第六章 固体废物的热解处理( 第二节2h)

不同固体燃料与废物的C6HxOy组成及H/C
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H/C值位于泥煤和褐煤之间；
日本城市垃圾的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。
（3）废料在反应器中的保温时间决定了物料分解转化率。
• 保温时间长，分解转化率高，热解充分，但处理量少； • 保温时间短，则热解不完全，但处理量高。
（4）废物成分：有机物成分比例大，热值高，可热解性较好， 产品热值高，可回收性好，残渣少；含水率低，干燥耗热 少，升温到工作温度时间短；较小的颗粒尺寸促进热量传 递，保证热解过程的顺利进行。
（二）热解的过程与产物
• 固体废物热解过程是一个复杂的化学反应 过程。包括大分子的键断裂，异构化和小 分子的聚合等反应，最后生成各种较小的 分子。
1. 热解过程
在热解过程中，其中间产物存在两种变化趋势：由
大分子变成小分子来自百度文库至气体的裂解过程；由小分子
聚合成较大分子的聚合过程。
分解是从脱水开始的（如两分子苯酚聚合脱水）， 其次是脱甲基或脱氢、生成水与架桥部分分解的次 甲基键进行反应生成CO和H2。 温度再高时，生成的芳环化合物再进行裂解、脱氢、 缩合、氢化等反应。
• • • • • 移动床熔融炉方式 回转窑方式 流化床方式 多段炉方式 冲洗裂解方式(Flush Pyrolysis)
• 移动床熔融炉方式：是城市垃圾热解技术中最成熟 的方法，代表性的系统有新日铁系统、 Purox 系统 和Torrax系统。 • 回转窑方式：Landgard系统（有机物气化）
• 流化床：有单塔式和双塔式两种，其中双塔式流化 床已经达到工业化生产规模。
二、热解原理
（一）热解的定义和特点
• 热解(pyrolysis) ：是指将有机物在无氧或 缺氧状态下加热，使之成为气态、液态或 固态可燃物质的化学分解过程。
热解与焚烧相比有下列优点：
• 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； • 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； • 废物中的硫、重金属的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。
（5）反应器类型：一般固定燃烧床处理量大，而流态燃烧床 温度可控性好。气体与物料逆流行进，转化率高，顺流行 进可促进热传导，加快热解过程。
（三）有机固废的热解机理
1. 可燃物热解基本过程
通过热重分析实验研究发现，各种可燃固体废物的 失重过程表现规律大致相同；
初始阶段失重较小，表现为水分蒸发所致；继续升
第二节 固体废物的热解处理
主要内容
一、概述 二、热解原理 三、热解工艺 四、典型固废的热解
一、概述
• 热化学技术处理垃圾是在高温下对有机固体 废弃物进行分解破坏，实现快速、显著减容 的同时，对废物中的有机成分加以利用， 近 年来，有机固体废弃物的热解 ( 或干馏技术 ) 受到国内外的普遍关注。 • 热解是一种古老的工业化生产技术，该技术 最早应用于煤的干馏，所得到的焦炭产品主 要作为冶炼钢铁的燃料。
反应没有明显的阶段性，许多反应是交叉进行的， 热解总的反应方程式可表示为：
加热 有机物
G+L+S 无氧或缺氧
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。
CO,CO2,H2O,C
炭黑燃烧
纤维素
左旋葡萄糖
可燃性挥发组分
火焰燃烧
2. 热解产物
温后，试样迅速失重；
不同的是厨余垃圾具有两个失重峰，其他废物仅有
一个失重峰，原因是前者成分含有纤维素类和钙类 （骨头）物质，而后者成分仅含有纤维素类物质。
2. 热解动力学规律
可燃物的热解行为为一级动力学反应过程！！
三、热解工艺
四、典型固体废物的热解
（一）城市垃圾的热解
1. 城市垃圾热解技术类型可分为：
可燃气主要包括C1-5的烃类、氢和CO气体； 液态油主要包括甲醇、丙酮、乙酸、 C25 的烃类等液态燃
料。
固体燃料主要含纯碳和聚合高分子的含碳物。 废物类型不同，热解反应条件不同，热解产物有差异。但 热解过程产生可燃气量大，特别是温度较高情况下，废物 有机成分的50%以上都转化成气态产物。热解后，减容量 大，残余碳渣较少。 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。
• 热解段温度为300～1000℃，
• 熔融段温度为1700～1800℃
• 可燃烧性气体热值6276-10460 kJ／m3
• 投料口采用双重密封阀结构——目的是防 止空气和热解气的漏入与逸出； • 竖式炉内垃圾由上向下移动与上升的高温 气体进行换热； • 热解段，在控制厌氧或缺氧状态下有机物 发生热解——可燃气和灰渣。
• 多段炉：主要用于含水率较高的有机污泥的处理。
• Flush Pyrolysis方式：Occidental系统（有机物液化， 低温热解）
2. 城市垃圾主要热解技术简介
（1）新日铁系统
• 该系统是将热解和熔融一体化的设备，通过控制 炉温和供氧条件，使垃圾在同一炉体内完成干燥、 热解、燃烧和熔融。 • 干燥段温度约为300℃，
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。
3. 热解过程控制
（1）温度变化对产品产量、成分比例有较大的影响。是最重 要的控制参数。 • 在较低温度下，油类含量相对较多。随着温度升高，许多 中间产物也发生二次裂解，C5以下分子及H2成分增多，气 体产量与温度成正比增长，各种有机酸、焦油、碳渣相对 减少。 • 气体成分：温度升高，脱氢反应加剧，H2含量增加，C2H4、 C2H6减少；低温时，CO2、CH4等增加，CO减少。高温阶 段，CO逐渐增加。 （2）加热速率对产品成分比例影响较大。一般，在较低和较 高的加热速率下热解产品气体含量高。