蔣忠新　江國(guó)防　蔣穎

摘 要：隨著人類生活質(zhì)量的提高，垃圾的種類與量也在增加。目前國(guó)內(nèi)外主要的垃圾處理方法就是填埋、焚燒與再利用。填埋和焚燒處理垃圾的方法帶來(lái)的二次污染非常嚴(yán)重。焚燒垃圾產(chǎn)生的二噁英以及相應(yīng)的其他有毒有害物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境災(zāi)難，垃圾填埋后，垃圾之間所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)以及垃圾本身的惡性轉(zhuǎn)化給人類賴以生存的地球帶來(lái)極大的負(fù)面影響。為了有效解決焚燒帶來(lái)的環(huán)境影響問(wèn)題，在文中介紹了一種新型的缺氧熱解氣化法城市垃圾處理工藝，該工藝能夠有效地解決垃圾焚燒帶來(lái)的問(wèn)題，同時(shí)與傳統(tǒng)工藝相比該新工藝還具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：缺氧熱解氣化法 城市垃圾 垃圾處理

中圖分類號(hào)：X799 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（a）-0093-02

1997年頒布了嚴(yán)格控制二噁英的新標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)制改造二噁英排放超標(biāo)的垃圾焚燒廠，并開(kāi)始大規(guī)模引進(jìn)熱解氣化處理技術(shù)。日本政府已經(jīng)決定在若干年內(nèi)把現(xiàn)有的1 900多座垃圾焚燒廠逐漸關(guān)閉。垃圾的熱解氣化技術(shù)被稱為第三代廢物處理技術(shù)。20世紀(jì)90年代初，法、美、英、德、瑞士、日本和瑞典共同參與了這項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，并在90年代中后期開(kāi)始在發(fā)達(dá)國(guó)家采用。如何有效處理廢物并不產(chǎn)生有毒氣體，是垃圾處理技術(shù)發(fā)展中遇到的瓶頸問(wèn)題，一旦解決了這個(gè)難題，就可以在現(xiàn)有廢物處理技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到保護(hù)環(huán)境和人體健康的目的[1]。長(zhǎng)沙加中環(huán)?？萍加邢薰竞秃洗髮W(xué)化學(xué)化工學(xué)院經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)5年的研發(fā)，獲得了適合垃圾處理的缺氧熱解氣化法城市垃圾處理新工藝。

1 缺氧熱解氣化技術(shù)

缺氧熱解氣化技術(shù)是一種全新的廢物處理方法，它的最大優(yōu)點(diǎn)是克服了用焚燒方法產(chǎn)生二噁英以及其他有毒有害物質(zhì)的缺點(diǎn)，克服了垃圾深埋所產(chǎn)生的負(fù)面影響。該技術(shù)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)、經(jīng)過(guò)技術(shù)熟化、通過(guò)工業(yè)化驗(yàn)證，創(chuàng)造出了一個(gè)新的工藝流程。該工藝結(jié)合了創(chuàng)新的高溫分解技術(shù)和傳統(tǒng)的高溫缺氧氣化技術(shù)，不用傳統(tǒng)的鍋爐，模擬了地層中的化工過(guò)程將廢物氣化。缺氧熱解氣化技術(shù)能處理如廢舊電器、電池、打印機(jī)硒鼓、一次性輸液器、注射品等所有類型的垃圾，不需要事先進(jìn)行任何分揀。垃圾經(jīng)過(guò)壓縮后，在1 200 ℃左右的高溫下讓垃圾的有機(jī)成分氣化，而無(wú)機(jī)成分熔化，然后在1/3 s內(nèi)迅速降溫至75 ℃，避免再生成二噁英等有毒有害物質(zhì)，把廢物完全轉(zhuǎn)化為合成氣和可回收的微量固體殘留物。在高溫及較長(zhǎng)的駐留時(shí)間里，它甚至可以摧毀最復(fù)雜的有機(jī)化合物。目前，世界最先進(jìn)的焚燒設(shè)施的二噁英排放標(biāo)準(zhǔn)約為0.1 ng（TEQ）/Nm3，而缺氧熱解氣化技術(shù)的二噁英排放標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)達(dá)到0.01 ng（TEQ）/Nm3。清潔處理后的合成氣有多方面用途，可以作為原料直接投入化工廠生產(chǎn)化肥，可作為燃料供給鋼鐵廠或用于產(chǎn)生熱量，也可經(jīng)過(guò)高效燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電。傳統(tǒng)的垃圾發(fā)電是針對(duì)燃燒值較高的垃圾進(jìn)行高溫焚燒，這可徹底消滅病原性生物和腐蝕性有機(jī)廢物，在高溫焚燒產(chǎn)生的煙霧經(jīng)過(guò)處理過(guò)程中產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為高溫蒸汽，推動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，這種發(fā)電的效率非常低，一般每噸垃圾只能發(fā)電180～240 kWh[2]，而就現(xiàn)在最新技術(shù)而言，每噸垃圾最高發(fā)電量?jī)H為360度，效率為10%～25%。而缺氧熱解氣化技術(shù)產(chǎn)生的合成燃?xì)馐且环N高效的潔凈燃?xì)?，它的最大?yōu)點(diǎn)是可以直接燃燒并產(chǎn)生巨大熱量，從而推動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生大量電能，每噸垃圾可發(fā)電600～800 kWh，發(fā)電效率相比傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)提高到70%～80%。任何氣體及易發(fā)散的金屬都在廠內(nèi)加以處理回收，重金屬成分可作為易管理的沉淀狀態(tài)加以回收，酸性氣體變成鹽加以處理及回收。垃圾中的無(wú)效成分被熔化及淬硬，形成有用的建筑材料及金屬合金，這兩種材料都可轉(zhuǎn)成惰性及無(wú)毒的產(chǎn)品。過(guò)程中產(chǎn)生的水都被凈化和回收利用。由于整個(gè)工藝流程中所產(chǎn)生的氣、固體物和水都能經(jīng)過(guò)處理回收利用，使垃圾處理后的排放大幅度減少，處理過(guò)程中不冒煙，沒(méi)有廢水排放，最終填埋的只是極其微量的固體殘留物。

2 缺氧熱解氣化技術(shù)原理

缺氧熱解氣化技術(shù)是通過(guò)加熱程序?qū)⒂袡C(jī)廢料分解，例如碳水化合物、蛋白質(zhì)等大分子分離成可燃性的細(xì)小分子（如氫氣、一氧化碳、甲烷、碳?xì)浠衔铮┘捌渌倭康姆侨夹詺怏w。整個(gè)熱解過(guò)程在缺氧及溫度達(dá)到400 ℃～600 ℃的情況下進(jìn)行，該熱解過(guò)程是快速及連續(xù)的，并且可產(chǎn)生近似天然氣之高能合成氣，能推動(dòng)燃?xì)鉁u輪增壓發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生電力，從而向城市等地供電。缺氧熱解氣化設(shè)備主要包括進(jìn)料斗、兩個(gè)氣動(dòng)閘閥、加熱箱、螺旋熱解器、燃?xì)馊紵?、帶?dòng)氣動(dòng)閘閥和螺旋熱解器轉(zhuǎn)動(dòng)的馬達(dá)、合成氣清潔系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)、燃?xì)鈨?chǔ)存罐、PLC程控系統(tǒng)等組成。其工作步驟如下。

（1）有機(jī)廢物破碎：有機(jī)生活垃圾必須由破碎機(jī)破碎成小塊物體（約2 mm），且含水率控制在重量的15%以下，進(jìn)入螺旋熱解器內(nèi)處理。

（2）預(yù)熱：生活垃圾未進(jìn)入氣化系統(tǒng)之前，必須首先進(jìn)行烘干和預(yù)熱，生活垃圾的預(yù)熱溫度在200 ℃以下，預(yù)熱過(guò)程在上層螺旋熱解器內(nèi)進(jìn)行。

（3）加熱：整個(gè)對(duì)有機(jī)材料加熱的過(guò)程，是由一臺(tái)設(shè)于螺旋熱解器外部，受制于嚴(yán)格參數(shù)控制的燃?xì)馊紵髦羞M(jìn)行，通過(guò)技術(shù)參數(shù)的設(shè)置與在線監(jiān)控，對(duì)垃圾的有效處理進(jìn)行調(diào)控。

（4）熱解反應(yīng)：該系統(tǒng)結(jié)合內(nèi)在運(yùn)輸技術(shù)的螺旋熱解器，由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和可控制熱量的燃?xì)馊紵鹘M合而成。該系統(tǒng)提供連續(xù)性有機(jī)生活垃圾熱解程序。旋轉(zhuǎn)過(guò)程由一臺(tái)功率約20 kW的電動(dòng)馬達(dá)，以每分鐘約15轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度確保熱解過(guò)程正常運(yùn)作。整個(gè)螺旋熱解器是由316L不銹鋼制成，能提供有機(jī)物質(zhì)熱解平均流速約為每小時(shí)2噸的有機(jī)廢物處理量，并生產(chǎn)合成氣燃燒發(fā)電。

（5）熱解程序：整個(gè)程序是有機(jī)物質(zhì)在通過(guò)橫臥式、密封的螺旋熱解器內(nèi)被加熱進(jìn)行分解。燃?xì)馊紵魈峁┘s2 000 kJ的熱能加熱系統(tǒng)并提供充足的熱能以達(dá)到熱解所需的溫度。

（6）合成氣生成：熱解過(guò)程中產(chǎn)生的合成氣直接被引入到合成氣清潔系統(tǒng)內(nèi)，該清潔系統(tǒng)包含丘文里氏塔、液體堿性噴淋塔、冷卻塔等。約15%的清潔后合成氣將被引回至該設(shè)備的燃?xì)馊紵魅紵訜嵯到y(tǒng)，供應(yīng)該系統(tǒng)的熱解過(guò)程。

（7）程控系統(tǒng)：該系統(tǒng)可控制氣動(dòng)閘閥，精確度可達(dá)到只有0.1%的氣體進(jìn)入反應(yīng)爐內(nèi)，同時(shí)該程控系統(tǒng)也可將溫度控制在最大合成氣的產(chǎn)能范圍內(nèi)。

（8）熱解溫度：嚴(yán)格控制有機(jī)廢物熱解是的溫度是從200 ℃～800 ℃的范圍。

3 缺氧熱解氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

垃圾處理面臨的成本、環(huán)保及各種各樣的經(jīng)營(yíng)問(wèn)題，甚至是在危險(xiǎn)操作條件下進(jìn)行垃圾處理[3]。要解決此困難，缺氧熱解氣化系統(tǒng)（熱轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)）是最佳的解決方案。比較焚燒、深埋方法，缺氧熱解氣化優(yōu)勢(shì)非常明顯（見(jiàn)表1、表2）。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁麗琛.城市垃圾處理的現(xiàn)狀和對(duì)策[J].城市觀察，2015 （2）：60-68.

[2] 張光杰，張嘯宇.城市生活垃圾熱解一氣化一體化處理新工藝[J].計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2014（4）：503-506.

[3] 吳靖，劉洪鵬，蘭婧.城市生活垃圾資源化處理方法綜述[J].中國(guó)科技信息，2011（5）：27-28.