固体废物热解处理技术
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。
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。
固体废物的热解的基本原理和处理技术
从热值为11619kJ/kg的垃圾1kg可以得到热值为1139kcal 的热解油0.150L，其他热量则通过残渣和炭黑损失掉 了。在热解过程中还消耗掉1724kJ的外加能量，扣除 这部分能量后，相当于只回收了3045kJ的能量。
（五） 流化床系统
将垃圾破碎至50mm以下的粒径，经定量输 送带传至螺杆进料器，由此投入热解炉内。
（四） 常见污泥处理系统
(1)浓缩—机械脱水一处置脱水滤饼； (2)浓缩—机械脱水一焚烧—处置灰分； (3)浓缩—消化—机械脱水—处置脱水滤饼； (4)浓缩—消化—机பைடு நூலகம்脱水—焚烧—处置灰分
1. 污泥消化与调理
目的：提高污泥浓缩脱水效率，浓缩或脱水前 的预处理
消化：厌氧、好氧——有机物稳定化
调理——洗涤(淘洗调节)、加药(化学调节)、 加热加压及冷冻熔融法（使内部水游离）。
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。
Kaiser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，得到的气体产物组 成，随热解操作条件的变化而变化
三、废塑料热解原理
废塑料的种类：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯 (Ps)、聚氯乙烯(PVC)、酚醛树脂、脲醛树脂、PET、 ABS树脂等。
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：
①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；
竖式炉内由上向下移动与？？相遇——换 热——？？
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：
环保方案固体废物处理与资源化利用的技术方案
环保方案固体废物处理与资源化利用的技术方案环保方案：固体废物处理与资源化利用的技术方案随着工业化和城市化的快速发展，固体废物处理和资源化利用已经成为当代社会面临的严峻挑战之一。
固体废物的无序排放和处理不当对环境和人类健康造成了严重威胁。
为了解决这一问题，采取有效的技术方案是至关重要的。
本文将介绍一些环保的固体废物处理技术，以实现资源化利用的目标。
一、焚烧技术焚烧技术被广泛应用于处理固体废物，尤其是生物质废物和可燃废物。
焚烧废物的过程可以将废物转化为热能，并通过发电机组将其转化为电能。
此外，焚烧废物还可以减少废物的体积，减少对垃圾填埋场的需求。
然而，焚烧废物也会释放出有害气体和灰渣，因此需要进行严格的排放控制和处理。
二、堆肥技术堆肥技术是一种将生物质废物（如食品废料、农业废弃物）转化成有机肥料的方法。
通过将废物堆积起来并加入适量的水和氧气，微生物可以分解废物，生成有机物质和有机气体。
这种技术不仅可以减少废物的体积，还可以产生高含量的有机肥料，促进农业的可持续发展。
三、物理分离技术物理分离技术是一种将固体废物按照不同的特性进行分类和分离的方法。
通过采用振动筛、气流分选机等设备，可以将固体废物中的有机物、金属、塑料等材料进行有效的分离。
这种技术既可以实现废物的资源化利用，又可以减少废物对环境的污染。
四、生物降解技术生物降解技术是一种利用微生物分解和转化有机废物的方法。
通过添加适当的微生物和条件，可以快速降解废物并转化为有价值的产物，如甲烷气体和有机肥料。
这种技术不仅可以减少废物的体积，还可以有效地利用废物资源。
五、热解技术热解技术是一种将固体废物加热至高温状态，并在无氧或低氧的环境下进行处理的方法。
通过分解废物的有机物质，可以得到生物炭和有机液体等高附加值产品。
这种技术不仅可以减少废物的处理量，还可以获得经济效益和环境效益。
六、物化处理技术物化处理技术是一种将固体废物进行物理和化学两个层面的处理的方法。
固体废物热解处理
（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；
环境专业课：固体废物处理与处置
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
环境专业课：固体废物处理与处置
以纤维素热分解为例：
环境专业课：固体废物处理与处置
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。
环境专业课：固体废物处理与处置
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；
固体废物处理与处置热处理
烟气停留时间、温度、湍流度和空气过剩系 数，统称为“3T+1E”。 它既是影响固体废物焚烧效果的主要因素， 也是反映焚烧炉工况的重要技术指标。
五、焚烧工艺
现代化焚烧工艺主要由前处理系统、进料系统、焚烧炉 系统、空气系统、烟气系统、灰渣系统、余热利用系统 及自动化控制系统组成。
呋喃类物质（PCDFs）。
二噁英的来源可能三种，第一种是生活垃圾中可能含有微量二 噁英类物质或其前驱体物质；第二种是在垃圾焚烧过程中，一些 二噁英类物质的前驱体物质等可能会反应生成二噁英类物质，在 焚烧不完全时进入烟气；第三种可能的途径是炉外生成二噁英类
物质；
通过控制二噁英类物质可采用以下三个措施：一是严格控制焚 烧炉燃烧室温度和固体温度、烟气的停留时间，确保固体废物及 烟气中的有机气体，包括二噁英类物质的前驱体的有效焚毁率； 二是减少烟气在200~500℃温度段的停留时间；三是对烟气进行
生活垃圾和危险废物的燃烧，称为焚烧。 根据可燃物质种类和性质的不同，燃烧过程有蒸
发燃烧、分解燃烧和表面燃烧三种机理。
蒸发燃烧
蒸发燃烧是指垃圾受热熔化成液体，近而 转化成蒸气，与空气扩散混合而燃烧。
如蜡的燃烧。
表面燃烧
表面燃烧指固体废物不含挥发组分，燃烧只 在固体表面进行，而且在燃烧过程中不发生 融化、蒸发和分解等过程。
2、焚烧温度
一般要求生活垃圾焚烧温度在850~950℃，医疗垃圾、危险固体 废物的焚烧温度要达到1150 ℃。
3、பைடு நூலகம்留时间
进行生活垃圾焚烧处理时，通常要求垃圾停留时间能达到1.5~ 2h 以上，烟气停留时间能达到2s以上。
固体废弃物的热解
1 热解过程与产物 大分子键的断裂，异构化，小分子的聚合
有机固废 气体（H 2 , CH 4 , CO2 , CO） 有机液体
（有机酸，芳烃，焦油 ） 固体（炭黑，灰渣） 例如纤维素的热解： （ 3 C6 H10O5） 8H 2 0 C6 H 8O(可燃油) 2CO 2C2O CH 4 H 2 7C
•热解产物中有C,H,O等，可以用H/C来评价热解效果 •有机物组分不同，热解起始温度不同。
•不同温度区间反应各异，产物不同。大分子裂解小 分子聚合同时存在
2 有机固废热解工艺
• 按照热解温度 高温热解 >1000度 中温热解 600~700度 低温热解 600度以下 • 按照热解炉构造 固定床，移动床，流化床，旋转炉
3 常见热解工艺流程 1城市垃圾热解技术 • 新日铁系统 图6-6 • Puro系统 图6-7 • Landgard系统 图6-8 • Occidental系统 图6-9 • 双塔循环热解 图6-10 • Garret热分解 美 哥伦比亚大学 对以日处理1000t 投资15年偿 还年息7%.经济技术分析结果 表6-7
第二节 炭，重油裂解 一、热解原理 有机物热不稳定，缺氧高温下发生裂解形成可燃物质。 焚烧是高电极电位下氧化放热分解反应，热解是低电 极电位下吸热分解反应。 热解特点： •固废中有机物转化为燃料气，燃料油，炭黑等 •无氧，缺氧分解导致排气量少，减少环境污染 •废物中的硫，重金属多固定在炭黑中 •NOx生成少，Cr3+ 不会转化为Cr6+
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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。 1）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； 2）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。
（4）物料性质
1）物料的性质如有机物成分、含水率（如下图）和尺寸大小等对热解 过程有重要影响。 2）有机物成分比例大、热值高的物料，其可热解性相对就好、产品热 值高、可回收性好、残渣也少。 3）物料的含水率低，加热到工作温度所需时间短，干燥和热解过程的 能耗就少。热解生成物与残渣占原有固体之比不受含水率的影响。 4）较小的颗粒尺寸有利于促进热量传递、保证热解过程的顺利进行， 尺寸过大时，情况则相反。
2、热解过程及产物
➢ 有机固体废物的热解是一个复杂、连续的化学反应过程， 在反应中包含着复杂的有机物断键、异构化等化学反应。 热解过程可用如下总反应方程式表示：
➢ 有机固体废物→H2、CH4、CO、CO2等＋有机酸 热解温度、加热速率、保温时间、物料性质、反 应器类型以及供气供氧等。
➢ 每个参数都会对热解反应过程和热解产物产生影 响。
（1）热解温度
➢ 温度变化对产品产量、成分比例有较大的影响。 1）在较低温度下，有机废物大分子裂解成较多的中小分 子，油类含量相对较多。 2）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（如下图）。
(2)热解温度 将预处理的废轮胎计量、装釜、加热，温度控制在300℃ ～600℃ 之间，如果温度低，胶块反应不彻底，部分胶块呈糊状；如果温度 高，胶块结胶，炭黑失去活性。
(3)热解工艺 废旧轮胎热解工艺主要包括预处理、切片、热解、冷凝、磁选等，
经上述工艺可得到炭黑、溶剂油。
(4)原料种类及产物回收率
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 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）反应性质不同。焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量的热量。 （3）利用方式不同。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，而热解的产物是燃料油及燃料 气，便于贮藏和远距离输送。
8.3 典型固体废物的热解
1、城市垃圾的热解 ➢ 根据处理的方法，热解类型分为以下几种： （1）干馏 （2）固定床 （3）流化床 ➢ 垃圾热解按装备的设置可有单器移动床 、双器循环流化
床之分
沈阳市垃圾热解设计经济效益分析
2、 废橡胶的热解（以废旧轮胎为例）
(1)废旧轮胎预处理 废旧轮胎都不同程度地粘有污垢，所以必须加以清洗，才不影响产 品质量，采用清水冲洗干净，将其晾干，然后用切割机切割为 30cm×45cm 的块状胶块。
3、热解技术与焚烧发相比的明显优点：
（1）它可以将固体废物中的有机物转化为以燃料气、燃料油、 碳黑等储存性能源。
（2）热解是一种缺氧分解，产生的废气少，相应地其排放的 废气也少，这有利于减轻对环境空气的污染。
（3）废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在碳黑中。 （4）由于保持在还原性条件，因此三价铬不会转化为六价铬。 （5）氮氧化物的产生量少。
（6）供气供氧
空气或氧作为热解反应中的氧化剂，使物料发生部分 燃烧，提供热能以保证热解反应的进行（如下图）。因此， 供给适量的空气或氧是非常重要的，也是需要严格控制的。 供给的可以是空气，也可以是纯氧。由于空气中含有较多 的N2，供给空气时产生的可燃气体的热值较低。供给纯氧 可提高可燃气体的热值，但生产成本也会相应增加。
（5）反应器类型
1）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。 2）一般来说，固定燃烧床处理量大，而流态化燃烧床温 度可控制性好。 3）气体与物料逆流行进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率；气体与物料顺流行进 可促进热传导，加快热解过程。
废轮胎经热解得炭黑、钢丝、燃料油、燃料气等。
原材料种类及产物回收率
(5)燃料气
废旧轮胎热解过程中产生不凝气体(燃料气)，为防止燃 料气产生二次污染，工艺中将燃料气通过管线由喷枪送 入釜底再次燃烧，作为燃料，节省能源。这样不凝气体 不外排，避免了二次污染。
➢ 相同热解温度下: 1）加热速率高 固相有机物残留率低 2）极高和极低的加热速率 有利于气相热解产物比例的增加 3）中间的加热速率 有利于油性热解产物比例的增加
（3）保温时间
1）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。 2）物料的保温时间与热解过程的处理量成反比例关系。 3）保温时间长，热解充分，但处理量少； 4）保温时间短，则热解不完全，但处理量大。
8.2 热解原理
1、垃圾的焚烧特性 ➢ 热解在工业上也称干馏。它是将有机物在无氧或缺氧状态
下加热，使之分解为： （1）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； （2）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； （3）纯碳与玻璃、金属、土砂等混合形成的碳黑的化学分
解过程。
第八章 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
1、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。 2、热解法与焚烧的区别 （1）产物也不同。焚烧的产物主要是二氧化碳和水,而热解的产物主要