固体废物处理与资源化课件--08第八章固体废弃物的热解知识讲解

第八章固体废物的热解 本章重点掌握热解的定义 原理 工艺及影响热解过程的工艺参数及热解与焚烧的区别 了解几种典型的固体废物热解工艺 8 1热解原理 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 它是在无氧或缺氧状态下加热 使之分解为 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 在常温下为液态的包括乙酸 丙酸 甲醇等化合物在内的燃料油 纯碳与玻璃 金属 土砂等混合形成的炭黑的化学分解过程 二 热解原理 有机物的热解反应可以用下列通式来表示 有机物 热 gG 气体H2 CO CO2 H2O 无氧或缺氧 sS 固体炭黑 炉渣 lL 液体有机酸 芳烃 焦油 纤维素 CO CO2 H2O C 左旋葡萄糖 可燃性挥发组分 炭黑燃烧 火焰燃烧 1 2 3 7 6 4 5 O2 O2 表8 1各种固体燃料组成及以C6HxOy表示的固体废物组成 热解过程的化学反应包括 裂解反应 异构反应 去氧去氮过程 此外 还有环化 热聚合反应等 三 热解工艺 热解产物的组成和数量 基本上可由下面因素决定 物料特性及预处理情况 热解反应器里的温度水平和物料的停留时间 热解的方法 直接加热或间接加热 1 按供热方式的分类 直接加热法 供给被热解物的热量是被热解物 所处理的废物 部分直接燃烧或者向热解反应器提供补充燃料燃烧时产生的热 直接加热法的设备简单 而且采用高温 其处理量和产气率也较高 但所产气热值不高 作为单一燃料直接利用还不行 另外 高温热解 在NOX产生的控制上 还需认真考虑 间接加热法 是将被加热的物料与直接供热介质在热解反应器 或热解炉 中分离开的一种方法 可利用干墙式导热或一种中间介质来来作为传热 热砂料或熔化的某种金属床层 间接加热一般而言 其物料被加热的性能较直接加热法差 从而增长了物料在反应器内的停留时间 即间接加热法的生产率是低于直接加热法的 间接加热法不可能采用高温热解方式 这可减轻对NOX产生的顾虑 2 按热解温度的分类 高温热解 热解温度 1000 中温热解热解温度600 700 之间 低温热解热解温度 600 四 影响热解的主要参数 温度 热解产品的产量和成分可由控制反应器的温度来有效地改变 温度升高 产气量增加 当温度超过800 时 T升高CO CO2的比值增大 焦炭的碳成分 随着温度和湿度的增加 C含量会降低 湿度 主要表现在影响产气的产量和成分 热解的内部化学过程以及影响整个系统的能量平衡 物料中WY的含量增高 其可热解的干物质比例就减少 以应用基为基础的有用热解产物量就少 同时要求的干燥热量增加 这就会带来两种结果 一是系统的外加热量增多 一是净产出能源减少 在热解进行的内部化学反应过程中 水分对产气量和成分都有明显影响 CH4 2H2O CO2 4H2 900 被热解物料的水分高低与整个系统的能量平衡有直接关系 可用能量导出率R指标进行讨论 式中 R为能量导出率 hout为热解产气的能量 hin为加入热解系统的能量 500 550 反应时间 反应时间是指反应物料完成反应在炉内的停留时间 与物料尺寸 物料分子结构物性 反应器内的温度水平 热解方式等因素有关 并且影响热解产物的成分和总量 压力固体废物热分解一般在常压高温下进行 加压低温热分解时 可以增加油的转化率 但设备 技术要求都比较复杂 加热速率 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 固体产率增加 高温 高速加热条件下 有机物分子结构发生全面断裂 生成大范围的低分子有机物 产物中气体组分增加 8 2热解反应器 1 固定床反应器 2 流化床反应器 3 回转炉 4 双塔循环式热解反应器 8 3典型固体废物的热解 一 废塑料的热解 废塑料热解处理的主要产物为C1 C44的燃料油和燃料气以及固体残渣 在通常情况下 热解产生的燃料气基本上在系统内部全部消耗掉 生成的燃料油也部分得到消耗 在配备发电设施的系统中 最终得到的燃料油产品约为总投入物料的40 目前 国内大宗的塑料品种主要有 聚乙烯 PE 聚氯乙烯 PVC 聚丙烯 PP 聚苯乙烯 PS 1 废塑料热解的一般工艺 1 热分解图 2 热分解产物 热分解生成物因塑料种类不同而有较大差别 一般热分解反应能产生四类反应产物 烃类气体 碳分子数为C1 C5 油品 汽油碳分子数为C5 C11 柴油碳分子数为C12 C22 重油碳分子数大于C20 石蜡 焦炭 不同的反应产物的产量取决于塑料的种类 反应条件 反应器类型和操作方法等 塑料热分解反应的机理模式 废塑料 柴油 汽油 气体 重油 焦炭 焦炭 柴油 汽油 气体 气体 焦炭 焦炭 气体 几种典型塑料的热分解回收率 3 热分解的一般过程 前处理分离 粉碎 熔融溶解 热分解 催化 冷却 凝缩回收生成油 生成油 中和处理废渣等 残渣处理过滤等 废塑料 残渣 炭 金属等 食盐 氯化钙 加热 可燃性气体 HCl气体 可燃性气体 H2 CH4 C2H8 排气处理 再利用 燃料 发电 溶剂 废塑料热解油化工艺过程 废塑料PE PP PS PVC 熔融 熔融釜 约300 微压 中和处理 湿式中和装置 干燥 干燥器 中和处理 HCl吸收塔 热解气体 加热炉燃料 热解 热解釜 约400 微压 HCl HCl 残渣 热解气 催化热解 催化反应塔 约300 微压ZSM 5催化剂 冷却 燃料油 汽油 煤油 柴油 分离 分离塔 处理规模为500t a的KPY型废塑料油化装置系统示意图 2 槽式热解工艺 分为聚合法和分解槽法 3 管式热解工艺 4 流化床热解工艺 日挥公司与北海道工业开发试验所研究的流化床热分解工艺 5 催化热解工艺 二 污泥热解工艺流程 三 城市生活城市垃圾的热解 城市垃圾的热解技术可以根据装置的类型分为 移动床熔融炉方式 回转窑方式 流化床方式 多段炉方式 Pyrolysis方式 1 新日铁系统 2 Purox系统 U C C纯氧高温热分解法 美国UnionCarbideCorp 开发 3 Torrax系统 高温熔融热解法 在美国纽约首先建成 4 Occidental系统 5 Garret系统 管型瞬间热分解 6 Landgard系统 回转窑热解法 城市生活垃圾回收能量方法的经济比较 1000t d 单位 日元 t 以每日处理1000吨为基准 投资偿还期假设15年 年息7 Torrax系统处理费用最低 Garret系统的处理费用最高