固体废物的热解技术

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• 聚烯烃浴热解流程(低温热分解流程) 利用聚氯乙烯脱HCl的温度比聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯( PS)的分解温度低的特点,在400℃时PE、PP、PS熔融并形成熔融液,并 通过液浴使PVC首先分解,在经过一段时间后,PE、PS、PP也逐渐分解, 从而可以回收HCl和油品。 优点是温度较低,气态产物中没有固态物。
(1)按照生产燃料的目的分: ①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。 ②热解造气:将有机物在较高温度下转变成气体燃料,通过
对反应温度、加热时间及气化剂的控制,产生大量的可燃 气,经净化回收装置加以利用或贮存于罐内。 (2)按热解过程控制条件分 ①高温分解:固体有机废物在绝氧的条件下加热分解的过程 ,是一种严格意义上的热解过程。 ②气化:指供给一定量空气、氧、水蒸气进入反应器,使有 机废物部分燃烧,整个热解过程可以自动连续进行,而无 需外热供应。气化过程产物中气体成分比例大,但热值相 对较低。
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主要化学反应
一般认为,有机物的热解过程首先是从脱水开始的: 其次是脱甲基:
第一个反应的生成水与第二个反应产物的架桥部分的 次甲基反应:
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进一步提高温度,上述反应中生成的芳环化合物再进行裂解、 脱氢、缩合、氢化等反应:
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总的反应为:
有机固体 废 热 解 物 气体H( 2、CH4、CO、CO2等) +液体(有机、 酸焦 、油 芳等 烃) +固体(炭黑) 、炉渣等
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(3) 废旧塑料的热解工艺··
由于塑料的品种多,分选困难;且导热系数低,故塑 料内部的热效率低,故有时需要采用专门的废塑料热 解工艺。
书上介绍了三种专用的废塑料热解工艺,简述如下:
• 减压分解(P213图8-1) 采用回转窑热解反应器,其特点是利用热风和微波共同加热,可以克服 塑料导热系数低的缺点,并且加入发热效率高的热媒体(如碳粒),进 一 步 提 高 了 热 效 率 ; 反 应 炉 采 用 高 压 反 应 ( 温 度 400—500℃ , 压 力 6.7×104Pa),并实行减压蒸馏,故名减压工艺。
• 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。
,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。 (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。
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(二)热解工艺分类
解物的热量是被热解物部分直接燃烧或者向热解反应器提供 补充燃料时所产生的热。 (2)间接加热法:是将被热解的物料与直接供热介质在热解反应 器(或热解炉)中分离开来的一种方法。可利用干墙式导热 或一种中间介质来传热(热砂料或熔化的某种金属床层)。
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3、在实际生产中的分类方法
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,反应器部分是整个工艺的
核心,热解过程在其中发生,其类型决定了整个热解反应的
方式以及热解产物的成分。
1、按反应器的类型可分为:固定床反应器、流化
态燃烧床反应器、反向物流可移动床反应器等。
2、按供热方式的分类: (1)直接加热法:供给被热
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(三)焚烧炉
按燃烧方式分为:炉排型、 炉床型、沸腾流化床。
1、炉排型焚烧炉
将废物置于炉排上进行焚 烧的炉子,有固定炉排和 活动炉排两种焚烧炉 • 固定炉排:只能手工操作 、间歇运行,劳动条件差 、效率低,拨料不充分时 焚烧不彻底。只适用于焚 烧少量的易燃性废物。 • 实际应用较多的是活动式 炉排焚烧炉,即机械炉排 焚烧炉。
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3、旋转窑
旋转窑是一种间接加热的高温分解反应器。 其主要设备为一个稍微倾斜的圆筒,在它缓慢旋转的过程中 使废料移动通过蒸馏容器到卸料口。蒸馏容器由金属制成, 而燃烧室则是由耐火材料砌成。分解反应所产生的气体一部 分在蒸馏器外壁与燃烧室内壁之间的空间燃烧,这部分热量 用来加热废料。此类装置要求废物必须破碎较细,尺寸一般 要小于5cm,以保证反应进行完全。
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。
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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。
第8章 固体废物的热解技术
固体废物热转化就是在高温条件下 使固体废物中可回收利用的物质转化为能 源的过程,主要包括热解、焚烧等技术, 特别适合有机固体废物的资源化。
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一、固体废物的热解技术
热解(pyrolysis)是指将有机物在无氧或缺氧状态下进行加热 蒸馏,使有机物产生裂解,经冷凝后形成各种新的气体、 液体和固体,从中提取燃料油、油脂和燃料气的过程。
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(3)台阶式 为倾斜床面,其中固定 和可动炉排纵向交错配 置,有阶段落差。
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(4)履带式 炉排由连续不断地
运动着的履带组成。较 少使用。
(5)滚筒式 炉排为5~7个圆筒形滚
轮,成倾斜排列,相邻圆 桶间旋转方向相反,有独 立的一次空气导管,由圆 桶底部经滚筒表面的送气 孔到达废物层。
(3)原子基团碰撞形成火焰
高温下气流富含(单、双、多)原子基团的电子能量跃迁 ,以及分子的旋转和振动产生量子辐射,包括红外热辐射、 可见光以及波长更短的紫外线。
火焰性状取决于温度和气流组成。通常温度在1000 ℃左 右就能形成火焰。废物组分上的原子基团碰撞,还易使废物 分解。
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3、燃尽阶段
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典型的固定燃烧床反应器
Байду номын сангаас
2、流化床反应器(流态化燃烧床反应器 )
在流化床中,气体与燃料同 流向相接触;反应器中气体流速 高到可以使颗粒悬浮,使得固体 废物颗粒分散,反应性能更好, 速度快。
此工艺要求废物颗粒本身可 燃性好;温度应控制在避免灰渣 熔化的范围内,以防灰渣融熔结 块。
适应于含水量高或波动较大 的废物燃料,且设备尺寸比固定 床小,但热损失大,气体中带走 大量的热量和较多地未反应的固 体燃料粉末。
• 减量化效果用减量比指标来衡量,并用MRC表示:
MRC投加 投废 加物 废质 物量 质 不- 量 可 渣残 - 燃 质渣 焚 烧 量中 烧 物 10残 % 质 0
• 残渣中不可燃物质量= 残渣烧失量×焚烧残渣质量
残渣(600± 25)℃ 3h灼烧后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数。
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。水分过高,需投入辅助燃料;也可将干燥段与焚烧段分开 。
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2、燃烧阶段
• 燃烧阶段包括三个同时发生的化学反应:强氧化反应、热解 反应和原子基团碰撞反应。
(1)强氧化反应 固体废物的直接燃烧反应。
(2)热解
焚烧过程不能提供足够的氧而使固体废物
在高温下发生的分解反应。挥发分析出的温度区间在200~ 800℃范围内;物料与温度都会影响析出的成分和数量。
(二)焚烧过程
• 从工程技术的观点看,需焚烧的物料从送入焚烧炉起,到形 成烟气和固态残渣的整个过程,总称为焚烧过程。它包括以 下三个阶段:
1、干燥阶段
利用热能使固体废物中水分气化并排出生成水蒸气的过程。 • 在此阶段,物料的水分是以蒸汽形态析出的,因此需要吸收
大量的热量——水的汽化热。 • 废物含水量越大,干燥阶段越长,对炉内温度降低影响越大
(一)热解原理
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。即:
无O2或缺O2 有机固体废物+热量 可燃气+液态油+固体燃料+炉渣
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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 分子直至气体的裂解过程;由小分子聚合成较大分子的聚合过程 。
2•020/3流/11化床热解法
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6、焚烧灰渣
• 一般,灰渣的主要成分是金属或非金属的氧化物,俗称矿 物质,其组成约为SiO2 35~40% 、Al2O310~20%、 Fe2O35~10%、CaO10~20%、MgO、Na2O、K2O各1~5% 及少量的Zn、Cu、Pb、Cr等金属及盐类。
• 生成固体残渣的阶段。 • 特点:可燃物浓度减少,惰性物增加,氧化剂量
相对较大,反应区温度降低。 • 要改善燃尽阶段的工况,一般常采用的措施如翻
动、拨火等办法来有效地减少物料外表面的灰层 ,控制稍多一点的过剩空气量,增加物料在炉内 的停留时间等。
• 燃烧过程的三个阶段没有界限,不同物料可能处 于不同阶段,同一物料的表面和内部也可能处在 不同的阶段。三个阶段仅是焚烧过程的必由之路 ,实际的过程更为复杂。
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4、双塔循环式热解反应器
➢ 包括固体废物热分解塔和固形炭燃烧塔。特点:将热解与 燃烧反应分开在两个塔中进行。
➢ 热解所需的热量,由热解生成的固体炭或燃料气在燃烧塔 内燃烧供给。 惰性的热媒体 (砂)在燃烧炉内吸 收热量并被流化气 鼓动成流化态,经 联络管返回燃烧炉 内,再被加热返回 热解炉。
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、生成水与架桥部分的分解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。
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:
有机固体废物 加热 高中分子有机液体(焦油和芳香烃)+低分子 有机液体+多种有机酸和芳香烃+炭渣+CH4+H2+H2O +CO+CO2+NH3+H2S+HCN
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活动式炉排有: (1)并列摇动式
一系列扇形炉排有规律地 横排在炉体中。炉排上下运 动,使物料向前运动,对固 体废物适应性强,可用以含 水量较高的垃圾和以表面与 分解燃烧形态为主的固体废 物燃烧。 (2)逆动式
炉排长度固定、宽度可依 炉床所需面积进行调整,可 由数个炉床横向组合而成。 固定炉条和可动炉条交错配 置,可动炉条逆向移动,废 物因重力而滑落。大型垃圾 焚烧。
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(三)热解反应器
1、固定床反应器(固定燃烧床反应器)
• 热量由废物燃烧部分燃烧所提供;逆流式物流方向,停留时 间长,保证了废物最大程度地转换成燃料;因气体流速相应 较低,产生气体中夹带的颗粒物质也比较少,减少了对空气 污染的潜在影响。
但存在一些技术难题,如有 粘性的燃料需要进行预处理; 使其燃烧时不结成饼状。 由于反应器内气流为上行式, 温度低,含焦油等成分多, 易堵塞气化部分管道。
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(3)热解与焚烧的区别
热解与焚烧的区别可以归纳于下表
焚烧
热解
热效应
放热、氧化
吸热、还原
反应产物
CO2、H2O
可燃的低分子化合物
释能方式 及应用
产生的热能只能就近 利用(发电、加热水或 产生蒸汽)
产生燃料油气,可贮 存和远距离输送
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2、热解产物
• 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
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2、炉床型焚烧炉
(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。
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(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
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