有机固体废弃物热解技术研究项目
摘要：本项目可以为先进的垃圾热解技术提供基础研究，试验物料为垃圾中的典型有机组分、生物质废弃物和有害固体废弃物。热解温度：500-800℃，垃圾热解产生的三部分产物：气体、焦油和半焦。
关键词：有机，固体废弃物，热解技术
研究内容
①固体废弃物热解产气特性；②固体废弃物热解焦油特性；③生物质热解半焦特性；④根据上述研究提出外热式垃圾热解系统的设计原则、模化思想，并提出大型垃圾热解系统的总体设计实施方案。
1.固体废弃物热解产气特性：
热解气体的主要成分是H2、CH4、CO、CO2、C2H2、C2H4、C2H6等，产物气体经过净化， 可以作为中高热值的燃气；本项目通过正交分析预判断影响热解产物的因素大小。影响产气率的因素大小依次为加热方式、热解终温、填实率和粒径；影响气体平均热值的因素大小依次为热解终温、粒径、填实率和加热方式。
物料性质对物料产气率的影响主要是由物料的挥发分含量决定性的。对于生物质固体废弃物800℃热解条件下，稻草、稻壳、酒糟、蒿草、树叶、玉米秆、干树枝、锯末、茄秆的产气率分别为0.14、0.315、0.355、0.355、0.51、0.515、0.54、0.635、0.655kg/kg。对于有害固体废弃物800℃热解条件下，油漆、电路板、橡胶、医疗垃圾的产气率分别为0.012、0.013、0.027、0.039kg/kg。试验考察了加热方式对热解气体产率和析出速率的影响，得到了快加热方式热解气体产生量和析出速率远大于慢加热方式的结论。
2.固体废弃物热解焦油特性：
热解终温对热解产物有较大影响，通过试验茄秆在500℃、800℃热解温度下产气率分别为0.305kg/kg、0.655kg/kg,气体热值分别为25.8kJ/kg、25.3kJ/kg。2.固体废弃物热解焦油特性：焦油是宝贵的化工原料，从中可以提取酚、萘、蒽等，并能生产洗油，黏结剂、防腐剂、催化加氢制取汽油、柴油等，还可以用作工业溶剂、涂料等；在实验工况下热解终温、加热方式、粒径和填实度等因素对生物质热解焦油产率、焦油密度及pH值的影响程度如下：
（1）热解焦油产率：加热方式>热解终温>粒径大小>填实度；
（2）焦油密度（含水）：热解终温>粒径大小>加热方式>填实度；
（3）焦油pH值：加热方式>热解终温>填实度>粒径大小物料特性对焦油产率的影响最大，热解终温为600℃时PVC、PE塑料、废报纸、棉布、木块、废轮胎、纸板、青菜的产气率分别为0.1、0.25、0.39、0.5、0.5、0.532、0.577、0.65kg/kg。对于有害废弃物在热解终温为710℃时的医疗废物、电路板、橡胶、油漆的焦油和水的产率分别为0.190、0.340、0.400、0.886kg/kg。玉米秆、稻草、酒糟、树叶、锯末、稻壳、茄秆、树枝、蒿草0.300、0.345、0.345、0.350、0.350、0.375、0.520、0.570、0.640kg/kg。
加热方式也影响焦油和水产的产率。快加热方式使得物料的升温快，析出的挥发分析出速度高。
3.生物质热解半焦的特性：
半焦经过活化后可以作为活性炭使用，具有很高的商业价值，可以实现能源的再利用。在实验工况下热解终温、加热方式、粒径和填实度等因素对生物质热解半焦产率的影响程度如下：粒径大小>热解终温>加热方式>填实度。
在热解终温为500℃、快加热方式下它们的热解半焦产率都达到了45%%。而茄秆、木屑热解半焦的产率仅有17.5%%。热解终温的提高，半焦产率减少。在相同的热解终温下，慢加热方式的热解半焦产率高于快加热方式的热解半焦产率。生物质热解半焦的密度都较小，所有工况下半焦的密度均在0.058—0.340g/cm3之间。热解终温和加热方式对半焦密度的影响有两种情况，一种情况是稻壳、木屑、树叶和酒糟的热解半焦的密度随热解终温的生高而升高，慢加热方式下比快加热方式下小；另一种情况是茄秆、稻草、树枝和玉米秆热解半焦的密度随热解终温的升高而降低。慢加热方式下比快加热方式下大。热解终温的上升，所有物料的热解半焦中的挥发分含量降低，热解半焦中的灰分随温度的升高，其含量也升高，半焦中的固定炭的含量是随着热解终温的上升而略有下降。热解终温的上升，热解半焦的热值呈下降趋势；快加热方式下的热值明显高于慢加热方式下的热值；随着热解终温的提高，9种生物质的热解半焦的气化反应的活化能是呈增大的趋势。
4.固体废弃物热解经验预测模型的建立。
建立了固体废弃物在外热式固定床热解炉中热解微分方程。在工程应用中，人们更关心的是各种热解产物的产率和性质而非热解产物的析出过程。基于以上原因，对实际热解工艺热解产物的建模是比较复杂的，与很多因素有关。从复杂的机理出发，采用因次分析法，建立以相似准则数的关系方程，通过试验数据确定关系方程的系数。
研究的创造性
低污染排放，由于该热解系统在无氧气氛下进行，所以NOx、SOx、PCBs、PCDD/F等污染物的生成量几乎可以忽略，在节省尾部净化设施的建设和运行费用的同时，二次污染的排放仍然比焚烧处理低。单台机组的容量可以作得很大（日处理垃圾量可达10000吨）；垃圾经该工艺处理后，所有不可燃物质，如金属（黑色金属及铝），玻璃及无活性的灰烬将剩下，垃圾得到了很大程度的减容，形成的惰性残渣及燃烧后形成的灰尘可用作筑路材料，并且从中回收金属，进一步地减少环境污染。
本研究基于一种全新的垃圾热化学处理方法，可将生活垃圾、医疗垃圾及工业垃圾转换成可回收利用的金属、玻璃以及无活性灰分。该方法不需要对原始垃圾进行分选和分类。
本基础研究采用的系统能够采用废弃物自身的热解气体在密封的内循环设备中实现能量循环，运行过程中只需加入少量的附加燃料，可降低能耗和处理成本，具有良好的经济效益。
该系统尾气处理工艺得到了最大程度的简化，因此其尾气处理设备的投资远低于垃圾焚烧尾气处理工艺设备的投资，同时其运行费用也远低于其他传统的垃圾焚烧设备。
热解方式选为外热式多室固定床废弃物热解系统，实现了单室为间歇外热式热解，总体为连续运行的热解系统。该技术思想可以实现垃圾处理量的任意大型化。
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