熱裂解技術(shù)在固廢處置中的應(yīng)用研究進(jìn)展

文_羅書亮 安徽華夢檢測科技有限公司

1 熱裂解技術(shù)的固廢處置中的優(yōu)勢

我國應(yīng)結(jié)合國情，采用資源重復(fù)利用的模式，選擇科學(xué)、高效的固廢處理技術(shù)，以便減少資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)人和自然和諧共處。當(dāng)前，我國處理固廢的方法主要有填埋法、焚燒法等。填埋法不僅選址條件嚴(yán)苛，占地面積大，且長期穩(wěn)定性差，防滲系統(tǒng)老化后滲濾液會對填埋場周邊土壤和地下水產(chǎn)生嚴(yán)重污染。焚燒無法充分燃燒固廢，特別是危廢，會產(chǎn)生劇毒二噁英，危害人體健康，且焚燒需要隨時添加燃料，增加運(yùn)行費(fèi)用，和節(jié)能原則相悖。

熱裂解技術(shù)的應(yīng)用，能更好地解決上述問題。相較于焚燒法，熱裂解技術(shù)可將固廢中的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴亢凇⑷剂蠚獾葹橹鞯馁A存性能源； NOx產(chǎn)量少；屬于缺氧分解，排氣少，可避免二次污染；固廢中的有害成分會固定在炭黑內(nèi)。

2 熱裂解技術(shù)介紹

2.1 熱裂解工藝

熱裂解是指在加熱物質(zhì)時，經(jīng)過系列反應(yīng)生成可燃油、可燃?xì)怏w等物質(zhì)。反應(yīng)過程，第一階段（干燥階段），溫度為200℃，固廢會在溫度升高時烘干，揮發(fā)多余的水分；第二階段（干餾階段），溫度200～500℃，固廢性質(zhì)隨著溫度升高發(fā)生變化，大分子被裂變成小分子，隨后生成含碳化合物；第三階段（氣體生成階段），固廢持續(xù)裂解，最終生成甲烷、氫氣等氣體。

2.2 熱裂解設(shè)備

熱裂解需要諸多專業(yè)的設(shè)備，主要包括進(jìn)料系統(tǒng)，該系統(tǒng)為外配套設(shè)備，主要對固廢處理，對其進(jìn)行擠壓和傳輸，送至一次燃燒室；一次燃燒室是熱裂解的核心區(qū)域，固廢在缺氧、高溫環(huán)境下生成有機(jī)氣體，干燥處理后送至二次燃燒室。在一次燃燒室殘留的固廢經(jīng)工藝處理后，和輸送的氧氣燃燒生成殘留物。一般來講，二次燃燒室的時間、溫度可調(diào)整，經(jīng)過科學(xué)的生產(chǎn)工藝，生成所需產(chǎn)物。

2.3 影響因素

熱裂解過程中，壓強(qiáng)、溫度、時間等都會影響固廢的處理效果，尤其是溫度。作為熱裂解的主要參數(shù)，不同溫度下的熱裂解產(chǎn)物不同。報告顯示，當(dāng)溫度處于800～900℃時，熱裂解可順利進(jìn)行，并產(chǎn)生大量碳?xì)錃饣铮瑴p少殘?jiān)４送猓瑫r間也是一個重要的影響因素。固廢在熱裂解設(shè)備中的反應(yīng)時間越長，有機(jī)物分解得就越徹底。反之，時間越短，分解得越不徹底，殘?jiān)簿驮蕉唷Ｈ纾瑥U舊輪胎熱裂解時，載氣流速處于固定狀態(tài)，反應(yīng)時間短，固廢殘?jiān)啵环磻?yīng)時間長，固廢殘?jiān)佟?/p>

3 熱裂解技術(shù)在固廢處置中的具體應(yīng)用

相較于美國等西方國家，我國的熱裂解技術(shù)起步晚。我國在應(yīng)用熱裂解技術(shù)時，將秸稈作為首要的研究對象。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各個企業(yè)開始研究固廢處理技術(shù)。一段時間后，已能夠用熱裂解技術(shù)處理生活垃圾、廢舊輪胎等固廢。但是，熱裂解對固廢的處置尚處于試驗(yàn)階段，并未達(dá)到應(yīng)用階段。相信隨著國內(nèi)外技術(shù)的交流，我國的熱裂解技術(shù)應(yīng)用會獲得更大進(jìn)展。

3.1 城市垃圾

現(xiàn)階段，城市垃圾的處置方法比較多，但是處置結(jié)果均影響著生態(tài)環(huán)境。基于此，開始利用熱解氣體焚燒法進(jìn)行處置，此方法是各種方法結(jié)合后形成的。城市垃圾經(jīng)過熱解后分離有害金屬，殘留物再進(jìn)行燃燒（在無氧環(huán)境下操作），減少有害物質(zhì)的氧化和殘留。同時，無氧環(huán)境下進(jìn)行燃燒，不會生成CuCl2，更不會生成二噁英。熱解過程在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，常用反應(yīng)器為回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器，這些反應(yīng)器各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，其中回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器操作簡單，熱解反應(yīng)不徹底；流化床反應(yīng)器效率高，物料用量少，但對設(shè)備的要求較高，增加成本；固定床反應(yīng)器效率高，適用于多種原料，但單次處理量較小。因此，在選擇處置設(shè)備時，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況。而借助熱裂解技術(shù)處置城市垃圾過程中，可直接借助垃圾處理產(chǎn)生的熱量發(fā)電，有助于節(jié)約電能，避免環(huán)境污染。

3.2 含油污泥

石油開采過程中通常會產(chǎn)生很多的含油污泥，若得不到及時、有效的處理，將嚴(yán)重破壞環(huán)境。目前，熱裂解法針對含油污泥的處置，已從試驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)踐。熱裂解屬于無害化技術(shù)，相較于焚燒法，雖然專業(yè)性、投資高，但是處置效果好。具體操作中，先對含油污泥進(jìn)行脫水干燥處理，然后送至爐窯熱解，此時要求溫度處于500～600℃。在無氧環(huán)境下，含油污泥重組，此過程需添加氮?dú)狻＝?jīng)由熱裂解處理后，污泥殘?jiān)蛇_(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)。總之，熱裂解技術(shù)是一種相對成熟的處置含油污泥的技術(shù)，我國多數(shù)的油田已開始使用該技術(shù)處置含油污泥，并取得一定的效果，說明熱裂解技術(shù)大范圍推廣成為可能。

3.3 廢舊輪胎

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，居民購車量不斷增加，汽車逐漸成為出行必備品。此背景下，廢舊輪胎的數(shù)量持續(xù)上漲。對于廢舊輪胎的處理，目前也有很多種方法，如制膠、翻新、熱裂解等，其中熱裂解憑借諸多優(yōu)勢，得到多個國家的認(rèn)可。輪胎的成分是橡膠，熱裂解過程中會產(chǎn)生炭、油和氣。其中，熱解氣的主要成分是碳?xì)洹錃饨M合烴類，含氧量極少。熱解氣為熱能，可以重復(fù)使用，是一種價值極高的分解產(chǎn)物，有助于實(shí)現(xiàn)垃圾的無害化處理。熱解油黏度低，熱度高，芳香烴含量高，在一次和二次反應(yīng)時易受時間和溫度影響。現(xiàn)階段，熱解油已作為燃料廣泛使用。熱解炭是輪胎熱解過程中產(chǎn)生的，溫度達(dá)500℃時產(chǎn)量更高。可通過不同工藝回收利用，但是熱解炭有害元素多，利用程度有限。利用熱裂解技術(shù)處置廢舊輪胎，可有效回收利用相關(guān)資源，但考慮到此工藝復(fù)雜，影響因素多，目前尚未大范圍地應(yīng)用，在未來的研究實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)重點(diǎn)提高對廢液、廢氣體的回收率，提升熱解炭的質(zhì)量。

3.4 實(shí)例分析

以某省市為例，現(xiàn)有垃圾填埋場、污水處理廠、垃圾焚燒發(fā)電站，主要用來處理固體危險廢棄物和醫(yī)療垃圾。基于固廢的特點(diǎn)和狀況，采用熱裂解技術(shù)進(jìn)行處理，每天處理固廢高達(dá)50t，且廢氣排放滿足標(biāo)準(zhǔn)，具體操作如下：

①進(jìn)料系統(tǒng)。自動進(jìn)料，前端可以搭配真空收集系統(tǒng)、傾倒機(jī)、輸送帶等裝置，實(shí)現(xiàn)完全自動化的目標(biāo)。

②一次、二次燃燒室。使用缺氧熱裂解燃燒，分為三個階段：先在干燥段干燥處理固廢，使水分揮發(fā)；分解后的可燃物形成混合煙氣進(jìn)入二燃燒室燃燒。熱解后的殘留物充分燃燒，熱量用來為熱裂解、干燥處理提供能量。燃燒段所產(chǎn)生的殘?jiān)谌紶a段繼續(xù)燃燒冷卻，由氣化爐一次風(fēng)冷卻，經(jīng)過爐排設(shè)備擠壓、粉碎后排出。應(yīng)注意，在二次燃燒室內(nèi)，煙氣停滯進(jìn)間可以根據(jù)具體需求設(shè)計(jì)進(jìn)出間隔，可以為1s，也可以更久，并將溫度控制在1000℃以上，以便符合法規(guī)要求。

③出灰系統(tǒng)。根據(jù)需求設(shè)為手動出灰或自動出灰，搭配輸送帶或灰子車收集灰燼。在出灰口安裝冷卻灑水系統(tǒng)，防止灰燼飛散。

④廢熱回收系統(tǒng)。設(shè)立廢熱回收鍋爐，供蒸汽或熱氣回收使用。其中，部分熱源供熱交換器使用，提高煙氣排放量。溫度應(yīng)控制在110℃左右，防止白煙產(chǎn)生。

⑤廢氣處理系統(tǒng)。具備除塵、除酸功能，符合法規(guī)要求。根據(jù)具體需求，設(shè)置半干式系統(tǒng)、干式系統(tǒng)或濕式系統(tǒng)。

4 結(jié)語

綜上所述，我國的熱裂解技術(shù)已從實(shí)驗(yàn)階段走向?qū)嵺`，應(yīng)用范圍越來越廣，如廢舊輪胎、城市垃圾、含油污泥等，可提高資源利用率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。但是該技術(shù)目前尚有諸多不足，需要在日后的研究中重點(diǎn)分析，實(shí)現(xiàn)國土資源循環(huán)利用的目的。