有機固體廢棄物熱解技術研究項目
摘要：本項目可以為先進的垃圾熱解技術提供基礎研究，試驗物料為垃圾中的典型有機組分、生物質廢棄物和有害固體廢棄物。熱解溫度：500-800℃，垃圾熱解產生的三部分產物：氣體、焦油和半焦。
關鍵詞：有機，固體廢棄物，熱解技術
研究內容
①固體廢棄物熱解產氣特性；②固體廢棄物熱解焦油特性；③生物質熱解半焦特性；④根據上述研究提出外熱式垃圾熱解系統的設計原則、模化思想，并提出大型垃圾熱解系統的總體設計實施方案。
1.固體廢棄物熱解產氣特性：
熱解氣體的主要成分是H2、CH4、CO、CO2、C2H2、C2H4、C2H6等，產物氣體經過凈化， 可以作為中高熱值的燃氣；本項目通過正交分析預判斷影響熱解產物的因素大小。影響產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。
物料性質對物料產氣率的影響主要是由物料的揮發分含量決定性的。對于生物質固體廢棄物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、醫療垃圾的產氣率分別為0.012、0.013、0.027、0.039kg/kg。試驗考察了加熱方式對熱解氣體產率和析出速率的影響，得到了快加熱方式熱解氣體產生量和析出速率遠大于慢加熱方式的結論。
2.固體廢棄物熱解焦油特性：
熱解終溫對熱解產物有較大影響，通過試驗茄稈在500℃、800℃熱解溫度下產氣率分別為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，并能生產洗油，黏結劑、防腐劑、催化加氫制取汽油、柴油等，還可以用作工業溶劑、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熱解焦油產率、焦油密度及pH值的影響程度如下：
（1）熱解焦油產率：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℃時的醫療廢物、電路板、橡膠、油漆的焦油和水的產率分別為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的產率。快加熱方式使得物料的升溫快，析出的揮發分析出速度高。
3.生物質熱解半焦的特性：
半焦經過活化后可以作為活性炭使用，具有很高的商業價值，可以實現能源的再利用。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熱解半焦產率的影響程度如下：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率都達到了45%%。而茄稈、木屑熱解半焦的產率僅有17.5%%。熱解終溫的提高，半焦產率減少。在相同的熱解終溫下，慢加熱方式的熱解半焦產率高于快加熱方式的熱解半焦產率。生物質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種生物質的熱解半焦的氣化反應的活化能是呈增大的趨勢。
4.固體廢棄物熱解經驗預測模型的建立。
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。在工程應用中，人們更關心的是各種熱解產物的產率和性質而非熱解產物的析出過程。基于以上原因，對實際熱解工藝熱解產物的建模是比較復雜的，與很多因素有關。從復雜的機理出發，采用因次分析法，建立以相似準則數的關系方程，通過試驗數據確定關系方程的系數。
研究的創造性
低污染排放，由于該熱解系統在無氧氣氛下進行，所以NOx、SOx、PCBs、PCDD/F等污染物的生成量幾乎可以忽略，在節省尾部凈化設施的建設和運行費用的同時，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）；垃圾經該工藝處理后，所有不可燃物質，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，進一步地減少環境污染。
本研究基于一種全新的垃圾熱化學處理方法，可將生活垃圾、醫療垃圾及工業垃圾轉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。
本基礎研究采用的系統能夠采用廢棄物自身的熱解氣體在密封的內循環設備中實現能量循環，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，具有良好的經濟效益。
該系統尾氣處理工藝得到了最大程度的簡化，因此其尾氣處理設備的投資遠低于垃圾焚燒尾氣處理工藝設備的投資，同時其運行費用也遠低于其他傳統的垃圾焚燒設備。
熱解方式選為外熱式多室固定床廢棄物熱解系統，實現了單室為間歇外熱式熱解，總體為連續運行的熱解系統。該技術思想可以實現垃圾處理量的任意大型化。
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