低温无氧裂解技术v1

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1、利用低温无氧裂解技术处理垃圾行业初步调研报告全球范围内，对于城市生活垃圾的处理，有热力学办法和非热力学办法。其中，热力学办法以焚烧为主，包括焚烧炉、热裂解炉、热气化炉、等离子电弧等，利用高温处理垃圾；非热力学办法以填埋为主，包括填埋、厌氧消解、再生固体燃料RDF、再生生物燃料等。热力学处理城市生活垃圾的比较技术方法特点备注焚烧炉将废弃物置于高温下燃烧，同时回收一部分热量来发电；焚烧炉有直接燃烧式和分段流化床两种；废弃物均先经过一定的预处理作业直燃式焚烧炉盛行于1980-2000年，现因其灰渣的二次污染问题，欧洲已开始停止采用；中小型废料处理厂有采用流化床焚烧炉发电的热裂解炉在高温高压缺氧的条件

2、下，将废弃物直接转化为固体、液体和气体产物，各种产物均具有用作燃料的潜质能量转化效率高于焚烧炉，但其成本较高，目前尚难以推广，有待改进燃气化炉在中温中压缺氧的条件下，将废弃物转化为可燃的合成气体及残渣；在水泥窖旁设置废料气化炉往往是一种可取的选择；对废料的预处理要求较低气化炉燃气用于水泥熟料煅烧，残渣用做水泥原料，能源转化效率高，没有二次污染等离子电弧炉利用高压电弧的高温将废弃物分解为若干可燃元素，炉渣可供水泥厂用作原料电耗大成本高，待改进；预计仅适用于大型废料处理厂非热力学处理城市生活垃圾的比较技术方法特点备注填埋现代化废料填埋在欧美日本等国首建于上世纪50-70年代；其底部有防渗漏设施，顶

3、部则有生物气体（沼气和二氧化碳）收集装置，沼气可供民用填埋场占地不断增加；底部渗漏和二次污染难以解决，影响环境安全；顶部沼气利用效率低，而且还有二氧化碳排放，现今欧洲已倾向于禁止在选用厌氧消解在常温缺氧的条件下，因细菌作用使废料中的有机物被消解，生成的固体物质可用作肥料，沼气可供民用在处置下水污泥中已广泛应用再生固体燃料RDF将各种固体可燃废弃物或城市生活垃圾经过一系列的筛分，破碎或成型等机械作业，制成可运输可储备的均质燃料，供水泥厂等用作替代燃料水泥厂处置这类废料，能源利用率高，无残渣无二次污染，废气排放中二噁英极少，与与其他处置方法相比，水泥厂烧废料是最经济、最环保、最高效的，欧洲正在全面

4、推广中，不少水泥厂已经或正在自己投建可燃废料预处理系统，自治再生燃料，应对煤价高涨压力再生生物燃料将藻类和植物秸秆等置于生物燃料反应器中，通入水泥窖废气（CO2），在太阳能的作用下进行光合反应，生成乙醇质燃料供水泥窖用美国、德国、澳大利亚、印度等国已处于不同的试验阶段，正在研发中裂解，是指只通过热能将一种物质（主要指高分子化合物）转变成另外几种物质（主要指低分子化合物）的化学过程。裂解，也可称谓热裂解或热解技术。影响裂解的基本因素，首先是温度和反应的持续时间，其次是原料的种类，因为这一种类直接关系到裂解的速率和效率。科学总是在向前发展的，技术也总是在进步的。目前，在城市生活垃圾领域中裂解技术与

5、传统的填埋、焚烧、堆肥处理方法相比，提供了一种新的研究方向，但还需要不断深入地探索和研究。1. 裂解技术发展的历史与现状1.1. 裂解技术的主要发展史早在20世纪50年代，在裂化技术基础上开发了以制取乙烯为主要目的（烃类水蒸汽高温裂解）的简称裂解技术。经过长期技术的发展以及催化剂的发明和应用，又发展了低温裂解技术（裂解反应温度在300C600C之间）。从70年代起，这一技术在欧洲一些国家也有了应用和研究的实例。12裂解技术应用的主要领域121.化工领域最常应用于石油化工和煤化工生产。石油化工生产过程中，通常以700C800C的裂解温度，有时甚至高达1000C以上，使石油分镏产物（包括石油气）中

6、的长链烃断裂成乙烯、丙烯等短链烃的加工过程。主要用石脑油、煤油、柴油为原料并向重油发展。在裂解过程中，同时伴随缩合、环化和脱氢等反应。1.2.2污泥处理领域由于污泥主要成分为脂肪、蛋白质、糖类和纤维素，一般认为可在200C450C可以实现裂解成为油、不凝（可燃性）性气体和炭这三种可燃性物质。近些年来，国内相当多的研究机构和人员都对这一技术进行了探索和研究12，但就国内来说尚未有成功实践案例。而在国外，对于污泥裂解制油等可燃物的应用同样处于研究探索状态3,成功实践目前仅有澳大利亚一家公司4。1.2.3. 有机废弃物处理领域近些年，随着能源紧张以及新能源尤其是生物质能开发技术的重视，利用裂解技术探

7、讨秸秆类农业废弃物转化为生物质能的研究得以广泛开展5，并在我国部分地区形成一定实验性规模6。国外从60年代末就开展了有机废弃物热裂解技术的研究，目前该技术在美国、意大利、瑞士、西班牙等国已达到商品化阶段7。1.2.4. 生活废弃物处理领域20世纪90年代以来，国内外陆续开展了生活垃圾裂解处理技术研究，但基本都处于实验室研究或扩大的工程试验阶段。在国内开展研究的有武汉工业学院的周兰倩、江西省环境保护科学研究院的谢小兵等，并且也陆续有垃圾裂解技术专利发明的申请和登记，如广东陈秋平的立式多炉垃圾热裂解炉”专利（专利号：20042006610.4）、上海弘森环境科技公司的生物质转化处理高效湿热釜”专利

8、（专利号：ZL.200620044228.1）。2. 裂解技术的主要影响因素从裂解在各领域的应用及裂解技术研究发现，影响裂解技术的应用与发展的因素，主要包括内在因素和外在因素两大方面：内在因素，在于裂解装置本身的温度、湿度等技术参数的掌握与控制；外在因素，则在于裂解供给物质材料的处理。2.1. 物料的特性裂解技术是基于有机物本身在一定的温度、湿度、压力条件下，自身通过吸热产生裂变反应。不同物质裂解需要吸收的热量、需要的时间不尽相同，一般来说，分子量较小、吸热较快的如纸张类物质先裂解，分子量相对较大的木质素、脂肪类物质后裂解，因此混合物质裂解处理过程非常复杂，反应持续时间长，最终裂解物质也具有较

9、大的变动性。除物料成分会影响裂解反应外，其颗粒状态也会影响裂解反应的过程，颗粒状态、湿度大小由于直接关系到混合程度、搅拌效果、吸热能力等，也会对裂解反应效果产生影响。表1裂解技术奪數工闪連（理慢速原料休积小小屮等料湿度10%10%!%酣度2）450650-900500-600压力e規力t0.I11燃伽）30%70%40%/30木姒）15/3022裂解反应时间从表1可以看岀，裂解炉中物料停留的时间直接影响裂解反应的程度及裂解产物的类型，在非常高的反应速率与高温条件下，几乎无炭黑类物质生成，因此又称快速热裂解或闪速热裂解。一般来说固相滞留反应时间越短，裂解所产固态产物（炭）比例越小，总的产物量则越

10、大，裂解越完全。2.3.裂解反应温度温度是裂解过程中一个很重要的影响因素，它直接影响产物分布和组分。从表1看，一般随着裂解温度的升高，炭的产率则减少。由于不同物质裂解温度不同，目前从300C800C都有不同的研究人员开展了研究，一般来说低温区停留时间长，则炭产率增加；快速升温，则高温停留时间长，有利于充分裂解及气产率提高。3. 裂解技术应用于生活垃圾处理的技术关键从当前生活垃圾裂解处理研究实践及裂解技术本身特点来看，实现生活垃圾裂解处理技术的突破，垃圾物料的处理、裂解时间与温度的控制、物料的炉内控制、裂解产物的利用和处理是关键。3.1. 生活垃圾物料的处理生活垃圾成分复杂多变（见表2）。混合性

11、生活垃圾中的废砖块、非金属类的无机物质是不参与裂解反应的，若未经分类且含有大量无机成分的生活垃圾则会影响裂解过程：一是参与吸热影响裂解最终效果；二是影响裂解物料的流动，部分无机物甚至由于熔融状态变化而影响裂解炉的使用寿命；三是垃圾裂解油成分复杂，粘度较大，难以顺利输送。垃圾物料颗粒大小、含水量会因为影响搅拌、翻动效果，而影响垃圾物料本身在裂解炉内的吸热速度快慢、均匀与否等状态，从而影响裂解反应过程。总上海市生话垃圾组（1991-2001）（单位”年份琥璃液土111.9b2*26?叽3IL6S4.062i2319Q7席”1)5t1-781.442.247U.091).5S4.011$21998$

12、丁713-481.271,9067.32K).735.151.3219999.2314.461.IM2.21&5.2I0.弭5.362.212U008311.93!.432.S7&7-510.K54151.262001S.20t1.26Ug55,F0.634.03.4720076.41t5.040.642.312.610.192.880.A232生活垃圾裂解控制技术参数的探索由于生活垃圾中成分复杂，寻找最佳升温速率和裂解停留温度、时间则成为裂解控制技术参数的关键。从当前研究实践来看，可分为低温裂解和高温裂解，但各有优劣，但就裂解的效果，尚未有关于最佳裂解控制技术参数的结论。这也是导致目前裂解技

13、术尚未有应用于生活垃圾处理实践工程中的最关键的原因。部分物质尚未裂解，部分物质又充分裂解完毕，裂解时间过长往往导致裂解油产物比重高，而成分复杂、粘度高的裂解油易形成堵塞，影响了裂解装置的稳定性。3.3生活垃圾裂解产物的利用与处理生活垃圾随着含水率、成分的变化其产物比例有所不同，综合所有的研究发现，以含水率50%左右、无机残渣10%左右的生活垃圾为例，裂解物料平衡基本情况如图1所示：厂A辰斎约10%生活垃圾水的50%-可燃气歇製解氷製懈址共釣M圏I無解物料呼衡耳本悄况生活垃圾裂解处理后，产生的灰渣、废水需要作为废弃物进行进一步处理，在这方面技术可行、成本合理。而制约裂解技术发展的关键因素在于其产

14、物中的可燃气体、裂解油、裂解炭的深度利用以及利用过程中是否存在二次环境污染，如何控制裂解产物的环境污染等，由于这些问题尚不能很好地解决，致使裂解产物难以形成稳定利用和消纳的渠道。结论目前，将裂解技术应用于城市生活垃圾处理领域，虽然尚未有成功的经验可借鉴，但其技术在不断进步。随着科技的进一步发展和对这一领域研究的不断深入，裂解技术为传统的填埋、焚烧、堆肥处理方法提供了一种新的发展方向。在这里，应当看到裂解在科技的研发和投入上与我国的国情和经济实力是有着紧密相关的联系的（投入与技术发展、国情的关系这一点没有任何数据支撑的）。从当前各类研究来看，要使裂解技术走向工程实践必须在科学发展观理念的指导下，在工程条件、技术、参数等方面还需要做深入的研究和探索。