Chapter 8 pyrolysis on SW有机固体废物的热解有机固体废物的热解2021/3/101讲解：XX固体废物热解处理固体废物热解处理热解热解原理原理n热解定义及特点、热解过程及产物、有机热解定义及特点、热解过程及产物、有机固体废物热解机理固体废物热解机理热解热解工艺工艺n热解工艺分类热解工艺分类典型固典型固体废物体废物的热解的热解n城市生活垃圾的热解、废塑料的热解、污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、农林废弃泥的热解、废橡胶的高温热解、农林废弃物的热解物的热解2021/3/102讲解：XX 热解是一种古老的工业化生产技术热解是一种古老的工业化生产技术 煤的干馏，重油和煤炭的气化，木炭烧制煤的干馏，重油和煤炭的气化，木炭烧制2021/3/103讲解：XXn a full-scale MSW pyrolysis system was built in the United, California, shut down after only two year of operation2021/3/104讲解：XXSec.1 general statement n热解热解是把有机固体废物在无氧或缺氧条件下加热分是把有机固体废物在无氧或缺氧条件下加热分解的过程。该过程是一个复杂的化学反应过程。包解的过程。该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，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。通式如下：最后生成各种较小的分子。通式如下： 有机固体废物有机固体废物 热解热解 (H2、CH4、CO、CO2等等)气体气体(有机酸、焦油等有机酸、焦油等)有机液体碳黑炉渣有机液体碳黑炉渣n采用热解法生产气体燃料是使有机固体废物在采用热解法生产气体燃料是使有机固体废物在8001000的温度下分解，最终形成含的温度下分解，最终形成含H2、CH4、CO 等气体燃料。等气体燃料。2021/3/105讲解：XX 热值（热值（KJ/m3）一氧化碳一氧化碳 12636氢氢 12761甲烷甲烷 39749乙烷乙烷 69639乙烯乙烯 63510乙炔乙炔 584642021/3/106讲解：XXn资源化的途径之一资源化的途径之一n固体废物的热解与焚烧相比有以下优点：固体废物的热解与焚烧相比有以下优点： (1)可以将固体废物中的有机物转化为以可以将固体废物中的有机物转化为以燃料气、燃燃料气、燃料油和炭黑料油和炭黑为主的贮存性能源为主的贮存性能源(2)由于是由于是缺氧分解缺氧分解排气量少，有利于减轻对大气排气量少，有利于减轻对大气环境的二次污染；环境的二次污染；(3)废物中的硫、重金属等废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定有害成分大部分被固定在在炭黑中；炭黑中；(4)由于保持由于保持还原还原条件，条件，Cr3+不会转化为不会转化为Cr6+；(5)NOx的产生量少。的产生量少。2021/3/107讲解：XX1固体废物热解处理固体废物热解处理热热解解与与焚焚烧烧比比较较需氧需氧需氧需氧放热放热放热放热二氧化碳、水二氧化碳、水二氧化碳、水二氧化碳、水就地利用就地利用就地利用就地利用二次污染大二次污染大二次污染大二次污染大无氧或缺氧无氧或缺氧无氧或缺氧无氧或缺氧吸热吸热吸热吸热气、油、炭黑气、油、炭黑气、油、炭黑气、油、炭黑贮存或远距离运输贮存或远距离运输贮存或远距离运输贮存或远距离运输二次污染较小二次污染较小二次污染较小二次污染较小热裂解热裂解焚烧焚烧氧需求氧需求氧需求氧需求氧需求氧需求氧需求氧需求能量能量能量能量产物产物产物产物利用利用利用利用污染污染污染污染生物质、塑料类、橡胶等生物质、塑料类、橡胶等Comparation on the combustion and the pyrolysis2021/3/108讲解：XX1固体废物热解处理固体废物热解处理热热解解的的特特点点铬铬不转为不转为NOx产产量少量少转为可贮转为可贮存性能源存性能源排气量小排气量小硫、重金硫、重金属等大都属等大都被固定被固定2021/3/109讲解：XX热解所得燃料气有两个作用：热解所得燃料气有两个作用：n一是把热解气体直接送入二级燃烧室燃烧，用于生产蒸一是把热解气体直接送入二级燃烧室燃烧，用于生产蒸汽和预热空气；汽和预热空气；n二是通过净化，冷凝除烟尘、水、残油等杂质，生产出二是通过净化，冷凝除烟尘、水、残油等杂质，生产出纯度较高的气体燃料，以备它用。所生产的气体燃料的纯度较高的气体燃料，以备它用。所生产的气体燃料的性质因废物的种类、热解方法而异。热值一般为性质因废物的种类、热解方法而异。热值一般为41869302kJ/m3。n热解法生产液体燃料是使有机固体废物在热解法生产液体燃料是使有机固体废物在500600的温度下分解，最终形成含有乙酸、丙酸、乙醇、焦油的温度下分解，最终形成含有乙酸、丙酸、乙醇、焦油等的液体燃料。等的液体燃料。n热解产生的燃料油是具有不同沸点的各种油的混合物，热解产生的燃料油是具有不同沸点的各种油的混合物，含水焦油比较多，精制后方能得到热值较高的燃料油。含水焦油比较多，精制后方能得到热值较高的燃料油。热值一般为热值一般为29302kJ/L左右左右。2021/3/1010讲解：XX美国：微生物学、热化学两条技术路线美国：微生物学、热化学两条技术路线热化学：热化学：(1)以产生热、蒸汽、电力为目的的燃烧技术；以产生热、蒸汽、电力为目的的燃烧技术；(2)以制造中低热值燃料气、燃料油和炭黑为目的的以制造中低热值燃料气、燃料油和炭黑为目的的热解技术；热解技术；(3)以制造中低热值燃料气或以制造中低热值燃料气或NH3、CH30H等化学物等化学物质为目的的气化热解技术质为目的的气化热解技术(4)以制造重油、煤油、汽油为目的的液化热解技术以制造重油、煤油、汽油为目的的液化热解技术2021/3/1011讲解：XX生物能热化学转换系统2021/3/1012讲解：XXn 在欧洲主要根据处理对象的种类、反应在欧洲主要根据处理对象的种类、反应器的类型和运行条件对热解处理系统进行器的类型和运行条件对热解处理系统进行分类，研究不同条件下反应产物的性质和分类，研究不同条件下反应产物的性质和组成，尤其重视各种系统在运行上的特点组成，尤其重视各种系统在运行上的特点和问题。和问题。2021/3/1013讲解：XX2021/3/1014讲解：XX2021/3/1015讲解：XXn 日本有关城市垃圾热解技术的研究是从日本有关城市垃圾热解技术的研究是从1973年实施的年实施的star Dust”80计划开始的计划开始的该计划的中心内容是利用该计划的中心内容是利用双塔式循环流双塔式循环流化床对城市垃圾中的有机物进行气化化床对城市垃圾中的有机物进行气化。随。随后又开展了利用单塔式流化床对城市垃后又开展了利用单塔式流化床对城市垃圾中的有机物液化回收燃料油的技术研究。圾中的有机物液化回收燃料油的技术研究。2021/3/1016讲解：XX2021/3/1017讲解：XX国际上早期对热解技术的开发：国际上早期对热解技术的开发：n以以美国美国为代表的，以为代表的，以回收贮存性能源回收贮存性能源(燃料气、燃料油燃料气、燃料油和炭黑和炭黑)为目的；成分复杂需要配套前处理低熔点物为目的；成分复杂需要配套前处理低熔点物质有害物质的混入质有害物质的混入城市垃圾直接热解回收燃料实城市垃圾直接热解回收燃料实现工业化生产方面并没有取得太大的进展。现工业化生产方面并没有取得太大的进展。n以以日本日本为代表的，减少焚烧造成的二次污染和需要填埋为代表的，减少焚烧造成的二次污染和需要填埋处置的废物量，以处置的废物量，以无公害型处理系统无公害型处理系统的开发为目的。与的开发为目的。与此相对，将热解作为此相对，将热解作为焚烧处理的辅助手段，焚烧处理的辅助手段，利用热解产利用热解产物进一步燃烧废物，在改善废物燃烧特性、减少尾气对物进一步燃烧废物，在改善废物燃烧特性、减少尾气对大气环境造成二次污染等方面、许多工业发达国家已经大气环境造成二次污染等方面、许多工业发达国家已经取得了成功的经验。取得了成功的经验。2021/3/1018讲解：XXn废塑料废塑料高热值高热值焚烧焚烧损伤焚烧设备；损伤焚烧设备；焚烧产物焚烧产物二噁英的主要来源二噁英的主要来源所以，各国制定所以，各国制定限制大量焚烧废塑料限制大量焚烧废塑料 塑料热解制油技术的发展塑料热解制油技术的发展2021/3/1019讲解：XXSec.2 principle and technique on pyrolysis热解原理及方法 1、Definition 热解的定义热解的定义 热解在英文中使用热解在英文中使用“pyrolysis”一词在工业上也称为一词在工业上也称为干馏干馏。它是将有机物在它是将有机物在无氧或缺氧状态无氧或缺氧状态下下加热加热，使之，使之分解分解为：为： 以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化合物为主的可燃以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化合物为主的可燃性气体；性气体； 在常温下为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物在内的在常温下为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物在内的燃料油；燃料油； 纯碳与玻璃、金属、土砂等混合形成的炭黑纯碳与玻璃、金属、土砂等混合形成的炭黑 的化学分解过程的化学分解过程。2021/3/1020讲解：XXn最经典定义：斯坦福研究所的最经典定义：斯坦福研究所的 JJones（Stanford Research Institute，SRI) 提出的：提出的： “在不向反应器内通入氧、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，通过水蒸气或加热的一氧化碳的条件下，通过间接加热间接加热使含碳有机物发生使含碳有机物发生热化学分解热化学分解，生成燃料生成燃料(气体、液体和炭黑气体、液体和炭黑)的过程的过程”。2021/3/1021讲解：XX2、 Process and products of pyrolysis热解过程及产物l 有机物的热解反应可以用下列通式来表示：有机物的热解反应可以用下列通式来表示：上述反应产物的收率取决于上述反应产物的收率取决于原料的化学结构、原料的化学结构、物理形态和热解的温度及速度。物理形态和热解的温度及速度。2021/3/1022讲解：XX2固体废物热解处理固体废物热解处理热热解解过过程程及及产产物物有机固体废物 气体（H2 、CH4 、CO、CO2 ）+ 有机液体（有机酸、芳烃、焦油）+ 固体(炭黑、灰)3(C6H10O5) 8H2O+C6H8O（可燃油）+2CO+2CO2+CH4+H2+7C大分子键断裂、异构化和小分子聚合大分子键断裂、异构化和小分子聚合大分子键断裂、异构化和小分子聚合大分子键断裂、异构化和小分子聚合废物组成、裂解温度、催化剂等废物组成、裂解温度、催化剂等废物组成、裂解温度、催化剂等废物组成、裂解温度、催化剂等Eg. Eg. 纤维素分子裂解纤维素分子裂解纤维素分子裂解纤维素分子裂解2021/3/1023讲解：XXnShafizadeh等人对纤维素的热解过程进行等人对纤维素的热解过程进行了较为详细的研究后提出了用下图描述了较为详细的研究后提出了用下图描述纤维素的热解和燃烧过程。纤维素的热解和燃烧过程。2021/3/1024讲解：XXu在热解过程中，其中间产物存在在热解过程中，其中间产物存在两种变化趋势：由大分子变两种变化趋势：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。聚合过程。u分解是从脱水开始的：如两分子苯酚聚合脱水；其次是脱甲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和和H2。u温度再高时，生成的温度再高时，生成的芳环化合物再进行裂解、脱氢、缩合、芳环化合物再进行裂解、脱氢、缩合、氢化等反应。氢化等反应。u反应没有明显的阶段性，许多反应是交叉进行的，反应没有明显的阶段性，许多反应是交叉进行的，热解总的热解总的反应方程式反应方程式可表示为：可表示为： 有机固体废物有机固体废物 加热加热 高中分子有机液体（焦油和芳香烃）高中分子有机液体（焦油和芳香烃）+ +低分子有机液体低分子有机液体+ +多种有机酸和芳香烃多种有机酸和芳香烃+ +炭渣炭渣+ +CHCH4 4+H+H2 2+H+H2 2O O +CO+CO+CO+CO2 2+NH+NH3 3+H+H2 2S+HCNS+HCN2021/3/1025讲解：XX热解产物热解产物n可燃气可燃气主要包括主要包括C C1-51-5的烃类、氢和的烃类、氢和COCO气体气体；n液态油液态油主要包括主要包括甲醇、丙酮、乙酸、甲醇、丙酮、乙酸、C C2525的烃类的烃类等液态等液态燃料。燃料。n固体燃料固体燃料主要主要含纯碳和聚合高分子的含碳物含纯碳和聚合高分子的含碳物。n废物类型不同，热解反应条件不同，热解产物有差异。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，废物有机成分的机成分的50%50%以上都转化成气态产物。热解后，减容以上都转化成气态产物。热解后，减容量大，残余碳渣较少。量大，残余碳渣较少。2021/3/1026讲解：XX2固体废物热解处理固体废物热解处理热热解解动动力力学学2021/3/1027讲解：XX热解过程控制热解过程控制（1 1）温度变化对产品产量、成分比例有较大的影响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。是最重要的控制参数。n在在较低温度较低温度下，下，油类油类含量相对含量相对较多较多。随着。随着温度升高温度升高，许多中间产物也发生许多中间产物也发生二次裂解二次裂解，C C5 5以下分子及以下分子及H H2 2成成分增多分增多，气体产量与温度成正比增长，各种有机酸、气体产量与温度成正比增长，各种有机酸、焦油、碳渣相对减少焦油、碳渣相对减少。n气体成分：气体成分：温度升高温度升高，脱氢反应加剧，脱氢反应加剧，H H2 2含量增加含量增加，C C2 2H H4 4、C C2 2H H6 6减少减少；低温时低温时，COCO2 2、CHCH4 4等增加，等增加，COCO减少减少。高温阶段，高温阶段，COCO逐渐增加逐渐增加。（2 2）加热速率加热速率对对产品成分产品成分比例影响较大。一般，在比例影响较大。一般，在较低和较高的加热速率较低和较高的加热速率下热解产品下热解产品气体含量高气体含量高。2021/3/1028讲解：XX（3 3）废料在反应器中的）废料在反应器中的保温时间保温时间决定了决定了物料分解转化率物料分解转化率。 保温保温时间长时间长，分解转化率高分解转化率高，热解充分热解充分，但，但处理量少处理量少； 保温时间保温时间短短， 则热解则热解不完全不完全，但处理量，但处理量高高。（4 4）废物成分废物成分：有机物成分有机物成分比例大，热值高，可热解性比例大，热值高，可热解性较好，产品热值高，可回收性好，残渣少；较好，产品热值高，可回收性好，残渣少；含水率低含水率低，干燥耗热少，升温到工作温度时间短；干燥耗热少，升温到工作温度时间短；较小的颗粒尺寸较小的颗粒尺寸促进热量传递，保证热解过程的顺利进行。促进热量传递，保证热解过程的顺利进行。（5 5）反应器类型：反应器类型：一般一般固定燃烧床处理量大，而流态燃固定燃烧床处理量大，而流态燃烧床温度可控性好烧床温度可控性好。气体与物料。气体与物料逆流逆流行进，行进，转化率转化率高，高，顺流顺流行进可行进可促进热传导，加快热解过程促进热传导，加快热解过程。2021/3/1029讲解：XXl热解反应所需的热解反应所需的能量取决于能量取决于各种产物的各种产物的生成生成比比，而生成比又与，而生成比又与加热的速度、温度及原料加热的速度、温度及原料的粒度有关。的粒度有关。低温低速低温低速重新结合成热稳定性固体重新结合成热稳定性固体固体产率增加固体产率增加高温高速高温高速全面裂解全面裂解气态产物增加气态产物增加粒度大物料粒度大物料均匀需时长均匀需时长二次反应多二次反应多2021/3/1030讲解：XXl 固体废物热解固体废物热解是否得到高能量产物是否得到高能量产物，取决于原料，取决于原料中中氢转化氢转化为为可燃气体与水的比例可燃气体与水的比例美国城市垃圾的典型化学组成为美国城市垃圾的典型化学组成为C30H48N0.5S0.05，其其HC值低于纤维索和木材质值低于纤维索和木材质日本城市垃圾的典型化学组成为日本城市垃圾的典型化学组成为C30H53N0.34S0.02Cl0.09。其。其HC值高于纤维素。值高于纤维素。2021/3/1031讲解：XX一般的固体燃料，剩余一般的固体燃料，剩余H/C值均在值均在00.5之间之间。美国城市垃圾的该美国城市垃圾的该HC值位于值位于泥煤和褐煤泥煤和褐煤之间；之间；日本城市垃圾的该日本城市垃圾的该H/C值则高于所有固体燃料值则高于所有固体燃料垃圾中垃圾中塑料含量较高塑料含量较高。从氢转换这一点来看甚至可以说城市垃圾优于普从氢转换这一点来看甚至可以说城市垃圾优于普通的固体燃料。但在通的固体燃料。但在实际过程实际过程中，还同时发生其他产中，还同时发生其他产物的生成反应，不能以此来简单地评价城市垃圾的热物的生成反应，不能以此来简单地评价城市垃圾的热解效果。解效果。2021/3/1032讲解：XXKaiser等人曾对城市垃圾中各种有机物进等人曾对城市垃圾中各种有机物进行过实验室的间歇实验，得到的气体产物行过实验室的间歇实验，得到的气体产物组成，随热解操作条件的变化而变化组成，随热解操作条件的变化而变化2021/3/1033讲解：XX 3. plastic pyrolysis废塑料热解原理废塑料的种类：聚乙烯废塑料的种类：聚乙烯(PE)、聚丙烯、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯、聚苯乙烯(Ps)、聚、聚氯乙烯氯乙烯(PVC)、酚醛树脂、脲醛树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、PET、ABS树脂等。树脂等。nPE、PP、PS、PVC等热塑性塑料当加热到等热塑性塑料当加热到300500时，时，大部分分解成大部分分解成低分子碳氢化合物低分子碳氢化合物，特别是，特别是PE、PP、PS其分其分子构成中只包括碳和氢，热解过程中不会产生有害气体，是子构成中只包括碳和氢，热解过程中不会产生有害气体，是热解油化的主要原料热解油化的主要原料。nPVC在加热到在加热到200左右时开始发生脱氯反应，进一步加热左右时开始发生脱氯反应，进一步加热发生断链反应。发生断链反应。n酚醛树脂、脲醛树脂等热硬性塑料则不适合作为热解原料。酚醛树脂、脲醛树脂等热硬性塑料则不适合作为热解原料。nPET、ABS树脂等在其分子构造中含有氮、氯等元素，热解树脂等在其分子构造中含有氮、氯等元素，热解过程中会产生有害气体或腐蚀性气体，也不适宜作为热解原过程中会产生有害气体或腐蚀性气体，也不适宜作为热解原料。料。2021/3/1034讲解：XX塑料裂解过程塑料裂解过程n 以聚烯烃类塑料为例，以聚烯烃类塑料为例， 直链碳氢化合物直链碳氢化合物熔融软化熔融软化为液体为液体低低分子碳氢化合物分子碳氢化合物 (碳链范围约为碳链范围约为144)再再通过通过合成沸石催化剂合成沸石催化剂分子量更小的碳氢分子量更小的碳氢化合物。化合物。2021/3/1035讲解：XX 此图是碳链范围为400012000的聚乙烯(PE)在常压、450条件下热解所得油品的相对分子质量分布图。2021/3/1036讲解：XX 一步热解得到的产物，其相对分子质量均一步热解得到的产物，其相对分子质量均匀分布在匀分布在C1C44之间，冷凝后得到的油品之间，冷凝后得到的油品中含有大量中含有大量石蜡、重油和焦油石蜡、重油和焦油成分，常温下成分，常温下发生固化，发生固化，难以作为液体燃料难以作为液体燃料使用。使用。 而将热解产物进一步与催化剂发生接触反而将热解产物进一步与催化剂发生接触反应后得到的产品，其相对分子质量约为应后得到的产品，其相对分子质量约为C1C20，在常温下得到汽油和煤油馏分混，在常温下得到汽油和煤油馏分混合的较高品位的合的较高品位的燃料油和燃料气燃料油和燃料气2021/3/1037讲解：XX日本桥本健治日本桥本健治 热重变化热重变化2021/3/1038讲解：XX2021/3/1039讲解：XX4. classification on preformance热解工艺分类热解工艺分类 一个完整的热解工艺包括一个完整的热解工艺包括进料系统、反进料系统、反应器、回收净化系统、控制系统应器、回收净化系统、控制系统几个部分。几个部分。其中，反应器部分是整个工艺的核心，热解其中，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。应的方式以及热解产物的成分。2021/3/1040讲解：XX3固体废物热解处理固体废物热解处理热热解解工工艺艺分分类类是否生是否生成炉渣成炉渣n渣造型和非造渣型热解、热解、燃烧位燃烧位置置n单塔式和双塔式产物物产物物理形态理形态n气化方式、液化方式、炭化方式热解炉热解炉结构结构n固定床、移动床、流化床和旋转炉热解温热解温度不同度不同n高温热解、中温热解、低温热解供热方供热方式式n直接加热 、间接加热2021/3/1041讲解：XX1、按反应器的类型可分为、按反应器的类型可分为：固定床反应：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、流化态燃烧床反应器、反向物流可移动床反应器等。器等。2、按供热方式的分类、按供热方式的分类： (1)直接加热法直接加热法：供：供给被热解物的热量是被热解物部分直接燃烧或者向给被热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。热解反应器提供补充燃料时所产生的热。(2)间接加热法间接加热法：是将被热解的物料与直接供热介质在：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。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）。或熔化的某种金属床层）。2021/3/1042讲解：XX3 3、在实际生产中的分类方法、在实际生产中的分类方法（1）按照）按照生产燃料的目的生产燃料的目的分：分：热解造油：热解造油：一般采用一般采用500以下的温度，在隔氧条件下使以下的温度，在隔氧条件下使有机物裂解，生成燃油。有机物裂解，生成燃油。热解造气：热解造气：将有机物在较高温度下转变成气体燃料，通过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。气，经净化回收装置加以利用或贮存于罐内。（2 2）按）按热解过程控制条件热解过程控制条件分分高温分解高温分解：固体有机废物在：固体有机废物在绝氧绝氧的条件下的条件下加热加热分解的过程，分解的过程，是一种严格意义上的热解过程。是一种严格意义上的热解过程。气化气化：指供给一定量：指供给一定量空气、氧、水蒸气空气、氧、水蒸气进入反应器，使进入反应器，使有有机废物部分燃烧机废物部分燃烧，整个热解过程可以自动连续进行，而无，整个热解过程可以自动连续进行，而无需外热供应。气化过程产物中需外热供应。气化过程产物中气体成分比例大，但热值相气体成分比例大，但热值相对较低。对较低。2021/3/1043讲解：XX5. Reactor 热解反应器热解反应器1 1、固定床反应器（固定燃烧床反应器）、固定床反应器（固定燃烧床反应器）n热量由废物燃烧部分燃烧所提供；逆流式物流方向，停留时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。污染的潜在影响。但存在一些技术难题，如有但存在一些技术难题，如有粘性的燃料需要进行预处理；粘性的燃料需要进行预处理；使其燃烧时不结成饼状。使其燃烧时不结成饼状。由于反应器内气流为上行式，由于反应器内气流为上行式，温度低，含焦油等成分多，温度低，含焦油等成分多，易堵塞气化部分管道。易堵塞气化部分管道。典型的固定燃烧床反应器典型的固定燃烧床反应器2021/3/1044讲解：XX2 2、流化床反应器（流态化燃烧床反应器）、流化床反应器（流态化燃烧床反应器） 在流化床中，气体与燃料同在流化床中，气体与燃料同流向相接触；反应器中气体流速流向相接触；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，废物颗粒分散，反应性能更好，速度快。速度快。 此工艺要求废物颗粒本身可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，以防灰渣融熔结熔化的范围内，以防灰渣融熔结块。块。 适应于适应于含水量高或波动较大含水量高或波动较大的废物燃料，且设备尺寸比固定的废物燃料，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大量的热量和较多地未反应的固体燃料粉末。体燃料粉末。2021/3/1045讲解：XX3 3、旋转窑、旋转窑 旋转窑是一种间接加热的高温分解反应器。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，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，尺寸一般要小于要小于5 5cmcm，以保证反应进行完全。以保证反应进行完全。2021/3/1046讲解：XX4 4、双塔循环式热解反应器、双塔循环式热解反应器包括包括固体废物热分解塔固体废物热分解塔和和固形炭燃烧塔固形炭燃烧塔。特点：将。特点：将热解热解与与燃烧反应分开燃烧反应分开在两个塔中进行。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。内燃烧供给。 惰性的热媒体惰性的热媒体 (砂砂)在燃烧炉内吸在燃烧炉内吸 收热量并被流化气收热量并被流化气 鼓动成流化态，经鼓动成流化态，经 联络管返回燃烧炉联络管返回燃烧炉 内，再被加热返回内，再被加热返回 热解炉。热解炉。2021/3/1047讲解：XXSec.3 pyrolysis on typical SW典型固体废物的热解 1. municipal SW城市垃圾的热解城市垃圾的热解 城市垃圾的热解技术根据其装置类型分：城市垃圾的热解技术根据其装置类型分：移动床熔融炉方式；移动床熔融炉方式；回转窑方式；回转窑方式；流化床方式；流化床方式；多段炉方式；多段炉方式；Flush Pyrolysis方式。方式。2021/3/1048讲解：XX2固体废物热解处理固体废物热解处理城城市市生生活活垃垃圾圾的的热热解解主要热主要热解技术解技术Occidental系统系统新日铁系统新日铁系统Purox系统系统Landgard系统系统流化床系统流化床系统Garret系统系统各各系系统统优优缺缺点点?2021/3/1049讲解：XXn回转窑方式：回转窑方式：Landgard系统（有机物气化）系统（有机物气化）n流化床流化床有单塔式和双塔式两种，其中双塔有单塔式和双塔式两种，其中双塔式流化床已经达到工业化生产规模。式流化床已经达到工业化生产规模。n多段炉：多段炉：主要用于含水率较高的有机污泥主要用于含水率较高的有机污泥的处理。的处理。 nFlush Pyrolysis方式方式：Occidental系统系统（有机物液化，低温热解）（有机物液化，低温热解）n移动床熔融炉方式是城市垃圾热解技术中移动床熔融炉方式是城市垃圾热解技术中最成熟的方法最成熟的方法，代表性的系统有，代表性的系统有新日铁系新日铁系统、统、Purox系统和系统和Torrax系统系统。2021/3/1050讲解：XX(一)新日铁系统n该系统是将该系统是将热解和熔融一体化热解和熔融一体化的设备，的设备，通过通过控制炉温和供氧条件控制炉温和供氧条件，使垃圾在同，使垃圾在同一炉体内完成一炉体内完成干燥、热解、燃烧和熔融干燥、热解、燃烧和熔融。n干燥段温度约为干燥段温度约为300，n热解段温度为热解段温度为3001000，n熔融段温度为熔融段温度为17001800n可燃烧性气体热值可燃烧性气体热值6276-10460 kJm32021/3/1051讲解：XX2021/3/1052讲解：XXn投料口采用投料口采用双重密封阀结构双重密封阀结构目的？目的？n竖式炉内由上向下移动与？相遇竖式炉内由上向下移动与？相遇换热换热？n热解段热解段，在控制？状态下有机物发生热，在控制？状态下有机物发生热解解可燃气和灰渣。可燃气和灰渣。n可燃性气体可燃性气体导入导入二燃室二燃室进一步燃烧并利进一步燃烧并利用尾气的余热发电。用尾气的余热发电。n灰渣灰渣中残存的热解固相产物中残存的热解固相产物炭黑与从炉炭黑与从炉下部通入的空气在下部通入的空气在燃烧区燃烧区发生发生燃烧反应燃烧反应，通过通过添加焦炭添加焦炭来补充碳源来补充碳源玻璃体和铁，玻璃体和铁，目的？目的？填埋或再利用填埋或再利用2021/3/1053讲解：XX2021/3/1054讲解：XX (二)Purox系统n该系统也采用该系统也采用竖式热解炉竖式热解炉，破碎后的垃，破碎后的垃圾从塔顶投料口进入依靠垃圾的自重圾从塔顶投料口进入依靠垃圾的自重在由上向下移动的过程中，完成垃圾的在由上向下移动的过程中，完成垃圾的干燥和热解。干燥和热解。nU.C.C.纯氧纯氧高温热分解法高温热分解法n底部燃烧温度：底部燃烧温度：1650n热解气洗涤热解气洗涤CO、H2，其他气体，其他气体2021/3/1055讲解：XX2021/3/1056讲解：XXn 该系统主要的该系统主要的能量消耗能量消耗是垃圾是垃圾破碎破碎过程过程和和1t垃圾垃圾热解热解需要的需要的0.2t氧气的制造过氧气的制造过程程。该系统每处理。该系统每处理lkg垃圾可以产生热值垃圾可以产生热值为为11168kJ/m3的可燃性气体的可燃性气体0.712m3n该气体以该气体以90的效率在锅炉中燃烧回收的效率在锅炉中燃烧回收热量，系统总体的热效率为热量，系统总体的热效率为58.2021/3/1057讲解：XX2021/3/1058讲解：XX（三）Torrax系统n由气化炉、二燃室、一次空气预热器、热回由气化炉、二燃室、一次空气预热器、热回收系统和尾气净化系统构成。收系统和尾气净化系统构成。n垃圾垃圾不经预处理不经预处理直接投入直接投入竖式气化炉竖式气化炉中中n垃圾干燥和热解所需的热量由炉底部通入的垃圾干燥和热解所需的热量由炉底部通入的预热至预热至1000的空气和炭黑燃烧的空气和炭黑燃烧提供。提供。n二燃室温度二燃室温度1400，出口气体温度，出口气体温度11501250预热气体和回收蒸汽预热气体和回收蒸汽2021/3/1059讲解：XX2021/3/1060讲解：XX垃圾热值的大约垃圾热值的大约35用于助燃空气的加热和设施所用于助燃空气的加热和设施所需电力的供应，提供给余热锅炉的热量达需电力的供应，提供给余热锅炉的热量达57，即，即相当于垃圾热值的大约相当于垃圾热值的大约37作为蒸汽得到回收。作为蒸汽得到回收。2021/3/1061讲解：XX(四)Occidental系统n特点：垃圾前处理环节多，设备复杂特点：垃圾前处理环节多，设备复杂n热解：不锈钢制筒式反应器热解：不锈钢制筒式反应器n炭黑加热到炭黑加热到760返回热解反应器供热返回热解反应器供热n80急冷得到燃料油急冷得到燃料油n热解油平均热值热解油平均热值24401kJ/kg2021/3/1062讲解：XX2021/3/1063讲解：XX从热值为从热值为11619kJ/kg的垃圾的垃圾1kg可以得到热值为可以得到热值为1139kcal的热解油的热解油0.150L，其他热量则通过，其他热量则通过残渣和炭黑残渣和炭黑损失损失掉了。在热解过程中还掉了。在热解过程中还消耗掉消耗掉1724kJ的外加能量的外加能量，扣除这部分能量后，相当于扣除这部分能量后，相当于只回收了只回收了3045kJ的能量。的能量。2021/3/1064讲解：XX（五） 流化床系统 将垃圾将垃圾破碎至破碎至50mm以下以下的粒径，经定的粒径，经定量输送带传至螺杆进料器，由此投入热解量输送带传至螺杆进料器，由此投入热解炉内。炉内。 载体：载体：石英砂石英砂 热分解温度：热分解温度：500 分离出的热解气一部分用于燃烧，用来分离出的热解气一部分用于燃烧，用来加热辅助流化空气，加热辅助流化空气，残余的热解气作为流残余的热解气作为流化气回流化气回流到热解塔中。当热解气不足时，到热解塔中。当热解气不足时，由由热解油热解油提供所需的那部分热量。提供所需的那部分热量。2021/3/1065讲解：XX2021/3/1066讲解：XX主要热解工艺：主要热解工艺：n移动床热解工艺移动床热解工艺n经适当破碎除去重组分的城市垃圾从炉顶的气锁加料斗进入经适当破碎除去重组分的城市垃圾从炉顶的气锁加料斗进入热解炉，从炉底送约热解炉，从炉底送约600的空气的空气-水蒸气混合气，炉子的水蒸气混合气，炉子的温度由上到下逐渐增加。炉顶为预热区，依次为热分解区和温度由上到下逐渐增加。炉顶为预热区，依次为热分解区和气化区。气化区。n垃圾经过各区分解后产生的残渣经回转炉栅从炉底排出。空垃圾经过各区分解后产生的残渣经回转炉栅从炉底排出。空气气-水蒸气与残渣换热，排出的残渣温度接近室温，热解产水蒸气与残渣换热，排出的残渣温度接近室温，热解产生的气体从炉顶出口排出。炉内的压力为生的气体从炉顶出口排出。炉内的压力为7kPa。生成的气。生成的气体含体含N243%，H2O和和CO均为均为21%，CO212%，CH41.8%，C2H6和和C2H4在在1%以下。由于含大量的以下。由于含大量的N2，热值非常低，约为，热值非常低，约为37707540kJ/Nm3。2021/3/1067讲解：XX双塔循环式流动床热解工艺双塔循环式流动床热解工艺n特点是特点是热分解及燃烧反应分别在两个塔热分解及燃烧反应分别在两个塔中进行，热解所需要的热中进行，热解所需要的热量，由热解生成的固体炭或燃料气在燃烧塔内燃烧来供给。惰性量，由热解生成的固体炭或燃料气在燃烧塔内燃烧来供给。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态化，的热媒体（砂）在燃烧炉内吸收热量并被流化气鼓动成流态化，经连接管到热分解塔与垃圾相遇，供给热分解所需的热量，再经经连接管到热分解塔与垃圾相遇，供给热分解所需的热量，再经连接管返回燃烧炉内，被加热后再返回热解炉。受热的垃圾在热连接管返回燃烧炉内，被加热后再返回热解炉。受热的垃圾在热分解炉内分解，生成的气体一部分作为热分解炉的流动化气体循分解炉内分解，生成的气体一部分作为热分解炉的流动化气体循环使用，一部分为产品。环使用，一部分为产品。n双塔循环式的特点是：双塔循环式的特点是：热分解的气体系统内，不混入燃烧废气，热分解的气体系统内，不混入燃烧废气，提高了气体热值，热值为提高了气体热值，热值为1700018900kJ/Nm3；炭燃烧炭燃烧需要的空气量少，向外排出废气少；需要的空气量少，向外排出废气少；在流化床内温度均匀，可在流化床内温度均匀，可以避免局部过热；以避免局部过热；由于燃烧温度低产生的由于燃烧温度低产生的N 已少，特别适于处已少，特别适于处理含热塑性材料多的垃圾热解。理含热塑性材料多的垃圾热解。2021/3/1068讲解：XX 纯氧高温热分解法纯氧高温热分解法n垃圾由炉顶加入并在炉内缓慢下移。纯氧从炉底送入首先到达燃垃圾由炉顶加入并在炉内缓慢下移。纯氧从炉底送入首先到达燃烧区，参与垃圾燃烧。垃圾燃烧产生的高温烟气与向下移动的垃烧区，参与垃圾燃烧。垃圾燃烧产生的高温烟气与向下移动的垃圾在炉体中部相互作用，有机物在还原状态下发生热解。热解气圾在炉体中部相互作用，有机物在还原状态下发生热解。热解气向上运动穿过上部垃圾层并使其干燥。最后，烟气离开热解炉到向上运动穿过上部垃圾层并使其干燥。最后，烟气离开热解炉到净化系统处理回收。产生的气体主要有净化系统处理回收。产生的气体主要有CO、CO2、H2，约占烟，约占烟气量的气量的90%。此外，还有玻璃、金属等熔融体。此外，还有玻璃、金属等熔融体。n根据实验表明，产生的气体组分为根据实验表明，产生的气体组分为CO47%，H233%, CO214%，CH44%，低发热值为，低发热值为1.1104kg/Nm3，每吨垃，每吨垃圾所得热量为圾所得热量为7.3106kJ，产生气体量为，产生气体量为0. 7t，熔融玻璃、金，熔融玻璃、金属属0.22t，消耗纯氧量为，消耗纯氧量为0.2t/t垃圾。垃圾。n该法的特点是不需前处理，流程简单。有机物几乎全部分解，分该法的特点是不需前处理，流程简单。有机物几乎全部分解，分解温度高达解温度高达1650。由于不是供应空气而是采用纯氧，故。由于不是供应空气而是采用纯氧，故NOx产生量极少。主要问题是能否提供廉价的纯氧。产生量极少。主要问题是能否提供廉价的纯氧。2021/3/1069讲解：XX2. agriculture SW农业固体废物的热解农业固体废物的热解n 农业固体废物中存在大量的脂肪，蛋白质，农业固体废物中存在大量的脂肪，蛋白质，淀粉和纤维素，也可以经过热解而得到燃料淀粉和纤维素，也可以经过热解而得到燃料油与燃料气。早在油与燃料气。早在50 年代，我国就从农业年代，我国就从农业的废玉米芯中提取糠醛，作为化工原料。我的废玉米芯中提取糠醛，作为化工原料。我国农机科学院设计的小型热解气化炉，可用国农机科学院设计的小型热解气化炉，可用于部分农业固体废物的热解。于部分农业固体废物的热解。2021/3/1070讲解：XX3. sludge污泥的热解污泥的热解n污泥与干燥过的一部分污泥在搅拌器中混合进入干燥器中干燥，然后送入热解炉。从干燥器出来的气体在冷水塔中经冷却凝缩去水后可作为燃烧气在燃烧室中使用。热解产生的气体经冷却后可回收油品或热量。 2021/3/1071讲解：XX3固体废物热解处理固体废物热解处理污污泥泥的的热热解解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 2021/3/1072讲解：XX3. sludge污泥热解处理n 污泥热解炉型通常采用污泥热解炉型通常采用竖式多段炉竖式多段炉，为了提高热，为了提高热解炉的热效率，在能够控制二次污染物质解炉的热效率，在能够控制二次污染物质(Cr6+、NOx)产生的范围内，尽量采用产生的范围内，尽量采用较高的燃烧率较高的燃烧率(空气空气比比0.60.8)。n热解产生的可燃气体及热解产生的可燃气体及NH3、HCN等有害气体组分等有害气体组分必须经过必须经过二燃室二燃室再次燃烧以实现其再次燃烧以实现其无害化无害化，通常倩，通常倩况下，况下，HCN的分解温度在的分解温度在800一一900还应对二还应对二燃室燃室排放的高温气体进行预热回收。排放的高温气体进行预热回收。n回收预热的利用方法主要有：回收预热的利用方法主要有：脱水泥饼的脱水泥饼的干燥干燥；热解炉助燃空气的热解炉助燃空气的预热预热；二燃室，二燃室，助燃空气的助燃空气的预热预热。2021/3/1073讲解：XX2021/3/1074讲解：XX2021/3/1075讲解：XX2021/3/1076讲解：XXn泥饼泥饼首先通过首先通过间接式蒸汽干燥间接式蒸汽干燥装置干燥至含装置干燥至含水率水率30，直接投入竖式多段热解炉内，直接投入竖式多段热解炉内，通过通过控制助燃空气量控制助燃空气量(部分燃烧方式部分燃烧方式)，使之，使之发生热解反应。发生热解反应。n将热解产生的可燃性气体和干燥器排气混合将热解产生的可燃性气体和干燥器排气混合进入进入二燃室高温燃烧二燃室高温燃烧，通过附设在二燃室后，通过附设在二燃室后部的预热锅炉产生蒸汽，提供部的预热锅炉产生蒸汽，提供泥饼干燥的热泥饼干燥的热源。源。2021/3/1077讲解：XX污泥油化污泥油化2021/3/1078讲解：XX4.Plastic 废塑料的热解废塑料的热解2021/3/1079讲解：XX2021/3/1080讲解：XX4固体废物热解处理固体废物热解处理废废塑塑料料的的热热解解产产产产物物物物是是是是燃燃燃燃料料料料油油油油或或或或化化化化工工工工原原原原料料料料2021/3/1081讲解：XX4固体废物热解处理固体废物热解处理废废塑塑料料的的热热解解槽式槽式槽式槽式( (聚合浴、分解槽聚合浴、分解槽聚合浴、分解槽聚合浴、分解槽)管式（管式蒸馏、螺旋式）管式（管式蒸馏、螺旋式）管式（管式蒸馏、螺旋式）管式（管式蒸馏、螺旋式）流化床流化床流化床流化床管式蒸馏法热分解技术管式蒸馏法热分解技术管式蒸馏法热分解技术管式蒸馏法热分解技术螺旋式热分解系统螺旋式热分解系统螺旋式热分解系统螺旋式热分解系统流化床热分解系统流化床热分解系统流化床热分解系统流化床热分解系统比较简单地把废比较简单地把废PS制成液状单体，制成液状单体，而且用于回收单体而且用于回收单体的分解设备、反应的分解设备、反应温度和停留时间均温度和停留时间均可随意控制。可随意控制。 由于抽料泵会造成减由于抽料泵会造成减压，物料在分解管内停压，物料在分解管内停留时间不稳定；留时间不稳定；高温分解时气化率高；高温分解时气化率高；分解速度慢的聚合物分解速度慢的聚合物不能完全实现轻质化；不能完全实现轻质化；由于是外部加热，所由于是外部加热，所以耗能比较大。以耗能比较大。 热解原料的分热解原料的分散不够均匀，散不够均匀，颗粒与气体的颗粒与气体的热交换效率低，热交换效率低，管线容易结焦管线容易结焦等。等。 2021/3/1082讲解：XX4固体废物热解处理固体废物热解处理废废橡橡胶胶的的热热解解轮胎破碎分（磁）选干燥预热橡胶热解油气冷凝热量回收废气净化 2021/3/1083讲解：XXSec.4 environmental control n1、Air Emissions NOx, SO2, CO, PM（Particulate Matter）, Metals, HC, Acid gases(HF), Dioxins and Furans(PCDD, PCDF)n2、Solid Residual Fly ash（飞灰）（飞灰）, scrubber(洗涤器洗涤器) product, bottom ash（底灰）（底灰）, heavy metals and trace organicsn3、Wastewater Discharges。2021/3/1084讲解：XX5其它热处理其它热处理固固体体废废物物的的焙焙烧烧 方方法法还原焙烧还原焙烧硫酸化焙烧硫酸化焙烧氯化焙烧氯化焙烧钠化焙烧钠化焙烧离析焙烧离析焙烧烧结焙烧烧结焙烧分解焙烧分解焙烧氧化焙烧氧化焙烧各各各各种种种种焙焙焙焙烧烧烧烧的的的的适适适适用用用用对对对对象象象象？各各各各种种种种焙焙焙焙烧烧烧烧方方方方法法法法的的的的原原原原理理理理？2021/3/1085讲解：XX谢谢谢谢QUESTION？本本 章章 结结 束束2021/3/1086讲解：XX感谢您的阅读收藏，谢谢！2021/3/1087