第六章 固体废物的热解处理( 第二节2h)

第二节 固体废物的热解处理

主要内容一、概述 二、热解原理 三、热解工艺 四、典型固废的热解

一、概述 热化学技术处理垃圾是在高温下对有机固体 废弃物进行分解破坏，实现快速、显著减容 的同时，对废物中的有机成分加以利用， 近 年来，有机固体废弃物的热解 ( 或干馏技术 ) 受到国内外的普遍关注。 热解是一种古老的工业化生产技术，该技术 最早应用于煤的干馏，所得到的焦炭产品主 要作为冶炼钢铁的燃料。

二、热解原理(一)热解的定义和特点 热解(pyrolysis) :是指将有机物在无氧或 缺氧状态下加热，使之成为气态、液态或 固态可燃物质的化学分解过程。

热解与焚烧相比有下列优点： 可以将固体废物中的有机物转化为以燃料气、燃 料油和炭黑为主的贮存性能源； 由于是缺氧分解，排气量少，有利于减轻对大气 环境的二次污染； 废物中的硫、重金属的有害成分大部分被固定在 炭黑中； 由于保持还原条件，Cr3+不会转化为Cr6+; NOx的产生量少。

(二)热解的过程与产物 固体废物热解过程是一个复杂的化学反应 过程。包括大分子的键断裂，异构化和小 分子的聚合等反应，最后生成各种较小的 分子。

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、生成水与架桥部分分解的次 甲基键进行反应生成CO和H2。 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：

加热 有机物

G+L+S 无氧或缺氧

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。

CO,CO2,H2O,C

炭黑燃烧

纤维素

左旋葡萄糖

可燃性挥发组分

火焰燃烧

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 热解过程产生可燃气量大，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。 固体废物热解是否得到高能量产物，取决于原料中氢转化 为可燃气体与水的比例。

不同固体燃料与废物的C6HxOy组成及H/C

一般的固体燃料，剩余H/C值均在0~0.5之间。

美

国城市垃圾的H/C值位于泥煤和褐煤之间；日本城市垃圾的H/C值则高于所有固体燃料——垃圾中塑料 含量较高。 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。但在实际过程中，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。

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。 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。 (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。(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。

(三)有机固废的热解机理1. 可燃物热解基本过程 通过热重分析实验研究发现，各种可燃固体废物的 失重过程表现规律大致相同；

初始阶段失重较小，表现为水分蒸发所致；继续升温后，试样迅速失重；

不同的是厨余垃圾具有两个失重峰，其他废物仅有一个失重峰，原因是前者成分含有纤维素类和钙类 (骨头)物质，而后者成分仅含有纤维素类物质。

2. 热解动力学规律

可燃物的热解行为为一级动力学反应过程！!