第七学习单元第七学习单元（8课时）：固体废物的热解
7.1 固体废物热解原理
7.2 固体废物热解方式
7.3 影响热解的主要因素
7.4 几种固体废物的热解工艺流程
本学习单元的重点和难点：
固体废物的热解原理
固体废物热解的主要影响因素
7.1固体废物热解原理
7.1.1导言
1、为什么要学习本单元？
让大家了解热解的概念、原理、过程及产物、热解工艺、热解方式、热解的主要因素、典型固体废物的热解工艺流程的相关知识。
2、本单元学习内容
热解的概念、原理、过程及产物、热解工艺、热解方式、热解的主要因素（反应温度、反应湿度、加热速率、反应时间、废物组成）、典型固体废物（如：塑料、橡胶、城市垃圾、污泥）热解的产物及工艺流程。
3、学习目标
掌握固体废物热解概念、原理、热解过程与工艺；了解固体废物的热解方式；掌握影响热解的主要因素；了解典型固体废物的热解技术；掌握焚烧与热解技术的异同点。
7.1.2 热解的概念
热解是一种古老的工业化生产技术，该技术最早应用于煤的干馏，所得到的焦炭产品主要作为冶炼钢铁的燃料。在工业上称之为干馏。
热解(pyrolysis)：固体废物热解是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下受热分解的过程。热解法与焚烧法相比是完全不同的二个过程，焚烧是放热的，热解是吸热的，焚烧的产物主要是二氧化碳和水，而热解的产物主要是可燃的低分子化合物：气态的有氢、甲烷、一氧化碳，液态的有甲醇，丙酮、醋酸，乙醛等有机物及焦油，溶剂油等，固态的主要是焦炭或碳黑。焚烧产生的热能量大的可用于发电，量小的只可供加热水或产生蒸汽，就近利用。而热解产物是燃料油及燃料气，便于贮藏及远距离输送。
7.1.3热解的原理
热解原理应用于工业生产已有很长的历史，木材和煤的干馏、重油裂解生产各种燃料油等早已为人们所知。但将热解原理应用到固体废物制造燃料，还是近几十年的事。国外利用热解法处理固体废物已达到工业规模，虽然还存在一些问题，但实践表明这
是一种有前途的固体废物处理方法。1927年美国矿业局进行过一些固体废物的热解研究。60年代，人们开始以城市垃圾为原料的资源化研究，证明热解过程产生的各种气体可作为锅炉燃料。1970年Sanner等进行实验证明，城市垃圾热解不需要加辅助燃料，能够满足热解过程中所需热量的要求。1973年Battle 研究使用垃圾热解过程所产生的能量超过固体废物含能量的80%获得成功。原联邦德国于1983年在巴伐利亚的Ebenhausen 建设了第一座废轮胎、废塑料、废电缆的热解厂，年处理能力为600-800吨废物。而后，又在巴伐利亚州的昆斯堡建立了处理城市垃圾的热解工厂，年处理能力为35000吨废物，成为原联邦德国热解新工艺的实验工厂。美国纽约市也建立了采用纯氧高温热解法日处理能力达3000吨的热解工厂。1981年我国农机科学研究院，利用低热解的农村废物进行了热解燃气装置的试验取得成功。小型农用气化炉已定点生产，为解决农用动力和生活能源，找到了方便可行的代用途径。
热解的原理：可以将固体废物中的有机物转化为以燃料气、燃料油和炭黑为主的贮存性能源；由于是缺氧分解，排气量少，有利于减轻对大气环境的二次污染；废物中的硫、重金属的有害成分大部分被固定在炭黑中；由于保持还原条件，Cr(III)不会转化为Cr(VI)；NOx的产生量少。
7.1.4热解的过程及产物
热解的过程及产物：固体废物热解过程是一个复杂的化学反应过程。包括大分子的键断裂，异构化和小分子的聚合等反应，最后生成各种较小的分子。
高温热解：T>1000℃，供热方式几乎都是直接加热。
中温热解：T=600～700℃，主要用在比较单一的废物的热解，如废轮胎、废塑料热解油化。
低温热解：T< 600℃。农业、林业和农业产品加工后的废物用来生产低硫低灰的炭，生产出的炭视其原料和加工的深度不同，可作不同等级的活性炭和水煤气原料。
7.1.5 热解工艺
一个完整的热解工艺包括：进料系统、反应器、回收净化系统、控制系统几个部分。热解反应器包括：固定床、流化床、旋转炉、分段炉等
热解工艺：热解的基本工艺有两种：一种是将废塑料加热熔融，通过热解生成简单的碳氢化合物，然后在催化剂的作用下生成可燃油品。另一种将热解和催化热解分为两段。热解工艺主要由：前处理－熔融－热分解－油品回收－残渣处理－中和处理－排气处理等七道工序组成。
焙烧
是在低于熔点的温度下热处理废物的过程，目的是改变废物的化学性质和物理性质，以便于后续的资源利用。固体物料在高温不发生熔融的条件下进行的反应过程，可以有氧化、热解、还原、卤化等，通常用于无机化工和冶金工业。
7.2 固体废物热解方式
热分解过程由于供热方式、产品状态、热解炉结构等方面的不同，热解方式各异。
按供热方式可分成内部加热和外部加热。外部加热是从外部供给热解所需要的能量。内部加热是供给适量空气使可燃物部分燃烧，提供热解所需要的热能。外部供热效率低，不及内部加热好，故采用内部加热的方式较多。
按热分解与燃烧反应是否在同一设备中进行，热分解过程可分成单塔式和双塔式。
按热解过程是否生成炉渣可分成造渣型和非造渣型。
按热解产物的状态可分成气化方式、液化方式和碳化方式。
还有的按热解炉的结构将热解分成固定层式、移动层式或回转式，由于选择方式的不同，构成了诸多不同的热解流程及热解产物。
7.3 影响热解的主要因素
影响热解过程的主要因素有反应温度、反应湿度、加热速率、反应时间、废物组成等。
7.3.1 反应温度
温度是影响热解的关键因素，热解产物的产量和成分都可通过控制反应器的温度有效地改变。热解温度与气体产量成正比，而各种液体物质和固体残渣均随分解温度的增加而相应减少。再者，热解温度不仅影响气体产量，也影响气体质量。
7.3.2 反应湿度
热解过程中湿度会影响产气的量和成分、热解内部化学过程以及整个系统的能量平衡。热解过程中的水分主要来自两个方面，一是来自物料自身的含水量，二是来自外加的高温水蒸气。反应过程中生成的水分其作用主要接近于外加的高温蒸汽。
