有機固體廢棄物熱解技術(shù)研究項目
摘要：本項目可以為先進的垃圾熱解技術(shù)提供基礎(chǔ)研究，試驗物料為垃圾中的典型有機組分、生物質(zhì)廢棄物和有害固體廢棄物。熱解溫度：500-800℃，垃圾熱解產(chǎn)生的三部分產(chǎn)物：氣體、焦油和半焦。
關(guān)鍵詞：有機，固體廢棄物，熱解技術(shù)
研究內(nèi)容
①固體廢棄物熱解產(chǎn)氣特性；②固體廢棄物熱解焦油特性；③生物質(zhì)熱解半焦特性；④根據(jù)上述研究提出外熱式垃圾熱解系統(tǒng)的設(shè)計原則、模化思想，并提出大型垃圾熱解系統(tǒng)的總體設(shè)計實施方案。
1.固體廢棄物熱解產(chǎn)氣特性：
熱解氣體的主要成分是H2、CH4、CO、CO2、C2H2、C2H4、C2H6等，產(chǎn)物氣體經(jīng)過凈化， 可以作為中高熱值的燃氣；本項目通過正交分析預(yù)判斷影響熱解產(chǎn)物的因素大小。影響產(chǎn)氣率的因素大小依次為加熱方式、熱解終溫、填實率和粒徑；影響氣體平均熱值的因素大小依次為熱解終溫、粒徑、填實率和加熱方式。
物料性質(zhì)對物料產(chǎn)氣率的影響主要是由物料的揮發(fā)分含量決定性的。對于生物質(zhì)固體廢棄物800℃熱解條件下，稻草、稻殼、酒糟、蒿草、樹葉、玉米稈、干樹枝、鋸末、茄稈的產(chǎn)氣率分別為0.14、0.315、0.355、0.355、0.51、0.515、0.54、0.635、0.655kg/kg。對于有害固體廢棄物800℃熱解條件下，油漆、電路板、橡膠、醫(yī)療垃圾的產(chǎn)氣率分別為0.012、0.013、0.027、0.039kg/kg。試驗考察了加熱方式對熱解氣體產(chǎn)率和析出速率的影響，得到了快加熱方式熱解氣體產(chǎn)生量和析出速率遠大于慢加熱方式的結(jié)論。
2.固體廢棄物熱解焦油特性：
熱解終溫對熱解產(chǎn)物有較大影響，通過試驗茄稈在500℃、800℃熱解溫度下產(chǎn)氣率分別為0.305kg/kg、0.655kg/kg,氣體熱值分別為25.8kJ/kg、25.3kJ/kg。2.固體廢棄物熱解焦油特性：焦油是寶貴的化工原料，從中可以提取酚、萘、蒽等，并能生產(chǎn)洗油，黏結(jié)劑、防腐劑、催化加氫制取汽油、柴油等，還可以用作工業(yè)溶劑、涂料等；在實驗工況下熱解終溫、加熱方式、粒徑和填實度等因素對生物質(zhì)熱解焦油產(chǎn)率、焦油密度及pH值的影響程度如下：
（1）熱解焦油產(chǎn)率：加熱方式>熱解終溫>粒徑大小>填實度；
（2）焦油密度（含水）：熱解終溫>粒徑大小>加熱方式>填實度；
（3）焦油pH值：加熱方式>熱解終溫>填實度>粒徑大小物料特性對焦油產(chǎn)率的影響最大，熱解終溫為600℃時PVC、PE塑料、廢報紙、棉布、木塊、廢輪胎、紙板、青菜的產(chǎn)氣率分別為0.1、0.25、0.39、0.5、0.5、0.532、0.577、0.65kg/kg。對于有害廢棄物在熱解終溫為710℃時的醫(yī)療廢物、電路板、橡膠、油漆的焦油和水的產(chǎn)率分別為0.190、0.340、0.400、0.886kg/kg。玉米稈、稻草、酒糟、樹葉、鋸末、稻殼、茄稈、樹枝、蒿草0.300、0.345、0.345、0.350、0.350、0.375、0.520、0.570、0.640kg/kg。
加熱方式也影響焦油和水產(chǎn)的產(chǎn)率。快加熱方式使得物料的升溫快，析出的揮發(fā)分析出速度高。
3.生物質(zhì)熱解半焦的特性：
半焦經(jīng)過活化后可以作為活性炭使用，具有很高的商業(yè)價值，可以實現(xiàn)能源的再利用。在實驗工況下熱解終溫、加熱方式、粒徑和填實度等因素對生物質(zhì)熱解半焦產(chǎn)率的影響程度如下：粒徑大小>熱解終溫>加熱方式>填實度。
在熱解終溫為500℃、快加熱方式下它們的熱解半焦產(chǎn)率都達到了45%%。而茄稈、木屑熱解半焦的產(chǎn)率僅有17.5%%。熱解終溫的提高，半焦產(chǎn)率減少。在相同的熱解終溫下，慢加熱方式的熱解半焦產(chǎn)率高于快加熱方式的熱解半焦產(chǎn)率。生物質(zhì)熱解半焦的密度都較小，所有工況下半焦的密度均在0.058—0.340g/cm3之間。熱解終溫和加熱方式對半焦密度的影響有兩種情況，一種情況是稻殼、木屑、樹葉和酒糟的熱解半焦的密度隨熱解終溫的生高而升高，慢加熱方式下比快加熱方式下小；另一種情況是茄稈、稻草、樹枝和玉米稈熱解半焦的密度隨熱解終溫的升高而降低。慢加熱方式下比快加熱方式下大。熱解終溫的上升，所有物料的熱解半焦中的揮發(fā)分含量降低，熱解半焦中的灰分隨溫度的升高，其含量也升高，半焦中的固定炭的含量是隨著熱解終溫的上升而略有下降。熱解終溫的上升，熱解半焦的熱值呈下降趨勢；快加熱方式下的熱值明顯高于慢加熱方式下的熱值；隨著熱解終溫的提高，9種生物質(zhì)的熱解半焦的氣化反應(yīng)的活化能是呈增大的趨勢。
4.固體廢棄物熱解經(jīng)驗預(yù)測模型的建立。
建立了固體廢棄物在外熱式固定床熱解爐中熱解微分方程。在工程應(yīng)用中，人們更關(guān)心的是各種熱解產(chǎn)物的產(chǎn)率和性質(zhì)而非熱解產(chǎn)物的析出過程。基于以上原因，對實際熱解工藝熱解產(chǎn)物的建模是比較復(fù)雜的，與很多因素有關(guān)。從復(fù)雜的機理出發(fā)，采用因次分析法，建立以相似準則數(shù)的關(guān)系方程，通過試驗數(shù)據(jù)確定關(guān)系方程的系數(shù)。
研究的創(chuàng)造性
低污染排放，由于該熱解系統(tǒng)在無氧氣氛下進行，所以NOx、SOx、PCBs、PCDD/F等污染物的生成量幾乎可以忽略，在節(jié)省尾部凈化設(shè)施的建設(shè)和運行費用的同時，二次污染的排放仍然比焚燒處理低。單臺機組的容量可以作得很大（日處理垃圾量可達10000噸）；垃圾經(jīng)該工藝處理后，所有不可燃物質(zhì)，如金屬（黑色金屬及鋁），玻璃及無活性的灰燼將剩下，垃圾得到了很大程度的減容，形成的惰性殘渣及燃燒后形成的灰塵可用作筑路材料，并且從中回收金屬，進一步地減少環(huán)境污染。
本研究基于一種全新的垃圾熱化學(xué)處理方法，可將生活垃圾、醫(yī)療垃圾及工業(yè)垃圾轉(zhuǎn)換成可回收利用的金屬、玻璃以及無活性灰分。該方法不需要對原始垃圾進行分選和分類。
本基礎(chǔ)研究采用的系統(tǒng)能夠采用廢棄物自身的熱解氣體在密封的內(nèi)循環(huán)設(shè)備中實現(xiàn)能量循環(huán)，運行過程中只需加入少量的附加燃料，可降低能耗和處理成本，具有良好的經(jīng)濟效益。
該系統(tǒng)尾氣處理工藝得到了最大程度的簡化，因此其尾氣處理設(shè)備的投資遠低于垃圾焚燒尾氣處理工藝設(shè)備的投資，同時其運行費用也遠低于其他傳統(tǒng)的垃圾焚燒設(shè)備。
熱解方式選為外熱式多室固定床廢棄物熱解系統(tǒng)，實現(xiàn)了單室為間歇外熱式熱解，總體為連續(xù)運行的熱解系統(tǒng)。該技術(shù)思想可以實現(xiàn)垃圾處理量的任意大型化。
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