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垃圾等固体废弃物热解气化技术


一、     热解(pyrolysis)的概念

有机物在无氧或缺氧的环境下加热,是之转化为气态、液态、固态的可燃物质的化学分解过程。工业上称为干馏


其他经典定义(斯坦福大学) 

在不向反应器内通入氧气、水蒸气或加热一氧化碳的条件下,通过间接加热使含碳有机物发生热化学分解,生成燃料(可燃气、液体、固体)的过程。 

二、 热解技术发展历程

1、 早期热解气化技术的开发 

二十世纪70年代开始出现热解技术处理固废,美国是最早开展固废热解气化处置的国家,最开始是利用热解技术处理废旧轮胎。 

2、 热解气化技术出现的背景 

热解气化技术是焚烧技术的替代技术,主要解决二次污染问题。实际上是在固体废弃物焚烧处理出现很多问题以后,许多废物需要热解处置的情况下提出的。      

例如美国这个国家是汽车轮胎上的国家,汽车业产生的最大废弃污染物就是轮胎,而轮胎的主要成分就是橡胶有机物,轮胎焚烧的情况下根本就不可能焚烧掉,而且会产生大量污染物,这个时候用热解的办法处理,不但没有二次污染,还可实现高效率的资源利用。 

3、 热解气化技术的发展 

热解气化技术在许多土地资源紧缺的国家得到重点开发,比如说日本。日本1973年实施的Star Dust 计划,重点开发热解气化,以减少焚烧造成的二次污染、 处理需要填埋处置的废弃物。

三、 垃圾热解气化与焚烧的区别:

1、 氧需求不同:焚烧需要氧气(氧化气氛);热解是还原气氛,无氧或缺氧。

2、 热量不同:焚烧是放热过程,热解是吸热过程。

3、 产物不同:焚烧的产物是CO2、尾气、二噁英、危废等;热解的产物是可燃气、焦油、残渣。

4、 后续利用不同:焚烧是就地利用、远距离输送;热解是就地利用。

5、 二次污染不同:焚烧二次污染大;热解二次污染小。

四、 生活垃圾热解气化工艺总流程


1、核心技术之一:精准垃圾分选



本公司研发的垃圾分选系统,以极低的运行成本将垃圾精准分选,以利于下一步热解气化。

2、核心技术之二:热解气化技术

n  公司自主研发的热解气化技术,取得国家发明专利。解决了垃圾处理的二噁英类致癌物质排放问题,解决了重金属的污染问题。

n  本技术利用有机质在高温贫氧条件下裂解的性质,将分选后垃圾投入密闭蓄热气化炉内,经过900-1300摄氏度的高温贫氧气化环境,使垃圾中的有机成分裂解挥发,转化为以一氧化碳、氢气、烷类气体为主的可燃气体,垃圾中的无机物以残渣形式排出。


五、 热解气化过程

1.干燥段 

垃圾从炉顶部加入热解气化炉中,在下降的过程中与温度在80 ~ 120℃的热解燃气接触,在1-2小时内不断脱去附着水,水变成蒸汽和热解燃气一起排出炉外,垃圾逐步变干燥。 

2.干馏段

干燥后的垃圾可燃物,在部分反应层上升过来的温度高达200-450℃的灼热燃气的烘烤下,发生干馏反应,生成烷类(CmHn)、一氧化碳(CO)、焦油等可燃气体和水蒸气(H2O),以上所有气体一起从炉体上部排出。 

3.碳化段 

经过干馏后的垃圾,在450~1000℃高温和贫氧下,发生碳化反应,生成游离炭,这个过程叫碳化。 

4.气化段 

经过碳化后的垃圾,主要残留物是焦炭和少数粘土等不可燃物,在1100-1300℃高温下,和燃烧产生的CO2反应生成CO,部分碳化物通过水蒸气的作用,发生氧化还原反应产生一氧化碳CO、氢H2等可燃气体,从炉体下端口排出。 

5.燃烧段 

垃圾可燃物气化完成反应,部分固定碳燃烧生成(CO2)和无机熔渣,并为整个气化反应过程提供热量,通过灰盘从反应炉底部排出。 

六、 垃圾经干馏气化后的两种产物

1. 可燃气体:经检测可燃气体成分:CO, H2 , CH4(主要) 

              热    值: 1000kcal/m³

                         气体成分热值


2. 剩余残渣:


     用于制作免烧砖

  3.权威检测:

  3.1干馏气化后垃圾残渣成分


   3.2残渣重金属浸出液检测

通过权威机构,利用国标检测方法,在对气化后残渣浸出液做重金属检测中,未检出重金属铅、镉;重金属砷、汞、铬的含量远低于国家排放标准。

  


七、技术亮点

遏制二噁英产生的机理

二噁英的分子结构由1个或2个氧原子连接2个被氯取代的苯环,1个氧原子的称为多氯二苯并呋喃(PCDF),2个氧原子联结的称为多氯二苯并二噁英(PCDD),统称二噁英。


从二噁英的分子结构可以看出,氧和氯元素存在是二噁英生成的基本条件。垃圾热解干馏气化过程中,燃烧段消耗掉空气中的绝大多数氧气,气化段以上完全处于贫氧状态,没有氧原子参与,燃烧段温度高达1200℃,二噁英类物质被完全分解,垃圾中的有机物经干馏气化发生氧化还原反应生成可燃气,不属于直接焚烧,有效避免了二噁英类物质生成的环境条件,因此能有效遏制二噁英类物质的生成。


污染物排放均达到国家排放标准,二噁英类物质检测平均值仅为国家标准的四分之一






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