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摘要：本文主要针对热裂解技术在固体废物处理中的应用展开了探讨，对采用热裂解技术处理固体废物的必要性作了详细阐述，给出了热解的原理及方法，并对固体废弃物的热裂解作了分析，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词：固体废物；处理；技术应用
所谓的固体废物，是指人类在生产、生活和其他活动中产生的，在一定时间和地点无法利用而被丢弃的污染环境的固体、半固体废弃物质。随着如今我国大力提倡可持续发展的社会背景下，如何有效的处理固体废物就显得尤为重要，而热裂解技术的出现则给对固体废物的处理带来极大的改变。基于此，本文就热裂解技术在固体废物处理中的应用进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。
1 采用热裂解技术处理固体废物的必要性
工业固体废物历年堆存量已超过60亿吨，工业固体废物的综合利用率只有40%，处理处置率相当低，多数只是简单地堆放，严重地污染了地下水和地表水。我国每年因固体废物环境造成的经济损失已超过90亿元人民币，而资源损失，即每年的固体废物中可利用而未被利用的资源价值高达250亿元，两者合计约350亿元。这不仅是资源的巨大浪费，而且造成严重的环境污染。而2002年，我省工业固体废物产生量为5849.9万t，综合利用量为1136.3万t，处置量为1776.9万t，排放量为13.0万t，贮存量为4404.9万t，固体废物历年累积贮存量为6.23亿t。
固体废物若不经一定处理和处置，长期堆存不仅占用大量土地，而且会造成对水体和大气的严重污染和危害。有害固体废物长期堆存，经过雨雪淋溶，可溶成分随水从地表向下渗透，向土壤迁移转化，富集有害物质，使堆场附近土质酸化、碱化、硬化，甚至发生重金属型污染。固体废物在雨水、雪水的作用下，流入江河湖海，造成水体的严重污染与破坏；如果将这些废物或城市垃圾直接倒入河流、湖泊或沿海海域会造成更大的污染。我国每年大约有1000多万t固体废物倾倒在江、河、湖泊，污染水体，使湖泊面积减少。
此外，固体废物在堆放过程中，在温度、水分作用，某些有机物质发生分解，产生有害气体；一些腐败的垃圾废物散发腥臭味，造成对空气的污染。在我国大多数城市，对城市生活垃圾、医疗废弃物、废弃塑料的处理是采用焚烧方式处理，即高温热处理，还有很多小医院采用小焚烧炉，这种方式存在着焚烧过程中燃料不足等诸多问题，致使这些固体废物不能充分燃烧，极易产生剧毒二恶英，对人们的健康造成很大的危害。在这种条件下很难达到废物无害化、减量化、资源化。另外，危险废物焚烧时，往往需要添加燃料，这样会使运行费用增高，也没有达到节能。焚烧过程中产生的危险有害物质也往往产生，若不处理好，易对环境造成二次污染。而热裂解（Pyrolysis）焚化法能兼顾法规面的符合及操作经济面的要求，能更好的解决此问题的发生。
固体废物的热解与焚烧相比有以下优点：
（1）可以将固体危险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；
（2）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；
（3）废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在炭黑中；
（4）NOX的产生量少。
2 热解原理及方法
2.1 热解的定义
热解在英文中使用“Pyrolysis”一词，在工业上也称为干馏。它是将有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之分解为：
（1）以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化合物为主的可燃性气体；
（2）在常温下为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物在内的可燃油；
（3）纯碳与玻璃、金属、土砂等混合形成的炭黑的化学分解过程。
2.2 热解过程及产物
有机物的热解反应可以用图1表示。
上述反应的收率取决于原料的化学结构、物理形态和热解的温度和速度。热解反应所需的能量取决于各类产物的生成比，而生成比又与加热的速度、温度及原料的粒度有关。
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低温—低速加热的条件下，有机物分子有足够的时间在其最薄弱的接点处分解，重新结合为热稳定性固体，而难以进一步分解，固体产率增加；高温—高速加热条件下，有机物分子结构发生全面裂解，生成大范围的低分子有机物，产物中气体组分增加。对于粒度较大的原料有机物，要达到均匀的温度分布需要较长的传热时间，其中心附近的加热速度低于表面的加热速度，热解产生的气体和液体也要通过较长的传质过程，这期间将会发生许多二次反应。
固体废物热解能否得到高能量产物，取决于原料中氢转化为可燃气体与水的比例。
2.3 裂解原理
热裂解为在一次燃烧室供给不足量之助燃空气，使在一定温度（650℃～850℃）内进行裂解。其中可燃物质于高温缺氧下分解为短链有机气体及微量氢气，但由于缺氧，这些有机气体将流入二次燃烧室焚化，而留在一次炉则为固定碳及灰份。固定碳的氧化速率较慢，故需提供较长的时间供氧，使之反应成CO或CO2，以达完全燃烧。一般而言，热裂解式焚化炉设计的单位炉床负荷较小，且以底部供气，使固定碳有良好的燃烧反应环境，故具极佳之灰份品质及减量效果。
以聚烯烃类为例，其分子结构通常是以数千到数万单位计的直链碳氢化合物，横向连接的碳—碳键形成主链。当其在还原条件下加热时，随着温度的上升，首先熔融软化为液体。对熔融体进一步加热，如果外界提供的能量大于主链的结合键能，则塑料分子将发生随机裂解，生成低分子的碳氢化合物。将热解生成的低分子产物再通过合成沸石催化剂，其碳链进一步断裂生成分子量更小的碳氢化合物。在不同温度，不同条件下裂解程度不一样，产生的产物也不同，根据所达到要求，可以在相应条件下得到不同的产品加以利用，或最大限度的热能回收。
3 固体废弃物的热裂解
根据目前固体废弃物状况和特点，以及国内焚烧炉之特征。热裂解废弃物处理系统一般分为以下几部分：
（1）油压自动进料，前端可搭配倾倒机、真空收集系统、自走式压缩子车、输送带及抓斗等装置，以达完全自动化的目的；
（2）一次燃烧室：采用缺氧热烈解燃烧，依需要炉床可采用固定式、多层式设计，炉术分三阶段即干燥段、燃烧段及燃烬段。并保持微负压防止烟气外窜；
（3）二次燃烧室：采用柱塞流无死角设计可充分混合可燃气体，提高戴奥辛破坏去除效率。烟气停滞进间可依需求设计为一秒或更久，燃烧温度可达1000℃以上，完全符合法规要求；
（4）出灰系统：可依需求设计为自动或手动出灰，并可搭配出灰子车或输送带收集灰烬。出灰口装设冷却洒水装置，并防止灰烬飞散；
（5）废热回收系统：设置废热回收锅炉，以热水或蒸汽方式回收使用。其中一部分热源可提供给热交换器使用，来提升排放烟气的温度达到110℃以防止白烟产生；
（6）废气处理系统：具除酸、除尘功能且符合法规之排气标准，并可依需求设计湿式、干式或半干式系统。
其基本机理是：热裂解气化炉内分三个层次，从上往下依次分为干燥段、热解段、燃烧段、燃烬段。进入热裂解气化炉的垃圾首先在干燥段由热裂解段上升的烟气干燥，其中的水分挥发；在热裂解气化段分解为一氧化碳、气态烃类等可燃物并形成混合烟气，混合烟气被吸入二燃室燃烧；热裂解气化后的残留物（液态焦油、较纯的碳素以及垃圾本身含有的无机灰土和惰性物质等）沉入燃烧段充分燃烧，温度高达1110℃～1300℃，其热量用来提供热裂解段和干燥段所需能量。燃烧段产生的残渣经过燃烬段继续燃烧后冷却，由热解气化炉底部的一次风冷却（同时残渣预热了一次风），经炉排的机械挤压、破碎后，由排渣系统排出炉外。
一次风穿过残渣层给燃烧段提供了充分的助燃氧。空气在燃烧段消耗掉大量氧气后上行至热裂解段，并形成了热裂解气化反应发生的欠氧或缺氧条件。
由此可以看出，固废在热裂解气化炉内经热裂解后实现了能量的两级分配：裂解成分进入二燃室焚烧，裂解后残留物留在热裂解气化炉内焚烧，固废的热分解、气化、燃烧形成了向下运动方向的动态平衡。在投料和排渣系统连续稳定运行时，炉内各反映段的物理化学过程也持续稳定进行，从而保证了热裂解气化炉的持续正常运转。
从以上可以看出采用热裂解技术处理固体废物，不但可以避免感染的危险，也可除去毒物，保护环境，加上能源的回收，可谓是一举数得，其将取代传统焚化而变成处理固体废物特别是有害废弃物的主流。
4 结语
随着可持续发展理念的不断深入，如何有效的处理固体废物已经成为了如今急于解决的问题。综上所述，将热裂解技术应用于固体废物的处理中，有着极大的经济效益和良好的社会效益，具有着大力推广应用的价值。
参考文献：
[1]刘建伟、夏晓华、刘宾、赵玉柱.城市固体废物综合处理技术与工程实践探讨[J].环境卫生工程.2011（19）.
[2]张海辉、李海明.我国城市固体废物处理技术研究[J].中国科技博览.2010（08）.
论文作者:赵广健
论文发表刊物:《基层建设》2016年17期
论文发表时间:2016/11/21
标签：固体废物论文; 有机物论文; 固体论文; 温度论文; 分解论文; 烟气论文; 废弃物论文; 《基层建设》2016年17期论文;