缺氧热解气化法城市垃圾处理新工艺

蒋忠新　江国防　蒋颖

摘 要：随着人类生活质量的提高，垃圾的种类与量也在增加。目前国内外主要的垃圾处理方法就是填埋、焚烧与再利用。填埋和焚烧处理垃圾的方法带来的二次污染非常严重。焚烧垃圾产生的二噁英以及相应的其他有毒有害物质会导致严重的环境灾难，垃圾填埋后，垃圾之间所发生的化学反应以及垃圾本身的恶性转化给人类赖以生存的地球带来极大的负面影响。为了有效解决焚烧带来的环境影响问题，在文中介绍了一种新型的缺氧热解气化法城市垃圾处理工艺，该工艺能够有效地解决垃圾焚烧带来的问题，同时与传统工艺相比该新工艺还具有更好的经济效益。

关键词：缺氧热解气化法 城市垃圾 垃圾处理

中图分类号：X799 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（a）-0093-02

1997年颁布了严格控制二噁英的新标准，强制改造二噁英排放超标的垃圾焚烧厂，并开始大规模引进热解气化处理技术。日本政府已经决定在若干年内把现有的1 900多座垃圾焚烧厂逐渐关闭。垃圾的热解气化技术被称为第三代废物处理技术。20世纪90年代初，法、美、英、德、瑞士、日本和瑞典共同参与了这项技术的开发，并在90年代中后期开始在发达国家采用。如何有效处理废物并不产生有毒气体，是垃圾处理技术发展中遇到的瓶颈问题，一旦解决了这个难题，就可以在现有废物处理技术上进行改进，从而达到保护环境和人体健康的目的[1]。长沙加中环保科技有限公司和湖南大学化学化工学院经过长达5年的研发，获得了适合垃圾处理的缺氧热解气化法城市垃圾处理新工艺。

1 缺氧热解气化技术

缺氧热解气化技术是一种全新的废物处理方法，它的最大优点是克服了用焚烧方法产生二噁英以及其他有毒有害物质的缺点，克服了垃圾深埋所产生的负面影响。该技术经过实验室研发、经过技术熟化、通过工业化验证，创造出了一个新的工艺流程。该工艺结合了创新的高温分解技术和传统的高温缺氧气化技术，不用传统的锅炉，模拟了地层中的化工过程将废物气化。缺氧热解气化技术能处理如废旧电器、电池、打印机硒鼓、一次性输液器、注射品等所有类型的垃圾，不需要事先进行任何分拣。垃圾经过压缩后，在1 200 ℃左右的高温下让垃圾的有机成分气化，而无机成分熔化，然后在1/3 s内迅速降温至75 ℃，避免再生成二噁英等有毒有害物质，把废物完全转化为合成气和可回收的微量固体残留物。在高温及较长的驻留时间里，它甚至可以摧毁最复杂的有机化合物。目前，世界最先进的焚烧设施的二噁英排放标准约为0.1 ng（TEQ）/Nm3，而缺氧热解气化技术的二噁英排放标准已经达到0.01 ng（TEQ）/Nm3。清洁处理后的合成气有多方面用途，可以作为原料直接投入化工厂生产化肥，可作为燃料供给钢铁厂或用于产生热量，也可经过高效燃气轮机发电系统发电。传统的垃圾发电是针对燃烧值较高的垃圾进行高温焚烧，这可彻底消灭病原性生物和腐蚀性有机废物，在高温焚烧产生的烟雾经过处理过程中产生的热能转化为高温蒸汽，推动涡轮机转动，使发电机产生电能，这种发电的效率非常低，一般每吨垃圾只能发电180～240 kWh[2]，而就现在最新技术而言，每吨垃圾最高发电量仅为360度，效率为10%～25%。而缺氧热解气化技术产生的合成燃气是一种高效的洁净燃气，它的最大优点是可以直接燃烧并产生巨大热量，从而推动涡轮机转动，使发电机产生大量电能，每吨垃圾可发电600～800 kWh，发电效率相比传统发电技术提高到70%～80%。任何气体及易发散的金属都在厂内加以处理回收，重金属成分可作为易管理的沉淀状态加以回收，酸性气体变成盐加以处理及回收。垃圾中的无效成分被熔化及淬硬，形成有用的建筑材料及金属合金，这两种材料都可转成惰性及无毒的产品。过程中产生的水都被净化和回收利用。由于整个工艺流程中所产生的气、固体物和水都能经过处理回收利用，使垃圾处理后的排放大幅度减少，处理过程中不冒烟，没有废水排放，最终填埋的只是极其微量的固体残留物。

2 缺氧热解气化技术原理

缺氧热解气化技术是通过加热程序将有机废料分解，例如碳水化合物、蛋白质等大分子分离成可燃性的细小分子（如氢气、一氧化碳、甲烷、碳氢化合物）及其他少量的非燃性气体。整个热解过程在缺氧及温度达到400 ℃～600 ℃的情况下进行，该热解过程是快速及连续的，并且可产生近似天然气之高能合成气，能推动燃气涡轮增压发电系统产生电力，从而向城市等地供电。缺氧热解气化设备主要包括进料斗、两个气动闸阀、加热箱、螺旋热解器、燃气燃烧器、带动气动闸阀和螺旋热解器转动的马达、合成气清洁系统及冷却系统、燃气储存罐、PLC程控系统等组成。其工作步骤如下。

（1）有机废物破碎：有机生活垃圾必须由破碎机破碎成小块物体（约2 mm），且含水率控制在重量的15%以下，进入螺旋热解器内处理。

（2）预热：生活垃圾未进入气化系统之前，必须首先进行烘干和预热，生活垃圾的预热温度在200 ℃以下，预热过程在上层螺旋热解器内进行。

（3）加热：整个对有机材料加热的过程，是由一臺设于螺旋热解器外部，受制于严格参数控制的燃气燃烧器中进行，通过技术参数的设置与在线监控，对垃圾的有效处理进行调控。

（4）热解反应：该系统结合内在运输技术的螺旋热解器，由电动马达驱动和可控制热量的燃气燃烧器组合而成。该系统提供连续性有机生活垃圾热解程序。旋转过程由一台功率约20 kW的电动马达，以每分钟约15转的旋转速度确保热解过程正常运作。整个螺旋热解器是由316L不锈钢制成，能提供有机物质热解平均流速约为每小时2吨的有机废物处理量，并生产合成气燃烧发电。

（5）热解程序：整个程序是有机物质在通过横卧式、密封的螺旋热解器内被加热进行分解。燃气燃烧器提供约2 000 kJ的热能加热系统并提供充足的热能以达到热解所需的温度。

（6）合成气生成：热解过程中产生的合成气直接被引入到合成气清洁系统内，该清洁系统包含丘文里氏塔、液体碱性喷淋塔、冷却塔等。约15%的清洁后合成气将被引回至该设备的燃气燃烧器燃烧加热系统，供应该系统的热解过程。

（7）程控系统：该系统可控制气动闸阀，精确度可达到只有0.1%的气体进入反应炉内，同时该程控系统也可将温度控制在最大合成气的产能范围内。

（8）热解温度：严格控制有机废物热解是的温度是从200 ℃～800 ℃的范围。

3 缺氧热解气化技术的优点

垃圾处理面临的成本、环保及各种各样的经营问题，甚至是在危险操作条件下进行垃圾处理[3]。要解决此困难，缺氧热解气化系统（热转换器系统）是最佳的解决方案。比较焚烧、深埋方法，缺氧热解气化优势非常明显（见表1、表2）。

参考文献

[1] 梁丽琛.城市垃圾处理的现状和对策[J].城市观察，2015 （2）：60-68.

[2] 张光杰，张啸宇.城市生活垃圾热解一气化一体化处理新工艺[J].计算机与应用化学，2014（4）：503-506.

[3] 吴靖，刘洪鹏，兰婧.城市生活垃圾资源化处理方法综述[J].中国科技信息，2011（5）：27-28.