德國固體廢物熱解技術方法

1　pka法

pka法是德國東符騰堡地區aalen-unterkochen熱解動力設備公司(pka是熱解動力設備德語名稱的縮寫)研制而成的一種固體廢物熱解方法,其工藝流程包括預處理、熱解/氣體產生、氣體凈化和能源利用等 4個流程,每個流程都能相互獨立地運轉〔1,2〕。

pka法工藝流程的主要特點是: (1)熱解前需要對固體廢物進行多級機械預處理,其目的是將有價值的物質與不能進行熱處置的干擾物質和有害物質分離; (2)經過預處理的固體廢物在轉筒式反應器中在無氧及560℃的條件下干餾。固體廢物在轉筒式反應器中的停留時間約45~60min; (3)在溫度為1 200℃和停留時間約2s的條件下,干餾氣體中的成分在灼熱的焦炭床上裂解。裂解氣體通過一個熱交換器后進行濕洗,酸性無機有害物質被吸收; (4)經過凈化的裂解氣體熱值為5 000~7 000kj/nm3,用作發電。

2　干餾焚燒法

干餾焚燒法是德國西門子公司為生活垃圾的再利用而研制的一種方法。該方法是一種干餾與焚燒相結合的熱處置方法,其工藝流程主要由垃圾預處理、干餾、殘余物預處理、高溫焚燒、廢氣凈化和能源生產等流程構成〔1,2〕。

干餾焚燒法的工藝流程有以下主要特點: (1)用旋翼剪將垃圾破碎成大小為200mm的小塊; (2)經過破碎的垃圾在溫度為450℃的條件下,在轉筒式干餾反應器中干餾時間為1小時。在這一過程中,有機物質分裂成干餾氣體和含碳殘余物; (3)篩選固態干餾焦炭,把顆粒大于5mm的組分視為惰性成分。惰性成分可繼續利用或在一類垃圾場填埋; (4)顆粒小于5mm 的組分進一步碾細,并與干餾氣體一起在1 300℃的溫度條件下的高溫焚燒器中焚燒,同時產生液態爐渣; (5)通過除塵、酸洗、脫氮等常規方法進行煙氣凈化。

3　熱選擇法

熱選擇法是一種干餾與氣化相結合的熱解方法。該方法從1989年開始在實驗室進行研究, 1994年試驗設備成功運轉, 1999年在卡爾斯魯厄建成運轉。熱選擇法的工藝流程主要由廢物的壓實、管道式干餾反應器、高溫氣化反應器、均質反應器、急劇冷卻、酸洗、 h2s還原、堿洗和氣體冷卻、活性炭吸收、合成氣體的利用和中水處理等部分組成〔1,3〕。

熱選擇法工藝流程的主要特點是: (1)在干餾前將垃圾捆包、壓縮至原有體積的10%,其目的是保持垃圾包內無空氣和良好的熱傳導性; (2)垃圾包在管道式干餾反應器中于600℃的溫度條件下進行干餾。干餾產生的氣體凈化后用于管道式干餾反應器的加熱; (3)氣化在溫度達到2 000℃和以純氧為氣化劑的條件下于高溫氣化反應器中進行; (4)為了阻止二惡英的重新結合,氣化產生的氣體要急劇冷卻,緊接著凈化, 以便作為合成氣體燃燒。由于氣體從1 200℃急劇冷卻到90℃以下是不可能的,故氣體的熱能通過熱交換器而利用; (5)金屬和礦物爐渣在高溫反應器中熔化。熔化液在均質反應器中再灼燒,并依據其密度的差異相互分離。礦物性熔化液繼續分解成碳、金屬和鹽, 金屬性礦渣主要由低價鐵組成,可用于金屬冶煉。

4　諾埃爾轉換法

諾埃爾轉換法是一種干餾與飛流氣化相結合的熱解方法。該方法于70年代中期開始研制, 1984年正式運行。諾埃爾轉換法的工藝流程包括垃圾破碎、轉筒式干餾反應器、干餾焦炭預處理、氣體冷卻、飛流氣化、熱氣與液態爐渣分離、氣體與中水處理等〔1〕。諾埃爾轉換法的工藝特點是: (1)經過破碎的垃圾在溫度為650℃的條件下在轉筒式干餾反應器中干餾;(2)干餾焦炭被碾細,并與干餾氣體與焦油一起在飛流氣化器中氣化; (3)為了獲得干餾氣體中可凝結的成分,將干餾氣體在兩個噴水式冷卻塔中急劇冷卻; (4)在飛流氣化器中干餾焦油與焦炭在溫度為1 400~1 700℃和2~25巴的壓力條件下轉化成合成氣體與爐渣。在這個過程中所有高分子化合物完全分解; (5)氣體與爐渣一起離開反應器,然后到達水冷卻帶。爐渣凝結,可再利用或填埋。氣體經凈化后用于熱電廠; (6) 來自中水的鹽必須作為危險廢物填埋。

5　黑泵法

黑泵法是德國黑泵公司于1984年研制而成的兩級氣化熱解方法。其工藝流程包括垃圾預處理、固床壓力氣化器、飛流氣化器、氣體與中水凈化、合成氣體利用等〔1,4〕。

黑泵法的工藝特點主要是: (1)將垃圾脫水、干燥,并與煤混合制成煤磚; (2)制成煤磚的垃圾在溫度為200~1 200℃和壓力達到25巴的條件下在固床壓力氣化器中氣化; (3)液態垃圾在飛流氣化器中氣化, 氣化方法同諾埃爾轉換法。

參考文獻

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