇 等化合物在内的燃料油；
③纯碳与玻璃、金属、土砂等混合形成的炭 黑的化学分解过程。
最经典定义：斯坦福研究所的 J．Jones （Stanford Research Institute，SRI) 提出
的： “在不向反应器内通入氧、水蒸气或加热 的一氧化碳的条件下，通过间接加热使含碳有 机物发生热化学分解，生成燃料(气体、液体和 炭黑)的过程”。
PE、PP、PS、PVC等热塑性塑料当加热到300～ 500℃时，大部分分解成低分子碳氢化合物，特别是 PE、PP、PS其分子构成中只包括碳和氢，热解过程 中不会产生有害气体，是热解油化的主要原料。
PVC在加热到200℃左右时开始发生脱氯反应，进一 步加热发生断链反应。
酚醛树脂、脲醛树脂等热硬性塑料则不适合作为热 解原料。
物的生成反应，不能以此来简单地评价城市垃圾的热 解效果。
Kaiser等人曾对城市垃圾中各种有机物进行 过实验室的间歇实验，得到的气体产物组 成，随热解操作条件的变化而变化
三、废塑料热解原理
废塑料的种类：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯 (Ps)、聚氯乙烯(PVC)、酚醛树脂、脲醛树脂、PET、 ABS树脂等。
(4)以制造重油、煤油、汽油为目的的液化热解 技术
ห้องสมุดไป่ตู้
生物能热化学转换系统
在欧洲．主要根据处理对象的种类、反应 器的类型和运行条件对热解处理系统进行 分类，研究不同条件下反应产物的性质和 组成，尤其重视各种系统在运行上的特点 和问题。
日本有关城市垃圾热解技术的研究是从 1973年实施的star Dust”80计划开始 的．该计划的中心内容是利用双塔式循 环流化床对城市垃圾中的有机物进行气 化。随后．又开展了利用单塔式流化床 对城市垃圾中的有机物液化回收燃料油 的技术研究。
一步热解得到的产物，其相对分子质量均 匀分布在C1~C44之间，冷凝后得到的油品 中含有大量石蜡、重油和焦油成分，常温下 发生固化，难以作为液体燃料使用。
固体废物的热解的 基本原理和处理技
术
基本原理 典型固体废物的热解
资源化的途径之一
固体废物的热解与焚烧相比有以下优点：
(1)可以将固体废物中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
(2)由于是缺氧分解．排气量少，有利于减轻 对大气环境的二次污染；
(3)废物中的硫、重金属等有害成分大部分被 固定在炭黑中；
日本城市垃圾的典型化学组成为 C30H53N0.34S0.02Cl0.09。其H／C值高于纤维 素。
➢一般的固体燃料，剩余H/C值均在0～0.5之间。 ➢美国城市垃圾的该H／c值位于泥煤和褐煤之间； ➢日本城市垃圾的该H/C值则高于所有固体燃料 ——垃圾中塑料含量较高。
➢从氢转换这一点来看．甚至可以说城市垃圾优于普 通的固体燃料。但在实际过程中，还同时发生其他产
低温低速——重新结合成热稳定性固体— —固体产率增加
高温高速——全面裂解——气态产物增加
粒度大物料——均匀需时长——二次反应 多
3. 固体废物热解是否得到高能量产物，取决于 原料中氢转化为可燃气体与水的比例
美国城市垃圾的典型化学组成为 C30H48N0.5S0.05，其H／C值低于纤维索和 木材质．
国际上早期对热解技术的开发：
以美国为代表的，以回收贮存性能源(燃料气、 燃料油和炭黑)为目的；成分复杂需要配套前处 理＋低熔点物质＋有害物质的混入——城市垃圾 直接热解回收燃料实现工业化生产方面并没有取 得太大的进展。
以日本为代表的，减少焚烧造成的二次污染和需 要填埋处置的废物量，以无公害型处理系统的开 发为目的。与此相对，将热解作为焚烧处理的辅 助手段，利用热解产物进一步燃烧废物，在改善 废物燃烧特性、减少尾气对大气环境造成二次污 染等方面、许多工业发达国家已经取得了成功的 经验。