热解技术原理

wyftceco · 发表于 2005-11-2 15:12:00

热解技术原理

高温热解技术是在近几年研究开发出来的一种垃圾处理新技术。90年代初，国外科学家研究发现垃圾焚烧过程中会产生对人体极其有害的致癌物—二恶英。因此，西方发达国家在研究治理焚烧产生的二次污染的同时，投巨资开发研究新的垃圾处理技术。垃圾热解技术被各国环保专家普遍看好，认为这是垃圾处理无害化、减量化和资源化的一条新路。发达国家投入大量的人力物力进行研究开发，并取得可喜的成果。
1.    热解技术原理
热解法和焚烧法是两个完全不同的过程。焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量热量。焚烧的主要产物是二氧化碳和水，而热解的主要产物是可燃的低分子化合物：气态的氢气、甲烷、一氧化碳；液态的甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等。固态的主要是焦炭和炭黑。
热解法是利用垃圾中有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下对其进行加热蒸馏，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、可燃气的过程。热解产率取决于原料的化学结构、物理形态和热解的温度与速度。低温、低速加热的条件，有机分子有足够时间在其薄弱的接点处分解，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裂解，生成大面积的低分子有机物，产物中气体成分增加。对于粒度较大的有机物原料，要达到均匀的温度分布需要较长的传热时间，其中心附近的加热速度低于表面的加热速度，热解产生的气体和液体也要通过较长的传输过程，这期间将会发生许多二次反应。有机物的成分不同，整个热解过程开始的温度也不同。不同的温度区间所进行的反应过程不同，产生物的组成也不同。总之，热解的实质是加热有机分子使之裂解成小分子析出的过程，它包含了许多复杂的物理化学过程。
2.    热解方法
热分解过程由于供热方式、产品形态、热解炉结构等方面的不同，热解方式各异，按热解温度不同，1000ºC以上称为高温热解，600 -700ºC称为中温热解，600ºC以下称为低温热解。热解方式按供热分：
（1）直接加热法  供给被热解物的热量是被热解物（所处理的废弃物）部分直接燃烧或向热解反应器提供补充燃料时所产生的热，由于燃烧需要提供氧气助燃，而采用空气、富氧或纯氧，其热解可燃气的热效应是不同的，纯氧作催化剂会产生CO2、H2O等气体混在热解可燃气中，稀释了可燃气，结果降低了热解气的热效应。采用空气作催化剂还含大量的N2，更稀释了可燃气，使热解可燃气的热值大大降低。热解美国城市混合有机废弃物所得可燃气以空气作催化剂其热值一般在5500KJ/m3左右。采用纯氧一般在11000KJ/m3左右。
（2）间解加热法  是将被热解的废弃物料由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做传热。间解加热法的主要优点在于其产品的品位高，其产热值可达18630 KJ/m3，相当于用空气作氧化剂的直接加热法产生热值的三倍多，完全可当成燃气直接利用。
3．垃圾热解创新技术主要特点
中宜环能有限公司(www.21ceco.net)在吸取国际先进技术研究成果的基础上，结合我国的国情及垃圾现状，研究开发出完全拥有我国自己的知识产权的垃圾高温热解新技术及相关设备。该技术具有以下主要创新特点：
（1）把直接加热法与间接加热法有机的结合。用直接热解的低热值燃气供给间接热解时所需热能，从而解决了用空气作催化剂产生的低热值燃气的使用及间接热解时所需热能问题。
（2）设置混合气体反应装置，充分利用垃圾残碳，使垃圾热解时产生的混合气体在此进一步进行反应生成更多的一氧化碳、氢、甲烷等可燃气体，这样即增加了燃气产量，提高了燃气热值，又减少了垃圾残渣和污水的产生与排放。
（3）将二氧化碳还原技术、气化技术与热解技术相结合，解决了垃圾热解时烟气排放问题，使二恶英的含量比直接燃烧低一千多倍，比国家标准当量0.4ng TEQ/m3低4-6倍，甚至比欧洲最高标准0.1ng TEQ/m3含量还低，为0.087ng TEQ/m3。
（4）采用逐级推进破碎式进料方式，将不分类的垃圾自行破碎，把垃圾前处理工序放在炉内进行，使污染降至最低点。这种进料方式解决了目前国内外尚未解决的热解炉连续进料与工作问题（目前国内外热解炉都为一炉一炉的间歇式运行）。由于这一问题的解决，使热解炉的工作效率提高了几倍甚至几十倍。由处理能力从几吨到几十吨乃至上百吨。
根据热解、气化和二氧化碳还原技术原理，将垃圾装入反应装置加热，在高温、无氧和缺氧等条件下进行热解，这一过程分为三个阶段完成。
第一阶段：对垃圾进行热解处理
有机物的主要成分是碳、氢、氧、硫和其他一些成分组成。在高温、缺氧等条件下，有机物中的分子链开始断裂和分解，其表面水分、二氧化碳、甲烷等析出，产生出含有甲烷、一氧化碳、氢、焦油、水蒸汽等混合气体。此时垃圾已转化为残碳。
第二阶段：混合反应阶段
混合气体与垃圾残碳在混合气体反应装置内进行反应生成可燃气体，通过特殊工艺流程反应使混合气体中的焦油、水蒸汽、垃圾残碳等转化为可燃气，二氧化碳还原为一氧化碳。
第三阶段：可燃气体净化阶段
垃圾热解炉燃烧室温度可达800-1100ºC，垃圾渗液、焦油、有机酸等经过热解反应和混合气体反应装置后，既产生清洁燃气。经净化后的燃气，可达到工业及民用用气标准。其燃气的主要成分是：一氧化碳、氢、甲烷及其他烷烃类。其比例依据垃圾中的各种成分比例而不同。
本技术已获国家发明专利，并被天津市科委列为“十五”期间重大科技项目。全国第一个示范工程已于2003年4月1日在包头市通过了国家级技术认定。2003年7月4日通过了国家环保专家对北京市房山区生活垃圾高温热解处理厂项目（日处理200吨）技术论证。
对我国城市垃圾采用不同的热解方法，其获得的可燃气热值检测分析如下：
城市生活垃圾：包装纸10%，塑料袋及塑料制品 9%，玻璃及制品 1%，白铁皮0.1%，织物（麻袋、衣物）1%，蔬菜、水果、食物及厨余类格79%。间接加热法获得热解气热值为13493 -15056 KJ/m3。直接加热法（空气催化剂）所获得热解气热值为3897KJ/m3。用中宜环能公司开发的热解技术所获得的热解气体热值为8624 KJ/m3。医疗垃圾热解气体热值为10555.3KJ/m3。该热解燃气可直接作为清洁能源使用。

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