生-活-垃-圾-热-解-技-术.doc

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1、生生 活活 垃垃 圾圾 热热 解解 技技 术术 本本 期期 目目 录录 综综 述述 -1 政策、标准政策、标准 国外相关法律法规国外相关法律法规-13 新闻动态新闻动态 -1 院内信息院内信息 科技管理科技管理-18 标准管理标准管理-19 综综 述述 定定 义义 热解(Pyrolysis)是指生活垃圾在没有氧化剂（空气、氧气、水蒸气等）存在或只提供有限氧的条件 下，加热到逾 500，通过热化学反应将生物质大分子物质（木质素、纤维素和半纤维素）分解成较小 分子的燃料物质（固态炭、可燃气、生物油）的热化学转化技术方法。 通通 式式 有机固体废物 (H2、CH4、CO、CO2等)气体(有机酸、焦油

2、等)有机液体碳黑炉渣 产产 物物 热解的产物主要有可燃气、生物油和固体黑炭。 可燃气（合成气）可用于民用炊事和取暖，烘干谷物、木材、果品、炒茶，发电，区域供热，工 业企业用蒸汽等。在生物质能开发水平较高的国家，还用气化燃气作化工原料，如合成甲醇、氨等， 甚至考虑作燃料电池的燃料。 生物油是高能量载体，基本上不含硫、氮和金属成分，是一种绿色燃料。 固体黑炭可用作工业燃料，制作碳基肥，改善土壤性能等。 优优 势势 1、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； 2、废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在固体炭黑中； 3、由于保持还原条件，Cr3+不会转化为 Cr6+；(4)NO

3、x的产生量少。 原原 理理 从化学反应的角度对热解进行分析，生物质在热解过程中发生了复杂的热化学反应，包括分子键 断裂、异构化和小分子聚合等反应。木材、林业废弃物和农作物废弃物等的主要成分是纤维素、半纤 维素和木质素。热重分析结果表明，纤维素在52时开始热解，随着温度的升高，热解反应速度加快， 到350370时，分解为低分子产物，其热解过程为： (C6H10O5)nnC6H10O5 C6H10O5H2O+2CH3-CO-CHO CH3-CO-CHO+H2CH3-CO-CH2OH CH3-CO-CH2OH+H2CH3-CHOH-CH2+H2O 半纤维素结构上带有支链，是木材中最不稳定的组分，在2

4、25325分解，比纤维素更易热分解， 其热解机理与纤维素相似。 从物质迁移、能量传递的角度对其进行分析，在生物质热解过程中，热量首先传递到颗粒表面， 再由表面传到颗粒内部。热解过程由外至内逐层进行，生物质颗粒被加热的成分迅速裂解成木炭和挥 发分。其中，挥发分由可冷凝气体和不可冷凝气体组成，可冷凝气体经过快速冷凝可以得到生物油。 一次裂解反应生成生物质炭、一次生物油和不可冷凝气体。在多孔隙生物质颗粒内部的挥发分将进一 步裂解，形成不可冷凝气体和热稳定的二次生物油。同时，当挥发分气体离开生物颗粒时，还将穿越 周围的气相组分，在这里进一步裂化分解，称为二次裂解反应。 分分 类类 根据反应条件和控制参

5、数的不同，生物质热解工艺基本上可以分为慢速热解（炭化， carbonization） 、快速热解（液化 fast pyrolysis） 、气化(gasification)、烘培(torrefaction)等。 产物 类别简介操作参数 液体固体气体 慢速 热解 有几千年的历史，是一种以生成木炭为 目的的炭化过程。将木材等生物质放在 窑内，在隔绝空气的情况下加热，可以 得到占原料质量 30%35%的木炭产量。 约 400左 右，较长蒸 气停留时间， 可达数天 30%35%35% 快速 热解 将磨细的生物质原料放在快速热解装置 中，严格控制加热速率(一般约为 10200/s)和反应温度(控制在 50

6、0左 右)，生物质原料在缺氧情况下，被快 速加热到较高温度，从而引发大分子的 分解，产生小分子气体和可凝性挥发分 以及少量焦炭产物。可凝性挥发分被快 速冷却成可流动的液体，成为生物油或 约 500左 右，蒸气停 留时间短， 约 1s 75%12%13% 焦油，其比例一般可达原料质量的 40%60%。当完成反应时间甚短 (0.5s)时，又称为闪速热解。与慢速热 解相比，快速热解的传热反应过程发生 在极短的时间内，强烈的热效应直接产 生热解产物，再迅速淬冷，通常在 0.5s 内急冷至 350以下，最大限度地增加 了液态产物(油)。 气化 在高温（750900）下的热解过程， 以气体产物为主。 75

7、09005%10%85% 烘培 一般低于 290，固体停留时间在 1060min，主要获得固体产物，一般 用于预处理，改善原料的性能。 200290， 反应时间 1060min 在冷凝的情 况下低于 5%，否则无 80%20% 工工 艺艺 城市垃圾常见的热解工艺包括： （1）新日铁系统 该系统是将热解和熔融一体化的设备，通过控制炉温和供氧条件，使垃圾在同一炉体内完成干燥、 热解、燃烧和熔融。干燥段温度约为300，热解段温度为3001000，熔融段温度为17001800， 可燃烧性气体热值6276-10460 kJ/m3。投料口采用双重密封阀结构，可燃性气体导入二燃室进一步燃 烧并利用尾气的余热

8、发电。灰渣中残存的热解固相产物炭黑与从炉下部通入的空气在燃烧区发 生燃烧反应，通过添加焦炭来补充碳源。 图 1 新日铁系统工艺流程图 （2）Purox系统 又称为U.C.C.纯氧高温热分解法，采用竖式热解炉，破碎后的垃圾从塔顶投料口进入依靠垃圾 的自重在由上向下移动的过程中，完成垃圾的干燥和热解。底部燃烧温度：1650。 该系统主要的能量消耗是垃圾破碎过程和1t垃圾热解需要的0.2t氧气的制造过程。该系统每处理 1kg垃圾可以产生热值为11168kJ/m3的可燃性气体0.712m3，该气体以90的效率在锅炉中燃烧回收热 量，系统总体的热效率为58。 图 2 Purox 系统工艺流程图 （3）T

9、orrax系统 由气化炉、二燃室、一次空气预热器、热回收系统和尾气净化系统构成。垃圾不经预处理直接投 入竖式气化炉中。垃圾干燥和热解所需的热量由炉底部通入的预热至1000的空气和炭黑燃烧提供。 二次燃烧室温度1400，出口气体温度11501250。 垃圾热值的大约35用于助燃空气的加热和设施所需电力的供应，提供给余热锅炉的热量达 57，即相当于垃圾热值的大约37作为蒸汽得到回收。 图 3 Torrax 系统工艺流程图 （4）Occidental系统 采用不锈钢制筒式反应器，炭黑加热到760返回热解反应器供热，80急冷得到燃料油，热解 油平均热值24401kJ/kg。 图 4 Occidenta

10、l 系统工艺流程图 国外国外技术进展技术进展 生物质能转换技术可高效地利用生物质能源， 生产各种清洁能源和化工产品，从而减少人类对于 化石能源的依赖，减轻化石能源消费给环境造成的污染。 目前，世界各国尤其是发达国家，都在致力 于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发 展提供根本保障。热解技术是国外研究生物质能转换的热点之一。 气化技术气化技术 原料：原料：主要是城市居民生活垃圾、工业固体废弃物、城市绿化垃圾、原木生产及木材加工的残余 物、薪柴、农业副产品等，包括板皮、木屑、枝杈、秸秆、稻壳、玉米芯等，原料来源广泛，价廉易 取。它们挥发分高，灰分少

11、，易裂解，是热化学转换的良好材料。按照具体转换工艺的不同，在添入 反应炉之前，根据需要应进行适当的干燥和机械加工处理。 特点：特点：IEA煤研究机构对生物质固体废弃物与煤的混合利用进行了研究，经过对各种废弃物的实 验发现，与混合液化和混合热解相比，混合气化更有吸引力。因为气化方式燃料适应性广，从挥发分 含量比较高的生物质和大多数废弃物到反应性差的煤，能够同时产生可燃气体。与传统的燃烧工艺相 比，气化技术既有较高的效率同时具有很好的环保性能。 国外已经建成的大型IGCC电厂一般采用气流床煤气化炉，这一多联产技术将通过生产合成气的 同时输出电力、热能和其他产品，使得过程更容易优化，同时获得富集的C

12、O2易于减排，适合开展混 合气化工业化应用的探索性试验。 荷兰：荷兰：关于生物质的单独气流床气化方面的研究，荷兰能源中心（ECN）试图开发生物质气流床 气化技术，从生物质灰的熔融特性、生物质给料装置、加压方法以及气化路线选择方面进行了一些研 究，发现最大的困难在加料系统，尤其是干粉气化方式并不能适应生物质等有机废弃物。 德国：德国：科林公司（CHOREN）提出整套生物质热解与气流床气化相结合的路线分为三个阶段， 第一步热解得到气体、焦油和固体产物，第二步进一步分解液体焦油，第三步在气流床气化生物质炭。 而气流床气化炉在处理化石燃料方面技术成熟，如果在煤气化过程添加一定比例的生物质，则可以灵 活

13、调整混合气化的燃料比例，使得气化炉运行成本更低。 瑞典：瑞典：世界上第一个生物质气化IGCC(Integrated gasification combined cycle)电站位于瑞典 Varnamo，采用正压循环流化床气化炉（950-1000 ,18bar） 、高温陶瓷管过滤器、燃气蒸汽联合循 环发电系统。燃料为木材，输入热量18MW，供电6MW，供热9MW。净发电效率32%，总效率 83%。该厂1991-1993年建设，1993-1999年运行，气化炉运行8500小时，全厂运行3600小时。因运行 成本太高，2000年停运封存。 2003年 Vaxjo Varnamo Biomass Ga

14、sification Center成立 ，将该电站作为大型的研究设施，目 的为：1）开发利用垃圾衍生燃料RDF，包括废弃轮胎等；2）生产清洁的富氢合成气，采用催化重整 方法；3）改造成生产汽车替代燃料，二甲醚/甲醇/生物柴油。 美国：美国： Polk Power Station在DOE资助下，于2001年在其水煤浆气化炉添加桉树进行混合气化试 验。图5所示为混合气化系统组成原理图，桉树被磨制成较细的粉末后与煤混合制取水煤浆，在气化 炉混合气化。试验中生物质添加量达1.2%，混合气化过程没有任何技术障碍。但是生物质收集和粉碎 磨粉成本非常高，由于磨粉过程大尺寸木材片卡住煤浆泵造成给料困难。因此，木材类生物质直接制 粉用于混合气化的燃料制备成本太高。 图 5 混合气化系统组成原理图 西班牙：西班牙：Elcogas IGCC电厂(Puertollano)采用的PRENFLO（pressurised entrained flow gasifier）加压气流床气化炉，是一种加压、干式给料工艺。气化炉结构独特，气化炉本体与合成气冷 却器结合。燃料、O2和蒸汽一起从装在气化炉下部的燃烧器给入。在气化炉出口，合成气借助再循环 的洁净合成气淬冷，熔渣在水槽内淬冷。气化原料为高灰煤和高硫石油焦，采用85%纯度的氧气气