固体废物的热解技术
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。
固体废物的焚烧和热解
见光以及波长更短的紫外线。
火焰性状取决于温度和气流组成。通常温度在1000 ℃ 左右就能形成火焰。废物组分上的原子基团碰撞，还易使废 物分解。
3
2014-03-25
c、燃尽阶段
生成固体残渣的阶段。 特点：可燃物浓度减少，惰性物增加，氧化剂量相对
较大，反应区温度降低。 要改善燃尽阶段的工况，一般常采用的措施如翻动、
辅助燃料用量大 排出气体温度低，有
恶臭。
（三）流化床焚烧炉： 结构：垂直的衬耐火材料的钢
制容器，在焚烧炉的下部安装有气流分布板，板上装 有载热的惰性颗粒，典型的载热体多用砂子。
特点： 传热传质条件好，处理能力大 床层温度均一，易控制 结构简单，便宜，无机械传动零件， 流态化耗能。 大块废物需要提前破碎。 废气中粉尘多，不适合处理污泥。
粗(高位)热值，HHV :化合物在一定温度下反应到达最终产 物的焓的变化。净热值(低位发热量)，NHV:意义与粗热值相 同。不过粗热值产物水为气态。净热值产物水为液态。二者 之差就是水的汽化潜热。
用氧弹热量计测量的是高位发热量。
将粗热值转变成净热值可以通过下式计算：
NHV = HHV − 2420[WH2O + 9(WH - WCl - WF )] 35.5 19
MRC
=
投加废物质量－焚烧残渣质量 投加废物质量－残渣中不可燃烧物质量
×100％
残渣中不可燃物质量= 残渣烧失量×焚烧残渣质量
残渣（600± 25）℃ 3h灼烧后减少的质量占原焚烧残渣质量的百分数。
（三）固体废物的燃烧过程
从工程技术的观点看，需焚烧的物料从送入焚烧炉起，到 形成烟气和固态残渣的整个过程，总称为焚烧过程。它包 括以下三个阶段：
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：
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
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；
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一、固体废物的热解技术
热解(pyrolysis)是指将有机物在无氧或缺氧状态下进行加热 蒸馏，使有机物产生裂解，经冷凝后形成各种新的气体、 液体和固体，从中提取燃料油、油脂和燃料气的过程。
(一)热解原理
热解在工业上也称为干馏，是利用有机物的热不稳定性， 在无氧或缺氧条件下，使有机物受热分解成分子量较小的 可燃气、液态油、固体燃料的机物的热解过程首先是从脱水开始的： 其次是脱甲基：
第一个反应的生成水与第二个反应产物的架桥部分的 次甲基反应：
进一步提高温度，上述反应中生成的芳环化合物再进行裂解、 脱氢、缩合、氢化等反应：
总的反应为：
有机固体 废 热 解 物 气体H（ 2、CH4、CO、CO2等） ＋液体（有机、 酸焦 、油 芳等 烃） ＋固体（炭黑） 、炉渣等
（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
无O2或缺O2 有机固体废物+热量 可燃气+液态油+固体燃料+炉渣
1、热解过程
在热解过程中，其中间产物存在两种变化趋势：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聚合过程。
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CO和H2。
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。
（3）热解与焚烧的区别
热解与焚烧的区别可以归纳于下表
焚烧
热解
热效应
放热、氧化
吸热、还原
反应产物
CO2、H2O
可燃的低分子化合物
释能方式 及应用
产生的热能只能就近 利用(发电、加热水或 产生蒸汽)
产生燃料油气，可贮 存和远距离输送
2、热解产物
可燃气主要包括C1-5的烃类、氢和CO气体； 液态油主要包括甲醇、丙酮、乙酸、C25的烃类等液
态燃料。
固体燃料主要含纯碳和聚合高分子的含碳物。
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 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。
3、热解过程控制
（1）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。
温度再高时，生成的芳环化合物再进行裂解、脱氢、缩合、氢化 等反应。
反应没有明显的阶段性，许多反应是交叉进行的，热解总的反应 方程式可表示为：
有机固体废物 加热 高中分子有机液体（焦油和芳香烃）+低分子 有机液体+多种有机酸和芳香烃+炭渣+CH4+H2+H2O +CO+CO2+NH3+H2S+HCN
（2）加热速率对产品成分比例影响较大。一般，在较低和较 高的加热速率下热解产品气体含量高。
（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。
①高温分解：固体有机废物在绝氧的条件下加热分解的过程， 是一种严格意义上的热解过程。
②气化：指供给一定量空气、氧、水蒸气进入反应器，使有 机废物部分燃烧，整个热解过程可以自动连续进行，而无 需外热供应。气化过程产物中气体成分比例大，但热值相 对较低。
（三）热解反应器
1、固定床反应器（固定燃烧床反应器）
在较低温度下，油类含量相对较多。随着温度升高，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 体产量与温度成正比增长，各种有机酸、焦油、碳渣相对 减少。
气体成分：温度升高，脱氢反应加剧，H2含量增加，C2H4、 C2H6减少；低温时，CO2、CH4等增加，CO减少。高温阶 段，CO逐渐增加。
3、在实际生产中的分类方法
（1）按照生产燃料的目的分： ①热解造油：一般采用500℃以下的温度，在隔氧条件下使有
机物裂解，生成燃油。
②热解造气：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 气，经净化回收装置加以利用或贮存于罐内。
（2）按热解过程控制条件分
3、旋转窑
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 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 要小于5cm，以保证反应进行完全。
方式以及热解产物的成分。
1、按反应器的类型可分为：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等。
2、按供热方式的分类： (1)直接加热法：供给被热
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。
(2)间接加热法：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。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）。
典型的固定燃烧床反应器
2、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 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 废物颗粒分散，反应性能更好， 速度快。
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 熔化的范围内，以防灰渣融熔结 块。
适应于含水量高或波动较大 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 大量的热量和较多地未反应的固 体燃料粉末。