高溫熱解技術原理

高溫熱解技術是在近幾年研究開發(fā)出來的一種垃圾處理新技術。90年代初，國外科學家研究發(fā)現(xiàn)垃圾焚燒過程中會產(chǎn)生對人體極其有害的致癌物—二*惡英。因此，西方發(fā)達國家在研究治理焚燒產(chǎn)生的二次污染的同時，投巨資開發(fā)研究新的垃圾處理技術。垃圾熱解技術被各國環(huán)保專家普遍看好，認為這是垃圾處理無害化、減量化和資源化的一條新路。發(fā)達國家投入大量的人力物力進行研究開發(fā)，并取得可喜的成果。 1.熱解技術原理 熱解法和焚燒法是兩個完全不同的過程。焚燒是一個放熱過程，而熱解需要吸收大量熱量。焚燒的主要產(chǎn)物是二氧化碳和水，而熱解的主要產(chǎn)物是可燃的低分子化合物：氣態(tài)的氫氣、甲烷、co；液態(tài)的甲醇、丙*酮、醋酸、乙*醛等有機物及焦油、溶劑油等。固態(tài)的主要是焦炭和炭黑。 熱解法是利用垃圾中有機物的熱不穩(wěn)定性，在無氧或缺氧條件下對其進行加熱蒸餾，使有機物產(chǎn)生裂解，經(jīng)冷凝后形成各種新的氣體、液體和固體，從中提取燃料油、可燃氣的過程。熱解產(chǎn)率取決于原料的化學結(jié)構(gòu)、物理形態(tài)和熱解的溫度與速度。低溫、低速加熱的條件，有機分子有足夠時間在其薄弱的接點處分解，重新結(jié)合為熱穩(wěn)定性固體，而難以進一步分解，固體產(chǎn)率增加。高溫、高速加熱條件下，有機物分子結(jié)構(gòu)發(fā)生全*面裂解，生成大面積的低分子有機物，產(chǎn)物中氣體成分增加。對于粒度較大的有機物原料，要達到均勻的溫度分布需要較長的傳熱時間，其中心附近的加熱速度低于表面的加熱速度，熱解產(chǎn)生的氣體和液體也要通過較長的傳輸過程，這期間將會發(fā)生許多二次反應。有機物的成分不同，整個熱解過程開始的溫度也不同。不同的溫度區(qū)間所進行的反應過程不同，產(chǎn)生物的組成也不同?？傊?，熱解的實質(zhì)是加熱有機分子使之裂解成小分子析出的過程，它包含了許多復雜的物理化學過程。 2.熱解方法 熱分解過程由于供熱方式、產(chǎn)品形態(tài)、熱解爐結(jié)構(gòu)等方面的不同，熱解方式各異，按熱解溫度不同，1000oC以上稱為高溫熱解，600 -700oC稱為中溫熱解，600oC以下稱為低溫熱解。熱解方式按供熱分： （1）直接加熱法 供給被熱解物的熱量是被熱解物（所處理的廢棄物）部分直接燃燒或向熱解反應器提供補充燃料時所產(chǎn)生的熱，由于燃燒需要提供氧氣助燃，而采用空氣、富氧或純氧，其熱解可燃氣的熱效應是不同的，純氧作催化劑會產(chǎn)生CO2、H2O等氣體混在熱解可燃氣中，稀釋了可燃氣，結(jié)果降低了熱解氣的熱效應。采用空氣作催化劑還含大量的N2，更稀釋了可燃氣，使熱解可燃氣的熱值大大降低。熱解美國城市混合有機廢棄物所得可燃氣以空氣作催化劑其熱值一般在5500KJ/m3左右。采用純氧一般在11000KJ/m3左右。 （2）間解加熱法 是將被熱解的廢棄物料由直接供熱介質(zhì)在熱解反應器（或熱解爐）中分離開來的一種方法?？衫酶蓧κ綄峄蛞环N中間介質(zhì)來做傳熱。間解加熱法的主要優(yōu)點在于其產(chǎn)品的品位高，其產(chǎn)熱值可達18630 KJ/m3，相當于用空氣作氧化劑的直接加熱法產(chǎn)生熱值的三倍多，完全可當成燃氣直接利用。 3．垃圾熱解創(chuàng)新技術主要特點 在吸取國際先進技術研究成果的基礎上，結(jié)合我國的國情及垃圾現(xiàn)狀，研究開發(fā)出完全擁有我國自己的知識產(chǎn)權(quán)的垃圾高溫熱解新技術及相關設備。該技術具有以下主要創(chuàng)新特點： （1） 把直接加熱法與間接加熱法有機的結(jié)合。用直接熱解的低熱值燃氣供給間接熱解時所需熱能，從而解決了用空氣作催化劑產(chǎn)生的低熱值燃氣的使用及間接熱解時所需熱能問題。 （2）設置混合氣體反應裝置，充分利用垃圾殘?zhí)?，使垃圾熱解時產(chǎn)生的混合氣體在此進一步進行反應生成更多的co、氫、甲烷等可燃氣體，這樣即增加了燃氣產(chǎn)量，提高了燃氣熱值，又減少了垃圾殘渣和污水的產(chǎn)生與排放。 （3）將二氧化碳還原技術、氣化技術與熱解技術相結(jié)合，解決了垃圾熱解時煙氣排放問題，使二惡*英的含量比直接燃燒低一千多倍，比國家標準當量0.4ng TEQ/m3低4-6倍，甚至比歐洲*高標準0.1ng TEQ/m3含量還低，為0.087ng TEQ/m3。 （4）采用逐級推進破碎式進料方式，將不分類的垃圾自行破碎，把垃圾前處理工序放在爐內(nèi)進行，使污染降至*低點。這種進料方式解決了目前國內(nèi)外尚未解決的熱解爐連續(xù)進料與工作問題（目前國內(nèi)外熱解爐都為一爐一爐的間歇式運行）。由于這一問題的解決，使熱解爐的工作效率提高了幾倍甚至幾十倍。由處理能力從幾噸到幾十噸乃至上百噸。 根據(jù)熱解、氣化和二氧化碳還原技術原理，將垃圾裝入反應裝置加熱，在高溫、無氧和缺氧等條件下進行熱解，這一過程分為三個階段完成。 *一階段：對垃圾進行熱解處理 有機物的主要成分是碳、氫、氧、硫和其他一些成分組成。在高溫、缺氧等條件下，有機物中的分子鏈開始斷裂和分解，其表面水分、二氧化碳、甲烷等析出，產(chǎn)生出含有甲烷、co、氫、焦油、水蒸汽等混合氣體。此時垃圾已轉(zhuǎn)化為殘?zhí)肌? 第二*階段：混合反應階段 混合氣體與垃圾殘?zhí)荚诨旌蠚怏w反應裝置內(nèi)進行反應生成可燃氣體，通過特殊工藝流程反應使混合氣體中的焦油、水蒸汽、垃圾殘?zhí)嫉绒D(zhuǎn)化為可燃氣，二氧化碳還原為co。 第三階段：可燃氣體凈化階段 垃圾熱解爐燃燒室溫度可達800-1100oC，垃圾滲液、焦油、有機酸等經(jīng)過熱解反應和混合氣體反應裝置后，既產(chǎn)生清潔燃氣。經(jīng)凈化后的燃氣，可達到工業(yè)及民用用氣標準。其燃氣的主要成分是：co、氫、甲烷及其他烷烴類。其比例依據(jù)垃圾中的各種成分比例而不同。 對我國城市垃圾采用不同的熱解方法，其獲得的可燃氣熱值檢測分析如下： 城市生活垃圾：包裝紙10%，塑料袋及塑料制品9%，玻璃及制品1%，白鐵皮0.1%，織物（麻袋、衣物）1%，蔬菜、水果、食物及廚余類格79%。間接加熱法獲得熱解氣熱值為13493 -15056 KJ/m3。直接加熱法（空氣催化劑）所獲得熱解氣熱值為3897KJ/m3。開發(fā)的熱解技術所獲得的熱解氣體熱值為8624 KJ/m3。醫(yī)療垃圾熱解氣體熱值為10555.3KJ/m3。該熱解燃氣可直接作為清潔能源使用。