热解炭化技术Word格式文档下载.docx
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第一阶段为吸热脱水阶段,温度较低,析出结合水,聚合物开始裂解。
第二阶段为挥发分大量析出阶段,一氧化碳出现最大生成速率,同时生成少量液体产品。
前两阶段均为吸热反应。
第三阶段为二次裂解阶段,是液体产物的主要生成阶段,气体产物可燃成分大量增加,释放大量的热。
第四阶段固体产物焦结构固化、压缩,挥发物质减少,固定碳含量增加,同时生成氢和CO等。
该阶段也是放热反应。
已有研究显示,升温速率对液体产物影响不大,但对气体产物和固体产物的分布有较大影响,建议生物质热解的温度在350℃~600℃之间,固体产物焦炭的生产率在15~35%之间,流化床的应用较为广泛。
美国、欧洲:
首先针对生物质的三种主要成分木质素、半纤维素、纤维素开展了热解机理研究(E.Sjö
strö
m,1993;
F.Shafizadesh,1985)。
在此基础上,展开了广泛的实验室研究,包括不同生物质原料(如木材(Joseph,1996;
Lim,1993)、椰子壳(Iniesta,2001)、塑料(Uzumkesici,1999)、甘蔗渣(Strezov,2007;
Katyal,2003)等)的热解过程分析、产物生成速率、产物分布等,研究了热解温度、蒸气停留时间、升温速率等不同参数对热解过程的影响,对产物的特性进行了评价,发展了流化床、烧蚀反应器、循环式流化床、旋转炉等不同类型的反应器。
伴随着人们对城市生活垃圾处理处置的重视,以及生活垃圾传统处理工艺暴露出的问题,人们逐渐将热解技术应用于生活垃圾的处理。
针对MSW炭化温度这一核心参数,美国学者认为(BridgwaterandPeacocke,1999;
Bridgwater,2012),控制炭化温度在400℃左右,蒸气停留时间在数天时,有利于固体产物的生成,其液体、固体和气体产物的比例约为30%、35%和35%。
印度:
研究集中于腰果壳(Das,2003;
Das,2004)、甘蔗渣(Das,2004;
Parihar,2007)、花生榨油残渣(Agrawalla,2011)等原料。
印度理工学院(Das,2003)研究了400~600℃下热解的产物生产率,发现随着温度的升高,焦炭产率由400℃的23%,下降至600℃的19%。
Matsuzawa研究了在435℃、445℃和455℃下城市生活垃圾热解后的固体产物的理化特性,认为可用作热解反应过程燃料,满足热解过程对能量的需求。
表2列出了大多数目前已知的最近和现有的热解工艺的研究和运行实例。
表1国外实验室热解反应器应用
反应器类型
生产商
运行或研究机构
处理量/kg/h
Fluidbed
Agritherm,Canada
AdelaideU,Australia
1
BiomassEngineeringLtd,UK
AstonU.,UK
5
Dynamotive,Canada
Cirad,France
2
RTI,Canada
CurtinU,Australia
ECN,NL
IowaStateU.,USA
6
NREL,USA
10
PNNL,USA
TNO,Netherlands
USDA,ARS,ERRC,USA
U.Seoul,Korea
N/A
Transported
bed&
CFB
Ensyn,Canada
CPERI,Greece
Metso/UPM,Finland
U.Birmingham,UK
U.Nottingham,UK
VTT,Finland
20
Rotatingcone
BTG,Netherlands
Integralcatalytic
pyrolysis
BioEcon,Netherlands
BattelleColumbus,USA
KiorUSA
TechnicalU.ofMunich
U.MassachusettseAmhurst,USA
VirginiaTech.U.,USA
3
30
Ablative
PyTec,Germany
InstituteofEngineering
15
TechnicalU.Denmark
1.5
AugurorScrew
Abritech,Canada
AuburnU.USA
1.0
LurgiLR,Germany
KIT(FZK),Germany
500
RenewableOilIntl,USA
MississippiStateU.,USA
MichiganStateU.USA
0.5
TexasA&
MU.,USA
Movingbedand
fixedbed
AnhuiYinengBio-energy
Ltd.,China
AnadoluUniversity,Turkey
Sci.&
Technol.,Japan
0.1
U.Auto`nomadeBarcelona,Spain
2)工程化应用
鉴于其良好的资源化前景,人们一直推动生活垃圾热解技术走向工业化实践和工程应用。
生活垃圾低温热解炭化技术最早应用于工业化,每年连续运行达。
生活垃圾进炉前一般先干燥处理,部分需要将重金属分选出来。
新建炭化厂产品焦热值较高,达20900kJ/kg,用于锅炉燃料、水泥窑燃料、热电站以及钢铁生产企业的燃料,销售价格4~10美元/吨。
数量
处理规模
炭化工艺
炭化温度
运行时间
日本
6座(2002-2005年)
20~60吨/天
流化床和旋转炉
400~600℃
206~336天/年
1座(规划在高萩市)
25吨/天
1座(规划在丹波市)
60吨/天
2002年日本建设了第一座生产规模并稳定运行的城市生活垃圾炭化厂
原料
由于日本有完善的生活垃圾分类体系,一般分类为可燃垃圾、不可燃垃圾、可回收垃圾和大型垃圾。
因此用于处理的原料生活垃圾为可燃垃圾和可燃大型垃圾部分。
进料生活垃圾先破碎处理,含水率降至10~15%wt.%,然后进入旋转炭化炉
70吨/天(两条生产线并行,单条35吨/天)
旋转炭化炉,产物焦经洗气脱氯、脱水后造粒(块状原料),制成产品焦,用于替代燃料。
热解气和焦油用于炭化所需能量。
450~550℃
可连续24小时运行,206~336天/年
图6日本首例炭化厂工艺流程
2007年该厂运行情况
产焦
飞灰
环保控制
不可燃残渣
产品焦的特性
处理生活垃圾13856吨(湿基,含水率按56%计),含水率35%
3247吨,产品焦产率为23%(湿基计)
108吨
烟气采用水幕除尘、活性炭喷雾和布袋除尘,排放的NOx小于100ppm,二恶英排放小于0.01ng。
飞灰浸出测试铅浓度低于0.3mg/L,经螯合处理后填埋。
194吨
可燃组分比例约67%,低位热值11440kJ/kg(湿基计),氯含量0.4%(湿基计)。
与日本其他炭化厂相比,产品焦热值较低,该厂将产品焦外运,为此支付运费80美元/吨,具体去向不明。
该厂运行初期曾遇到粉碎、干燥、物料输送等技术问题,炭化炉与热解气焚烧室外侧表面部分腐蚀,是运行中比较严重的问题,后来都通过工程手段予以解决。
注:
部分内容译自:
A.V.Bridgwater,etc.Anoverviewoffastpyrolysisofbiomass,1999
In-HeeHwang,etc.SurveyofcarbonizationfacilitiesformunicipalsolidwastetreatmentinJapan,2010
A.V.Bridgwater,Reviewoffastpyrolysisofbiomassandproductupgrading,2012
CommissionoftheEuropeanCommunities,Directive2001/77/EConthe“Promotionofelectricityproducedfromrenewableenergysourcesintheinternalelectricitymarket,”27September2001
WebsiteofDepartmentofEnergy,US
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