固体废物的热解处理技术 PPT课件.ppt
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1、第五章第五章 固体废物的热解处理技术固体废物的热解处理技术n n基本原理基本原理n n典型固体废物的热解典型固体废物的热解n n资源化的途径之一资源化的途径之一n n固体废物的热解与焚烧相比有以下优点:固体废物的热解与焚烧相比有以下优点:(1)可以将固体废物中的有机物转化为以可以将固体废物中的有机物转化为以燃料燃料气、燃料油和炭黑气、燃料油和炭黑为主的贮存性能源为主的贮存性能源(2)由于是由于是缺氧分解缺氧分解排气量少,有利于减轻排气量少,有利于减轻对大气环境的二次污染;对大气环境的二次污染;(3)废物中的硫、重金属等废物中的硫、重金属等有害成分大部分被有害成分大部分被固定固定在炭黑中;在炭黑
2、中;(4)由于保持由于保持还原还原条件,条件,Cr3+不会转化为不会转化为Cr6+;(5)NOx的产生量少。的产生量少。美国:微生物学、热化学两条技术美国:微生物学、热化学两条技术路线路线热化学:热化学:(1)以产生热、蒸汽、电力为目的的燃烧技术;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、燃料油和炭黑为目以制造中低热值燃料气、燃料油和炭黑为目的的热解技术;的的热解技术;(3)以制造中低热值燃料气或以制造中低热值燃料气或NH3、CH30H等化等化学物质为目的的气化热解技术学物质为目的的气化热解技术(4)以制造重油、煤油、汽油为目的的液化热解以制造重油、煤油、汽油为目的的液
3、化热解技术技术生物能热化学转换系统生物能热化学转换系统n n 在欧洲主要根据处理对象的种类、反应在欧洲主要根据处理对象的种类、反应器的类型和运行条件对热解处理系统进行器的类型和运行条件对热解处理系统进行分类,研究不同条件下反应产物的性质和分类,研究不同条件下反应产物的性质和组成,尤其重视各种系统在运行上的特点组成,尤其重视各种系统在运行上的特点和问题。和问题。n n 日本有关城市垃圾热解技术的研究是从日本有关城市垃圾热解技术的研究是从1973年实施的年实施的star Dust”80计划开始的计划开始的该计划的中心内容是利用该计划的中心内容是利用双塔式循环流双塔式循环流化床对城市垃圾中的有机物进
4、行气化化床对城市垃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市垃圾中的有机物液化回收燃料油的技术研究。术研究。国际上早期对热解技术的开发:国际上早期对热解技术的开发:n n以以美国美国为代表的,以为代表的,以回收贮存性能源回收贮存性能源(燃料气、燃料气、燃料油和炭黑燃料油和炭黑)为目的;成分复杂需要配套前处为目的;成分复杂需要配套前处理低熔点物质有害物质的混入理低熔点物质有害物质的混入城市垃圾城市垃圾直接热解回收燃料实现工业化生产方面并没有取直接热解回收燃料实现工业化生产方面并没有取得太大的进展。得太大的进展。n n
5、以以日本日本为代表的,减少焚烧造成的二次污染和需为代表的,减少焚烧造成的二次污染和需要填埋处置的废物量,以要填埋处置的废物量,以无公害型处理系统无公害型处理系统的开的开发为目的。与此相对,将热解作为发为目的。与此相对,将热解作为焚烧处理的辅焚烧处理的辅助手段,助手段,利用热解产物进一步燃烧废物,在改善利用热解产物进一步燃烧废物,在改善废物燃烧特性、减少尾气对大气环境造成二次污废物燃烧特性、减少尾气对大气环境造成二次污染等方面、许多工业发达国家已经取得了成功的染等方面、许多工业发达国家已经取得了成功的经验。经验。n n废塑料废塑料高热值高热值焚烧焚烧损伤焚烧设备;损伤焚烧设备;焚烧产物焚烧产物二
6、噁英的主要来源二噁英的主要来源所以,各国制定所以,各国制定限制大量焚烧废塑料限制大量焚烧废塑料 塑料热解制油技术的发展塑料热解制油技术的发展第一节第一节 热解原理及方法热解原理及方法 一、热解的定义一、热解的定义热解在英文中使用热解在英文中使用“pyrolysis”一词在工一词在工业上也称为业上也称为干馏干馏。它是将有机物在。它是将有机物在无氧或无氧或缺氧状态缺氧状态下下加热加热,使之,使之分解分解为:为:以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化合物为主的可燃性气体;合物为主的可燃性气体;在常温下为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇在常温下为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇等
7、化合物在内的燃料油;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纯碳与玻璃、金属、土砂等混合形成的炭黑的化学分解过程。黑的化学分解过程。n n最经典定义:斯坦福研究所的最经典定义:斯坦福研究所的 JJones(Stanford Research Institute,SRI)提出提出的:的:“在不向反应器内通入氧、水蒸气或加热在不向反应器内通入氧、水蒸气或加热的一氧化碳的条件下,通过的一氧化碳的条件下,通过间接加热间接加热使含碳有使含碳有机物发生机物发生热化学分解热化学分解,生成燃料,生成燃料(气体、液体和气体、液体和炭黑炭黑)的过程的过程”。n n他认为通过他认为通过部分燃烧热解
8、产物部分燃烧热解产物来直接提供来直接提供热解所需热量的情况,应该称为热解所需热量的情况,应该称为部分燃烧部分燃烧(Partial-combustion)或缺氧燃烧或缺氧燃烧(starved-air-combustion)。n n他还提倡将二者统称为他还提倡将二者统称为PTGL(Pyrolysis,Thermal Gasfication or Liquification)过程。过程。美国化学会为了表示对美国化学会为了表示对JJones的尊敬采纳的尊敬采纳了这一倡议,而将在欧洲和日本广为流行了这一倡议,而将在欧洲和日本广为流行的不进行破碎、分选,的不进行破碎、分选,直接焚烧直接焚烧的方式称的方式称
9、为为mass burning。二、热解过程及产物二、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: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上述反应产物的收率取决于原料的化学结构、原料的化学结构、物理形态和热解的温度及速度。物理形态和热解的温度及速度。n n如如如如ShafizadehShafizadeh等人对纤维素的热解过程进行了等人对纤维素的热解过程进行了等人对纤维素的热解过程进行了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较为详细的研究后提出了用下图描述纤维素较为详细的研究后提出了用下图描述纤维素较为详细的研究后提出了用下图描述纤维素
10、的热解和燃烧过程。的热解和燃烧过程。的热解和燃烧过程。的热解和燃烧过程。2.热解反应所需的热解反应所需的能量取决于能量取决于各种产物的各种产物的生生成比成比,而生成比又与,而生成比又与加热的速度、温度及原加热的速度、温度及原料的粒度有关。料的粒度有关。n n低温低速低温低速重新结合成热稳定性固体重新结合成热稳定性固体固体产率增加固体产率增加n n高温高速高温高速全面裂解全面裂解气态产物增加气态产物增加n n粒度大物料粒度大物料均匀需时长均匀需时长二次反应多二次反应多3.固体废物热解是否得到高能量产物,取决于固体废物热解是否得到高能量产物,取决于原料中原料中氢转化氢转化为为可燃气体与水的比例可燃
11、气体与水的比例n n美国城市垃圾的典型化学组成为美国城市垃圾的典型化学组成为C30H48N0.5S0.05,其,其HC值低于纤维索和木材值低于纤维索和木材质质n n日本城市垃圾的典型化学组成为日本城市垃圾的典型化学组成为C30H53N0.34S0.02Cl0.09。其。其HC值高于纤维素。值高于纤维素。一般的固体燃料,剩余一般的固体燃料,剩余H/C值均在值均在00.5之间之间。美国城市垃圾的该美国城市垃圾的该Hc值位于值位于泥煤和褐煤泥煤和褐煤之间;之间;日本城市垃圾的该日本城市垃圾的该H/C值则高于所有固体燃料值则高于所有固体燃料垃圾中垃圾中塑料含量较高塑料含量较高。从氢转换这一点来看甚至可
12、以说城市垃圾优于普从氢转换这一点来看甚至可以说城市垃圾优于普通的固体燃料。但在通的固体燃料。但在实际过程实际过程中,还同时发生其他产中,还同时发生其他产物的生成反应,不能以此来简单地评价城市垃圾的热物的生成反应,不能以此来简单地评价城市垃圾的热解效果。解效果。Kaiser等人曾对城市垃圾中各种有机物进行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成,随热解操作条件的变化而变化 三、废塑料热解原理三、废塑料热解原理废塑料的种类:聚乙烯废塑料的种类:聚乙烯废塑料的种类:聚乙烯废塑料的种类:聚乙烯(PE)(PE
13、)、聚丙烯、聚丙烯、聚丙烯、聚丙烯(PP)(PP)、聚苯乙烯、聚苯乙烯、聚苯乙烯、聚苯乙烯(Ps)(Ps)、聚氯乙烯、聚氯乙烯、聚氯乙烯、聚氯乙烯(PVC)(PVC)、酚醛树脂、脲醛树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、PETPET、ABSABS树脂等。树脂等。树脂等。树脂等。n nPEPE、PPPP、PSPS、PVCPVC等热塑性塑料当加热到等热塑性塑料当加热到等热塑性塑料当加热到等热塑性塑料当加热到300300500500时,大部分分解成时,大部分分解成时,大部分分解成时,大部分分解成低分子碳氢化合物低分子碳氢化合物低分子碳氢化合物低分子碳氢化合物,特别是,特别
14、是,特别是,特别是PEPE、PPPP、PSPS其分子构成中只包括碳和氢,热解过程其分子构成中只包括碳和氢,热解过程其分子构成中只包括碳和氢,热解过程其分子构成中只包括碳和氢,热解过程中不会产生有害气体,是中不会产生有害气体,是中不会产生有害气体,是中不会产生有害气体,是热解油化的主要原料热解油化的主要原料热解油化的主要原料热解油化的主要原料。n nPVCPVC在加热到在加热到在加热到在加热到200200左右时开始发生脱氯反应,进一左右时开始发生脱氯反应,进一左右时开始发生脱氯反应,进一左右时开始发生脱氯反应,进一步加热发生断链反应。步加热发生断链反应。步加热发生断链反应。步加热发生断链反应。n
15、 n酚醛树脂、脲醛树脂等热硬性塑料则不适合作为热酚醛树脂、脲醛树脂等热硬性塑料则不适合作为热酚醛树脂、脲醛树脂等热硬性塑料则不适合作为热酚醛树脂、脲醛树脂等热硬性塑料则不适合作为热解原料。解原料。解原料。解原料。n nPETPET、ABSABS树脂等在其分子构造中含有氮、氯等元素,树脂等在其分子构造中含有氮、氯等元素,树脂等在其分子构造中含有氮、氯等元素,树脂等在其分子构造中含有氮、氯等元素,热解过程中会产生有害气体或腐蚀性气体,也不适热解过程中会产生有害气体或腐蚀性气体,也不适热解过程中会产生有害气体或腐蚀性气体,也不适热解过程中会产生有害气体或腐蚀性气体,也不适宜作为热解原料。宜作为热解原
16、料。宜作为热解原料。宜作为热解原料。塑料裂解过程塑料裂解过程n n 以聚烯烃类塑料为例,以聚烯烃类塑料为例,直链碳氢化合物直链碳氢化合物熔融软化熔融软化为液体为液体低低分子碳氢化合物分子碳氢化合物(碳链范围约为碳链范围约为144)再通再通过过合成沸石催化剂合成沸石催化剂分子量更小的碳氢分子量更小的碳氢化合物。化合物。上图是碳链范围为上图是碳链范围为400012000的的PE在常压、在常压、450条件下热解所得油品的相对分子质量分条件下热解所得油品的相对分子质量分布图。布图。一步热解得到的产物,其相对分子质量均一步热解得到的产物,其相对分子质量均匀分布在匀分布在C1C44之间,冷凝后得到的油品中
17、之间,冷凝后得到的油品中含有大量含有大量石蜡、重油和焦油石蜡、重油和焦油成分,常温下发成分,常温下发生固化,生固化,难以作为液体燃料难以作为液体燃料使用。使用。而将热解产物进一步与催化剂发生接触反而将热解产物进一步与催化剂发生接触反应后得到的产品,其相对分子质量约为应后得到的产品,其相对分子质量约为C1C20,在常温下得到汽油和煤油馏分混合,在常温下得到汽油和煤油馏分混合的较高品位的的较高品位的燃料油和燃料气燃料油和燃料气日本桥本健治日本桥本健治 热重变化热重变化四、工艺组成四、工艺组成四系统四系统n n进料进料n n反应反应n n回收净化回收净化n n控制控制第三节第三节 典型固体废物的热解
18、典型固体废物的热解 一、城市垃圾的热解一、城市垃圾的热解 城市垃圾的热解技术根据其装置类型分:城市垃圾的热解技术根据其装置类型分:移动床熔融炉方式;移动床熔融炉方式;回转窑方式;回转窑方式;流化床方式;流化床方式;多段炉方式;多段炉方式;Flush Pyrolysis方式。方式。n n回转窑方式:回转窑方式:Landgard系统(有机物气化)系统(有机物气化)n n流化床流化床有单塔式和双塔式两种,其中双塔有单塔式和双塔式两种,其中双塔式流化床已经达到工业化生产规模。式流化床已经达到工业化生产规模。n n多段炉:多段炉:主要用于含水率较高的有机污泥主要用于含水率较高的有机污泥的处理。的处理。n
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