固体废弃物的热裂解技术处理

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，温度高达1110℃～1300℃，其热量用来提供热裂解段和干燥段所需能量。燃烧段产生的残渣经过燃烬段继续燃烧后冷却，由热解气化炉底部的一次风冷却(同时残渣预热了一次风)，经炉排的机械挤压、破碎后，由排渣系统排出炉外。
一次风穿过残渣层给燃烧段提供了充分的助燃氧。空气在燃烧段消耗掉大量氧气后上行至热裂解段，并形成了热裂解气化反应发生的欠氧或缺氧条件。由此可以看出，固废在热裂解气化炉内经热裂解后实现了能量的两级分配：裂解成分进入二燃室焚烧，裂解后残留物留在热裂解气化炉内焚烧，固废的热分解、气化、燃烧形成了向下运动方向的动态平衡。在投料和排渣系统连续稳定运行时，炉内各反映段的物理化学过程也持续稳定进行，从而保证了热裂解气化炉的持续正常运转。
从以上可以看出采用热裂解技术处理固体废物，不但可以避免感染的危险，也可除去毒物，保护环境，加上能源的回收，可谓是一举数得，其将取代传统焚化而变成处理固体废物特别是有害废弃物的主流。
参考文献
[1]聂永丰.三废处理工程技术手册[M].化学工业出版社，2000，2.