固体废物热解处理
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。
固体废物的热解的技术
（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，
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。
（二）热解工艺分类
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
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。
2、炉床型焚烧炉
采用炉床盛料，燃烧在 炉床上物料表面进行， 适于处理颗粒小或粉末 状固体废物以及泥浆状 废物，分为固定炉床和 活动炉床两大类。 （1）固定炉床－多段炉 又叫多膛炉或机械炉， 是一种有机械传动装置 的多膛焚烧炉，可以长 期连续运行、可靠性相 当高的焚烧装置，广泛 应用于污泥的焚烧处理。 缺点：机械设备较多， 需要较多维修与保养； 需要二次燃烧除臭。 固定床。
（2）活动炉床－旋转窑焚烧炉 活动炉床：转盘式、隧道式、回转式。
旋转窑焚烧炉：应用最多的活动炉床焚烧炉。它是一个略微 倾斜而内衬耐火砖的钢制空心圆筒，窑体通常很长，通 过炉体整体转动达到固体废物均匀混合并沿倾斜角度向 出料端移动。
根据燃烧气体和固体废物前进方向是否一致，旋转窑焚烧炉 分为顺流和逆流两种。前者常用于处理高挥发性固废； 后者常用于处理高
工艺方法——热解技术处理固体废物
工艺方法——热解技术处理固体废物工艺简介固体废弃物热解是指在无氧或缺氧条件下，使可燃性固体废物在高温下分解，最终成为可燃气体、油、固形碳的化学分解过程，是将含有有机可燃质的固体废弃物置于完全无氧的环境中加热，使固体废弃物中有机物的化合键断裂，产生小分子物质（气态和液态）以及固态残渣的过程。
固体废物热解利用了有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下使得固体废物受热分解。
热解法与焚烧法相比是完全不同的两个过程，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。
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：1、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。
2、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。
3、按热解过程是否生成炉渣可分成造渣型和非造渣型。
4、按热解产物的状态可分成气化方式、液化方式和碳化方式。
5、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。
综合而言，热解方法适用于城市固体废弃物、污泥、工业废物如塑料、橡胶等。
比较热解和焚烧的工艺特点
比较热解和焚烧的工艺特点
热解和焚烧是两种常见的固体废物处理工艺，它们具有以下不同的特点：
1. 热解：热解是一种通过高温和无氧环境下将固体废物转化为可燃气体和固体残渣的过程。
其特点包括：
- 高温无氧：热解过程在高温下进行，通常在600-1000之间，同时排除氧气以避免燃烧反应。
- 产物利用：热解的产物主要包括可燃气体（如合成气、甲烷）和固体残渣。
这些产物可以进一步被利用，例如用作能源或化学原料。
- 热效率高：热解过程能够高效利用能量，因为产生的燃烧气体可以用来产生热能。
2. 焚烧：焚烧是一种通过高温和氧气完全氧化固体废物，将其转化为灰渣、烟气和热能的过程。
其特点包括：
- 完全氧化：焚烧过程需要充足的氧气供给，以确保固体废物完全燃烧。
因此，焚烧是在高温和氧气环境下进行的。
- 热能回收：通过焚烧可以产生高温烟气，可以用于产生蒸汽或直接转化为电能，从而回收能量。
- 烟气处理：焚烧产生的烟气中会含有一些有害气体和颗粒物，需要进行处理和净化，以满足排放标准。
综上所述，热解和焚烧的主要差别在于热解是在无氧环境下进行，产物主要是可
燃气体和固体残渣，而焚烧是在氧气环境下进行，产物包括灰渣、烟气和热能。
两种工艺都具有能源回收的特点，但是焚烧需要更多的氧气供给，并且需要进行烟气处理。
选取哪种工艺主要取决于废物的性质和处理要求。
第十一讲 第七章 固体废物的热解处理技术(4月26日)
固体城市煤气及焦化技术发展而来； 借鉴城市煤气及焦化技术发展而来； 20世纪70年代，石油危机促使生化垃圾热解技术发展； 20世纪70年代，石油危机促使生化垃圾热解技术发展； 前发达国家已经实现大型工业化应用，但仍然存在技术问 题和安全问题有待进一步解决，尚未大范围推广； 题和安全问题有待进一步解决，尚未大范围推广； 我国已着手进行基础性研究； 有利于实现从生活垃圾中高效回收燃料气体、液体燃料及 多孔质物质。 多孔质物质。
固体废物处理与资源化 15
国外城市垃圾热解技术发展历程
日本有关城市垃圾热解技术的研究是从1973年实施 ☺ 日本有关城市垃圾热解技术的研究是从1973年实施 的”star Dust”工程开始的。 Dust”工程开始的。 ☺ 该工程的中心内容是利用双塔式循环流化床对城市垃 该工程的中心内容是利用双塔式循环流化床对城市垃 圾中的有机物进行气化。随后， 圾中的有机物进行气化。随后，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。 研究。
固体废物处理与资源化 4
热解技术的特点
☺ 固体废物资源化的重要途径之一； 固体废物资源化的重要途径之一； ☺ 固体废物的热解与焚烧的不同点： 固体废物的热解与焚烧的不同点 不同点： (1)热解可以将固体废物中的有机物转化为以燃料气、 (1)热解可以将固体废物中的有机物转化为以燃料气、 热解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 为主的贮存性能源， 燃料油和炭黑为主的贮存性能源，焚烧尾气组分 无法利用； 无法利用； (2)由于是缺氧分解，排气量少，有利于减轻对大气 (2)由于是缺氧分解，排气量少， 由于是缺氧分解 环境的二次污染； 环境的二次污染； (3)热解温度相对较低，废物中的硫、重金属等有害 (3)热解温度相对较低 废物中的硫、重金属等有害 热解温度相对较低， 成分大部分被固定在炭黑中 挥发量少， 在炭黑中， 成分大部分被固定在炭黑中，挥发量少，燃烧过 程中有害金属挥发量高，尾气的污染性强； 程中有害金属挥发量高，尾气的污染性强； (4)由于保持还原条件，Cr3+不会转化为Cr6+； (4)由于保持还原条件 由于保持还原条件， 不会转化为Cr 放热过程。 (5)热解过程为吸热过程，焚烧为放热过程。 (5)热解过程为吸热过程，焚烧为放热过程 热解过程为吸热过程
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：
第四章-固体废物的焚烧与热分解课件
第四章 固体废物的焚烧与热分解
（二）焚烧废气的污染控制 固体废物焚烧采用的空气污染控制技术主要有湿式、干式及
半干式三种。 二氧化硫和盐酸等酸性气体可以用水喷射的方法把它们从烟 道气流中除去 。 烟尘的防治方法一般是在煤烟尚未凝集变大之前，增加氧气 浓度，提高温度，加速煤烟的燃烧速度。 二噁英的处置采用流动焚烧系统，整个系统由焚烧炉、燃烧 气连续测定仪和气体净化器组成 恶臭的防治，通常是利用辅助燃料将焚烧温度提高到1000oC， 使恶臭物质完全燃烧；或利用催化剂在150－400oC下进行催化燃 烧；利用水或酸、碱溶液也可以对恶臭物质进行吸收；活性炭、 分子筛、土粒、干鸡粪等作为吸附剂吸附废气中的恶臭；或采用 冷却的方法，将废气进行冷却，使恶臭物质冷却成液体从而与气 体分离。
混合强度指固体废物与助燃空气的混合程度。 5. 过剩空气
在实际焚烧系统中，氧气与可燃物无法完全达到理想的混合及反 应程度，为了使燃烧完全，需要提供比理论空气量更多的空气，保证 氧化过程占主导地位，同时使热解过程最小化。
通常把温度（Temperature）、停留时间(Time)、混合强度(Turb ulence)（一般称为3T） 和过剩空气率称为焚烧四大控制参数。
八. 焚烧设备
1. 固定炉排焚烧炉 2. 机械炉排式焚烧炉 3. 回转窑焚烧炉(见图） 4. 流化床焚烧炉(见图）
5. 二噁英零排放化固体废物焚烧炉
第四章 固体废物的焚烧与热分解
垃圾进料口
烟道
辅助燃料喷嘴
回转窑
二次燃烧室
余热锅炉
垃圾进料 口若悬河
烧嘴
炉膛
烟气
后燃尽段
炉渣出口
灰砂
热砂流化床
回转窑焚烧炉
第四章 固体废物的焚烧与热分解
固体废物的热解
污染
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。
（二）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。
有机固体废物
+ 可燃性气体（H2 、CH4 、CO、CO2 ） + 有机液体（有机酸、芳烃、焦油）
于后续资源化利用的处理过程
处理
2
热解
热解:是将有机物在无氧或 缺氧状态下加热，使之成 为气态、液态或固态可燃 物质的化学分解过 程。 3
一、起源及定义
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) ：是将有机物在无氧或缺氧状态下加热，使 之成为气态、液态或固态可燃物质的化学分解过程。
➢ 热解产物主要是燃料油或化工原料等。 ➢ 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。
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。
四、 典型固体废物的热解
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
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（1）新日铁系统
是一种热解和熔融为一体的综合处理工艺，通过控 制炉温及供氧条件，使垃圾在同一炉内完成干燥、 热解、燃烧和熔融。
系统采用竖式热解熔融炉。 系统采用空气作为助燃气。
环境专业课：固体废物处理与处置
干燥段温度约为 300oC；
热解段温度为 300~1000oC；
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按热解温度分类：
低温热解：热解温度一般在600oC以下，适用于农~ 700oC之间，适用 于单一物料（如废轮胎、塑料）的热解转化。
高温热解：热解温度一般在1000oC以上。
环境专业课：固体废物处理与处置
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以纤维素热分解为例：
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热解产物
热解过程的主要产物有：
可燃性气体：H2、CO、CH4、C2H4和其它少量高分子碳 氢化合物气。热值可达6390~10230kJ/kg(固体废物)， 而维持热解过程所需的热量约为2560kJ/kg(固体废物)， 故剩余气体变成热解过程 的有使用价值的产品。
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4、热解工艺分类
按加热方式分类：
间接加热：将物料与直接供热介质在热解反应器（或 热解炉）中分开的一种热解过程。可利用间壁式导热 或以一种中间介质（热砂料）来传热，加热被热解物 料。适用于小规模处理场合。
直接加热：热解反应所需的热量是被热解物料直接燃 烧（注：物料部分燃烧或热解产物燃烧）或向热解反 应器提供的补充燃料燃烧产生的热。
环境专业课：固体废物处理与处置
环境专业课：固体废物处理与处置
热解的主要特点
可将固体废物中的有机物转化为以燃料气、油和 炭黑为主的储存性能源；
由于是无氧或缺氧分解，排气量少，因此，采用 热解工艺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。
而颗粒较小将促进热量传递，从而使高温热解反应更 容易进行。
有必要对热解原料进行适当破碎预处理，使其粒度既 细小而又均匀。
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含水率
通常含水率越低，物料加热速率越快，越有利于得到 较高产率的可燃性气体。
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反应温度
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有机液体：复杂的化学混合物（焦木酸）、焦油、烃 类油。
固体残渣：炭黑，即轻质碳素物质，热值约为 12800~21700kJ/kg。
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热解产物的产量、构成与热解原料成分、热解温度、 加热速率和反应时间等参数有关。
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3、热解技术影响因素
系统采用竖式热解熔融炉。 系统采用纯氧作为助燃气。 工作原理：纯氧由炉底送入燃烧区，参与垃圾燃烧。
熔融渣炉底连续排出，经水冷后形成坚硬的颗粒物 质。热解气以90oC的温度从炉顶排出，净化后含有 约75%的CO和H2，其体积比约为2:1。 Purox系统的参量主要消耗在垃圾的破碎和热环境解专业课所：固需体废物处理与处置
影响热解的主要因素包括：
废物成分 物料的预处理 含水率 反应温度 加热速率
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废物成分
由于废物的组分不同而致热解的超始温度各有差异， 因此，对热解过程的产物成分及产率也有较大影响。
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物料的预处理
若物料颗粒大，则传热速及传质速率较慢、热解二次 反应增多，对产物成分有不利影响。
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5、典型固体废物的热解
城市生活垃圾的热解 污泥的热解 农林废物的热解 废塑料的热解 废橡胶的热解
环境专业课：固体废物处理与处置
5.1 城市生活垃圾的热解
新日铁系统 Purox系统 Landgard系统 Occidental系统 Garret系统
固体废物热解处理
1、热解的定义和特点
热解（Pyrolysis）：是将有机物在无氧或缺氧 状态加热，使之成为气态、液态或固态可燃物 质的化学分解过程。
热解技术是一种传统的工业化作业，大量应用 于木材、煤炭、重油等燃料的加工处理。例如： 木材通过热解干馏可得到木炭；以焦煤为主要 成分通过煤的热解炭化可得到焦炭；以气煤、 半焦等为原料通过热解气化可得到煤气。
环境专业课：固体废物处理与处置
加热速率
环境专业课：固体废物处理与处置
总体上讲，在低温加热条件下，有机物分子有足够 的时间在其最薄弱的接点处分解，并重新结合为热 稳定性固体，而难以进一步分解，此时的固体产率 增加；而在高温、高速加热条件下，有机物分子结 构发生全面热解，生成大范围的低分子有机物，产 物中的气体组分有所增加。
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热解与焚烧的区别
焚烧
热解
需氧氧化反应过程
无氧或缺氧反应过程
放热 产物为二氧化碳和水
吸热
产物为可燃的低分子化合物、 无机气体
产生的热能一般就近直接利 产生的可燃性产物如油、气、
用
炭黑可储存及远程输送
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2、热解的过程及产物
热解反应过程可用下述通式表示：
熔融段温度约为 空气或 1700~1800oC。
不可
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空气
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（2）Purox系统
Purox系统又称为UCC纯氧高温热分解法，是由美国 联合碳化公司（Union Carbide Corp）开发的城市垃 圾热解工艺，于1974年在西弗吉尼亚州建成了处理 能力180t/d的生产装置。
按热解炉的结构分类：
固定床热解炉 移动床热解炉 流化床热解炉 旋转炉
按热解产物的物理形态分类：
气化方式 液化方式 炭化方式
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按热分解与燃烧反应是否在同一设备中进行分类：
单塔式 双塔式
按热解过程是否生成熔渣分类：
造渣型 非造渣型