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1、城市生活垃圾热解气化研究进展 摘要：指出了城市生活垃圾的热解气化是新型的垃圾处理技术,具有高效的能源利用率和良好的环保特性,综述了城市生活垃圾的热裂解技术和气化技术的原理以及国内外发展现状,并结合我国城市垃圾的特点,将垃圾热解和气化结合,提出了一种利用生物质粉体外热式热解气化的新工艺。 关键词：城市生活垃圾；热解；气化；生物质粉体燃料 收稿日期：2011-06-28 作者简介：方少曼（1984―），女，广东人，助理工程师，主要从事城市环境保护方面的研究。 中图分类号：F324.3文献标识码：A文章编号：1674-9944（2
2、011）07-0090-03 1引言 近年来,中国一些主要城市的生活垃圾产生率一直在增加,而且有200多个城市被垃圾所包围。我国大中城市年产垃圾1亿t以上,绝大部分堆积在城郊,未经处理,垃圾堆存量逾70多亿t,侵占土地面积达5亿m［1］。生活垃圾不仅仅是一种废弃物,垃圾里的有机物质也是一种主要的可再生资源。垃圾的处理不仅是一个重要的环境问题,同样也是资源再利用的问题。 目前,我国的城市生活垃圾处理处置技术最常用的是卫生填埋和露天堆放,占总处理量的79.2%,其次是堆肥化,占总处理量的18.8%,少量的采用焚烧技术,约占总处理量的
3、2%［2］。在垃圾处理的这些方法中,填埋处置操作简单、适应性广,但浪费土地资源,而且存在潜在的二次污染；堆肥处理周期长,处理量小,产品难销。焚烧技术有其显著的减量减容特点及热能回收利用的优势,但焚烧过程中会产生大量的酸性气体、重金属和二?f英等。而垃圾热裂解气化处理方法可以杜绝二?f英类物质的产生,并且具有减容量大、无害化彻底、资源化充分、二次污染小等特点,正日益受到关注和重视［3～4］。 2城市生活垃圾裂解技术 2.1城市生活垃圾热解技术的原理 城市垃圾热解是在无氧或缺氧条件下,利用热能使其成分发生化合键断裂、异构化和小分子聚
4、合等反应,由大分子有机物转化为小分子燃料气、焦油和焦炭。对于含有高热值可燃物的垃圾（如废纸、塑料及其他有机物）可采用热解方法进行处理。热解产生的燃气呈中性,在无氧或低氧条件,可以杜绝二?f英类物质的产生。热解过程如下。 有机固体 废弃物热解半焦（炭黑、炉渣） 高、中分子有机液体（焦油、芳香烃、 有机酸等） 气体（CH4、H2、CO、CO2等） 2.2城市生活垃圾裂解技术的研究进展 裂解技术用于手工业已有很长的历史,木材和煤的干馏、重油裂解生产各种燃料油等早为人们所知。但将裂解技术应用到固体废弃物制造燃料,还是近几十年的事
5、,并被认为是一种很有前途的垃圾处理方式。 W.K.Buah［5］等在固定床中裂解由城市生活垃圾制备的垃圾衍生燃料（RDF）,在400～700℃裂解,气体产品高位热值（HHV）达5.1～16.7MJ/Nm裂解油热值和轻质燃油接近；S.Galvagno［6］等研究了废旧轮胎在其它参数不变、裂解温度在550～680℃之间变化时裂解产物的变化规律。结果表明,在研究范围内,温度对挥发物总产量影响不大,但对挥发分形态的比率影响较大；M.N.Islam［7］等研究了利用生物质燃烧供热的外加热式固定床裂解城市生活垃圾（碎轮胎、废塑料和废纸）的工艺,
6、主要产物为裂解油,实验采用数种检测方法表征裂解油的燃料特性如粘度、pH值、闪点、倾点和高位热值,其性能类似于石油衍生产品,主要是烷烃、烯烃和芳香烃,裂解油未检测到氮氯元素,可以用作碳氢燃料。 国内许多学者对城市生活垃圾裂解也进行了大量的研究。包向军［8］等利用自行开发的蓄热式燃烧技术,提出一种新型垃圾处理技术；多室蓄热式垃圾裂解工艺,其特点是采用间壁式加热设备裂解垃圾,可以产生高热值的裂解气；宋玉银［9］等利用回转窑研究了城市垃圾裂解产气规律,有机质转化率达80%以上,转炉在600℃时工况最佳,所产燃气的热值一般都在13800kJ/
7、Nm以上,可以作为民用和工业用燃料。 3城市生活垃圾气化技术 3.1城市生活垃圾气化技术的原理 城市生活垃圾气化是将垃圾中有机成分在还原气氛下与气化剂（空气、O2、水蒸气等）反应生成燃气（H2、CO、CH4等）焦油和灰渣的过程。通过部分燃烧反应放热或外加热提供气化所需的热量,在常压或加压情况下,使垃圾中有机物转化成燃气,剩下的焦油和灰渣排出。上面所讲的垃圾热解技术是垃圾气化技术的一种特殊情况,即不存在气化剂的条件下所进行的垃圾处理。 气化过程主要发生以下化学反应［11～13］： C+O2→CO2+393.1kJ/mol,
8、2C+O2→2CO2+220.8kJ/mol, 2CO+O2→2CO2+172.3kJ/mol, C+O2→2CO+171.5kJ/mol, C+2H2O→CO2+2H2+75.1kJ/mol, C+2H2→CH
