第6-2章 固体废物的热解
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6
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
7
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
热解方式
供热方式 热解温度不同 热解炉结构 产物物理形态
热解、燃烧位置
内部加热 、外部加热
高温热解、中温热解、低温热解
固定床、移动床、流化床和旋转炉 气化方式、液化方式、炭化方式 单塔式和双塔式 造渣型和非造渣型
24
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第2节
典型固体废物的热解
废塑料的热解产物及工艺流程 城市垃圾的热解产物及工艺流程 污泥的热解
废橡胶的高温热解 农林废弃物的热解
25
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
污泥的热解
为了回收能量，通常对有机污泥滤饼采用焚烧处理， 但在焚烧过程中全产生二次污染问题，有些热值不高 的污泥还需辅助燃料。热解法处理污泥作为焚烧法的 替代，既可避免焚烧法的某些缺点，还能实现污泥的 节能型、无害化处理。
就地直接利用
二次污染大
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
wk.baidu.com
热解概念－热解的特点
铬Ⅲ不转为Ⅵ
硫、重金 属等大都 被固定在 炭黑中
NOx产 量少
排气量小
转为可贮 存性能源
4
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
热解概念－热解技术的发展
美国
① ② ③
1970，美国将《固体废物法》改为《资源再生法》，固体废物的处理处置归 EPA (Environmental Protection Agency)管理 热解作为城市垃圾的处理及回收燃气、燃油等再生资源技术得到了很大发展 1980s，研究开发的对象也从一般性城市垃圾转向了木材、农业废物等可能 转化为能源的生物质，从微生物学和热化学两条技术路线开发作为替代化石 燃料的清洁能源转换技术。
移动床热分解工艺
该工艺是由Battelle Pacific Memorial Institute的Pacific Northwest实验室开发的
炉内的压力为700 mm H2O 生成的气体含N2 43%、 H2 21%、CO 21%、CO212%、 CH41.8%、C2H6和C2H41%以 下；热值低，约为37707540 KJ/mN3
随机分解型(random)塑料受热分解时链的断裂是随机的，因此产生无
一定数目的碳原子和氢原子结合的低分子化合物,如聚乙烯和聚氯乙烯
塑料分解 产物
以上两者兼而有之。分解产物与塑料种类和分解温度有关。塑 料中的氯和氰基生成HCl和HCN 以气态、液态和固态三类组分回收利用
10
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第六章 (Ⅱ) 固体废物的热解处理
第1节 第2节 第3节 概述 典型固体废物的热解 固体废物的其他热处理方法
1
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第1节
概述
热解概念 热解原理 热解工艺（方式）
2
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
热解(pyrolysis)概念
定义：将有机物在无氧或缺氧状况下加热，使成气态、液
态或固态可燃物质的化学分解过程。
热 解 与 焚 烧 区 别
焚烧
需氧氧化
放热 二氧化碳、水
氧需求 能量 产物 能量利用 污染
热（裂）解
无氧或缺氧 吸热
生物质、塑料类、橡胶等
可燃气、油、炭黑
贮存或远距离输送 二次污染较小
3
欧洲
欧洲各国也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(如废橡胶、废塑料等)为对象的热解试验性装置， 其目的是将热解作为焚烧处理的辅助手段。
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。
5
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
热解原理
大分子键断裂、异构化和小分子聚合 （与废物组成、裂解温度、催化剂等有关）
有机固体废物 气体（H2 、CH4 、CO、CO2 ） + 有机液体（有机酸、芳烃、焦油）+ 固体(炭黑、灰)
Eg. 纤维素分子裂解
3(C6H10O5) 8H2O+C6H8O（可燃油）+2CO+2CO2+CH4+H2+7C
21
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
流化床系统
双塔的优点是燃烧的废气 不进入产品气体中，因此 可得高热值燃料气 1.67xl04-1.88xl04kJ／m3)
22
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
管型瞬间热分解，Garrett法
由Garrett Research and Develvpment公司开发的工艺流程
由Uilion Carbide公司开发
75%的CO和H2 (2:1) CO2 CH4 N2 等25% 气体热值 11168 KJ/m3
20
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
回转窑热解法,Landgard法
Monsanto Environ-Chem System，Inc，开发
1975年, 在美国Maryland州的Baltimore市由EPA资助建设日处理1000吨的实验 工厂。处理能力为该市 居民排出垃圾一半。窑 长30m，直径60cm，每 分钟转2转，二次燃烧 产生的气体，用二个 并列的废热锅炉回收 91000 kg的蒸汽.只运 行了30d,最后改成了 焚烧炉。
热解气体作为加热管式炉的燃料。由于是间接加热,得到的油、气，发热 量都较高。(油的热值为3.18x104 kJ/L，气的热值为1.86x104 kJ/mN3)。1 吨垃圾可得136 L油，约60 kg 铁和70 kg碳 (热值2.09x104 kJ/kg)。
23
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
解（380-400℃）
聚烯烃浴热解流程 (低温热分解流程)
13
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
工艺流程
流化床热分解装置
14
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第2节
典型固体废物的热解
废塑料的热解产物及工艺流程 城市垃圾的热解产物及工艺流程 污泥的热解
废橡胶的高温热解 农林废弃物的热解
主要是切断了单体分子之间的结合键。如： 聚氧化甲烯(Polyoxy methylene) 聚a-甲基苯乙烯(poly-a-methylstyrene) 聚甲基丙烯酸甲酯(poly—methylmethacrylate) 聚四氟乙烯塑料(polyethyten-tetrafluoride)等
②
③ ④
2. 3. 4.
8
是否生成炉渣
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第2节
典型固体废物的热解
废塑料的热解产物及工艺流程 城市垃圾的热解产物及工艺流程 污泥的热解
废橡胶的高温热解 农林废弃物的热解
9
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
废塑料的热解产物及工艺流程
热解产物
1.
①
解聚反应型(unzipping)塑料受热分解时聚合物解离，分解成单体，
对于污泥而言，由于污泥含有大量水分，具有负热值， 热解的主要目的不是回收能量
26
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
污泥的热解
27
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
污泥的热解
污泥热解炉型通常采用竖式多段炉，为了提高热解炉的 热效率，在能够控制二次污染物质(Cr6+、NOx)产生的范 围内，尽量采用较高的燃烧率(空气比0.6～0.8)。 热解产生的可燃气体及NH3、HCN等有害气体组分必须经 过二燃室再次燃烧以实现其无害化，通常情况下，HCN的 分解温度在800一900℃．还应对二燃室排放的高温气体 进行预热回收。
15
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
城市垃圾的热解产物及工艺流程
热解产物：燃料油或燃料气
热解工艺流程
主要介绍美国和日本开发的热解工艺
16
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
城市垃圾热解工艺流程
新日铁系统
纯氧高温热分解UCC流程 Purox法
回转窑热解法 流化床系统 管行瞬间热分解 Garrett法 移动床热分解工艺 Landgard法
废塑料的热解产物及工艺流程
11
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
工艺流程
微波加热减压分解废塑料流程
日本三洋电机开发
利用微波照射产生热 量，加热至230280℃使塑料熔融
230-2800C
400-5000C
12
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
工艺流程
日本川崎重工开发
利用PVC分解温度 低于PE、PP、PS的特 点，在混合热浴媒中分
28
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
其他固体废物的热解
废橡胶的高温热解
农林废弃物的热解
29
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第3节
固体废物的其他热处理方法
1、焙烧 —— 低于熔点温度下处理 2、干燥脱水 3、热分解与烧成
自阅
30
新日铁系统
灰渣熔融后形成玻璃体和铁，体积大大减少，重金属 等有害物质也被完全固定在固相中。玻璃体可以直接填 埋处置或作为建材加以利用，磁分选出的铁也有足够的 利用价值．热解得到的可燃性气体的热值约为6276～ 10460 kJ/m3
19
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
纯氧高温热分解UCC流程,Purox法
Battle Pyrolysis-Incineration Process
17
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
新日铁系统
---日本民间企业开发
为了防止空气的混入和热解气体的 泄漏，投料口采用双重密封阀结构
有机物热解产生可燃 性气体导入二燃室进 一步燃烧，并利用尾 气的余热发电
干燥/热解/燃烧/熔融
灰渣进一步下移进入燃烧区， 灰渣中残存的热解固相产 物——炭黑与从炉下部通入 的空气发生燃烧反应，其产 生的热量不足以满足灰渣熔 融所需温度，通过添加焦炭 来提供碳源。
干燥段温度约为300℃， 热解段温度为300～1000℃， 熔融段温度为1700～1800℃
18
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
7
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
热解方式
供热方式 热解温度不同 热解炉结构 产物物理形态
热解、燃烧位置
内部加热 、外部加热
高温热解、中温热解、低温热解
固定床、移动床、流化床和旋转炉 气化方式、液化方式、炭化方式 单塔式和双塔式 造渣型和非造渣型
24
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第2节
典型固体废物的热解
废塑料的热解产物及工艺流程 城市垃圾的热解产物及工艺流程 污泥的热解
废橡胶的高温热解 农林废弃物的热解
25
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
污泥的热解
为了回收能量，通常对有机污泥滤饼采用焚烧处理， 但在焚烧过程中全产生二次污染问题，有些热值不高 的污泥还需辅助燃料。热解法处理污泥作为焚烧法的 替代，既可避免焚烧法的某些缺点，还能实现污泥的 节能型、无害化处理。
就地直接利用
二次污染大
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
wk.baidu.com
热解概念－热解的特点
铬Ⅲ不转为Ⅵ
硫、重金 属等大都 被固定在 炭黑中
NOx产 量少
排气量小
转为可贮 存性能源
4
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
热解概念－热解技术的发展
美国
① ② ③
1970，美国将《固体废物法》改为《资源再生法》，固体废物的处理处置归 EPA (Environmental Protection Agency)管理 热解作为城市垃圾的处理及回收燃气、燃油等再生资源技术得到了很大发展 1980s，研究开发的对象也从一般性城市垃圾转向了木材、农业废物等可能 转化为能源的生物质，从微生物学和热化学两条技术路线开发作为替代化石 燃料的清洁能源转换技术。
移动床热分解工艺
该工艺是由Battelle Pacific Memorial Institute的Pacific Northwest实验室开发的
炉内的压力为700 mm H2O 生成的气体含N2 43%、 H2 21%、CO 21%、CO212%、 CH41.8%、C2H6和C2H41%以 下；热值低，约为37707540 KJ/mN3
随机分解型(random)塑料受热分解时链的断裂是随机的，因此产生无
一定数目的碳原子和氢原子结合的低分子化合物,如聚乙烯和聚氯乙烯
塑料分解 产物
以上两者兼而有之。分解产物与塑料种类和分解温度有关。塑 料中的氯和氰基生成HCl和HCN 以气态、液态和固态三类组分回收利用
10
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第六章 (Ⅱ) 固体废物的热解处理
第1节 第2节 第3节 概述 典型固体废物的热解 固体废物的其他热处理方法
1
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第1节
概述
热解概念 热解原理 热解工艺（方式）
2
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
热解(pyrolysis)概念
定义：将有机物在无氧或缺氧状况下加热，使成气态、液
态或固态可燃物质的化学分解过程。
热 解 与 焚 烧 区 别
焚烧
需氧氧化
放热 二氧化碳、水
氧需求 能量 产物 能量利用 污染
热（裂）解
无氧或缺氧 吸热
生物质、塑料类、橡胶等
可燃气、油、炭黑
贮存或远距离输送 二次污染较小
3
欧洲
欧洲各国也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(如废橡胶、废塑料等)为对象的热解试验性装置， 其目的是将热解作为焚烧处理的辅助手段。
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。
5
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
热解原理
大分子键断裂、异构化和小分子聚合 （与废物组成、裂解温度、催化剂等有关）
有机固体废物 气体（H2 、CH4 、CO、CO2 ） + 有机液体（有机酸、芳烃、焦油）+ 固体(炭黑、灰)
Eg. 纤维素分子裂解
3(C6H10O5) 8H2O+C6H8O（可燃油）+2CO+2CO2+CH4+H2+7C
21
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
流化床系统
双塔的优点是燃烧的废气 不进入产品气体中，因此 可得高热值燃料气 1.67xl04-1.88xl04kJ／m3)
22
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
管型瞬间热分解，Garrett法
由Garrett Research and Develvpment公司开发的工艺流程
由Uilion Carbide公司开发
75%的CO和H2 (2:1) CO2 CH4 N2 等25% 气体热值 11168 KJ/m3
20
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
回转窑热解法,Landgard法
Monsanto Environ-Chem System，Inc，开发
1975年, 在美国Maryland州的Baltimore市由EPA资助建设日处理1000吨的实验 工厂。处理能力为该市 居民排出垃圾一半。窑 长30m，直径60cm，每 分钟转2转，二次燃烧 产生的气体，用二个 并列的废热锅炉回收 91000 kg的蒸汽.只运 行了30d,最后改成了 焚烧炉。
热解气体作为加热管式炉的燃料。由于是间接加热,得到的油、气，发热 量都较高。(油的热值为3.18x104 kJ/L，气的热值为1.86x104 kJ/mN3)。1 吨垃圾可得136 L油，约60 kg 铁和70 kg碳 (热值2.09x104 kJ/kg)。
23
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
解（380-400℃）
聚烯烃浴热解流程 (低温热分解流程)
13
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
工艺流程
流化床热分解装置
14
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第2节
典型固体废物的热解
废塑料的热解产物及工艺流程 城市垃圾的热解产物及工艺流程 污泥的热解
废橡胶的高温热解 农林废弃物的热解
主要是切断了单体分子之间的结合键。如： 聚氧化甲烯(Polyoxy methylene) 聚a-甲基苯乙烯(poly-a-methylstyrene) 聚甲基丙烯酸甲酯(poly—methylmethacrylate) 聚四氟乙烯塑料(polyethyten-tetrafluoride)等
②
③ ④
2. 3. 4.
8
是否生成炉渣
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第2节
典型固体废物的热解
废塑料的热解产物及工艺流程 城市垃圾的热解产物及工艺流程 污泥的热解
废橡胶的高温热解 农林废弃物的热解
9
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
废塑料的热解产物及工艺流程
热解产物
1.
①
解聚反应型(unzipping)塑料受热分解时聚合物解离，分解成单体，
对于污泥而言，由于污泥含有大量水分，具有负热值， 热解的主要目的不是回收能量
26
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
污泥的热解
27
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
污泥的热解
污泥热解炉型通常采用竖式多段炉，为了提高热解炉的 热效率，在能够控制二次污染物质(Cr6+、NOx)产生的范 围内，尽量采用较高的燃烧率(空气比0.6～0.8)。 热解产生的可燃气体及NH3、HCN等有害气体组分必须经 过二燃室再次燃烧以实现其无害化，通常情况下，HCN的 分解温度在800一900℃．还应对二燃室排放的高温气体 进行预热回收。
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固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
城市垃圾的热解产物及工艺流程
热解产物：燃料油或燃料气
热解工艺流程
主要介绍美国和日本开发的热解工艺
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固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
城市垃圾热解工艺流程
新日铁系统
纯氧高温热分解UCC流程 Purox法
回转窑热解法 流化床系统 管行瞬间热分解 Garrett法 移动床热分解工艺 Landgard法
废塑料的热解产物及工艺流程
11
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
工艺流程
微波加热减压分解废塑料流程
日本三洋电机开发
利用微波照射产生热 量，加热至230280℃使塑料熔融
230-2800C
400-5000C
12
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
工艺流程
日本川崎重工开发
利用PVC分解温度 低于PE、PP、PS的特 点，在混合热浴媒中分
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固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
其他固体废物的热解
废橡胶的高温热解
农林废弃物的热解
29
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第3节
固体废物的其他热处理方法
1、焙烧 —— 低于熔点温度下处理 2、干燥脱水 3、热分解与烧成
自阅
30
新日铁系统
灰渣熔融后形成玻璃体和铁，体积大大减少，重金属 等有害物质也被完全固定在固相中。玻璃体可以直接填 埋处置或作为建材加以利用，磁分选出的铁也有足够的 利用价值．热解得到的可燃性气体的热值约为6276～ 10460 kJ/m3
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固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
纯氧高温热分解UCC流程,Purox法
Battle Pyrolysis-Incineration Process
17
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
新日铁系统
---日本民间企业开发
为了防止空气的混入和热解气体的 泄漏，投料口采用双重密封阀结构
有机物热解产生可燃 性气体导入二燃室进 一步燃烧，并利用尾 气的余热发电
干燥/热解/燃烧/熔融
灰渣进一步下移进入燃烧区， 灰渣中残存的热解固相产 物——炭黑与从炉下部通入 的空气发生燃烧反应，其产 生的热量不足以满足灰渣熔 融所需温度，通过添加焦炭 来提供碳源。
干燥段温度约为300℃， 热解段温度为300～1000℃， 熔融段温度为1700～1800℃
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固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解