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。 一般来说，固定燃烧床处理量大，而流态化 燃烧床温度可控性好。气体与物料逆流行进 有利于延长物料在反应器内的滞留时间，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。
6．供气供氧
空气或氧作为热解反应中的氧化剂，使物料
此外，按热分解与燃烧反应是否在同一设备中进行，
热分解过程可分成单塔式和双塔式。按热解过程是 否生成炉渣可分成造渣型和非造渣型。按热解产物 的状态可分成气化方式、液化方式和碳化方式。还 有的按热解炉的结构将热解分成固定层式、移动层 式或回转式，由于选择方式的不同，构成了诸多不 同的热解流程及热解产物。 在实际生产中，有两种分类方法是最常用的：一是 按照生产燃料目的将热解工艺分为热解造油和热解 造气；二是按热解过程控制条件将热解工艺分为高 温分解和气化。
加热速率
温度/℃
主要产物
真空热解 快速热解
注：1）液体成分主要有乙酸、乙醇、丙酮及其他碳水化合物组成的焦油或化合物组成， 可通过进一步处理转化为低级的燃料油； 2）气体成分主要由氢气、甲烷、碳的氧化物等气体组成。
三、热解反应器
一个完整的热解工艺包括进料系统、反应器、回收
净化系统、控制系统几个部分。其中，热解反应器 是整个热解工艺的核心，热解过程此发生。不同的 反应器类型往往决定了整个热解反应的方式以及热 解产物的成分。
四、
热解处理实例
1.废塑料的热解
废旧PE和PP聚合物在高温下可以发生裂解，随温度不同，裂 解产物有所变化。 温度为800℃时，热分解产物大部分是乙烯、丙烯和甲烷； 温度为400-500℃之间，热分解产物有液体、气体、固体残留 物，其中气体占20％-40％，液体35％-70％，残留物10％-30 ％； 在较低温度下裂解产生较多的是高沸点化合物。随温度提高， 低分子量物质含量会提高，在常温下为气体。
废旧轮胎具有很强的抗热、 抗机械性，很难降解，几十 年都不会自然消失。长期露 天堆放，占用大量土地，且 极易滋生蚊虫传播疾病，还 容易引发火灾，被人们称为 “黑色污染”。如何把这些 废旧轮胎回收好、利用好是 我们面临的一个非常严峻的 问题。

轮胎橡胶的热稳定性分为:～ 200℃, 200℃～ 300℃及 300℃以上3个区域。
反应器有很多种，一般根据燃烧床条件和内部物流
方向进行分类。根据燃烧床条件，可分为固定床、 流化床、旋转炉、分段炉等；物流方向是指反应器 内物料与气体的相对流向，可分为顺流、逆流、交 流（错流）等。

1 ． 立 式 热 分 解 炉
立式热分解炉为固定燃烧床反应器 ，适合于处理废塑料、废轮胎。

2．双塔循环式反应器
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 由于保持还原条件，Cr3+不会转化为Cr6+； ⑤ NOx的产生量少。
3、热解工艺分类
直接（内部）供热：供给适量空气使 有机物部分燃烧，提供热解所需热量 （获得低品位燃气）
按供热方式
间接（外部）供热：从外界供给热 解所需பைடு நூலகம்量 （燃气品位高但供热效率低）
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。供给的可以是 空气，也可以是纯氧。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。
不同热解工艺的热解产物
停留时间
工艺 炭化 加压炭化 常规热解 几小时～几 天 15min～2h 几小时 5～30min 2～30s 0.1～2s 小于1s 小于1s 极低 中速 低速 中速 中速 高速 高速 极高 300～500 450 400～600 700～900 350～450 400～650 650～900 1000～3000 焦炭 焦炭 焦炭、液体1） 和气体2） 焦炭和气体 液体 液体 液体和气体 气体
热
解
提问：木材如何才能变成木炭？
炭化属于热解中的一种工艺
一、热解处理的基本理论
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。 1. 定义：热解在工业上也称为干馏，是 利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺 氧条件下，使有机物受热分解成分子量 较小的可燃气、液态油、固体燃料的过 程。
4．物料性质 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。 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。 物料颗粒的尺寸较小有利于热量传递、保证 热解过程的顺利进行，尺寸过大时，情况则 相反。
5．反应器类型
反应器是热解反应进行的场所，是整个热解
废气难处理易造成二次污染
适用范围较 广，主要是 对热值 的要求
不产生大量废气，污染轻
需考 虑废 物的组 成、性 质 和数 量等
固体废物的热解与焚烧相比有下列优点:
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；
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。
热解和焚烧对比
焚 烧 放热反应 有氧 直接利用燃烧释放的热能 热利用率较低 吸热反应 无氧或者缺氧 将固 废 中 蕴 藏的 热 能以可燃 气、液、固的形式驻留 热利用率较高 热 解

热分解产物比例与温度的关系
2、加热速率
影响热解产物的生成比例。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。 3．停留时间 决定物料分解转化率。 为了充分利用原料中的有机物质，尽量脱出 其中的挥发分，应延长物料在反应器中的停 留时间。 停留时间长，热解充分，但处理量少；停留 时间短，则热解不完全，但处理量大。
高温热解：T>1000℃，供热方式 几乎都是直接加热 中温热解：T=600～700℃，主要
用在比较单一的废物的热解，如废轮 按热解温度 胎、废塑料热解油化 低温热解：T<600℃。农业、林业 和农业产品加工后的废物用来生产低硫
低灰的炭，生产出的炭视其原料和加工
的深度不同，可作不同等级的活性炭和
水煤气原料。
②
③
废橡胶热解产物
轮胎热解所得产品的组成中气体占22%（重量）、
液体占27%、炭灰占39%、钢丝占12%。
在气体组成主要为甲烷(15.13%)、乙烷(2.95%)、 乙烯(3.99%)、丙烯(2.5%)、一氧化碳(3.8%)，水、 CO2、氢气和丁二烯也占一定的比例。 在液体组成主要是苯(4.75%)、甲苯(3.62%)和其
他芳香族化合物(8.50%)。
①
在200℃以下无氧存在时, 橡胶较稳定，橡胶作为一种 高聚物, 其物理状态取决于分子的运动形式。
在200℃～ 300℃, 橡胶特性迅速改变, 低分子量的物 质被“热馏”出来, 残余物成为不溶性干性物。此时橡 胶中的高分子链有些还未断裂, 有些断裂成为较大分子 量的化学物质, 因此产生的油黑而且粘, 分子量大, 碳 黑生成很不完全。 当温度高于300℃时, 橡胶分解加快, 断裂出来的化学 物质分子量较小, 产生的油流动性较好, 而且透明。
关于热解的最经典的定义是斯坦福研究
所提出的，即在不向反应器内通入氧、 水蒸气或加热的CO条件下，通过间接
加热使含碳有机物发生热化学分解，生
成燃料的过程。
2.热解原理
O2或缺O2 有机固体废物 热量 无 可燃气 液态油 固体燃料 炉渣
焚烧：有机物+O2 = CO2+H2O+其它简单无机物+热量
双塔循环式反应器的特点： ①热分解的气体中不混入燃烧废气，热值高达
17000～18900kJ/m3；
②烟气回收热能，减少固熔物与焦油状物质； ③外排废气量少； ④热分解塔上有特殊气体分布板，使气体旋转时形
成薄层流态化；
⑤可去除垃圾中的无机杂质和残渣。

3．回转窑反应器
该反应器的特点是设备结构简单，操作可靠，只需破 碎预处理，对废物的适应性强，可回收铁和玻璃质。
煤的干馏
木炭加工
秸秆气化
4、热解的应用
塑料裂解 生活垃圾 等热解
废旧轮胎 裂解
思考：
1、热解的目的是什么？该如何评
价热解效果的好坏？ 2、如果要获得目标产物，该如何 控制工艺？
二、热解影响因素
1、温度（影响最大） 较低温度：大分子 →中小分子 （油类含量较 高） 较高温度：二次裂解 （C5以下分子及H2含量 较高） 结合加热速率 低温 - 低速：有机物分子在最薄弱的接点处分 解，重新结合为热稳定性固体，难以再分解， 固体含量增加。 高温 - 高速：全面裂解，低分子有机物及气体 组成增加。
2. 橡胶的热解处理（废旧轮胎）
据环保部统计资料显示,截至2014年底,
我国机动车保有量达2.64亿辆,其中汽 车1.54亿辆,机动车驾驶人突破3亿人。 有消息称,我国轮胎产量已连续10年居 世界前列,每年产生的废旧轮胎也是全 球第一。业内人士预测,中国废橡胶和 废旧轮胎的生成量会越来越多,据不完 全统计,在2013年,中国废旧轮胎产生 量已经达到2.99亿条,重量达到1080万 吨并以每年约8%-10%的速度在增长。