第六章固体废物热解技术2018(1)
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固体废物的热解
• 随着温度的升高，除大分子裂解外，许多 中间产物也发生二次裂解， C5 以下分子及 H2成分增多，气体产量成正比增长，而各 种酸、焦油、炭渣产量相对减少。城市生 活垃圾热分解产物比例与温度的关系。
城市生活垃圾热分解产物比例与温度的关系
（2）加热速率
• 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。
固体废物热解处理技术
• 本章主要内容为：固体废物热解定义，以 及与焚烧的区别，热解原理，热解适用对 象、国内外发展趋势。
• 了解固体废物热解定义，以及与焚烧的区 别，流态化热解及国外热解发展趋势。
• 理解热解原理，热解适用对象。 • 掌握典型的热解工艺。
• 8.1 概述
• 定义：有机物在无氧或缺氧状态下加热， 使之分解的过程称为热解。
•
• 3、热解法与焚烧的区别
• 热解法与焚烧法相比是完全不同的两个过程：
①焚烧的产物主要是二氧化碳和水, 而热解的产物主要是 燃的低分子化合物：气态的有氢气、甲烷、一氧化碳； 液态的有甲醇、丙烔、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶 剂油等；固态的主要是焦炭或炭黑。
②焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量的热量。 ③焚烧产生的热能量大的可用于发电，量小的只可供加
• 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的接点处分解，重新 结合为热稳定性固体，而难以进一步分解， 反而产物中固体含量增加；
• 而在高温-高速加热条件下，有机物分子结 构发生全面裂解，产生大范围的低分子有 机物，热解产物中气体的组分增加。
（3）保温时间
• 物料在反应器中的保温时间决定了物料分解 转化率。为了充分利用原料中的有机质，尽 量脱出其中的挥发分，应延长物料在反应器 中的保温时间。
城市生活垃圾热分解产物比例与温度的关系
（2）加热速率
• 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。
固体废物热解处理技术
• 本章主要内容为：固体废物热解定义，以 及与焚烧的区别，热解原理，热解适用对 象、国内外发展趋势。
• 了解固体废物热解定义，以及与焚烧的区 别，流态化热解及国外热解发展趋势。
• 理解热解原理，热解适用对象。 • 掌握典型的热解工艺。
• 8.1 概述
• 定义：有机物在无氧或缺氧状态下加热， 使之分解的过程称为热解。
•
• 3、热解法与焚烧的区别
• 热解法与焚烧法相比是完全不同的两个过程：
①焚烧的产物主要是二氧化碳和水, 而热解的产物主要是 燃的低分子化合物：气态的有氢气、甲烷、一氧化碳； 液态的有甲醇、丙烔、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶 剂油等；固态的主要是焦炭或炭黑。
②焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量的热量。 ③焚烧产生的热能量大的可用于发电，量小的只可供加
• 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的接点处分解，重新 结合为热稳定性固体，而难以进一步分解， 反而产物中固体含量增加；
• 而在高温-高速加热条件下，有机物分子结 构发生全面裂解，产生大范围的低分子有 机物，热解产物中气体的组分增加。
（3）保温时间
• 物料在反应器中的保温时间决定了物料分解 转化率。为了充分利用原料中的有机质，尽 量脱出其中的挥发分，应延长物料在反应器 中的保温时间。
固体废物的热解处理技术页课件 (一)
固体废物的热解处理技术页课件 (一)随着经济的快速发展和人口的增加，固体废物逐渐增多，尤其是城市垃圾。
固体废物的处理已经成为全球性难题，传统的填埋和焚烧处理方式已经无法满足现代化的需求，因此，热解处理技术逐渐成为固体废物处理的新方向。
热解处理技术是一种将固体废物在高温无氧条件下分解成各种气体，液体和固体的方法。
其中，最为关键的是高温无氧条件，这种条件下可以有效的杀死有害细菌，分解固体有机物，消减固体废物体积，降低对环境的污染。
以下为固体废物的热解处理技术的具体内容：1. 热解反应器热解反应器是热解处理的核心，它的作用是将固体废物加热至高温无氧状态，反应过程中产生的有机化合物经过分解产生燃气和其他的反应产物。
热解反应器分为固定式和流动式两种，主要考虑生产能力和废物性质等因素选用不同的反应器。
2. 热解产物的分离热解产物一般分为燃气，液体和固体三种形态，需要对其进行分离。
燃气可以用于热能回收和发电，而液体和固体需要进一步处理才能得到可再利用的资源。
随着技术的进步，液体和固体的分离变得更精准，可回收的资源也更加丰富。
3. 热解处理设备的优化热解处理设备的优化主要是考虑如何提高热效率，减少二次污染。
常用的优化方式有，采用高效的换热器，防止反应过程中的废气泄漏和废水排放等。
总的来看，固体废物热解处理技术是一项长期的发展任务，需要不断的技术升级和改进。
随着能源紧缺问题的加剧，热解处理技术将成为不可替代的处理方式。
同时，我们也需要加强对热解处理技术的研究和应用，以此促进环境保护和可持续发展。
第六讲_固体废弃物的热解-65页PPT资料
热解过程参数影响
（2）最终温度
温度越高，热解气越多
热解油的产量随温度的 增加先升高，后降低。
热解炭随温度增加而降低
最终温度
热解过程使大 部分白塑料液 化,只有少部分 保持气体状态.
热解过程参数影响
（3）热解时间
是指反应物料完 成反应在炉内停 留的时间，它会 影响热解产物的 成分和总量。
300℃下不同热裂解时间后焦炭产物谱图
脂肪侧链断裂，生成气态烃，如CH4、C2H6、 C2H4。
含氧官能团的裂解，其热稳定性的顺序为： －OH > －C=O >－COOH > －OCH3。
羟基不易脱除700~800℃ 以上时，有大量-H存在时， 可氢化成H2O
400℃左右裂解生成CO
200℃开始分解， 生成CO2和H2O
热稳定性的一般规律
较低的加热温度和较短气体停留时间有利于炭的 生成；高温和较长停留时间会增加生物质转化为 气体的量；中温和短停留时间对液体产物增加最 有利。
热解温度高和停留时间长，有益于二次裂解发生， 降低液体油的产量。
热解过程参数影响
如果目标产物为液体生物油，热解条件应设为 500～600℃、高升温速率（104～105℃/s）和短 的停留时间（约1s）；
分解设备：
槽式
hg.kkwo/class/dhk/2019_06_15_22_50_25_453.htm
流化床式
hg.kkwo/class/dhk/2019_06_15_22_51_55_928.htm
hg.kkwo/class/dhk/2019_06_15_22_55_54_12.htm
（1）缩合芳烃>芳香烃>环烷烃>烯烃>炔 烃>烷烃.
固体废物的热解技术
固体废物的热解技术固体废物中有机物可分为天然的和人工合成的两类。
天然的有橡胶、木材、纸张、蛋白质、淀粉、纤维素、麦杆、废油脂和污泥等。
人工合成的有塑料、合成橡胶、合成纤维等。
随着现代工业发展和人民生活水平的提高，人们的衣、食、住、行中应用到有机高分子材料的机会增多，因此，在固体废物中有机物质的组分不断增加。
这些废物都具有可燃性，能通过焚烧回收能量。
本章主要介绍从有机物的热解中回收燃料气和油品。
第一节概述一、热解概念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。
固体废物热解处理工艺
• 该系统主要的能量消耗是垃圾破碎过程，
•此外1t垃圾热解需要的0.2t氧气的制造过程。 •该系统每处理lkg垃圾可以产生热值为11168kJ/m3的可燃性气 体0.712m3
（三）Torrax系统
• 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。
• 垃圾不经预处理直接投入竖式气化炉中
废物类型不同，热解反应条件不同，热解产物有差异。但热 解过程产生可燃气量大，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。
• 低温——油类含量相对较多 • 温度升高——全面裂解——气态产物增加，各种有机酸、焦油
、碳渣相对减少 • 较低和较高的加热速率——气体含量高 • 固体废物热解是否得到高能量产物，取决于原料中氢转化为可
• 可燃性气体导入二燃室进一步燃烧，并利用尾气的余热发电。
• 灰渣中残存的热解固相产物 • 炭黑与从炉下部通入的空气在燃烧区发生燃烧反应，通过添
加焦炭来补充碳源。 • 玻璃体和铁，将重金属等有害物质固化在固相中——填埋或
再利用。
(二)Purox系统
•该系统也采用竖式热解炉，破碎后的垃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，完成垃圾的干燥和 热解。
• 垃圾干燥和热解所需的热量由炉底部通入的预热至 1000℃的空气和炭黑燃烧提供。
(四)Occidental系统
• 特点：垃圾前处理环节多，设备复杂 • 热解：不锈钢制筒式反应器 • 炭黑加热到760℃返回热解反应器供热 • 80℃急冷得到燃料油 • 热解油平均热值24401kJ/kg
（五） 流化床系统
燃气体与水的比例三、典型固体物的热解技术城市垃圾的热解
城市垃圾的热解技术根据其装置类型分：
•此外1t垃圾热解需要的0.2t氧气的制造过程。 •该系统每处理lkg垃圾可以产生热值为11168kJ/m3的可燃性气 体0.712m3
（三）Torrax系统
• 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。
• 垃圾不经预处理直接投入竖式气化炉中
废物类型不同，热解反应条件不同，热解产物有差异。但热 解过程产生可燃气量大，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。
• 低温——油类含量相对较多 • 温度升高——全面裂解——气态产物增加，各种有机酸、焦油
、碳渣相对减少 • 较低和较高的加热速率——气体含量高 • 固体废物热解是否得到高能量产物，取决于原料中氢转化为可
• 可燃性气体导入二燃室进一步燃烧，并利用尾气的余热发电。
• 灰渣中残存的热解固相产物 • 炭黑与从炉下部通入的空气在燃烧区发生燃烧反应，通过添
加焦炭来补充碳源。 • 玻璃体和铁，将重金属等有害物质固化在固相中——填埋或
再利用。
(二)Purox系统
•该系统也采用竖式热解炉，破碎后的垃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，完成垃圾的干燥和 热解。
• 垃圾干燥和热解所需的热量由炉底部通入的预热至 1000℃的空气和炭黑燃烧提供。
(四)Occidental系统
• 特点：垃圾前处理环节多，设备复杂 • 热解：不锈钢制筒式反应器 • 炭黑加热到760℃返回热解反应器供热 • 80℃急冷得到燃料油 • 热解油平均热值24401kJ/kg
（五） 流化床系统
燃气体与水的比例三、典型固体物的热解技术城市垃圾的热解
城市垃圾的热解技术根据其装置类型分：
第六章固体废物热解技术2018(2)
固体废物与污泥联合热解有以下特点：
固体废物中有用的无机物可以直接回收，有机物的 热量亦被回收利用。
尾气经过多级净化处理，废水经过一般处理均能达 到允许排放的标准。
残渣中的微量元素可进行填埋处理，而占地面积只 有传统填埋面积的20-30%，还可省去传统填埋前的 预处理。
固体废物与污泥联合热解处理的方法改变了污泥热 解处理的地位，大大提高了污泥作为能源的竞争能 力。
1.672
0.997
3.34
1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6
log Kow
Fig. 3-12 Liner fitting of partition coefficient KP plotted as logKow.
A: N2; B: wave; C: flow meter; D: toluene; E: water; F: adsorbents; G: detector of flow pressure; H: absorption for off-gas; I: GC-FID.)
Page 27
在500 oC失重基 本趋于稳定，本 研究污泥炭的制 备温度都选用为 500 oC
于干燥，若能量不足时可在燃烧室加补助燃料。
污泥脱水
干燥
污
泥
热解
的
炭灰分离
热
油气冷凝
解
热量回收
二次污染防治
近年来，国外固体废物热解的另一发展是将城市垃圾和含 可燃组分的工业垃圾与污泥进行联合热解，这样可以更有 效地回收热能。
1971年以来西欧各国相继建成了一些联合处理装置。
在原联邦德国建设的二套工业规模的装置是目前欧洲最大的综合 废水处理场联合热解处理设施。采用水墙式焚烧炉，日处理能力 分别为3170吨和1680吨。脱水污泥的干燥是由焚烧炉的烟道气在 干燥室进行的，干燥污泥的含固体量为90%的干燥粉，然后用烟 道气将其吹入焚烧炉进行焚烧，这两套装置自1975年开始运转， 产生的蒸汽除用于污泥处理外，还可供局部加热使用。
固体废物的热解的基本原理和处理技术
二、热解过程及产物
1. 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原料的化学结构、 物理形态和热解的温度及速度。
如Shafizadeh等人对纤维素的热解过程进行 了较为详细的研究后．提出了用下图描述纤维 素的热解和燃烧过程。
2. 热解反应所需的能量取决于各种产物的生 成比，而生成比又与加热的速度、温度及原 料的粒度有关。
他认为通过部分燃烧热解产物来直接提供 热解所需热量的情况，应该称为部分燃烧 (Partial-combustion)或缺氧燃烧 (starved-air-combustion)。
他还提倡将二者统称为PTGL(Pyrolysis, Thermal Gasfication or Liquification) 过程。美国化学会为了表示对J．Jones的 尊敬采纳了这一倡议，而将在欧洲和日本 广为流行的不进行破碎、分选，直接焚烧 的方式称为mass burning。
(4)由于保持还原条件，Cr3+不会转化为Cr6+；
(5)NOx的产生量少。
美国：微生物学、热化学两条技术 路线
热化学：
(1)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 的的热解技术；
(3)以制造中低热值燃料气或NH3、CH30H等 化学物质为目的的气化热解技术
废塑料 高热值——焚烧——损伤焚烧设备； 焚烧产物——二噁英的主要来源 所以，各国制定……限制大量焚烧废塑料
——塑料热解制油技术的发展
第一节 热解原理及方法
一、热解的定义
热解在英文中使用“pyrolysis”一词．在工 业上也称为干馏。它是将有机物在无氧或 缺氧状态下加热，使之分解为：
第6-2章 固体废物的热解
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第六章 (Ⅱ) 固体废物的热解处理
第1节 第2节 第3节 概述 典型固体废物的热解 固体废物的其他热处理方法
1
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第1节
概述
热解概念 热解原理 热解工艺（方式）
2
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
随机分解型(random)塑料受热分解时链的断裂是随机的，因此产生无
一定数目的碳原子和氢原子结合的低分子化合物,如聚乙烯和聚氯乙烯
塑料分解 产物
以上两者兼而有之。分解产物与塑料种类和分解温度有关。塑 料中的氯和氰基生成HCl和HCN 以气态、液态和固态三类组分回收利用
10
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
灰渣进一步下移进入燃烧区， 灰渣中残存的热解固相产 物——炭黑与从炉下部通入 的空气发生燃烧反应，其产 生的热量不足以满足灰渣熔 融所需温度，通过添加焦炭 来提供碳源。
干燥段温度约为300℃， 热解段温度为300～1000℃， 熔融段温度为1700～1800℃
18
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
6
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
7
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
热解方式
供热方式 热解温度不同 热解炉结构 产物物理形态
热解、燃烧位置
内部加热 、外部加热
高温热解、中温热解、低温热解
固定床、移动床、流化床和旋转炉 气化方式、液化方式、炭化方式 单塔式和双塔式 造渣型和非造渣型
24
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第2节
第六章 (Ⅱ) 固体废物的热解处理
第1节 第2节 第3节 概述 典型固体废物的热解 固体废物的其他热处理方法
1
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第1节
概述
热解概念 热解原理 热解工艺（方式）
2
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
随机分解型(random)塑料受热分解时链的断裂是随机的，因此产生无
一定数目的碳原子和氢原子结合的低分子化合物,如聚乙烯和聚氯乙烯
塑料分解 产物
以上两者兼而有之。分解产物与塑料种类和分解温度有关。塑 料中的氯和氰基生成HCl和HCN 以气态、液态和固态三类组分回收利用
10
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
灰渣进一步下移进入燃烧区， 灰渣中残存的热解固相产 物——炭黑与从炉下部通入 的空气发生燃烧反应，其产 生的热量不足以满足灰渣熔 融所需温度，通过添加焦炭 来提供碳源。
干燥段温度约为300℃， 热解段温度为300～1000℃， 熔融段温度为1700～1800℃
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固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
6
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
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固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
热解方式
供热方式 热解温度不同 热解炉结构 产物物理形态
热解、燃烧位置
内部加热 、外部加热
高温热解、中温热解、低温热解
固定床、移动床、流化床和旋转炉 气化方式、液化方式、炭化方式 单塔式和双塔式 造渣型和非造渣型
24
固体废物处理与处置 第 6 章 固体废物的热解
第2节
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致密，废物被大大减容，而且灰渣熔融能防止金属类溶出。
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2020/4/1
1.5 热解方式分类
根据热解的温度不同，分为高温热解、中温热解和低温热解； 按供热方式可分为直接加热和间接加热； 按热解炉的结构可分为固定床、移动床、流化床和旋转炉等； 按热解产物的聚集状态可分成产气方式、液化方式和炭化方式； 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
工艺因素- 滞留时间
固相滞留时间：给定的温度和升温速率的条件下，固 相滞留时间越短，反应的转化产物中的固相产物就越 少，气相产物的量就越大。
热解速率和热解特征温度（热解起始温 度、热解速率最快的温度、热解终止温 度）均随升温速率的提高呈线形增长。
固相有机物残留率低
极高的加热速率
有利于气相热解产物比例的增加
中间的加热速率
有利于油性热解产物比例的增加
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2020/4/1
工 艺 因 素-含水率
含水率～生成物产量
热解生成物与残渣占原 有固体之比不受含水率 的影响
较 二次污染大
氧需求 能量 产物 利用 污染
无氧或缺氧 吸热 气、油、炭黑 贮存或远距离运输 二次污染较小
研究报道表明，热解烟气量是焚烧的1/2，NO是焚 烧的1/2，HCl是焚烧的1/25，灰尘是焚烧的1/2。
1.4 热解的优点
热解法与其他方法如焚烧相比具有如下优点： （1）热解可将SW的有机物转化为以燃料气、燃料油和碳黑为主的贮
工艺因素-热解温度
热解温度~燃气组成
热解温度越高热解气、液相产物的分子量越低
温度对热解产物分布、组分、产率 和热解气热值都有很大的影响。
小于600℃的常规热解时，采用中 等反应速率，生物油、不可凝气体 和炭的产率基本相等
闪速热解在500～650℃范围内，主 要用来增加生物油的产量，生物油 产率可达80%（质量分数）；
② 竖井式熔融气化炉 同时进行熔融、热解和气
化，资源化效果好；占地面积 小，能适应各种垃圾的处理； 二次污染小。 ③ 内热式气流热分解炉 ④ 内热式回转热分解炉
间接供热（外热式热解）
外热法式热解是将垃圾置于密闭的容器中，在绝热的条件下，热量 由反应容器的外面通过器壁进行传递，垃圾被间接加热而发生分解。 因不伴随燃烧反应，可得到15000-25000kJ/m3的高热值燃料气。
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2020/4/1
工艺因素-原料的影响
原料种类、分子结构、粒径及形状等特性对生物质热解 行为和产物组成等有着重要的影响；
原料粒径的大小是影响热解速率的决定性因素； 粒径在1mm以下时，反应动力学速率控制； 当粒径大于1mm时，还同时受到传热和传质现象的控制； 实际上选用小于1mm的颗粒。
高温热解：T>1000℃，供热方式几 乎都是直接加热
按热解温度
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。
存性能源； （2）热解因其为缺氧分解，因此产生的NOX，SOX，HCl等较少，排
气量也少，可减轻对大气环境的二次污染； （3）热解时，废物中的S、金属等有害成份大部分被固定在炭黑中； （4）因为热解为还原气氛，Cr3+等不会被转化为Cr6+ ； （5）热分解残渣中无腐败性有机物，能防止填埋场的公害。排出物
热解工艺——常规热解
将原料放在常规的热解装置中， 在低于600℃的中等温度及中等反应速率（0.1
～1℃/s）条件下， 经过几个小时的热解， 得到占原料质量的20%～25%的生物质炭及10%～
20%的生物油。
热解工艺——影响因素
热解温度 加热速率 含水率 原料种类 催化剂 停留时间 压力
第七章 固体废物热解技术
一、概述
1.1 定义
有机物在无氧或缺氧的状态下加热，使之分解的过程称为热 解。即热解是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件 下，利用热能使化合物的化合键断裂，由大分子量的有机物 转化成小分子量的可燃气体、液体燃料和焦炭等的过程。
斯坦福研究所的J.Jones定义热解：
③①②外外外热热热式式式回双竖转塔窑井流炉化炉
无空气进入，热解
产热运品解品行、质稳气较定化好，和，燃易具烧有控在较制一，个但反应垃器 圾构高温内产不破造度 生的进高碎复合气热 行。适体值 ，和杂。中； 气液。但混加化化转有热效所均率炉大需内量匀和易氮，热动气效力，率大热低，值，
附着碳层，需设置刮刀
装置。
1.6 影响热解的主要参数
热解过程的几个重要参数是热解温度、热解速率、含水率、反应时间， 每个参数都直接影响产物的混合和产量。另外，废物的成分不同，产 气、产油和残渣产生量也不同，产物成分也不同；物料的颗粒度不同 热传递速度也不同，颗粒度小，易于热解反应的进行；反应器类型及 作氧化剂的空气供氧程度等，也都对热解反应过程产生影响。
产物中各成份的收率取决于原料的化学组成、 结构、物理形态以及热解的温度和升温速率。 例如对同一组成的有机固体废物，不同的温度 和升温速率会得到不同成份收率。
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2020/4/1
3. 热解过程
根据温度变化和生成产物，热解过程可分为 干燥阶段 预热解阶段 固体分解阶段
热解工艺——慢速热解
又称干馏工艺、传统热解，工艺具有几千年的历 史，以生成木炭为目的的炭化过程
低温干馏温度：500℃ ～580℃ 中温干馏温度：660℃ ～750℃ 高温干馏温度：900℃ ～1100℃ 将木材放在窑内，在隔绝空气的情况下加热
，可以得到占原料质量30%～35%的木炭产量。
②焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量热量。
③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，适于就近利用，而热解的产物是燃物油及燃料气，便于
贮藏和远距离输送。
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焚烧 生物质、塑料类、橡胶等 热解
需氧
热 解 放热
与 焚
CO2、H2O
烧 就地利用 比
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。
工艺流程：破碎-----预热-----热分解
四. 热解工艺
根据加热速率和反应时间，热解工艺可分为 慢速热解 快速热解 闪速热解：在快速热解中，当完成反应时间甚短（
＜0.5s）时。
四. 热解工艺
根据工艺操作条件，可分为 慢速热解 快速热解 反应性热解
(气体） （2）以 CH3COOH、CH3COCH3、CH3OH 等化合物为主的燃
料油； （液体） （3）以纯碳与金属、玻璃、土砂等混合形成的炭黑。（固体）
1.3 热解与焚烧的区别
热解法与焚烧法相比是完全不同的两个过程。 ①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：气态的有氢气、甲烷、一氧化碳；液态的பைடு நூலகம்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 炭或炭黑。
液体产物：醋酸、木焦油和甲醇 气体产物：CO2、CO、CH4、H2 上述阶段的界限实际上难以明确划分，各阶段的反应过程
会相互交叉进。
3.1 热解反应器
结构相对 简单、气体热 损失少，系统 热效率较高， 但气体中易夹 带挥发性物质， 如焦油、蒸汽 等。
固体废物 底物流
气体
干燥和预热
93～315℃
3. 热解过程
干燥阶段：120 ℃ ～150℃，物料中的水分进行蒸发 ，物料的化学组成几乎不变。
预热解阶段：150 ℃ ～275℃，物料的热反应比较明 显，化学组成开始变化，不稳定成分如半纤维素分解 成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。
上述两个阶段均为吸热反应阶段。
固体分解阶段：275～475℃，热解的主要阶段。物理化学 反应，产生大量的分解产物。这个阶段为放热阶段
类 热解、
燃烧位 置
➢单塔式和双塔式
是否生 ➢造渣型和非造渣型
成炉渣
直接供热（内热式热解）
内热式热解也称为部分燃 烧热分解，反应器中的可燃 性垃圾或部分热解产物燃烧， 以燃烧热使垃圾发生热分解。 通常得到4000-8000 kJ/m3的 低品位燃料气。
① 内热式单塔流化炉
结构简单；热解温度低；热 解产物主要是燃气，热值低， 不利于利用。
闪速热解若高于700℃，在非常高 的反应速率和极短的气相滞留期下 ，主要用于生产气体产物，其产率 可达80%。
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工艺因素-加热速率
加热速率～产物组成
相同热解温度下
加热速率高
升温速率增加，物料颗粒达到热解所需 温度的相应时间变短，有利于热解；
升温速率增加，颗粒内外的温差变大， 由于传热滞后效应会影响内部热解的进 行。
成单塔式和双塔式； 按热解过程是否生成炉渣分为造渣型和非造渣型。
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供热方 式
➢直接加热 、间接加热
二
热解温 度不同
➢高温热解、中温热解、低温热解
直热解接（内热 结部解 构）炉供热➢：固热定解床反、应所移需动的床热、量流是化被热床解和物旋直转接炉燃烧 或间中向接分工艺分热（开解外的反部热产 理物 形应）解物态器供方提热法供：➢气的将补被化充热方燃解式料物、燃料液烧与化所直产接方生供式的热、热介炭质化在方热解式反应器
工艺因素-催化剂的影响
不同的催化剂起到不同的效果。 碱金属碳酸盐能提高气体、碳的产量，降低生物油的产
量，而且能促进原料中氢释放，使空气产物中的H2/CO 增大； K+能促进CO、CO2的生成，但几乎不影响H2O的生成； NaCl能促进纤维素反应中H2O、CO、CO2的生成； 加氢裂化能增加生物油的产量，并使油的分子量变小。
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1.5 热解方式分类
根据热解的温度不同，分为高温热解、中温热解和低温热解； 按供热方式可分为直接加热和间接加热； 按热解炉的结构可分为固定床、移动床、流化床和旋转炉等； 按热解产物的聚集状态可分成产气方式、液化方式和炭化方式； 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
工艺因素- 滞留时间
固相滞留时间：给定的温度和升温速率的条件下，固 相滞留时间越短，反应的转化产物中的固相产物就越 少，气相产物的量就越大。
热解速率和热解特征温度（热解起始温 度、热解速率最快的温度、热解终止温 度）均随升温速率的提高呈线形增长。
固相有机物残留率低
极高的加热速率
有利于气相热解产物比例的增加
中间的加热速率
有利于油性热解产物比例的增加
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工 艺 因 素-含水率
含水率～生成物产量
热解生成物与残渣占原 有固体之比不受含水率 的影响
较 二次污染大
氧需求 能量 产物 利用 污染
无氧或缺氧 吸热 气、油、炭黑 贮存或远距离运输 二次污染较小
研究报道表明，热解烟气量是焚烧的1/2，NO是焚 烧的1/2，HCl是焚烧的1/25，灰尘是焚烧的1/2。
1.4 热解的优点
热解法与其他方法如焚烧相比具有如下优点： （1）热解可将SW的有机物转化为以燃料气、燃料油和碳黑为主的贮
工艺因素-热解温度
热解温度~燃气组成
热解温度越高热解气、液相产物的分子量越低
温度对热解产物分布、组分、产率 和热解气热值都有很大的影响。
小于600℃的常规热解时，采用中 等反应速率，生物油、不可凝气体 和炭的产率基本相等
闪速热解在500～650℃范围内，主 要用来增加生物油的产量，生物油 产率可达80%（质量分数）；
② 竖井式熔融气化炉 同时进行熔融、热解和气
化，资源化效果好；占地面积 小，能适应各种垃圾的处理； 二次污染小。 ③ 内热式气流热分解炉 ④ 内热式回转热分解炉
间接供热（外热式热解）
外热法式热解是将垃圾置于密闭的容器中，在绝热的条件下，热量 由反应容器的外面通过器壁进行传递，垃圾被间接加热而发生分解。 因不伴随燃烧反应，可得到15000-25000kJ/m3的高热值燃料气。
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工艺因素-原料的影响
原料种类、分子结构、粒径及形状等特性对生物质热解 行为和产物组成等有着重要的影响；
原料粒径的大小是影响热解速率的决定性因素； 粒径在1mm以下时，反应动力学速率控制； 当粒径大于1mm时，还同时受到传热和传质现象的控制； 实际上选用小于1mm的颗粒。
高温热解：T>1000℃，供热方式几 乎都是直接加热
按热解温度
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。
存性能源； （2）热解因其为缺氧分解，因此产生的NOX，SOX，HCl等较少，排
气量也少，可减轻对大气环境的二次污染； （3）热解时，废物中的S、金属等有害成份大部分被固定在炭黑中； （4）因为热解为还原气氛，Cr3+等不会被转化为Cr6+ ； （5）热分解残渣中无腐败性有机物，能防止填埋场的公害。排出物
热解工艺——常规热解
将原料放在常规的热解装置中， 在低于600℃的中等温度及中等反应速率（0.1
～1℃/s）条件下， 经过几个小时的热解， 得到占原料质量的20%～25%的生物质炭及10%～
20%的生物油。
热解工艺——影响因素
热解温度 加热速率 含水率 原料种类 催化剂 停留时间 压力
第七章 固体废物热解技术
一、概述
1.1 定义
有机物在无氧或缺氧的状态下加热，使之分解的过程称为热 解。即热解是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件 下，利用热能使化合物的化合键断裂，由大分子量的有机物 转化成小分子量的可燃气体、液体燃料和焦炭等的过程。
斯坦福研究所的J.Jones定义热解：
③①②外外外热热热式式式回双竖转塔窑井流炉化炉
无空气进入，热解
产热运品解品行、质稳气较定化好，和，燃易具烧有控在较制一，个但反应垃器 圾构高温内产不破造度 生的进高碎复合气热 行。适体值 ，和杂。中； 气液。但混加化化转有热效所均率炉大需内量匀和易氮，热动气效力，率大热低，值，
附着碳层，需设置刮刀
装置。
1.6 影响热解的主要参数
热解过程的几个重要参数是热解温度、热解速率、含水率、反应时间， 每个参数都直接影响产物的混合和产量。另外，废物的成分不同，产 气、产油和残渣产生量也不同，产物成分也不同；物料的颗粒度不同 热传递速度也不同，颗粒度小，易于热解反应的进行；反应器类型及 作氧化剂的空气供氧程度等，也都对热解反应过程产生影响。
产物中各成份的收率取决于原料的化学组成、 结构、物理形态以及热解的温度和升温速率。 例如对同一组成的有机固体废物，不同的温度 和升温速率会得到不同成份收率。
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3. 热解过程
根据温度变化和生成产物，热解过程可分为 干燥阶段 预热解阶段 固体分解阶段
热解工艺——慢速热解
又称干馏工艺、传统热解，工艺具有几千年的历 史，以生成木炭为目的的炭化过程
低温干馏温度：500℃ ～580℃ 中温干馏温度：660℃ ～750℃ 高温干馏温度：900℃ ～1100℃ 将木材放在窑内，在隔绝空气的情况下加热
，可以得到占原料质量30%～35%的木炭产量。
②焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量热量。
③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，适于就近利用，而热解的产物是燃物油及燃料气，便于
贮藏和远距离输送。
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焚烧 生物质、塑料类、橡胶等 热解
需氧
热 解 放热
与 焚
CO2、H2O
烧 就地利用 比
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。
工艺流程：破碎-----预热-----热分解
四. 热解工艺
根据加热速率和反应时间，热解工艺可分为 慢速热解 快速热解 闪速热解：在快速热解中，当完成反应时间甚短（
＜0.5s）时。
四. 热解工艺
根据工艺操作条件，可分为 慢速热解 快速热解 反应性热解
(气体） （2）以 CH3COOH、CH3COCH3、CH3OH 等化合物为主的燃
料油； （液体） （3）以纯碳与金属、玻璃、土砂等混合形成的炭黑。（固体）
1.3 热解与焚烧的区别
热解法与焚烧法相比是完全不同的两个过程。 ①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：气态的有氢气、甲烷、一氧化碳；液态的பைடு நூலகம்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 炭或炭黑。
液体产物：醋酸、木焦油和甲醇 气体产物：CO2、CO、CH4、H2 上述阶段的界限实际上难以明确划分，各阶段的反应过程
会相互交叉进。
3.1 热解反应器
结构相对 简单、气体热 损失少，系统 热效率较高， 但气体中易夹 带挥发性物质， 如焦油、蒸汽 等。
固体废物 底物流
气体
干燥和预热
93～315℃
3. 热解过程
干燥阶段：120 ℃ ～150℃，物料中的水分进行蒸发 ，物料的化学组成几乎不变。
预热解阶段：150 ℃ ～275℃，物料的热反应比较明 显，化学组成开始变化，不稳定成分如半纤维素分解 成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。
上述两个阶段均为吸热反应阶段。
固体分解阶段：275～475℃，热解的主要阶段。物理化学 反应，产生大量的分解产物。这个阶段为放热阶段
类 热解、
燃烧位 置
➢单塔式和双塔式
是否生 ➢造渣型和非造渣型
成炉渣
直接供热（内热式热解）
内热式热解也称为部分燃 烧热分解，反应器中的可燃 性垃圾或部分热解产物燃烧， 以燃烧热使垃圾发生热分解。 通常得到4000-8000 kJ/m3的 低品位燃料气。
① 内热式单塔流化炉
结构简单；热解温度低；热 解产物主要是燃气，热值低， 不利于利用。
闪速热解若高于700℃，在非常高 的反应速率和极短的气相滞留期下 ，主要用于生产气体产物，其产率 可达80%。
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工艺因素-加热速率
加热速率～产物组成
相同热解温度下
加热速率高
升温速率增加，物料颗粒达到热解所需 温度的相应时间变短，有利于热解；
升温速率增加，颗粒内外的温差变大， 由于传热滞后效应会影响内部热解的进 行。
成单塔式和双塔式； 按热解过程是否生成炉渣分为造渣型和非造渣型。
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供热方 式
➢直接加热 、间接加热
二
热解温 度不同
➢高温热解、中温热解、低温热解
直热解接（内热 结部解 构）炉供热➢：固热定解床反、应所移需动的床热、量流是化被热床解和物旋直转接炉燃烧 或间中向接分工艺分热（开解外的反部热产 理物 形应）解物态器供方提热法供：➢气的将补被化充热方燃解式料物、燃料液烧与化所直产接方生供式的热、热介炭质化在方热解式反应器
工艺因素-催化剂的影响
不同的催化剂起到不同的效果。 碱金属碳酸盐能提高气体、碳的产量，降低生物油的产
量，而且能促进原料中氢释放，使空气产物中的H2/CO 增大； K+能促进CO、CO2的生成，但几乎不影响H2O的生成； NaCl能促进纤维素反应中H2O、CO、CO2的生成； 加氢裂化能增加生物油的产量，并使油的分子量变小。