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固体废弃物的热裂解技术处理

作者:谢小兵 欧阳小琴 唐本义  来源:互联网  发布时间:2008-7-17 15:04:06
(Pyrolysis)焚化法能兼顾法规面的符合及操作经济面的要求,能更好的解决此问题的发生。固体废物的热解与焚烧相比有以下优点:
(1)可以将固体危险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;
(2)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;
(3)废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在炭黑中;
(4)NOX的产生量少。
2热解原理及方法
2.1热解的定义
热解在英文中使用“Pyrolysis”一词,在工业上也称为干馏。它是将有机物在无氧或缺氧状态下加热,使之分解为:
(1)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;
(2)在常温下为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物在内的可燃油;
(3)纯碳与玻璃、金属、土砂等混合形成的炭黑的化学分解过程。
2.2热解过程及产物
有机物的热解反应可以用图1表示。

图1有机物热解反应
上述反应的收率取决于原料的化学结构、物理形态和热解的温度和速度。热解反应所需的能量取决于各类产物的生成比,而生成比又与加热的速度、温度及原料的粒度有关。
低温-低速加热的条件下,有机物分子有足够的时间在其最薄弱的接点处分解,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,生成大范围的低分子有机物,产物中气体组分增加。
对于粒度较大的原料有机物,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质过程,这期间将会发生许多二次反应。
固体废物热解能否得到高能量产物,取决于原料中氢转化为可燃气体与水的比例。
2.3裂解原理
热裂解为在一次燃烧室供给不足量之助燃空气,使在一定温度(650℃~850℃)内进行裂解。其中可燃物质于高温缺氧下分解为短链有机气体及微量氢气,但由于缺氧,这些有机气体将流入二次燃烧室焚化,而留在一次炉则为固定碳及灰份。固定碳的氧化速率较慢,故需提供较长的时间供氧,使之反应成CO或CO2,以达完全燃烧。一般而言,热裂解式焚化炉设计的单位炉床负荷较小,且以底部供气,使固定碳有良好的燃烧反应环境,故具极佳之灰份品质及减量效果。
以聚烯烃类为例,其分子结构通常是以数千到数万单位计的直链碳氢化合物,横向连接的碳—碳键形成主链。当其在还原条件下加热时,随着温度的上升,首先熔融软化为液体。对熔融体进一步加热,如果外界提供的能量大于主链的结合键能,则塑料分子将发生随机裂解,生成低分子的碳氢化合物。将热解生成的低分子产物再通过合成沸石催化剂,其碳链进一步断裂生成分子量更小的碳氢化合物。
在不同温度,不同条件下裂解程度不一样,产生的产物也不同,根据所达到要求,可以在相应条件下得到不同的产品加以利用,或最大限度的热能回收。
3固体废弃物的热裂解
根据目前固体废弃物状况和特点,以及国内焚烧炉之特征。热裂解废弃物处理系统一般分为以下几部分:
(1)油压自动进料,前端可搭配倾倒机、真空收集系统、自走式压缩子车、输送带及抓斗等装置,以达完全自动化的目的;
(2)一次燃烧室:采用缺氧热烈解燃烧,依需要炉床可采用固定式、多层式设计,炉术分三阶段即干燥段、燃烧段及燃烬段。并保持微负压防止烟气外窜;
(3)二次燃烧室:采用柱塞流无死角设计可充分混合可燃气体,提高戴奥辛破坏去除效率。烟气停滞进间可依需求设计为一秒或更久,燃烧温度可达1000℃以上,完全符合法规要求;
(4)出灰系统:可依需求设计为自动或手动出灰,并可搭配出灰子车或输送带收集灰烬。出灰口装设冷却洒水装置,并防止灰烬飞散;
(5)废热回收系统:设置废热回收锅炉,以热水或蒸汽方式回收使用。其中一部分热源可提供给热交换器使用,来提升排放烟气的温度达到110℃以防止白烟产生;
(6)废气处理系统:具除酸、除尘功能且符合法规之排气标准,并可依需求设计湿式、干式或半干式系统。
其基本机理是:热裂解气化炉内分三个层次,从上往下依次分为干燥段、热解段、燃烧段、燃烬段。进入热裂解气化炉的垃圾首先在干燥段由热裂解段上升的烟气干燥,其中的水分挥发;在热裂解气化段分解为一氧化碳、气态烃类等可燃物并形成混合烟气,混合烟气被吸入二燃室燃烧;热裂解气化后的残留物(液态焦油、较纯的碳素以及垃圾本身含有的无机灰土和惰性物质等)沉入燃烧段充分燃烧,温

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