第六章固体废物热处理热解及其它

固体废物热解处理
低温热解法
温度一般在600 ℃以下。可采用该法将农业、林业废物生产低硫、 低灰分的炭，根据原料及加工的深度，可制成不同等级的活性炭 或用作水煤气原料。
中温热解法
温度在600～700 ℃之间，主要用在比较单一的物料作能源和资源 回收的工艺上，像废轮胎、废塑料转化成类重油物质的工艺。
高温热解法
温度一般在1000 ℃以上，固体废物的高温热解，主要为了获得可 燃气。 一般采用直接加热法。 如果采用高温纯氧热解工艺，温度可达1500 ℃，可将热解残留的 惰性固体熔化，并以液态渣的形式排出反应器，再经水淬粒化。 24 可大大降低固态残余物的处理困难。

城市垃圾热解处理技术依热解装置 的类型分类
直接加热法： 被热解物质直接燃烧或者向热解反应器直接提供补充燃料。 分别采用纯氧、富氧、空气为氧化剂时，热解所产可燃气 的热值不同。 空气为氧化剂：对混合垃圾热解所得可燃气，热值为 23 3 3 5500kJ/Nm ；纯氧为氧化剂，热值为11000 kJ/Nm 。
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热 解 工 艺 分 类 — 按 温 度
固体 燃料
C6HxOy C6H1.5O0.07 C6H2.3O0.38
H/C
H2+1/2O2→H2 O完全反应后 的H/C
纤维素
木材 泥炭
无烟 煤 半无 烟煤
城市 垃圾 新闻 纸 塑料 薄膜 厨余 物
0.25
0.38
1.4/6=0.23
2.0/6=0.33
C6H9.64O3.75 C6H9.12O3.93 C6H10.4O1.06 C6H9.93O2.79
1.61
2.14/6=0.36
褐煤
半烟煤 烟煤
1.52
1.73 1.66
1.2/6=0.20
8.28/6=1.4 4.0/6=0.67 13
2
影 响 因 素 — 原 料 预 处 理

固体废物热解处理
物料颗粒大，则传热速度及传质速度较慢、 热解二次反应多，对产物成分有不利影响。 较小的颗粒尺寸将促进热量传递，从而使 高温热解反应更加容易进行。
CH4 CO
12.43 33.5
15.91 30.49
13.73 34.12
10.45 35.25
CO2
C2 H4
44.77
0.45
31.78
2.18
20.59
2.24
18.31
2.43
C2 H6 总计
3.03 99.74
3.06 100.00
0.77 100.00
1.07 99.99
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2
影 响 因 素 — 加 热 速 度


固体废物热解处理
随加热速度增加，气体产量增加，水分、有 机液体含量及固体残渣则相应减少。 热解速度不同，热解所产生的燃气成分也有 很大不同。
分析：在低温加热条件下，有机物分子有足够的时 间在其最薄弱的接点处分解，并重新结合为热稳定 性固体，难以进一步分解，此时固体产率增加；在 高温、高速加热条件下，有机物分子结构发生全面 热解，生成低分子有机物，产物中气体成分增加。
①固定床型热解； ②移动床型热解； ③回转窑热解； ④管型炉瞬间热解； ⑤流化床式热解； ⑥高温熔融炉热解； ⑦多段竖炉式热解。
主要用于含水 较高的有机污 泥的处理，
有单塔式和 双塔式（热 解和燃烧分 开在两个塔 炉内进行） 两种，双 最早开发的 城市垃圾热 解处理技术。 其代表性系 统有：
是城市垃圾 热解中最成 熟的方法， 它的代表性 装置有新
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2
影 响 因 素 — 热 解 温 度
固体废物热解处理
热解温度不同，热解产物和产量也不同
热解温度高，燃气产量增加，而各种酸、焦油等
相应减少。 垃圾热解生成产品成分占有份额表 温度 （℃） 480 650 垃圾 100 100 可燃 气体 12.08 18.64 焦木 酸焦油 61.08 18.64 （kg） 产物 总计 98.12 99.62
CH4
N2
BTU/ft3
产气量ft3/st
6.00
372 11000
8.09
380 7500
7.79
355 6800
6.0
354 6700
6.6
354 6750
8.2
344 6560
8.3
367 7260
5.4
378
20 9170
2
影 响 因 素 — 空 气 量

固体废物热解处理
空气和氧可作为气化反应的氧化剂。 热解反应使用纯氧时的气体产物比使 用空气所产生的气体有较高的含热量， 因为产物中基本不含氮气。
固体 燃料
C6HxOy C6H10O5 C6H8.6O4 C6H7.2O2.6 C6H6.7O2 C6H5.7O1.1 C6H4O0.53 H/C 1.67 1.43 1.20 1.10 0.95 0.67 H2+1/2O2→ H2O完全反 应后的H/C 0.00/6=0.00 0.6/6=0.1 2.0/6=0.33 2.7/6=0.45 3.0/6=0.50 2.94/6=0.49
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固体 碳 24.71 59.18
2
影 响 因 素 — 热 解 温 度
固体废物热解处理
热解温度不仅影响气体产量，也影响气体组分。 温度对气体成分之影响一览表
热解温度不同，燃气成分也发生变化，温度愈 气体成分 /温度 480℃ 650℃ 815℃ 925℃ 高，燃气中低分子碳化物、CH4及H2等增加。 H2 5.56 16.58 28.55 32.48
因此有必要对热解原料进行适当的破碎处 理，使粒度细小而均匀。
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2
影 响 因 素 — 物 料 含 水 率

固体废物热解处理
物料含水率对热解最终产物有影响， 含水率越低，物料加热速度快，越有 利于得到较高产率的可燃性气体。
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2
影 响 因 素 — 热 解 温 度
固体废物热解处理
热解过程包括了 一系列复杂的物 理化学过程。不 同的温度区段所 进行的反应过程 不同，产生物的 组成也不同；一 般高温热解过程 以吸热反应为主 （有时也伴随着 少量放热的二次 反应）。
各 系 统 优 缺 点
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新日铁系统：高温气化熔融技术代表
该系统是将热解和熔融 一体化的设备装置，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。干燥温度约为 300℃，热解段温度 （300～1000）℃，熔 融段温度为（1700～ 1800）℃，灰渣熔融后 形成玻璃体和铁渣，较 原体积大有减小，重金 属等有害物质也被完全 固定在固相中。
固体废物热处理
2. 热解技术及其他
Thermal Treatment
of Solid Waste
1
焚烧？不焚烧？
为什么焚烧：
减小垃圾体积 减小垃圾质量（可减少约3/4的质量） 降低环境卫生危害和风险 能源回收 可以设置于垃圾产生源附近

为什么不焚烧：
大气污染 建设与运行成本 破坏了可能被回收的资源
塔式流化 床用得较广
泛，已达到 工业化生产 规模。
Landgard 系统和 Occident al系统。
日铁、 purox等
不同的系统
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2
城 市 生 活 垃 圾 的 热 解
固体废物热解处理
Occidental 系统
Landgard 系统
Garret系统
主要热 解技术
新日铁 系统
Purox系统
流化床 系统

考 虑 垃 圾 焚 烧 的 取 舍 ？
垃 圾 焚 烧 的 发 展 现 状 ， 如 何
请 同 学 们 调 研 并 思 考 ： 我 国2
热处理技术
熔融 湿式氧化
焚烧（incineration）: 生 活垃圾和危险废物的燃烧 （具有强烈放热效应、有基 1 态和电子激发态的自由基出 焚烧处理 现、并伴有光辐射的化学反 应现象 ）
2
热 解 与 焚 烧 比 较
固体废物热解处理
焚烧
需氧 放热 二氧化碳、水 就地利用 二次污染大
氧需求
热裂解
无氧或缺氧 能量 吸热 产物 气、油、炭黑 利用 贮存或远距离运输 污染 二次污染较小
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生物质、塑料类、橡胶等
2
热 解 的 特 点
固体废物热解处理
铬Ⅲ不转为Ⅵ 硫、重金 属等大都 被固定 NOx产 量少
热解定义及特点、热解过程及产物、热解
过程Leabharlann Baidu响因素
热解工艺分类
城市生活垃圾的热解、废塑料的热解、污
泥的热解、废橡胶的高温热解
国内外热解处理技术的发展
4
2
有 关 热 解 的 几 个 概 念
固体废物热解处理
热裂解 （ pyrolysis ）
根据这一定义，严格讲 来，凡通过部分燃烧热 解产物以直接提供热解 所需热量者，不称为热 解而应称作部分燃烧或 缺氧燃烧。关于这方面 的问题，目前尚无统一 的解释。 热解又称破坏性蒸馏、干 馏、或炭化过程。是物料 在氧气不足的气氛中燃烧， 并由此产生的热作用所引 起的化学分解过程。关于 热解的较严格的定义是： “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、 5 液体和炭黑）的过程。”
2
有 关 热 解 的 几 个 概 念
固体废物热解处理
热解（ pyrolysis ）
热解技术原广泛应用 于生产木炭、煤干馏、 石油重整和炭黑制造 等方面，20世纪60年 代初，科学家开始研 究将其用于城市垃圾 的处理。
在实际生产中 ，按照生 产燃料的目的可将热分 解分为热解造油和热解 造气，热解造油一般采 用 500℃以下的温度，在 隔氧条件下使有机物裂 解，生成燃油。这主要 用于废塑料 、废橡胶的 裂解。而城市垃圾的处 理主要应用垃圾气化熔 融技术（热解造气）。 6
排气量小
转为可贮 存性能源
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热 解 过 程 及 产 物
固体废物热解处理
有 机 固 体 废 物
分子键断裂 异构化 小分子聚合
液态：大分子量及中等分子量 的有机液体（焦油等）+分子量 小的有机液体（甲醇、丙酮、 醋酸、乙醛等）+其它液体芳香 化合物产物 气态：CH4+H2+H2O+CO+CO2 +NH3+H2S+HCN等气体产物 固态：炭黑、炉渣固体残余物
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加热 无氧或缺氧
2

固体废物热解处理
热解产物中的燃料价值
可燃性气体 热解产生的气体量，由多到少的顺序为：氢、一氧化碳、 甲烷、乙烯和其他少量高分子碳氢化合物等，该混合气 体是很好的燃料，热值可达6390～10230kJ/kg。 有机液体 热解产生的液体中含有：高分子烃类油、焦油、焦木酸 和水等物质。油类和焦油是有价值的燃料，而焦木酸是 化学成分复杂的混合物。 固体残渣 主要是碳黑。热解产生的固体残渣（炭渣）是一种轻质 炭素物质，其热值范围为12.8~21.7 MJ/kg，含硫量很低。 10 可作为燃料使用。
2
4
其它热 处理方法
处理方法
热裂解
焙烧: 在低于熔点的温度下热 处理废物改变废物的物理化学 性质以利于后续资源化利用的 处理过程
热裂解:是将有机物在 焙烧 无氧或缺氧状态下加 热，使之成为气态、 处理 液态或固态可燃物质 3 的化学分解过程。 3
2
热解 原理 热解 工艺 典型固 体废物 的热解
固体废物热解处理
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2
固体废物热解处理
供热方式 直接加热 、间接加热
热 热解温度 高温、中温、低温 解 固定床、移动床、流化床和旋转炉 工 热解炉结构 艺 常压和真空（减压） 分 反应系统压力 类 产物物理形态 气化方式、液化方式、炭化方式
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2
热 解 工 艺 分 类 — 按 供 热
固体废物热解处理
间接加热法： 被热解物料与直接供热介质在热解炉中分开的热解过程。 可利用间壁式导热或以一种中间介质（热砂料或融化的某 种金属床层）来传热。 间壁式导热有热阻，融渣可能会包覆传热壁面而产生腐蚀， 不能使用高温热解。中间介质传热稍好。 热传导效率差，间接加热面积大，局限于小规模处理。
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影 响 因 素 — 加 热 速 度
O2 H2
固体废物热解处理
破碎旧报纸高温热解时气体成分和加热速度关系一览表
气体 成分 CO2 CO 加热到815℃时所需时间 （min）
1 15.01 42.6 0.92 19.93 17.54 6 19.16 39.59 1.61 9.85 21.70 10 23.11 35.20 1.80 12.15 19.95 21 25.1 36.3 2.5 10.0 20.1 30 24.7 31.3 2.3 15.0 20.1 40 25.7 30.4 2.1 13.7 19.9 60 22.9 30.1 1.3 15.9 21.5 70 21.2 29.5 1.1 22.0 20.8
热 解 过 程 及 产 物
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热 解 过 程 影 响 因 素
固体废物热解处理
废物组成 原料预处理
物料含水率
热解温度
加热速度
空气量
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影 响 因 素 — 废 物 组 成
固体废物热解处理
固体废物热解能否取得高能量产物，取决于原料中氢 转化为可燃气体与水的比例。
各种固体燃料组成及以C6HxOy表示的固体废物组成一览表