一般工業(yè)固體廢物無(wú)氧裂解工藝技術(shù)分析

甘 露

(中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038)

一般工業(yè)固體廢物隨意堆置會(huì)對(duì)大氣、水和土壤造成污染，且具有長(zhǎng)期性、呆滯性，易對(duì)環(huán)境造成持續(xù)污染和破壞。 我國(guó)納入統(tǒng)計(jì)的一般工業(yè)固體廢物包括冶煉廢渣、粉煤灰、爐渣、煤矸石、尾礦、脫硫石膏、污泥、赤泥、磷石膏和其它廢物等。 其中，其它廢物類產(chǎn)生行業(yè)分散、組分復(fù)雜，含有可燃有機(jī)物，如廢塑膠、廢橡膠、廢紙、廢包裝材料等，這類固體廢物在倉(cāng)庫(kù)中長(zhǎng)期堆積，很多企業(yè)反映“埋不了、燒不掉、沒(méi)人要”，不僅影響日常生產(chǎn)，還存在火災(zāi)、環(huán)境污染等隱患。因此，有效地解決一般工業(yè)固廢處置及資源化利用難題，對(duì)于保護(hù)環(huán)境有重大的意義。

1 一般工業(yè)固體廢物處理技術(shù)簡(jiǎn)介

目前，一般工業(yè)固廢主要的處理處置方式有填埋、焚燒、水泥窯協(xié)同處置等。

1）填埋因其具有建造運(yùn)行簡(jiǎn)單、處理費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，是目前主要的處置方式之一。但考慮到塑料垃圾填埋后需200 年以上的時(shí)間才能分解完全，該填埋方式對(duì)土地的侵占必將是不可持續(xù)。因此，填埋更適宜對(duì)無(wú)機(jī)類固廢的最終處置。

2）焚燒是利用固廢中可燃物熱值高的特點(diǎn)，通過(guò)高溫焚燒破壞廢物中的有毒有害廢物， 具有明顯的減量化效果和能源化利用效果。 但其主要問(wèn)題是其他廢物類中塑料等大分子材料，在焚燒過(guò)程中不易燃燒完全，有毒有害氣體產(chǎn)生量大，且污染物成分復(fù)雜（如氮氧化合物、HCl、二噁英等），如果處置不當(dāng)會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。

3）水泥窯協(xié)同處置指將滿足或經(jīng)過(guò)預(yù)處理后滿足入窯要求的固廢投入水泥窯，在水泥熟料生產(chǎn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)固廢的無(wú)害化處置。 然而為滿足入窯要求，廢物必須通過(guò)破碎、分選、中和、干燥、配伍、混合等預(yù)處理，使廢物轉(zhuǎn)變?yōu)槔砘再|(zhì)均勻，以維持水泥窯運(yùn)行工況連續(xù)穩(wěn)定、保證產(chǎn)品品質(zhì)可靠。 因此，其適用范圍具有一定的局限性。

無(wú)氧裂解[1]是在隔絕空氣的情況下，將含有機(jī)物廢物加熱到一定溫度下進(jìn)行熱裂解。 該技術(shù)使廢物中的有機(jī)物被轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)油等產(chǎn)品，可資源化利用。同時(shí)，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程在還原性氣氛下進(jìn)行，無(wú)二噁英產(chǎn)生，且煙氣量小。無(wú)氧裂解特點(diǎn)與焚燒等其他技術(shù)的比較見(jiàn)表1。

表1 無(wú)氧裂解與填埋等技術(shù)的對(duì)比

由表1 可知，無(wú)氧裂解技術(shù)處理固體廢棄物具有資源化、無(wú)害化、減量化等特點(diǎn)，已成為研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的熱點(diǎn)。本文以某項(xiàng)目為例，介紹及分析典型的無(wú)氧裂解處理一般工業(yè)固廢的工藝流程。

2 無(wú)氧裂解工藝分析

2.1 無(wú)氧裂解工藝流程

該項(xiàng)目無(wú)氧裂解工藝流程以50 kt 含有廢橡膠等邊角料的有機(jī)固廢為原料， 主要生產(chǎn)裝置包括預(yù)處理系統(tǒng)、裂解系統(tǒng)、裂解氣凈化系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)等。 其工藝流程，如圖1 所示。

1）進(jìn)料和預(yù)處理。 進(jìn)料機(jī)構(gòu)由進(jìn)料斗、進(jìn)料管、調(diào)節(jié)閥等組成。首先將物料通過(guò)專用的上料裝置送至進(jìn)料斗，通過(guò)設(shè)計(jì)的進(jìn)料雙氣動(dòng)插板閥后進(jìn)入窯頭溜槽，在溜槽部分有防堵液壓推送設(shè)備，保證物料進(jìn)入溜槽后順利進(jìn)入窯內(nèi)高溫裂解。廢物由輸送機(jī)送至破碎機(jī)進(jìn)行預(yù)處理，破碎后的顆粒物料通過(guò)進(jìn)料系統(tǒng)，進(jìn)入到反應(yīng)爐中。 整個(gè)進(jìn)料裝置采用密閉式結(jié)構(gòu)并進(jìn)行負(fù)壓抽風(fēng)，將進(jìn)料過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣引入熱風(fēng)爐進(jìn)行燃燒，整個(gè)系統(tǒng)形成無(wú)臭、無(wú)味、無(wú)粉塵的環(huán)境。

圖1 有機(jī)類一般工業(yè)固廢裂解流程

2）裂解系統(tǒng)。 裂解系統(tǒng)主要由爐體、燃燒系統(tǒng)、輸送裝置、出料裝置等組成，整個(gè)過(guò)程燃燒系統(tǒng)為全自動(dòng)控制。 裂解爐窯采用間接加熱形式對(duì)物料進(jìn)行加熱，裂解溫度控制在400~600 ℃，窯體呈一定傾斜的角度，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中物料充分?jǐn)_動(dòng)、與裂解爐充分接觸，經(jīng)60~90 min 裂解，物料轉(zhuǎn)化為裂解氣和殘?jiān)呀鈿鈴臓t頂出口引入熱風(fēng)爐焚燒，裂解殘?jiān)鼜臓t底部進(jìn)入水冷式排渣機(jī)。殘?jiān)煞种饕獮榻饘?、無(wú)機(jī)固廢和炭粉，冷卻后經(jīng)磁選、風(fēng)選分離分別回收金屬、炭粉產(chǎn)品，剩余無(wú)機(jī)殘?jiān)捎糜诮ㄖ牧稀犸L(fēng)爐為裂解爐提供熱能，熱能主要來(lái)源于裂解氣燃燒產(chǎn)生的熱量，煙氣溫度控制在700~800 ℃。

3）裂解氣凈化系統(tǒng)。 裂解氣主要為CO、H2、CH4及其它碳?xì)浠衔锝M成，經(jīng)凈化后供氣輪機(jī)發(fā)電和作為熱風(fēng)爐燃料。裂解氣凈化采用除塵器除塵+高溫催化脫除酸性氣體工藝，其處理工藝如下：裂解氣及氣態(tài)有機(jī)液體經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器進(jìn)行除塵，之后氣體進(jìn)入高溫過(guò)濾器對(duì)氣體中的酸性氣體進(jìn)行吸附，再由風(fēng)機(jī)送至熱風(fēng)爐進(jìn)行焚燒處理。 該反應(yīng)為還原反應(yīng)，不會(huì)產(chǎn)生新的金屬氧化物。 該反應(yīng)溫度為400~600 ℃，屬于低溫反應(yīng)，只有Hg 等少數(shù)極易揮發(fā)的重金屬會(huì)揮發(fā)至裂解氣中，其他金屬元素較少。裂解氣設(shè)置高溫過(guò)濾器等設(shè)備，對(duì)進(jìn)入裂解氣的少量的金屬及化合物進(jìn)行化學(xué)進(jìn)行捕捉，從而降低重金屬的排放。通過(guò)以上措施，可去除裂解氣中的酸性氣體、粉塵及金屬物質(zhì)。

4）煙氣凈化系統(tǒng)。 煙氣凈化采用SNCR 選擇性非催化還原法+布袋除塵+濕法洗滌工藝，由于裂解氣中氣體已經(jīng)經(jīng)過(guò)凈化，故煙氣中硫化物、氯化物、氟化物以及重金屬物質(zhì)含量非常低，煙氣中的主要有害成分主要為氮氧化物及粉塵。 煙氣凈化主要設(shè)置SNCR 對(duì)煙氣中的NOx 進(jìn)行處理，以達(dá)到安全排放標(biāo)準(zhǔn)，排煙溫度控制在150 ℃左右，設(shè)置布袋除塵器對(duì)煙氣進(jìn)行凈化處理，達(dá)標(biāo)煙氣最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)引至煙囪進(jìn)行排放。

無(wú)氧裂解系統(tǒng)主要的技術(shù)指標(biāo)如下表2 所示。

表2 裂解系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)指標(biāo)

2.2 工藝特點(diǎn)

無(wú)氧裂解技術(shù)具有以下特點(diǎn)：1）適應(yīng)物料范圍廣泛，適用于含有機(jī)物的固廢處理，可產(chǎn)生燃料氣、油和炭黑等產(chǎn)品。目前，該技術(shù)已在廢舊輪胎、塑料、廢油泥等處理中得到相關(guān)應(yīng)用。2）裂解為缺氧環(huán)境，幾乎無(wú)二噁英產(chǎn)生，廢氣量也比焚燒少，減輕了大氣二次污染，降低了煙氣設(shè)備投資成本。3）飛灰產(chǎn)生率很低。 4）能耗低。 裂解可燃?xì)馔ㄟ^(guò)燃燒可為洗桶供熱、供電，無(wú)需外界供電，且有多余電輸出。 5）資源化效果好，產(chǎn)品有可燃?xì)?、油、碳黑及渣等，每噸固廢可轉(zhuǎn)化出裂化油約10~30 kg （售價(jià)2 500 元/t 左右），生物炭100~150 kg（售價(jià)300 元/t 左右），可燃?xì)?00~120 m3，具有一定經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 需解決問(wèn)題

目前，無(wú)氧裂解技術(shù)推廣應(yīng)用仍存在一些亟需解決的問(wèn)題：1）原料的預(yù)處理問(wèn)題。為提高裂解效率需將物料處理到合適的粒度，預(yù)處理的成本較高。2）由于可燃?xì)庵泻杏袡C(jī)組分和焦油，當(dāng)溫度控制不當(dāng)時(shí),容易引起管路和設(shè)備的局部結(jié)焦，出現(xiàn)系統(tǒng)堵塞停車等問(wèn)題。 3） 裂解過(guò)程中產(chǎn)生的氣體易燃、易爆，設(shè)計(jì)時(shí)須滿足防爆、防火的規(guī)范要求，可預(yù)防生產(chǎn)安全事故發(fā)生。4）裂解爐溫度場(chǎng)分布、升溫程序?qū)τ诹呀馑俣?，產(chǎn)物組分及質(zhì)量（出油、出氣量），裂解率等重要指標(biāo)影響顯著。因此，在裝置設(shè)計(jì)前應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以確定合理的操作參數(shù)。

3 結(jié)論

目前，一般工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量非常大，且來(lái)源穩(wěn)定，其中有機(jī)類固廢采用無(wú)氧裂解工藝，可對(duì)有機(jī)組分進(jìn)行能源化綜合利用，能夠達(dá)到良好的節(jié)能環(huán)保效果，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。