生活垃圾低温热解实验数据分析与运用

文/杨俊峰

长期以来，国内很多地区出现的生活垃圾均采用填埋堆积的处理方式，没有达到节能、环保的效果，而低温热解技术依靠其自身的优势，其生活垃圾处理过程中凸显出较高的成效。不过鉴于此种技术的发展处于起步阶段，缺少相应的数据验证，鉴于此，深入探讨和分析生活垃圾低温热解的实验数据并加以有效运用具有重要意义。

1 实验研究与说明

1.1 相关实验设备

1.1.1 实验台装置的组成

本实验使用的试验台装置如图1所示，主要涵盖下述几个组成部分：1代表生活垃圾的热解炉，2代表相关温度控制器装置，3代表有关氮气瓶，4代表相关阀门，5代表能让热解气体获得冷却的冷凝管设备，6代表有关焦油的收集瓶设备；7代表对气体体积测定的气流计仪器，8代表对气体内氯元素收集的洗气瓶设备。而冷凝管设备是不锈钢的套管，其通入的自来水属于相应冷却介质；向炉氮中通进氮气后将空气排出来，让炉中处于缺氧的情形；在洗气瓶中存在NAOH溶液，能有效收集热解气内的氯元素，然后将所排出的热解气加以燃烧。

图1：实验台装置构成图

表1：物料构成表

图2：热解炉的构造图

图3：有关固体残留物的产量曲线图

1.1.2 热解炉的构造

关于热解炉的构造如图2所示，炉体主要涵盖了有关内炉胆、金属炉壳、相关保温材料以及加热炉丝等。利用热电偶对炉体中处于不同方位的温度加以测定，并经过热电偶导线传输到温度显示管控表上，此时由其形成相应的控制信号，并经过有关信号线传送到控制箱装置当中，通过依靠控制箱装置，对炉体电源的接通与关闭处理予以管控，进而构成热解炉系统体系。

1.2 实验材料和热解气体吸收液的制备

1.2.1 有关实验材料配制说明

生活垃圾涵盖诸多不同类型废物的混合物，构成较为复杂化，热解的垃圾构成情况关系到生活垃圾能否采用热解方法处置。此次实验物料需要的生活垃圾构成部分依据相关规定予以配制，如表1所示。塑胶种类涵盖PVC、橡胶、PE，对PVC与橡胶依次加以破碎处理，而PE作为相应原料颗粒；厨余涵盖有关米饭、蔬菜及果皮，所有晒干破碎10mm之下的颗粒；而玻璃、金属及灰不涵盖其中。依据总量1.2kg的比例称量相应实验物料，并予以混合，再倒入热解炉的炉胆内。

表2：相关实验数据结果表

1.2.2 热解气体吸收液的制备

需要设备和试剂：

电子天平：感量为0.0001g

洗气瓶装置：200ml，3个

容量瓶设备：500ml，2个

量桶设备：500mt，200ml

相应吸管：20ml

漏斗设备：直径10cm

NaOH：98%

有关实验用水为去离子水，相应电导率0.95uS/cm

制备有关吸收液时，运用天平称量10g的NaOH样品，放在锥形瓶内，并运用量桶量取500ml的去离子水，倒入锥形瓶内，并利用玻璃棒予以搅拌处理，使其彻底溶解，待冷却后，移进容量瓶中，以去离子水进行定容。然后将样品以此注入各个洗气瓶内，使其和热解炉系统相连。

1.3 实验方法的说明

1.3.1 实验的步骤

依据相关比例对物料进行称量，加以混合以后准入有关热解炉炉胆内并予以密封处理，随后通入空气，测定相应密闭性情况，待合格之后，把炉胆置于热解炉内和热解系统相连，并二次通入空气对其密封性加以测定，完毕后，排除空气，以真空泵设备抽成真空状态，达至负压以后，通入氮气，科学设置有关温度控制表并予以加热处理。

1.3.2 热解产物的取样处理

图4：有关产焦率的曲线图

图5：有关焦油产量曲线图

图6：有关固体残留物内的氯含量曲线图

图7：有关焦油内的氯含量曲线图

首先完成有关样品的采样分解和制备，做好定量分析，对测试数据结果予以分析。随后采集有关固体、焦油以及热解气内氯吸收液等样品，同时做好相关试剂制备和实验数据信息的准确记录，完成分析与编号处理。

2 生活垃圾低温热解实验数据结果的分析和说明

2.1 相关热解炉的升温变化情况分析

2.1.1 相关热解炉的升温状况说明

对于实验最终数据结果而言，选用不同的加热方法必然导致影响情况的差异。通常而言，常见的加热方法包括快加热与慢加热两种方法。其中，前者通过采用深温的方式，使炉膛提高到规定的温度，随后将物料放入其中；后者则是首先放入有关物料，确保物料与炉膛的温度提高到规定的温度。此实验采用了慢加热的方法。关于终温550℃试验时的热解炉的升温情况如表2所示。

2.1.2 系统化分析

根据有关实验数据记录可知，当采用的慢加热的方法后，相应的温度不断提高，同时有关的初始温度是较低的。由热电偶0代表炉膛内壁的温度，通常情况下，大概半个小时便能够达至相关标准值，随后予以自行调控，从而确保炉膛的温度处于平稳的状态；相关热电偶1测定的为热解炉炉胆的中心点位置的温度情况，而热电偶2和热电偶3则分别与炉胆的内壁紧挨，由于热量的影响，从炉胆的外壁进入至炉胆当中，因此，热电偶3测定的数值结果相较于热电偶l、热电偶2更高，不过当热解完毕以后，相应的热电偶1、2、3测定的温度则相同，相互之间差值不会高于16℃，处于标准的误差允许区间当中。

2.2 热解产物的产量和热解终温之间的关系

2.2.1 有关固体残留物的产量说明

在炉胆中的物料，其中涵盖的不同成分所形成的热失重规律存在一定的差异。当经历了大概104℃的初始时期的脱水环节以后，有关塑胶与厨余种类的物料会出现2回失重峰值的情况，其它的物料则仅出现1回失重峰值的情况。对于厨余而言，涵盖了纤维和蛋白质两类构成物，首次失重原因在于厨余内的纤维种类物质的分解所导致，而二次失重的原因在于蛋白类物质的分解所导致；针对塑胶种类的物料来说，涵盖了大分子的聚合物，首次失重在于大分子聚合物所崩解，产生相应的初级粒子，当处于活化时期时，二次失重则属于经活化粒子进到反应激烈的分解时期。

关于混合构成部分的垃圾，相应产量处于300-600℃区间中的温度变化曲线情况如图3所示。

由图3可知，当热解终温的温度提高时，有关热解固体残留物的产量会呈现出降低的势态，究其原因在于尽管不同构成部分的热失重规律存在一定的差异性，不过整体的势态趋于一致，处于300-500℃区间内，近似为一条斜率降低的直线，而处于500-600℃区间内的降低势态则趋于稳定。

所谓产焦率，针对的为有关固体残留物和原物料总重量的相应百分数情况。从图4可知，有关产焦率和热解终温变化之间的关系，和固体残留物的产量曲线变化图十分近似。当温度增加以后，所产生的析出很多。处于300-600℃区间当中，相应产焦率则处于35℃-50℃范围内。

2.2.2 相关焦油产量的说明

对于反应期间，形成的热解气体在冷凝以后，会产生相应的焦油物，涵盖含焦油、油类、焦木酸、水及芳烃等，而油类、焦油价值最高。焦木酸自身的化学构成十分复杂。依靠20℃的自来水冷凝处理，使其由热解气内凝结。图5代表焦油的产量和温度变化之间的关系。

由图5获知，当热解终温温度提升后，焦油产量得以增多，说明有关热解物料处于反应过程时的活化能表现出增加的势态。

2.2.3 热解气体产量的说明

在热解气体内涵盖相应的氢气、甲烷、水蒸气、一氧化碳与二氧化碳、氨气、硫化氢及氯化氢等等。此混合气体燃料进行热解反应时，在炉胆温度为300℃情况下，能看见热解尾气的燃烧，直至反应完毕。

2.3 热解产物的氯含量和热解终温之间的关系

2.3.1 有关固体残留物内氯含量的说明

对于垃圾热解环节内的HCI源头包含下述两方面，其一为涵盖有机氯化物的物料中，比如常见的PVC塑料、皮革及橡胶等；其二为其垃圾内的氯盐。对于塑料与橡胶类型的高分子聚合物，其中全部氯元素都处于有机大分子内。

由图6中可知，存在于固体残留物内氯元素的含量具备两个明显的峰值，首个峰值处于350-400℃范围内，第二次处于500-550℃范围内，前者高于后者。主要在于处于350-400℃范围内的热解气产生的为氯化氢，处于500-550℃范围内产生的为苯及其它类的碳氢化合物。

2.3.2 相关焦油内氯含量的说明

对于气态的氯化氢而言，易溶于水，所以，存在一些氯化氢溶于热解气体当中的水滴内，通过冷凝管以后，最终进到有关焦油收集罐装置内。

由图7可知焦油内的氯含量存在两个显著的峰值，首个处于350℃，第二个处于550℃，二者的差异在于首个峰值小于第二个峰值。导致其产生因素为固体残留物的吸附物与溶解于水滴中的氯，当温度提升后得以挥发，进到焦油收集器装置内。

2.3.3 热解气体内氯含量的说明

以直接方式测定热解气体内的氯化氢含量异常艰难，可借助吸收液对热解气体内氯元素吸收的方式完成其中的氯元素含量测定，进而对其含量予以科学计算。

由图8可知热解气内的氯含量情况，当热解终温温度提高后，其也随之提高，当热解终温的温度较高时，相应的氯含量也很高，温度变化与氯析出量密切相关。

由图9可知，处于300-350℃区间，热解气内的含氯化氢浓度近似是零，处于450℃时达至首个峰值，主要在于此温度下物料内没有析出相应氯化氢，处于350-400℃时其才形成。处于550℃时达至第二个峰值，相较于首个峰值，该峰值的浓度更低，主要在于此时热解析出的相应氯化氢占比很少。

3 结论

从论文的分析中可知，深入探讨和分析生活垃圾低温热解的实验数据并加以有效运用具有重要意义。本文通过开展生活垃圾低温热解实验，首先确定实验设备、实验步骤与方法，然后详细分析与说明生活垃圾的低温热解实验数据结果：相关热解炉的升温变化情况分析、热解产物的产量和热解终温之间的关系、热解产物的氯含量和热解终温之间的关系。望此研究结果能获得相关人员的重视，从中得到一定帮助，进而推进低温热解垃圾无害化处理技术的应用进程。

图8：有关热解气内的氯含量曲线图

图9：有关热解气内氯化氢浓度曲线图