金楠洋，傅江英，吾湘蓉

（浙江工信合能源信息技術(shù)中心有限公司，浙江 杭州 310023）

引言

不管是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)或是城市化擴(kuò)張，社會(huì)的進(jìn)步均離不開對(duì)各種資源的使用，煤炭、油氣、化石能源等都是應(yīng)用領(lǐng)域極廣的資源。從蒸汽時(shí)期至高技術(shù)時(shí)代，自然為人類社會(huì)的進(jìn)程作出了許多積極貢獻(xiàn)，而現(xiàn)如今人們卻對(duì)各種資源的采掘利用造成了十分嚴(yán)峻的后果，而物資耗費(fèi)嚴(yán)重、垃圾遍地均是人類社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中消極的另一方面，在這些物資已經(jīng)幾乎耗盡的今天，如果不能及時(shí)認(rèn)清狀況，人們將很難實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久的賴以生存和開發(fā)。而固體污染物則是最普遍的生活垃圾之一，包括汽車輪胎、含油污水等在內(nèi)的垃圾都和人們的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)，因此這種垃圾具有再使用的可行性。我國(guó)應(yīng)當(dāng)根據(jù)自己的現(xiàn)實(shí)情況，立足于具體發(fā)展實(shí)際國(guó)情，選擇最適合經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要的資金循環(huán)使用模式，并采用最有效、科學(xué)的技術(shù)手段加以固體廢棄物管理，盡量減少對(duì)資金的耗費(fèi)，以維護(hù)好當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境和城市環(huán)境安全，從而真正地達(dá)到人與自然的和諧共贏。

1 固體廢棄物概述

1.1 固體廢棄物的產(chǎn)生

固體廢棄物產(chǎn)生于人們的生產(chǎn)和生活，而這種垃圾又往往無法在短期內(nèi)達(dá)到可循環(huán)使用，因此對(duì)人類產(chǎn)生了一定的危害性，亟需加以人為限制和解決[1]。在一定的情況下，固體污染物也能夠進(jìn)行循環(huán)使用，但是人們目前的技術(shù)還不可以實(shí)現(xiàn)固體污染物的高效使用，可以預(yù)測(cè)到未來的某一日，在人們的技術(shù)能夠成熟之際，固體污染物將可以進(jìn)行自身的再使用。但是，如今學(xué)術(shù)界所說的固體污染只是一種中性詞，固體污染的未來具有無限的可能性。

2017 年，我國(guó)所產(chǎn)生的固體污染數(shù)量突破百億噸，表明這種垃圾已經(jīng)成為廢棄物中無法忽略的一種。固體污染對(duì)我國(guó)的危害是多方面的，首先固體污染大多是固態(tài)，所以必須占用巨大的空間，嚴(yán)重耗費(fèi)了我國(guó)的土地資源；其次，固態(tài)污染還會(huì)污染土地，植物在堆存過程中，所帶來的油渣等污染易滲入土層中，不利于土地的循環(huán)使用；最后，由于固態(tài)污染的搬運(yùn)必須動(dòng)用其他交通工具，搬運(yùn)過程中會(huì)對(duì)動(dòng)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生相應(yīng)的不良影響，并嚴(yán)重危害大氣環(huán)境[2]。

1.2 固體廢棄物的處理

目前，國(guó)內(nèi)已有幾種處置固體廢棄物的技術(shù)，熱裂解工藝就是其中一個(gè)。熱裂解技術(shù)是老式環(huán)境保護(hù)技術(shù)，可以減少固態(tài)物質(zhì)對(duì)自然環(huán)境造成的影響，防止固態(tài)物質(zhì)在過程中對(duì)海洋、農(nóng)田產(chǎn)生破壞，而且這種技術(shù)具有良好的使用發(fā)展前景。

1.3 熱裂解技術(shù)在固廢處理中的優(yōu)勢(shì)

國(guó)家將根據(jù)實(shí)際情況，釆用資源重復(fù)使用的模式，選用科學(xué)、有效的固廢處理技術(shù)，從而有效降低資源浪費(fèi)，達(dá)到人與自然界和諧共存。當(dāng)前，在中國(guó)處理固廢的方式一般有填埋法、燃燒法等。填埋法不僅對(duì)選址要求嚴(yán)格，占地面積大，而且長(zhǎng)期穩(wěn)定性也不好，防滲體系的老化后滲篩液還會(huì)對(duì)垃圾回填地的周邊土壊和地下水形成巨大污染。而且垃圾焚燒也無法完全燃燒固廢，尤其是危廢，會(huì)形成高毒二噁英，嚴(yán)重影響人類身體，而且垃圾焚燒還必須隨時(shí)加注燃油，從而提高了運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，與環(huán)保原則不符[3]。

熱裂解工藝技術(shù)的使用，可以很好地解答以上提問。因?yàn)橄啾扔趥鹘y(tǒng)燃燒法，熱裂解工藝技術(shù)可以使固廢中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為以碳灰、燃料氣體等為首的高貯存性能量；NOx生產(chǎn)較少’且處于缺氧分解，故排放較低，因此能減少二次污染；而固廢中的有害成份則會(huì)固化在碳灰里。

2 熱裂解技術(shù)分析

2.1 含義概述

熱裂解技術(shù)有著相當(dāng)久遠(yuǎn)的發(fā)展歷史，這種技術(shù)最常見于美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，其前身是煤炭干餾術(shù)。而隨著產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的不斷提高，熱裂解技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于各個(gè)產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域中，當(dāng)全球能源危機(jī)來臨以后，長(zhǎng)期受到低迷經(jīng)濟(jì)影響的人類意識(shí)到可持續(xù)發(fā)展才是經(jīng)濟(jì)社會(huì)長(zhǎng)久發(fā)展的關(guān)鍵，因此將大量固體廢棄物變廢為寶的熱裂解技術(shù)也被廣泛運(yùn)用于固態(tài)污染處理中，目前已經(jīng)達(dá)到了不錯(cuò)的成效[4]。從技術(shù)層面上來看，熱裂解技術(shù)能夠在環(huán)境缺氧的條件下將高分子轉(zhuǎn)化為低分子，從而對(duì)環(huán)境有害物質(zhì)進(jìn)行有效分解，從而最大限度地降低了固態(tài)污染對(duì)自然環(huán)境的損害，從而達(dá)到資源的有效回收和使用，推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。所以，熱裂解技術(shù)的核心內(nèi)容就是對(duì)垃圾的無害化處置。

熱裂解的第一階段就是干燥過程，該過程的處理水溫約是200 ℃，而固體廢棄物則會(huì)在水溫逐漸上升的過程中進(jìn)行烘干，并蒸發(fā)掉剩余的水份。第二步為早干餾階段，此階段的溫度一般維持在200～500 ℃，但固態(tài)污染物的化學(xué)特性會(huì)隨著溫度的增加而改變，彼時(shí)高分子已開始溶解，而小分子結(jié)構(gòu)也已開始形成。第三階段為氣態(tài)生成階段，固態(tài)污染物不斷進(jìn)行裂解，最后轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒無害的超臨界二氧化碳等氣態(tài)[5]。

2.2 熱裂解設(shè)備

進(jìn)料系統(tǒng)的外部配套裝置，負(fù)責(zé)對(duì)固態(tài)垃圾經(jīng)過高溫預(yù)處理，將垃圾粉碎并處理，然后送到一次燃燒室。一次燃燒器也是熱裂解技術(shù)的核心工藝部分，固態(tài)污染物將在一次燃燒器的高溫、缺氧等條件下發(fā)生反應(yīng)，并產(chǎn)生有機(jī)物質(zhì)。在經(jīng)過干燥處置之后，固態(tài)污染物將會(huì)被帶到二次燃燒器，由工作人員向二次燃燒器中注滿氧，從而讓固態(tài)污染物完全燃燒，直至得到殘留物。

2.3 影響熱裂解應(yīng)用的因素

影響高溫裂解法應(yīng)用效果的因素比較多，時(shí)間、溫度、壓力等可對(duì)固體廢棄物的處理結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，其中以高溫是較為重要的影響[6]。二次燃料室通常是使用高溫方式進(jìn)行固態(tài)污染處置，而不同的高溫又對(duì)應(yīng)著不同的生產(chǎn)工序，因此可以認(rèn)為高溫直接決定了固態(tài)污染的降解效率。而研究的結(jié)果也表明，最適宜的熱裂解高溫約為800～900 ℃，在這種高溫下，熱裂解工作能夠進(jìn)行的比較順暢，而固體廢棄物則可以形成更豐富的碳?xì)錃饣a(chǎn)物，從而可以大大地減少了食品殘?jiān)倪z留。

除了高溫以外，時(shí)效也是影響高溫裂解效率的主要原因。因?yàn)楣腆w廢棄物在設(shè)備里的反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，有機(jī)物溶解得也就越充分。反之，當(dāng)固態(tài)污染物在裝置內(nèi)的反應(yīng)時(shí)間越短，其分解過程越較不完全，所留下的殘?jiān)簿蜁?huì)愈來愈多。因此，當(dāng)對(duì)廢棄的輪胎進(jìn)行高溫裂解處置時(shí)，一旦載氣的速度固定，而反應(yīng)時(shí)間越短，固態(tài)污染物所留下的殘?jiān)蜁?huì)愈來愈多，而反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，固態(tài)污染物所留下的殘?jiān)簿蜁?huì)愈小[7]。

2.4 熱裂解研究現(xiàn)狀

我國(guó)與西方發(fā)達(dá)國(guó)家比較，我國(guó)的熱裂解技術(shù)興起相對(duì)較晚，原因或許就是我國(guó)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度明顯滯后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家。由于20 世紀(jì)初期正是美國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的白熱化期，而彼時(shí)的美國(guó)人民普遍受到城市垃圾、廢棄物等的影響，為了緩解環(huán)保難題，并實(shí)現(xiàn)對(duì)自然資源的循環(huán)使用，美國(guó)政府便開始探索如何利用熱裂解技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市廢物降解。經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)幾十年的探索之后，美國(guó)政府已經(jīng)熟練掌握了熱裂解工藝的核心，并把成熟的熱裂解工藝運(yùn)用實(shí)踐。最近數(shù)年，由于全球能源局勢(shì)越來越嚴(yán)重，美國(guó)政府開始對(duì)熱裂解工藝展開更加深入的探索，試圖利用熱裂解工藝提升燃料的效率，實(shí)現(xiàn)自身的長(zhǎng)期發(fā)展[8]。

我國(guó)企業(yè)最開始將秸稈視為熱裂解技術(shù)的主要使用對(duì)象，但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，我國(guó)企業(yè)逐漸向更深入的方面鉆研熱裂解技術(shù)，把熱裂解處理的主要目標(biāo)轉(zhuǎn)變到廢棄輪胎等固體廢棄物上來。在經(jīng)過長(zhǎng)期的探索和鉆研之后，我國(guó)企業(yè)在熱裂解技術(shù)的運(yùn)用方面也獲得了很大的提高，目前已經(jīng)部分企業(yè)可以熟練地運(yùn)用熱裂解技術(shù)處理固體廢棄物。不過，從宏觀視角來看，目前我國(guó)的熱裂解技術(shù)還是處在襁褓階段，還難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。因此為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可循環(huán)發(fā)展，我國(guó)還需要加強(qiáng)對(duì)熱裂解技術(shù)的鉆研，力爭(zhēng)在熱裂解技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用方面獲得更大的進(jìn)展。

3 熱裂解技術(shù)在固廢處置中的應(yīng)用

3.1 廢輪胎

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)居民購(gòu)車數(shù)量的增加，廢棄輪胎在固體廢棄物地位迅速上升[9]。熱裂解技術(shù)已成為利用、處置廢棄輪胎的最主要方法，目前已經(jīng)不少發(fā)達(dá)國(guó)家把熱裂解技術(shù)運(yùn)用于對(duì)廢棄輪胎的回收再使用等領(lǐng)域。輪胎被進(jìn)行熱裂解處置后將生成大量?jī)?chǔ)氫材料、石油、煤炭等化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)中氫、碳?xì)鋸?fù)合烴類為生成熱解氣的最主要元素。熱解氣是一個(gè)能量，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用，以達(dá)到對(duì)廢棄物的無害化，是具有價(jià)值的熱分解產(chǎn)品。另外，輪胎中還可分解成細(xì)胞焦亡油，熱解汽油的熱度大、黏度小，也可以當(dāng)做生物燃油利用。當(dāng)熱裂解高溫超過500 ℃時(shí)，輪胎中就會(huì)形成大量的固體細(xì)胞焦亡炭，而細(xì)胞焦亡炭中也存在危險(xiǎn)元素，且使用程度相當(dāng)限制[10]。

3.2 含油污泥

在熱裂解技術(shù)的支持下，含油淤泥對(duì)人類的影響能夠減至最低點(diǎn)，因此工人們只需對(duì)含油淤泥先經(jīng)過風(fēng)干處理過程，而后再經(jīng)過熱解，以使設(shè)備工作的溫度維持在500～600 ℃左右。在過程中，工人還必須添加氮?dú)?，以將含油淤泥在缺少空氣的情況下，加以再次合成。經(jīng)過熱裂解處置之后，廢水的殘?jiān)涯軡M足可利用的要求，并完成了無害化改造。從總體來看，熱裂解技術(shù)已經(jīng)是一項(xiàng)比較成熟的含油污水處置工藝技術(shù)，目前我國(guó)的部分油田也已開始使用熱裂解技術(shù)對(duì)含油污水加以處置，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，說明這種工藝技術(shù)已具有了大面積應(yīng)用的可行性[11]。

3.3 城市垃圾

當(dāng)前，城市內(nèi)垃圾處理的方式稍多，但處置結(jié)果均會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。此時(shí)，采用熱解氣體焚燒的方式對(duì)垃圾進(jìn)行處理，其是多種方法結(jié)合后產(chǎn)生的全新技術(shù)。城市內(nèi)垃圾經(jīng)過熱解之后，可以將諸多有害物質(zhì)分離出，并將有害金屬改善，隨后對(duì)殘留物進(jìn)行燃燒（無氧狀態(tài)下也可以操作），以此減少有害物質(zhì)出現(xiàn)氧化以及殘留的情況[2]。當(dāng)其在無氧狀態(tài)下燃燒時(shí)，并不會(huì)出現(xiàn)CuCl2，也不會(huì)生成二氧化碳。熱解過程可以在反應(yīng)器內(nèi)完成，且反應(yīng)器多為回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器。這些反應(yīng)器均具備一定的優(yōu)勢(shì)以及不足，如回轉(zhuǎn)窯其實(shí)際操作比較簡(jiǎn)單，但熱解反應(yīng)不夠徹底。流化床反應(yīng)器的工作效率稍高，但其所用物料比較少，對(duì)于設(shè)備的要求稍高，顯著提升建設(shè)成本。固定床反應(yīng)器的效果稍高一些，其可以用于多種原料內(nèi)，但單次處理的數(shù)量較小。因此，處理人員選擇設(shè)備的時(shí)候，需根據(jù)實(shí)際情況分析，選擇最適合的設(shè)備。借助熱裂解技術(shù)對(duì)城市垃圾進(jìn)行處理的過程中，可以借助垃圾產(chǎn)生的熱量發(fā)電，以此節(jié)約更多的電能，滿足環(huán)保節(jié)能的需求，并減少環(huán)境污染[13]。

3.4 舉例分析

如當(dāng)前某省市內(nèi)存在垃圾填埋場(chǎng)、污水處理廠、垃圾焚燒電站，其多是用于處理固體危險(xiǎn)廢棄物以及醫(yī)療垃圾。根據(jù)固廢的實(shí)際情況以及特征，合理采用熱裂解技術(shù)對(duì)其實(shí)施處理，且滿足廢棄排放要求：首先，進(jìn)料系統(tǒng)。自動(dòng)進(jìn)料，前端可以搭配真空收集系統(tǒng)、傾倒機(jī)、輸送帶裝置，以此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的工作目的。其次，一次、二次燃燒室。采用缺氧熱裂解技術(shù)燃燒，可以將其分為不同階段。最后，第二次燃燒的時(shí)候，需注意煙氣停滯進(jìn)間可以根據(jù)相關(guān)需求設(shè)計(jì)出合理的間隔，間隔為1 s 或更久，控制溫度，滿足相關(guān)需求[14]。

4 結(jié)語

熱裂解技術(shù)首次誕生于西方人國(guó)度，而我國(guó)熱裂解技術(shù)的興起相對(duì)較晚。熱裂解技術(shù)還能夠進(jìn)行對(duì)固態(tài)污染物的循環(huán)再利用，使廢棄輪胎、含油污水等生活垃圾迅速降解為可使用的物品，從而進(jìn)行對(duì)固態(tài)污染的安全無害化處置。因此我國(guó)還必須加強(qiáng)對(duì)這種工藝技術(shù)的研發(fā)，以達(dá)到本國(guó)資源的有效循環(huán)使用。