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城市生活垃圾与裂解处理技术

更新时间:2010-09-02 14:13 来源: 作者: 齐玉梅 阅读:5250 网友评论1

导 言

裂解,是指只通过热能将一种物质(主要指高分子化合物)转变成另外几种物质(主要指低分子化合物)的化学过程。裂解,也可称谓热裂解或热解技术。影响裂解的基本因素,首先是温度和反应的持续时间,其次是原料的种类,因为这一种类直接关系到裂解的速率和效率。科学总是在向前发展的,技术也总是在进步的。目前,在城市生活垃圾领域中裂解技术与传统的填埋、焚烧、堆肥处理方法相比,提供了一种新的研究方向,但还需要不断深入地探索和研究。

1. 裂解技术发展的历史与现状

1.1. 裂解技术的主要发展史

早在20世纪50年代,在裂化技术基础上开发了以制取乙烯为主要目的(烃类水蒸汽高温裂解)的简称裂解技术。经过长期技术的发展以及催化剂的发明和应用,又发展了低温裂解技术(裂解反应温度在300℃—600℃之间)。从70年代起,这一技术在欧洲一些国家也有了应用和研究的实例。

1.2. 裂解技术应用的主要领域

1.2.1. 化工领域

最常应用于石油化工和煤化工生产。石油化工生产过程中,通常以700℃—800℃的裂解温度,有时甚至高达1000℃以上,使石油分镏产物(包括石油气)中的长链烃断裂成乙烯、丙烯等短链烃的加工过程。主要用石脑油、煤油、柴油为原料并向重油发展。在裂解过程中,同时伴随缩合、环化和脱氢等反应。另外人们习惯上把从重质油生产汽油和柴油的过程称为裂化;而把从轻质油生产小分子烯烃和芳香烃的过程称为裂解。

1.2.2 污泥处理领域

由于污泥主要成分为脂肪、蛋白质、糖类和纤维素,一般认为可在200℃—450℃可以实现裂解成为油、不凝(可燃性)性气体和炭这三种可燃性物质。近些年来,国内相当多的研究机构和人员都对这一技术进行了探索和研究1 2,但就国内来说尚未有成功实践案例。而在国外,对于污泥裂解制油等可燃物的应用同样处于研究探索状态3,成功实践目前仅有澳大利亚一家公司4。

1.2.3. 有机废弃物处理领域

近些年,随着能源紧张以及新能源尤其是生物质能开发技术的重视,利用裂解技术探讨秸秆类农业废弃物转化为生物质能的研究得以广泛开展5,并在我国部分地区形成一定实验性规模6。国外从60年代末就开展了有机废弃物热裂解技术的研究,目前该技术在美国、意大利、瑞士、西班牙等国已达到商品化阶段7。

1.2.4. 生活废弃物处理领域

20世纪90年代以来,国内外陆续开展了生活垃圾裂解处理技术研究,但基本都处于实验室研究或扩大的工程试验阶段。在国内开展研究的有武汉工业学院的周兰倩、江西省环境保护科学研究院的谢小兵等,并且也陆续有垃圾裂解技术专利发明的申请和登记,如广东陈秋平的“立式多炉垃圾热裂解炉”专利(专利号:20042006610.4)、上海弘森环境科技公司的“生物质转化处理高效湿热釜”专利(专利号:ZL.200620044228.1)。

2. 裂解技术的主要影响因素

从裂解在各领域的应用及裂解技术研究发现,影响裂解技术的应用与发展的因素,主要包括内在因素和外在因素两大方面:内在因素,在于裂解装置本身的温度、湿度等技术参数的掌握与控制;外在因素,则在于裂解供给物质材料的处理。

2.1. 物料的特性

裂解技术是基于有机物本身在一定的温度、湿度、压力条件下,自身通过吸热产生裂变反应。不同物质裂解需要吸收的热量、需要的时间不尽相同,一般来说,分子量较小、吸热较快的如纸张类物质先裂解,分子量相对较大的木质素、脂肪类物质后裂解,因此混合物质裂解处理过程非常复杂,反应持续时间长,最终裂解物质也具有较大的变动性。

除物料成分会影响裂解反应外,其颗粒状态也会影响裂解反应的过程,颗粒状态、湿度大小由于直接关系到混合程度、搅拌效果、吸热能力等,也会对裂解反应效果产生影响。

2.2. 裂解反应时间

从表1可以看出,裂解炉中物料停留的时间直接影响裂解反应的程度及裂解产物的类型,在非常高的反应速率与高温条件下,几乎无炭黑类物质生成,因此又称快速热裂解或闪速热裂解。一般来说固相滞留反应时间越短,裂解所产固态产物(炭)比例越小,总的产物量则越大,裂解越完全。

2.3. 裂解反应温度

温度是裂解过程中一个很重要的影响因素,它直接影响产物分布和组分。从表1看,一般随着裂解温度的升高,炭的产率则减少。由于不同物质裂解温度不同,目前从300℃—800℃都有不同的研究人员开展了研究,一般来说低温区停留时间长,则炭产率增加;快速升温,则高温停留时间长,有利于充分裂解及气产率提高。

3. 裂解技术应用于生活垃圾处理的技术关键

从当前生活垃圾裂解处理研究实践及裂解技术本身特点来看,实现生活垃圾裂解处理技术的突破,垃圾物料的处理、裂解时间与温度的控制、物料的炉内控制、裂解产物的利用和处理是关键。

3.1. 生活垃圾物料的处理

生活垃圾成分复杂多变(见表2)。混合性生活垃圾中的废砖块、非金属类的无机物质是不参与裂解反应的,若未经分类且含有大量无机成分的生活垃圾则会影响裂解过程:一是参与吸热影响裂解最终效果;二是影响裂解物料的流动,部分无机物甚至由于熔融状态变化而影响裂解炉的使用寿命;三是垃圾裂解油成分复杂,粘度较大,难以顺利输送。

垃圾物料颗粒大小、含水量会因为影响搅拌、翻动效果,而影响垃圾物料本身在裂解炉内的吸热速度快慢、均匀与否等状态,从而影响裂解反应过程。

3.2. 生活垃圾裂解控制技术参数的探索

由于生活垃圾中成分复杂,寻找最佳升温速率和裂解停留温度、时间则成为裂解控制技术参数的关键。从当前研究实践来看,可分为低温裂解和高温裂解,但各有优劣,但就裂解的效果,尚未有关于最佳裂解控制技术参数的结论。这也是导致目前裂解技术尚未有应用于生活垃圾处理实践工程中的最关键的原因。部分物质尚未裂解,部分物质又充分裂解完毕,裂解时间过长往往导致裂解油产物比重高,而成分复杂、粘度高的裂解油易形成堵塞,影响了裂解装置的稳定性。

3.3 生活垃圾裂解产物的利用与处理

生活垃圾随着含水率、成分的变化其产物比例有所不同,综合所有的研究发现,以含水率50%左右、无机残渣10%左右的生活垃圾为例,裂解物料平衡基本情况如图1所示:

生活垃圾裂解处理后,产生的灰渣、废水需要作为废弃物进行进一步处理,在这方面技术可行、成本合理。而制约裂解技术发展的关键因素在于其产物中的可燃气体、裂解油、裂解炭的深度利用以及利用过程中是否存在二次环境污染,如何控制裂解产物的环境污染等,由于这些问题尚不能很好地解决,致使裂解产物难以形成稳定利用和消纳的渠道。

结论

目前,将裂解技术应用于城市生活垃圾处理领域,虽然尚未有成功的经验可借鉴,但其技术在不断进步。随着科技的进一步发展和对这一领域研究的不断深入,裂解技术为传统的填埋、焚烧、堆肥处理方法提供了一种新的发展方向。在这里,应当看到裂解在科技的研发和投入上与我国的国情和经济实力是有着紧密相关的联系的(投入与技术发展、国情的关系这一点没有任何数据支撑的)。从当前各类研究来看,要使裂解技术走向工程实践必须在科学发展观理念的指导下,在工程条件、技术、参数等方面还需要做深入的研究和探索。

参考文献

1 易玉敏、宁平、瞿广飞、杨月红. 污水污泥裂解技术研究进展. 云南化工. 2008 , 35(5):58-60.

2 何品晶 顾国维. 低温热化学转化污泥制油技术 [J] ,环境科学,1996,17(5):82-86.

3 J E Hall et al. Waste Management—Sewage Sludge [M]. Part1. Survey of sludge production, treatment, quality and disposal in the European Union. Anjou Research, Communities of the European Communities, 1994.

4 叶子端. 国内外污泥处置和管理现状. 环境卫生工程,2002,10(2):85-88

5 周勇,清洁生物质秸秆能源研究,应用化工,2005,34(10):595-597.

6 科技日报信息,用作为秸秆生产生物质油,科技与出版,2008,2(65).

7 王书文 梁子超 万仁新 鲁楠,有机废弃物热裂解技术研究进展,新能源,15(2)15-20.

8 来源:《上海市市容环境卫生统计数据汇总表集》及上海生活垃圾分类宣传手册 

 

 

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关于“城市生活垃圾与裂解处理技术 ”评论
1楼  谷腾网友 2015-10-06

我们正在致力于垃圾裂解变废为宝的设备研发中

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