第六章 第二节热解

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第六章 固体废物的热处理
6.2 固体废物的热解处理
6.2.1 概述 6.2.2 热解原理 6.2.3 热解工艺 6.2.4 热解反应器 6.2.5 典型固体废物的热解
6.2.1 概述
热解是一种传统的工艺,具有悠久的历史。 随着生活水平的提高,固体废物中的有机组
分比例也越来越高,可以采用焚烧的方法回 收热能,也可以采用热解的方法获得油品和 燃料气。
6.2.5.3 污泥的热解
6.2.5.3 污泥的热解
2、污泥热解工艺 污泥脱水—干燥—热解—炭灰分离—油气
冷凝—热量回收—二次污染防治
6.2.5.3 污泥的热解
6.2.5.3 污泥的热解
3、污泥的低温热解 温度小于500℃、常压和缺氧条件下,借助污泥
中所含的硅酸铝和重金属的催化作用,将污泥 中的脂类和蛋白质转化成碳氢化合物,最终产 物为燃料油、气和炭。
1、农林废弃物的成分与性质 农林废料的主要组成是糖类,从化合物
组成来看,这类有机物均不同程度地含 有纤维素、木质素、淀粉、蛋白质、戊 聚糖等营养成分。
6.2.5.5 农林废弃物的热解
2、农林废弃物生产草煤气 (1)热解原理 在空气供应不足的情况下,在较低温度下燃烧农
林废弃物,可生成以一氧化碳和氢气为主要成分 的可燃气体(草煤气)。
6.2.2 热解原理
6.2.2.1 热解的定义和特点 6.2.2.2 热解的过程及产物 6.2.2.3 热解的主要影响因素 6.2.2.4 有机固体废物热解机理
6.2.2.1 热解的定义和特点
什么是热解? 热解是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。 热解是一个复杂的化学反应过程,是有机物的分解
层吸式气化炉
特点:
汽化炉截面温度分 布均匀,氧化与热 解在同一高温区进 行,气体中焦油含 量较低。
循环流化床气化炉
特点:
较细粒度的物料, 较高的流化速度, 炭在气化炉中不断 循环,强化传热、 传质,延长炭在炉 内停留时间,满足 了物料还原反应速 率低的需要。
6.2.5.5 农林废弃物的热解
➢相同热解温度下:
1)加热速率高 固相有机物残留率低。 2)极高和极低的加热速率 有利于气相热解产
物比例的增加。 3)中间的加热速率 有利于油性热解产物比例
的增加。
(3)保温时间
1)物料在反应器中的保温时间决定了物料分解转化率。 为了充分利用原料中的有机质,尽量脱出其中的挥发 分,应延长物料在反应器中的保温时间。 2)物料的保温时间与热解过程的处理量成反比例关系。 3)保温时间长,热解充分,但处理量少; 4)保温时间短,则热解不完全,但处理量大。
(5)反应器类型
1)反应器是热解反应进行的场所,是整个热解过程的关 键。不同反应器有不同的燃烧床条件和物流方式。 2)一般来说,固定燃烧床处理量大,而流态化燃烧床温 度可控制性好。 3)气体与物料逆流行进有利于延长物料在反应器内滞留 时间,从而可提高有机物的转化率;气体与物料顺流行进 可促进热传导,加快热解过程。
(4)物料性质
1)物料的性质如有机物成分、含水率和尺寸大小等对热解 过程有重要影响。 2)有机物成分比例大、热值高的物料,其可热解性相对就 好、产品热值高、可回收性好、残渣也少。 3)物料的含水率低,加热到工作温度所需时间短,干燥和 热解过程的能耗就少。热解生成物与残渣占原有固体之比不 受含水率的影响。 4)较小的颗粒尺寸有利于促进热量传递、保证热解过程的 顺利进行,尺寸过大时,情况则相反。
6.2.2.4 有机固体废物热解机理
1、可燃物热解的基本过程 ➢ 在初始阶段(383K),失重较小(水分蒸发); ➢ 在升温至1173K,经历二次失重峰,第一个失
重峰(纤维类物质分解),第二个失重峰(含 钙物质分解)。
6.2.2.4 有机固体废物热解机理
2、热解动力学规律
6.2.3 热解工艺
热解方式因热解过程的供热方式、产品状态、热解 炉结构等方面的不同而不同。
城市生活垃圾热分解产物比例与温度的关系(如下图)
城市生活垃圾热分解产物比例与温度的关系
(2)加热速率
通过加热温度和加热速率的结合,可控制热解产物中各组分 的生成比例。 1)在低温-低速加热条件下,有机物分子有足够的时间在 其最薄弱的接点处分解,重新结合为热稳定性固体,而难 以进一步分解,反而产物中固体含量增加; 2)在高温-高速加热条件下,有机物分子结构发生全面裂 解,产生大范围的低分子有机物,热解产物中气体的组分 增加。
6.2.2.2 热解的过程及产物
➢ 有机固体废物的热解是一个复杂、连续的化学反 应过程,在反应中包含着复杂的有机物断键、异 构化等化学反应。
➢ 热解过程可用如下总反应方程式表示: 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 与炉渣)。
6.2.2.3热解的主要影响因素
6.2.5.2 废塑料的热解
热塑性塑料:由曲线状大分子组成,加热时分子 链上的基团稳定,分子间不发生化学反应,但能软 化并发生粘性流动,冷却后又凝固硬化;可反复加 热-流动-冷却-硬化。
6.2.5.2 废塑料的热解
根据受热后的分解产物则可分为以下几种: 解聚反应型塑料:热分解时,聚合物解离、分解成单体,
的20~30%,且不需要预处理。
6.2.5.4 废橡胶的高温热解
1、废橡胶热解的基本过程 轮胎破碎—分(磁)选—干燥预热—橡胶热
解—油气冷凝—热量回收—废气净化
6.2.5.4 废橡胶的高温热解
2、废橡胶的热解产物
气体(22%):甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、 一氧化碳、 水、二氧化碳、氢气和丁二烯
橡胶
与缩合共同作用的化学转化过程,不仅包括大分子 的化学键断裂、异构化,也包括小分子的聚合反应。
6.2.2.1 热解的定义和特点
热解与燃烧的区别
项目
焚烧
热解
热效应
需氧、放热
无氧或缺氧、吸热
产物
CO2、H2O
可燃的低分子化合物 (可燃气、油、炭黑)
释能的利用
一般就近直接利用(发电、 加热水、产生蒸汽)
可远距离输送
(4)Occidental系统
Occidental系统是由美国Occidental Reasearch Corporation 开发的以有机物液化为目标的热解 技术
(4)Occidental系统
(5)流化床系统
(6)Garret 系统
Garret 系统是由美国Garret 研究和发展公 司开发的热分解系统。
6.2.5.2 废塑料的热解
3、热解温度和催化剂 不同种类的塑料,其热解温度不同
6.2.5.2 废塑料的热解
4、热解设备 槽式(聚合浴、分解槽) 管式(管式蒸馏、螺旋式) 流化床式
6.2.5.3 污泥的热解
1、污泥热解的特点 污泥的烧法可以回收热能,但焚烧产生二次污染,
废气中又含有SO2、NOx、HCl及二恶英等,而 残渣中含有重金属离子,如Cr氧化为Cr+6,毒 性更大;此外,对于低热值的污泥还需要辅助 燃料。 采用热解法处理可以避免上述问题。
6.2.5.3 污泥的热解
6.2.5.3 污泥的热解
4、污泥与城市垃圾联合热解 近年来,国外将城市垃圾和含可燃组分的工业垃圾与污泥进
行联合热解,可以更有效地回收热能,这是今后污泥处理 的主要方向。 联合热解法有以下特点: ✓ 可以直接回收有用无机物,同时回收利用有机物的热
能,提高污泥作为能源的竞争能力; ✓ 尾气和废水经净化处理均能达到排放标准; ✓ 残渣量明显减少,填埋处理的占地面积约为传统填埋
(6)Garret 系统
6.2.5.2 废塑料的热解
1、分类 按照塑料的性质可分为两类 热固性塑料:在加热和化学固化剂的作用下交联
生成的不熔状态(固态)的塑料。 这类塑料在未交联前,分子链有两个以上可参加 化学反应的基团,交联后分子间相互交叉联接, 成为网状的或立体的三维结构,一旦成型,只能 靠切削等二次加工成型。
Hale Waihona Puke 6.2.5.5 农林废弃物的热解
6.2.5.5 农林废弃物的热解
(2)常用气化炉的结构和性能特点
①上吸式气化炉 ②下吸式气化炉 ③层式下吸式气化炉 ④循环流化床气化炉
上吸式气化炉
特点:
碳转化率高、原料适 应性强、炉体结构简 单、制造容易。
下吸式
特点:
焦油经高温区裂解 ,使气体中的焦油 含量减少,产气中 H2含量高。
6.2.2.1 热解的定义和特点
热解的主要特点: ①可将固体废物中的有机物转化为以燃料气、燃料
油和炭黑为主的储存性能源; ②由于是无氧或缺氧分解,排气量少,因此采用热
解工艺有利于减轻对大气的二次污染; ③废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在
炭黑中; ④由于保持还原性条件,Cr3+不会转化为Cr6+; ⑤NOX的生成量少。
(1)新日铁系统
(2)Purox系统
Purox系统又称U.C.C纯氧高温分解法 其工作原理与新日铁方式类似 Purox系统的能量主要消耗在垃圾的破碎和
垃圾热解所需助燃氧气的制造上。
(2)Purox系统
(3)Landgard系统
Landgard系统采用的是回转窑处理方 式
(3)Landgard系统
6.2.3 热解工艺
按燃烧与热解过程是否在同一反应器中进行
单塔式、双塔式
按炉渣的可生成性
造渣型、非造渣型
按热解产物的状态
气化方式;液化方式;炭化方式
按热解炉的结构
固定床;移动床;流化床、旋转炉
6.2.5 典型固体废物的热解
6.2.5.1 城市垃圾的热解 6.2.5.2 废塑料的热解 6.2.5.3 污泥的热解 6.2.5.4 废橡胶的高温热解 6.2.5.5 农林废弃物的热解
液体(27%):苯、甲苯、其它芳香族化合物 炭灰(39%) 钢丝(12%)
6.2.5.4 废橡胶的高温热解
6.2.5.4 废橡胶的高温热解
3、废橡胶热解的工艺流程 日本NIS公司 美国ECO公司 流化床热解炉热解工艺
6.2.5.4 废橡胶的高温热解
流化床热解废轮胎工艺流程图
6.2.5.5 农林废弃物的热解
➢ 热解温度、加热速率、保温时间、物料性质、反 应器类型以及供气供氧等。
➢ 每个参数都会对热解反应过程和热解产物产生影
响。
(1)热解温度
温度变化对产品产量、成分比例有较大的影响。 1)在较低温度下,有机废物大分子裂解成较多的中小分 子,油类含量相对较多。 2)随着温度的升高,除大分子裂解外,许多中间产物也 发生二次裂解, C5以下分子及H2成分增多,气体产量成 正比增长,而各种酸、焦油、炭渣产量相对减少。
6.2.5.1 城市垃圾的热解
城市垃圾主要热解技术简介
(1)新日铁系统 (2)Purox系统 (3)Landgard系统 (4)Occidental系统 (5)流化床系统 (6)Garret 系统
(1)新日铁系统
新日铁系统采用竖式热解熔炉,其实际上是一种 热解和熔融为一体的复合处理工艺,通过控制炉 温及供氧条件,使垃圾在同一炉内完成干燥、热 解、燃烧和熔融。
主要是切断了单体分子间的结合键; 随机分解型塑料:热分解时,链的断裂是随机的,产物为
低分子化合物 过渡分解型塑料:热分解时,产物的比例随塑料的种类与
分解温度的变化而不同;一般,温度越高,气态的低级CH化合物的含量越高,分解产物的组分越复杂。
6.2.5.2 废塑料的热解
2、塑料热解的特点 与城市垃圾相比,其具有商业利用价值的产品 主要是低热值的燃气,而塑料热解的主要产物则 是燃料油或化工原料等。
(6)供气供氧
➢ 空气或氧作为热解反应中的氧化剂,使物料发生部分燃烧 ,提供热能以保证热解反应的进行。因此,供给适量的空 气或氧是非常重要的,也是需要严格控制的。
➢ 供给空气。由于空气中含有较多的N2,供给空气时产生的 可燃气体的热值较低。
➢ 供给纯氧可提高可燃气体的热值,但生产成本也会相应增 加。
按供热方式 ✓直接加热:热解反应所需热量是被热解物直接燃 烧或向热解反应器提供的补充燃料燃烧产生的热 。 ✓间接加热:被热解物料与直接供热介质在热解反 应器中分离开的一种热解反应。
6.2.3 热解工艺
按热解的温度不同 ✓高温热解:1000℃以上(直接加热) ✓中温热解: 600-700℃,单一物料(能源和资源 回收):废橡胶、塑料。 ✓低温热解:﹤600 ℃,农林产品加工后的废物生 产低硫低灰炭。
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