固体废物的热解

第七学习单元? 第七学习单元（? 课时）：固体废物的热解? 7.1 固体废物热解原理 7.2 固体废物热解方式 7.3 影响热解的主要因素 7.4 几种固体废物的热解工艺流程 本学习单元的重点和难点：? 固体废物的热解原理 固体废物热解的主要影响因素 ???固体废物热解原理? ?????导言? ? 、为什么要学习本单元？? 让大家了解热解的概念、原理、过程及产物、热解工艺、热 解方式、 热解的主要因素、 典型固体废物的热解工艺流程的相关 知识。? ? 、本单元学习内容 热解的概念、原理、过程及产物、热解工艺、热解方式、热 解的主要因素（反应温度、反应湿度、加热速率、反应时间、废 物组成） 、典型固体废物（如：塑料、橡胶、城市垃圾、污泥） 热解的产物及工艺流程。? ? 、学习目标? 掌握固体废物热解概念、原理、热解过程与工艺；了解固体 废物的热解方式； 掌握影响热解的主要因素； 了解典型固体废物 的热解技术；掌握焚烧与热解技术的异同点。 ??????热解的概念? 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。在工业上称 之为干馏。 热解(pyrolysis)： 固体废物热解是利用有机物的热不稳定 性，在无氧或缺氧条件下受热分解的过程。 热解法与焚烧法相比 是完全不同的二个过程，焚烧是放热的，热解是吸热的，焚烧的 产物主要是二氧化碳和水，而热解的产物主要是可燃的低分子化 合物：气态的有氢、甲烷、一氧化碳，液态的有甲醇，丙酮、醋 酸， 乙醛等有机物及焦油，溶剂油等， 固态的主要是焦炭或碳黑。 焚烧产生的热能量大的可用于发电，量小的只可供加热水或产生 蒸汽，就近利用。而热解产物是燃料油及燃料气，便于贮藏及远 距离输送。 ?????热解的原理? 热解原理应用于工业生产已有很长的历史， 木材和煤的干馏、 重油裂解生产各种燃料油等早已为人们所知。 但将热解原理应用 到固体废物制造燃料，还是近几十年的事。国外利用热解法处理 固体废物已达到工业规模，虽然还存在一些问题，但实践表明这 是一种有前途的固体废物处理方法。 1927 年美国矿业局进行过 一些固体废物的热解研究。60 年代，人们开始以城市垃圾为原 料的资源化研究，证明热解过程产生的各种气体可作为锅炉燃 料。1970 年 Sanner 等进行实验证明，城市垃圾热解不需要加辅 助燃料，能够满足热解过程中所需热量的要求。1973 年 Battle 研究使用垃圾热解过程所产生的能量超过固体废物含能量的 80%获得成功。原联邦德国于 1983 年在巴伐利亚的 Ebenhausen 建设了第一座废轮胎、废塑料、废电缆的热解厂，年处理能力为 600-800 吨废物。而后，又在巴伐利亚州的昆斯堡建立了处理城 市垃圾的热解工厂，年处理能力为 35000 吨废物，成为原联邦德 国热解新工艺的实验工厂。 美国纽约市也建立了采用纯氧高温热 解法日处理能力达 3000 吨的热解工厂。 1981 年我国农机科学 研究院， 利用低热解的农村废物进行了热解燃气装置的试验取得 成功。 小型农用气化炉已定点生产， 为解决农用动力和生活能源， 找到了方便可行的代用途径。 热解的原理：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，Cr(III)不会转 化为 Cr(VI)；NOx 的产生量少。 ?????热解的过程及产物? 热解的过程及产物： 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。 高温热解：T1000℃，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。 ??????热解工艺? 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。热解反应器包括：固定床、流化床、旋 转炉、分段炉等 热解工艺：热解的基本工艺有两种：一种是将废塑料加热熔 融，通过热解生成简单 的碳氢化合物，然后在催化剂的作用下 生成可燃油品。另一种将热解和催化热解分为两段。 热解工艺主 要由： 前处理－熔融－热分解－油品回收－残渣处理－中和处理 －排气处理等七道工序组成。 焙烧 是在低于熔点的温度下热处理废物的过程， 目的是改变废物 的化学性质和物理性质， 以便于后续的资源利用。 固体物料在高 温不发生熔融的条件下进行的反应过程，可以有氧化、热解、还 原、卤化等，通常用于无机化工和冶金工业。 ????固体废物热解方式? 热分解过程由于供热方式、产品状态、热解炉结构等方面的 不同，热解方式各异。 按供热方式可分成内部加热和外部加热。外部加热是从外部 供给热解所需要的能量。 内部加热是供给适量空气使可燃物部分 燃烧，提供热解所需要的热能。外部供热效率低，不及内部加热 好，故采用内部加热的方式较多。 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。 学完以上内容，你应该对热解的概念、热解原理、热解过程及产 物、热解工艺、热解方式等有所了解。 ????影响热解的主要因素? 影响热解过程的主要因素有反应温度、 反应湿度、 加热速率、 反应时间、废物组成等。? ??????反应温度? 温度是影响热解的关键因素， 热解产物的产量和成分都可通 过控制反应器的温度有效地改变。热解温度与气体产量成正比， 而各种液体物质和固体残渣均随分解温度的增加而相应减少。 再 者，热解温度不仅影响气体产量，也影响气体质量。? ??????反应湿度? 热解过程中湿度会影响产气的量和成分、 热解内部化学过程 以及整个系统的能量平衡。热解过程中的水分主要来自两个方 面，一是来自物料自身的含水量，二是来自外加的高温水蒸气。 反应过程中生成的水分其作用主要接近于外加的高温蒸汽。? 对于不同的物料，其含水率是不同的。对同一种物料而言， 它的含水率就比较稳定。我国城市生活垃圾的含水量一般均在 ???左右，有的超过 ???。这部分水在热解过程前期的干燥阶段 总是先失去，最后凝结在冷却系统中或随热解气一同排出。如果 它以水蒸气的形式与可燃的热解气共存， 则会严重过降低热解气 的热值和可用性，所以在热解系统中要求将水分凝结下来，以提 高热解气的可用性。? ??????加热速率? 加热速率对热解过程有比较大的影响， 从而影响热解产物的 生成。通过加热温度和加热速度的结合， 可控制热解产物中各组 分的生成比例。在低温? 低速加热条件下，有机物分子有足够的 时间在其最薄弱接点处分解， 重新结合为热稳