热裂解技术在固废处置中的应用研究进展

2021-12-06罗书亮安徽华梦检测科技有限公司

节能与环保 2021年8期

文_罗书亮安徽华梦检测科技有限公司

1 热裂解技术的固废处置中的优势

我国应结合国情，采用资源重复利用的模式，选择科学、高效的固废处理技术，以便减少资源浪费，实现人和自然和谐共处。当前，我国处理固废的方法主要有填埋法、焚烧法等。填埋法不仅选址条件严苛，占地面积大，且长期稳定性差，防渗系统老化后渗滤液会对填埋场周边土壤和地下水产生严重污染。焚烧无法充分燃烧固废，特别是危废，会产生剧毒二噁英，危害人体健康，且焚烧需要随时添加燃料，增加运行费用，和节能原则相悖。

热裂解技术的应用，能更好地解决上述问题。相较于焚烧法，热裂解技术可将固废中的有机物转变为以炭黑、燃料气等为主的贮存性能源； NOx产量少；属于缺氧分解，排气少，可避免二次污染；固废中的有害成分会固定在炭黑内。

2 热裂解技术介绍

2.1 热裂解工艺

热裂解是指在加热物质时，经过系列反应生成可燃油、可燃气体等物质。反应过程，第一阶段（干燥阶段），温度为200℃，固废会在温度升高时烘干，挥发多余的水分；第二阶段（干馏阶段），温度200～500℃，固废性质随着温度升高发生变化，大分子被裂变成小分子，随后生成含碳化合物；第三阶段（气体生成阶段），固废持续裂解，最终生成甲烷、氢气等气体。

2.2 热裂解设备

热裂解需要诸多专业的设备，主要包括进料系统，该系统为外配套设备，主要对固废处理，对其进行挤压和传输，送至一次燃烧室；一次燃烧室是热裂解的核心区域，固废在缺氧、高温环境下生成有机气体，干燥处理后送至二次燃烧室。在一次燃烧室残留的固废经工艺处理后，和输送的氧气燃烧生成残留物。一般来讲，二次燃烧室的时间、温度可调整，经过科学的生产工艺，生成所需产物。

2.3 影响因素

热裂解过程中，压强、温度、时间等都会影响固废的处理效果，尤其是温度。作为热裂解的主要参数，不同温度下的热裂解产物不同。报告显示，当温度处于800～900℃时，热裂解可顺利进行，并产生大量碳氢气化物，减少残渣。此外，时间也是一个重要的影响因素。固废在热裂解设备中的反应时间越长，有机物分解得就越彻底。反之，时间越短，分解得越不彻底，残渣也就越多。如，废旧轮胎热裂解时，载气流速处于固定状态，反应时间短，固废残渣多；反应时间长，固废残渣少。

3 热裂解技术在固废处置中的具体应用

相较于美国等西方国家，我国的热裂解技术起步晚。我国在应用热裂解技术时，将秸秆作为首要的研究对象。随着科学技术的发展，各个企业开始研究固废处理技术。一段时间后，已能够用热裂解技术处理生活垃圾、废旧轮胎等固废。但是，热裂解对固废的处置尚处于试验阶段，并未达到应用阶段。相信随着国内外技术的交流，我国的热裂解技术应用会获得更大进展。

3.1 城市垃圾

现阶段，城市垃圾的处置方法比较多，但是处置结果均影响着生态环境。基于此，开始利用热解气体焚烧法进行处置，此方法是各种方法结合后形成的。城市垃圾经过热解后分离有害金属，残留物再进行燃烧（在无氧环境下操作），减少有害物质的氧化和残留。同时，无氧环境下进行燃烧，不会生成CuCl2，更不会生成二噁英。热解过程在反应器内进行，常用反应器为回转窑反应器、流化床反应器、固定床反应器，这些反应器各有优点和缺点，其中回转窑反应器操作简单，热解反应不彻底；流化床反应器效率高，物料用量少，但对设备的要求较高，增加成本；固定床反应器效率高，适用于多种原料，但单次处理量较小。因此，在选择处置设备时，应结合实际情况。而借助热裂解技术处置城市垃圾过程中，可直接借助垃圾处理产生的热量发电，有助于节约电能，避免环境污染。

3.2 含油污泥

石油开采过程中通常会产生很多的含油污泥，若得不到及时、有效的处理，将严重破坏环境。目前，热裂解法针对含油污泥的处置，已从试验转变为实践。热裂解属于无害化技术，相较于焚烧法，虽然专业性、投资高，但是处置效果好。具体操作中，先对含油污泥进行脱水干燥处理，然后送至炉窑热解，此时要求温度处于500～600℃。在无氧环境下，含油污泥重组，此过程需添加氮气。经由热裂解处理后，污泥残渣可达排放标准。总之，热裂解技术是一种相对成熟的处置含油污泥的技术，我国多数的油田已开始使用该技术处置含油污泥，并取得一定的效果，说明热裂解技术大范围推广成为可能。

3.3 废旧轮胎

随着汽车行业的发展，居民购车量不断增加，汽车逐渐成为出行必备品。此背景下，废旧轮胎的数量持续上涨。对于废旧轮胎的处理，目前也有很多种方法，如制胶、翻新、热裂解等，其中热裂解凭借诸多优势，得到多个国家的认可。轮胎的成分是橡胶，热裂解过程中会产生炭、油和气。其中，热解气的主要成分是碳氢、氢气组合烃类，含氧量极少。热解气为热能，可以重复使用，是一种价值极高的分解产物，有助于实现垃圾的无害化处理。热解油黏度低，热度高，芳香烃含量高，在一次和二次反应时易受时间和温度影响。现阶段，热解油已作为燃料广泛使用。热解炭是轮胎热解过程中产生的，温度达500℃时产量更高。可通过不同工艺回收利用，但是热解炭有害元素多，利用程度有限。利用热裂解技术处置废旧轮胎，可有效回收利用相关资源，但考虑到此工艺复杂，影响因素多，目前尚未大范围地应用，在未来的研究实验中，应重点提高对废液、废气体的回收率，提升热解炭的质量。

3.4 实例分析

以某省市为例，现有垃圾填埋场、污水处理厂、垃圾焚烧发电站，主要用来处理固体危险废弃物和医疗垃圾。基于固废的特点和状况，采用热裂解技术进行处理，每天处理固废高达50t，且废气排放满足标准，具体操作如下：

①进料系统。自动进料，前端可以搭配真空收集系统、倾倒机、输送带等装置，实现完全自动化的目标。

②一次、二次燃烧室。使用缺氧热裂解燃烧，分为三个阶段：先在干燥段干燥处理固废，使水分挥发；分解后的可燃物形成混合烟气进入二燃烧室燃烧。热解后的残留物充分燃烧，热量用来为热裂解、干燥处理提供能量。燃烧段所产生的残渣，在燃烬段继续燃烧冷却，由气化炉一次风冷却，经过炉排设备挤压、粉碎后排出。应注意，在二次燃烧室内，烟气停滞进间可以根据具体需求设计进出间隔，可以为1s，也可以更久，并将温度控制在1000℃以上，以便符合法规要求。

③出灰系统。根据需求设为手动出灰或自动出灰，搭配输送带或灰子车收集灰烬。在出灰口安装冷却洒水系统，防止灰烬飞散。

④废热回收系统。设立废热回收锅炉，供蒸汽或热气回收使用。其中，部分热源供热交换器使用，提高烟气排放量。温度应控制在110℃左右，防止白烟产生。

⑤废气处理系统。具备除尘、除酸功能，符合法规要求。根据具体需求，设置半干式系统、干式系统或湿式系统。