第七章_热解
热解的基本原理和方式
热解（pyrolysis）在工业上也称为干馏。 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。热解过程有机物发生化学分解得到气态、液态或固态可燃物质。
最经典定义：斯坦福研究所的J．Jones（Stanford Research Institute， SRI) 提出的： “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，通过间接加热使含碳有机物发生热化学分解，生成燃料(气体、液 体和炭黑)的过程”。
含水率 ：含水率低，干燥过程耗热少，将废物加热到工作温度的时间短， 易于热解进行。
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。
主要产物
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
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。
7.1.2.2 热解产物
热解产物中包括： 气体：CH4、H2、H2O、CO、CO2、NH3、H2S、HCN等； 有机液体：有机酸、芳烃、焦油、甲醇、丙酮、乙酸等； 固体残渣：灰渣、炭黑等含纯碳和聚合高分子的含碳物。 上述反应产物的收率取决于原料的化学结构、物理形态和热解的温度及速度。
有机化学第七章(多)
4 3 2 1
1
α－甲基萘 β－甲基萘 1－甲基萘 2－甲基萘
SO3H
5 4 NO2
SO3H 2 3
4 3 2 1 OH
CH3 5
4－甲基－1－萘磺酸 5－硝基－2－萘磺酸
5－甲基－1质： (1)性状：无色片状晶体，mp:80.2℃，bp:218 ℃,有特殊气味。 性状： 有特殊气味。 性状 无色片状晶体， ℃ 有特殊气味 (2)易升华，蒸气有杀菌作用。用于做卫生球，用于杀菌防虫。 易升华， 易升华 蒸气有杀菌作用。用于做卫生球，用于杀菌防虫。 萘的化学性质与苯相似，但由于离域的不太好， 萘的化学性质与苯相似，但由于离域的不太好，π电子云不是均匀 分布，所以反应活性与苯相比，不仅比苯易进行亲电取代反应， 分布，所以反应活性与苯相比，不仅比苯易进行亲电取代反应， 而且也较易进行加成和氧化反应。 而且也较易进行加成和氧化反应。 1.亲电取代反应 亲电取代反应 萘环上的π电子云不是均匀分布，据测定，它的α 萘环上的π电子云不是均匀分布，据测定，它的α位上电子云密度 最高， 位次之， 位最低， 最高，β位次之，γ位最低，所以萘的亲电取代反应一般发生在 特殊情况下也能在β位反应。 α位。特殊情况下也能在β位反应。
CH3
(2)原来取代基为第二类定位基时，则钝化芳环，主要发生异环α 原来取代基为第二类定位基时，则钝化芳环，主要发生异环α 原来取代基为第二类定位基时 位取代。 －位取代。如： NO
2
NO2
萘亲电取代的定位规律
但是，萘的亲电取代反应有的不遵循定位规律， 但是，萘的亲电取代反应有的不遵循定位规律，如：
H2 SO4 H2O
9,10－蒽醌和它的衍生物是蒽醌类染料的主要原料。 －蒽醌和它的衍生物是蒽醌类染料的主要原料。
热解
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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%)。
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。
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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。
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。
.
4．物料性质
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
按供热方式
（获得低品位燃气）
间接（外部）供热：从外界供给热 解所需热量
（燃气品位高但供热效率低）
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热解的基本原理和⽅式.ppt全⽂免费⽂档介绍：固体废物的热解与焚烧相⽐有下列优点: 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，热解产⽣的NOx，SOx，HCl等较少，⽣成的⽓体或油能在低空⽓⽐下燃烧，有利于减轻对⼤⽓环境的⼆次污染；废物中的硫、重⾦属等有害成分⼤部分被固定在炭⿊中；由于保持还原条件，Cr3+不会转化为Cr6+； NOx的产⽣量少；热分解残渣中⽆腐败性的有机物，⽽且灰渣熔融能防⽌⾦属类物质溶出；能处理不适合焚烧和填埋的难处理物。
热解⼯艺及成分此外，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。
按热解反应系统压⼒分为常压热解法和真空热解法。
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。
7.1.4 影响热解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、反应器类型、供⽓供氧、废物组成等。
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。
加热温度结合加热速率低温-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。
3．停留时间（反应时间）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。
第七章自由基与光化学反应总结
共价键异裂时，一对电子保留给其中的一个原子 分别形成一个正离子和一个负离子，这种断裂方 式称为异裂(Heterolytic Cleavage)。
自由基的发现： 实验一、
自由基的产生举例：
1、热均裂反应（热解）
热诱导共价键发生均裂 1）二烷基过氧化物
CH3
H3C C CH3 O O CH3 C CH3 CH3 CH3 2 H3C
S0，放热，系内转化（IC），或发出荧光； T1,系间窜跃(ISC)； S0，或发生化学反应，或在反应前发出磷光。
T1相对较稳定，多数光化学反应通过三线态进行。
能量的转移
激发态分子能量失活可以在分子内，也可以在分子间。
hv D (S0)
D (T1)
D (T1) + A (S0)
D (S0)
+ A (T1)
对于给定的烯，多卤代烷活性次序：
CBr4 > CBrCl3 > CCl4>CH2Cl2>CH3Cl
3）醛醇等对烯烃的加成
醛羰基上的氢在自由基进攻下被夺去形成酰基自由基， 与烯烃加成生成酮。
醇的α -H易被自由基夺取形成RCHOH自由基，反应得 到链增长的的醇。
3、分子内自由基反应
1）分子内取代
0
ψ1S1ψ2
（S0
S1）
电子状态多重性M=2[(+1/2)+(-1/2)]+1=1
三线态激发态：ψ1ψ2 对乙烯，ψ1 对苯，ψ3
(1) S1 (2) S1 (3) T1
ψ1ψ2 （S1
T1）
电子状态多重性M=2[(+1/2)+(＋1/2)]+1=3
ψ2 ，吸收200nm光，π π* ψ4 ，吸收250-280nm光，π π*
第七章 固体废弃物的热解
李 辉
西安建筑科技大学粉体工程研究所
提纲
1
概述
2
3
热解原理
热解的主要影响因素
4
5
热解的工艺与设备
几种典型固体废物的热解
2 2
1 概述
传统：木材－木炭、焦煤－焦炭、油页岩－液体燃料、气煤和半焦 －煤气。 20世纪70年代开始应用于有一定能量的有机物固体废物的热解。被 称为第三代废物处理技术。
– 也有采用直接加热的回转窑，直接加热时，原料与热气体逆向流动。 • 特点： – 可燃气热值高（物料不与空气接触） – 热效率低（间接加热）
图 回转窑热解炉
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13
（4）双塔循环式反应器（Double tower circulating reactor）
• 结构及原理
– 由热解和燃烧两个塔组成，两塔之间管道相 连，固废在热解塔中热解，所需热量由热解 产生的炭及燃油在燃烧塔内燃烧供给。 – 在燃烧塔内装有热媒体 ( 石英砂 ) ，吸收热量
4
热解与焚烧的区别
项目 原理 反应产物 焚烧 放热、氧化 CO2、H2O 产生的热能只能就近利用(发 电、加热水或产生蒸汽) 热解 吸热、还原 可燃的低分子化合物 产生燃料油气，可贮存和远 距离输送
能量综合利用方式
热解的优点
产物为贮存性能源。 热解为无氧或缺氧分解，因此产生的 NOx 、 SOx 、 HCl 等较少， 排气量也少，可减轻对大气的二次污染，尤其是对“二噁英” 的抑制。 热解时废物中的S、金属等有害成分大部分被固定在炭黑中。 因为热解为还原气氛，Cr+3等不会被转化为Cr+6 ； 热解残渣中无腐败性有机物，能防止填埋场公害，排出物致密， 废物被大大减容，而且灰渣熔融能防止金属类物质溶出。
化学反应机理中的热解反应
化学反应机理中的热解反应化学反应是物质发生变化的过程，其中热解反应是一种常见的反应类型。
热解反应是指在高温下，化合物因吸热而被分解成更简单的物质的化学反应。
在这篇文章中，我们将探讨热解反应的机理及其在实际应用中的重要性。
一、热解反应的基本原理热解反应是一种热化学反应，其中化合物在高温下被分解成较简单的物质，同时伴随着能量的吸收。
热解反应通常需要高温条件来提供足够的能量，使化合物中的化学键断裂，从而产生新的物质。
热解反应的机理可以分为两个主要步骤：初步断裂和副反应。
初步断裂是指在高温条件下，化合物中的离子或原子之间的化学键发生断裂，形成自由基或反应中间体。
这个过程需要吸收热量，因为化学键的断裂需要克服化学键的结合能。
在初步断裂之后，副反应会发生。
副反应是指产生的自由基或反应中间体在高温下进一步参与其他反应，形成最终产物。
这些副反应可以是链式反应、烷基化、芳香化等不同的反应机制。
副反应的产物可以根据反应条件以及化合物的性质而变化。
二、热解反应的应用热解反应在许多领域中都有重要应用。
以下是其中一些常见的应用领域：1. 化学合成热解反应可以用于有机合成中，通过高温分解复杂的有机化合物，生成所需的有机物。
这种方法可以高效地合成各种有机化合物，包括药物、染料和聚合物等。
2. 燃料加工在石油加工和生物质能源领域，热解反应广泛应用于燃料的制备和转化过程。
通过高温分解原料，例如煤、木材或其他可再生能源，可以产生气体、液体或固体燃料。
3. 废物处理热解反应可以用于处理废物和污染物。
通过高温分解废物，可以将其转化为能源或其他有用的物质。
这种方法不仅可以有效降低废物的体积，还可以减少对环境的污染。
4. 材料制备热解反应也用于材料制备领域。
通过高温分解金属盐或金属有机化合物，可以制备金属氧化物、陶瓷材料、纳米颗粒等。
这些材料在电子、光学和催化等领域具有广泛的应用价值。
三、热解反应的挑战与展望尽管热解反应在许多领域中有广泛应用，但仍面临一些挑战。
第7章 城市生活垃圾的热解处理 ppt课件
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• （4）焚烧产生的热量大的可以发电,小的可就近 利用。 • 热解产生的是燃料油和燃料气，便于贮藏和远距 离输送。
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• 6、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； • （3）废物中的硫、重金属的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。
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四、物料性质
• 物料性质如有机成分、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，可热解性较好，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。
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几种热解反应器
• • • • 固定床反应器 流化床反应器 旋转窑反应器 双塔循环式反应器
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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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五、反应器类型
• 不同反应器有不同的燃烧床条件和物流方式。 • 一般来说，固定燃料床处理量大，而流化态燃烧 床温度可控性好。 • 气体与物料逆流进行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效率；气体 与物料顺流进行可促进热传导，加快热解过程。
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10环境工程二班
典型固体废物的热解
废塑料的热解产物及工艺流程
废橡胶的热解及工艺流程 污泥的热解及工艺流程
废塑料的热解产物及流程
塑料热解是近年来国内外非常注重研究的一种能源回收方 法，被认为是一种最有效、最科学的回收塑料的途径。
热解产物主要是燃料油或化工原料等。
4% NaOH 溶液是最常用的废轮胎热解催化剂, 它能加速高 分子链的断裂, 在相同的温度下可以增加液态油的产量, 同 时提高产品的质量。
橡胶的热解处理
主要是指天然橡胶生产的废轮胎、废皮带、废胶管等；
而对人工合成的氯丁橡胶、丁腈橡胶，因在热解时会产生
HCl及HCN，不适宜热解。 天然橡胶制品的热解产物：
典型固体废物的热解
废塑料的热解产物及工艺流程
废橡胶的热解及工艺流程 污泥的热解及工艺流程
橡胶的热解处理
废轮胎高温热解靠外部加热使化学链打开, 有机物得以分 解或液化、汽化。热解温度在250℃～500℃范围内，当温 度高于250℃时, 破碎的轮胎分解出的液态油和气体随温度 升高而增加，400℃以上时依采用的方法不同, 液态油和固 态炭黑的产量随气体产量的增加而减少。
与水泥中的 CaO 及 Al2O3 反应转变成水泥中的组
分。
典型固体废物热解
废塑料的热解产物及工艺流程
废橡胶的热解及工艺流程 污泥的热解及工艺流程
污泥热解
与目前常用的污泥焚烧工艺相比，污泥热解的主要优点 是操作系统封闭，污泥减容率高，无污染气体排放，几乎 所有的重金属颗粒都残留在固体剩余物中，在热解的同时 还可实现能量的自给和资源的回收，因而是一种非常有前 途的污泥处理方法和资源化技术。 可避免SOX、NOX、HCl的二次污染。污泥可单独热解， 或与垃圾联合热解，在一些发达国家如德国、美国及法国 等，已先后建成了日处理能力上千吨的联合处理装置。
使用的催化剂种类主要有硅铝类化合物和H-Y、ZSM-5、 REY、Ni/REY等各种沸石催化剂。
塑料种类不同时，其热解温度也不相同
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
污泥热解
干燥的污泥热解可以分为前段反应速率较快的部分和 后段反应速率较慢的部分。后段反应主要是难分解的有
机物继续反应，以及前段反应中产生的炭黑气化过程。
通常碳的气化反应是在900~1000℃下发生的，所以需 要控制反应温度在800℃以上。
污泥热解
污泥热解
污泥热解炉型通常采用竖式多段炉，为了提高热 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，尽量采用较高的燃烧率(空气 比0.6～0.8)。 热解产生的可燃气体及NH3、HCN等有害气体组分必 须经过二燃室再次燃烧以实现其无害化，通常情 况下，HCN的分解温度在800一900℃．还应对二燃 室排放的高温气体进行预热回收。
此外，外国公司还研究了用废轮胎作制水泥燃
料的试验。结果表明，在水泥原料中投入废轮
胎，生产每吨水泥可节省 C 号重油 3% ，轮胎中 的S转变成了 SO2 CaSO4，既变成了水泥中 的有用成分，又防止了SO2的污染；而金属丝在 1200 ℃锻烧温度下 Fe2O3 Fe2O3再进一步
几种橡胶的热稳定性
橡胶热解三相产率
流化床热解橡胶工艺流程
1－橡胶加料斗；2－螺旋输送器；3－冷却下伸管；4－流化床反应器； 5－加热器；3－热电偶；7－冷却器；8－静电沉积器；9－深度冷却器； 10－气旋； 11－取样器； 12－气量计； 13－节气阀； 14－压气机； 15－转子流量机；16－－气旋
气体（22%）：甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、水、CO2、H2、
丁二烯等； 液体（27%）：苯、甲苯及其它芳烃； 炭灰（39%）； 钢丝（27%）。
橡胶的热解处理
轮胎橡胶的热稳定性分为:～ 200℃, 200℃～ 300℃及 300℃以上3个区域。 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。 ② 在200℃～ 300℃, 橡胶特性粘数迅速改变, 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。 ③ 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