固体垃圾处理设备介绍PPT固体废物的热解处理设备.ppt

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1、4 固体废物的热解(pyrolysis)处理设备n 概述n 典型热解反应器及工艺n工艺应用实例4.1 概述n 热解原理(Pyrolysis principles)n热解的概念n主要化学反应n热解与焚烧的区别n热解过程的控制n 热解方式(Pyrolysis scheme)（1）概念n概念一热解是一种在缺氧或无氧条件下的燃烧过程，是在低电极电位还原条件下的吸热分解反应，也称为干馏或炭化过程(煤气工程，及焦化就是热解过程)。n概念二 有机废物的热解是利用有机物的热不稳定性、导热系数(W/cm2k)和熔融热(Jkg)等热性能的差异，在还原条件下进行的吸热分解过程。从热解的概念可以看出，热解是一个复杂的

2、化学反应过程，是有机物的分解与缩合共同作用的化学转化过程，不仅包括大分子的化学键断裂、异构化，也包括小分子的聚合反应。有机物热解的最终产物理论上应当是单体，但实际上,其热解产物除单体外，还有：聚合度较低的齐聚物，分子量不等的烃类及其衍生物。（2）主要化学反应 一般认为，有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：）固体（炭黑、炉渣等、焦油等）液体（有机酸、芳烃等）、气体（有机固体废物热解 242COCOCHH 焚烧热解热效应放热、氧化吸热、还

3、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（3）热解与焚烧的区别 热解与焚烧的区别可以归纳于下表（4）热解过程控制热解过程的几个关键参数是：n温度(temperature)n加热速率(heat-up speed)n保温时间(heat preservation time)n废物的性质(waste quality)n反应器类型(reactor)n供气(air feed)a.温度(temperature)温度是热解过程最重要的控制参数。在较低温度下，有机大分子裂解成较多的中小分子，油类含量较多；温度升高，中

4、间产物发生二次裂解，C5以下分子及H2成分较多，气体产量成正比增长，各种酸、焦油、炭渣减少。典型热分解产物比例与温度的关系见图4-1。图4-1 热解产物比例与温度的关系b.加热速率(heat-up speed)一般：加热速率较低时热解产品气体含量高；提高加热速率，则产品中的水分及有机物液体的含量逐渐增多。c.保温时间(heat preservation time)n保温时间是决定物料分解转化率的重要参数。n保温时间太长，转化率高，但处理能力降低，故应综合考虑。d.废物性质(waste quality)n废物中有机物含量高，水分低，粒度小，均有利于热解。n热解有机质的总转化率是指挥发性产品与原料

5、中的有机质的重量比，一般以产品中灰分的重量为示踪剂，按下式计算总转化率：式中，A料为原料中的灰分干基百分比，A渣为残渣中灰分干基百分比。Y为转化率。）（）（料渣渣料AAAAY1001001e.反应器类型(reactor stamp)n固定床处理量大，流态床温度可控性好；n气体与物料逆流可延长反应时间，顺流则可促进热传导，加快热解过程。f.供气(air feed)n空气或氧气可以促进燃烧，提供热能，但n空气中N2气含量高，降低气态产品的热值；n氧气需专门的供氧系统，增加热解成本。4.1.2 热解方式(Pyrolysis scheme)热解方式因热解过程的供热方式、产品状态、热解炉结构等方面的不同

6、而不同。n按供热方式(两种)n外加热：外部供给热解所需能量，热效率低；n内加热：供给适量空气使可燃物部分燃烧提供能量，热效率高，得到普遍应用。n按燃烧与热解过程是否在同一反应器中进行(二种)n单塔式：燃烧与热解在同一设备中进行：n双塔式：燃烧与热解分别在各自的设备中进行。n按炉渣的可生成性(二种)n造渣型热解n非造渣型热解n按热解产物的状态(三种)n气化方式；液化方式；炭化方式n按热解炉的结构n固定层式；移动层式；回转式等4.2 典型热解反应器及工艺n 热解反应器n 热解反应工艺4.2.1 热解反应器(pyrolysis reactor)反应器主要依据燃烧床及内部物流方向进行分类，种类较多，介

7、绍四种：n固定床反应器(Fixed bed reactor)n流化床反应器(Fluidized bed reactor)n回转窑（旋转窑）（rotary kiln）n双塔循环式反应器(Double tower circulating reactor)（1）固定床反应器(Fixed bed reactor)n结构及原理（见图4-2）n物料由上部给入，并向下移动，预热的空气和氧气从底部给入并向上移动，热解气体从顶部排出，残渣通过炉蓖由底部排出。上部的预热区温度约93315，高温区的温度可达9801650。n特点：n采用逆流式物流方向，延长了反应时间；n上升气流的阻力大，流速相对较低，热解气体中夹带

8、的固体物较少；n粘性原料易结块，需预先干燥；n上行气流温度降低快，产品中焦油含量高,易堵塞气化部分的管道。图4-2 典型的固定燃烧床热解反应器（2）流化床反应器(Fluidized bed reactor)n结构及原理（见图4-3）n原料从中部给入，热气体从底部给入，并且热气体的流速足以使物料呈悬浮状态。n特点n物料不容易堆积结块;n热解速度快；n热损失大（热解与出口温度基本相等）n排出气体中固态物质含量高。图4-3 流化床反应器（3）回转窑（旋转窑）n结构及原理（见图4-4）n是一种间接加热的高温反应器。低速转动的倾斜圆筒可以使物料由给料端向排料端缓慢移动，圆筒的中部通过燃烧室，温度通过圆筒

9、壁传导给物料，使物料热解，残渣在排料端靠自重排出，气体则由排料端的上部收集。燃烧室由耐火材料砌筑，圆筒用金属制造。n也有采用直接加热的回转窑，直接加热时，原料与热气体逆向流动。n特点：n可燃气热值高（物料不与空气接触）n热效率低（间接加热）图4-4 回转窑热解炉（4）双塔循环式反应器（Double tower circulating reactor）n结构及原理（见图4-5）n由热解和燃烧两个塔组成，两塔之间管道相连，垃圾在热解塔中热解，所需热量由热解产生的炭及燃油在燃烧塔内燃烧供给。n在燃烧塔内装有热媒体(石英砂)，吸收热量并被流化气推动成流态化，经管道流入热解塔与垃圾相遇，供给热解能量，然

10、后再经管道返回燃烧塔，重新加热后再返回热解塔，往复地在燃烧塔和热解塔内受热和供热。n垃圾在热解塔内受热分解，生成的气体一部分作为热解塔内的流动化气体循环使用，一部分成为产品燃烧气，热解生成的炭和油品作为燃烧塔中的燃料，加热石英砂。n在两个塔中有特制的气体分散板旋回运动，形成浅层流动层，垃圾中的无机物、残渣随流化的热媒体的旋回作用从两个塔的下部排出。n主要特点图4-5 双塔循环式反应器 1.垃圾；2.加料器；3.热分解槽；4.流化用的蒸汽；5.旋风分离器；6.去除焦油；7.气体冷却洗涤器；8.燃料气体；9.辅助燃料炉；10.炭燃烧炉；11.空气进口；12.辅助燃料进口；13流化用蒸汽；14.燃烧

11、气体洗涤装置；15排气口；16.17.残渣。双塔热解法的优点n燃烧的废气不进入产品气体中，因此可得到高热值 的燃烧气；n燃烧塔中热媒体向上流动，可防止热媒体结块；n炭燃烧需要的空气量少，向外排出废气少；n流化床内温度均一，可避免局部过热；n由于燃烧温度低，产生的NOx少，特别适用于处理热 塑性塑料含量高的垃圾。4.2.2 热解工艺(Pyrolysis technology)根据热解产物的状态，热解工艺可以分为三种：油化(液化)工艺，气化工艺，炭化(固化)工艺。（1）油化工艺 废旧塑料的油化工艺根据热解设备又可分为四种：槽式法、管式炉法、硫化床法和催化法。可以处理PVC(聚氯乙烯)、PP(聚丙烯

12、)、PE(聚乙烯)、PS(聚苯乙烯)、PMMA(有机玻璃，即聚甲基丙烯酸甲酯)等多种塑料和其他废旧高分子材料如废旧轮胎等橡胶制品。由于分解产物以油类为主，故称为油化工艺，其它产物则还有废气、残渣等。（2）气化工艺：主要产品为气态燃料的热解工艺 该工艺适合于处理混有部分废旧塑料的城市垃圾，所用的装置有立式多段炉，流化床，转炉等。（3）炭化工艺 废旧塑料进行热解时会产生炭化物质，多数情况下是油化工艺和气化工艺的副产品物。炭化物质当炭化物质排出热解系统外，作为固体燃料利用时，必须采用高效率和无污染的燃烧工艺，否则，易造成二次污染；对炭化物质进行适当处理，还可制取活性炭或离子交换树脂等吸收剂：n用PV

13、C制取活性炭 将PVC在350脱HCl后的生成物以1030min的速度升温，加热到600700获得炭化物，然后在转炉中用水蒸气于900下活化，就可使炭化物形成具有牢固键能的立体结构，即得到高性能的活性炭：进行炭化处理时，要注意调节升温速度，引入交联结构并使用添加剂：在进行活化时,除可采用水蒸气等气体活化外,还可用脱水性物质(ZnCl2、CaCl2等)或氧化性物质(重铬酸钾和高锰酸钾等)与PVC一起加热，使炭化和活化同时进行。通过在空气中脱除HCl或在氨水中加热加压可以促进交联作用。n用废旧PVC制备离子交换体 过程是：先炭化后用硫酸进行磺化反应,或直接在浓硫酸中先磺化、后脱HCI即制得离子交换

14、体，即PVC投入10倍计的浓硫酸缓慢加温至180脱HCl离子交换体。4.3 工艺应用实例n 废塑料的热解n 废橡胶的热解n 城市垃圾的热解n 污泥的热解处理4.3.1 废塑料的热解n基本原理及产物n塑料的分类n废旧塑料的热解工艺(1)基本原理及产物n原理n将废旧塑料制品中原树脂高聚合物进行较彻底地分解，使其回到低分子量或单体状态。(其中有些组分是单体，其它组分则是基本的有机原料)n产物n产物因塑料而异n例如：塑料中含Cl-、CN基团，热分解产物中一般就有HCl、HCN；又，塑料制品中的S含量低，热分解得到的油品的S含量也低，是一种优质低S燃料油，根据这一特性，日本开发了以废塑料和高S重油混合热

15、解制取低S燃料油的工艺。（2）塑料的分类按照塑料的性质可分为两类n热固性塑料：在加热和化学固化剂的作用下交联生成的不溶不熔状态(固态)的塑料。这类塑料在未交联前，分子链有两个以上可参加化学反应的基团，交联后分子间相互交叉联接，成为网状的或立体的三维结构，一旦成型，只能靠切削等二次加工成型。n热塑性塑料：由曲线状大分子组成，加热时分子链上的基团稳定,分子间不发生化学反应,但能软化并发生粘性流动,冷却后又凝固硬化；可反复加热-流动-冷却-硬化。根据受热后的分解产物则可分为以下几种：n解聚反应型塑料：热分解时，聚合物解离、分解成单体，主要是切断了单体分子间的结合键；n随机分解型塑料：热分解时，链的断

16、裂是随机的，产物为低分子化合物n过渡分解型塑料：热分解时，产物的比例随塑料的种类与分解温度的变化而不同；一般，温度越高，气态的低级C-H化合物的含量越高，分解产物的组分越复杂。(3)废旧塑料的热解工艺 由于塑料的品种多，分选困难；且导热系数低，故塑料内部的热效率低，故有时需要采用专门的废塑料热解工艺。书上介绍了三种专用的废塑料热解工艺，简述如下：n减压分解（P213图4-1）采用回转窑热解反应器，其特点是利用热风和微波共同加热，可以克服塑料导热系数低的缺点，并且加入发热效率高的热媒体（如碳粒），进一步提高了热效率；反应炉采用高压反应（温度400500，压力6.7104Pa），并实行减压蒸馏，故名减压工艺。n聚烯烃浴热解流程（低温热分解流程）利用聚氯乙烯脱HCl的温度比聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）的分解温度低的特点，在400时PE、PP、PS熔融并形成熔融液，并通过液浴使PVC首先分解，在经过一段时间后，PE、PS、PP也逐渐分解，从而可以回收HCl和油品。优点是温度较低，气态产物中没有固态物。n流化床热解法流化床热解工艺n在废塑料的热解中，流化床法热解工艺应用较广。