专利名称：固体废弃物分级处理方法
技术领域：
本发明涉及一种固体废弃物处理方法，更具体地说是涉及一种利用热解/燃 烧联用技术处理固体废弃物的实验方法。
背景技术：
随着地球上人口数量的急剧膨胀和社会发展城市化进程的加快，人类行为对 生存环境带来的污染日益加剧。固体废弃物作为人类生活和生产中必然产生的遗 留废弃物，其产生量也随之与日剧增，它的处理是人类面临的许多环保问题中的 一个重大课题。如何有效妥善解决固体废弃物问题，是关系到国计民生的一件大 事。解决固体废弃物的目标是将固体废弃物进行无害化、减量化和能源化处理。 目前固体废弃物处置主要有填埋、堆肥和焚烧三种方法。其中焚烧法由于减量性 好、无害化程度高并能回收热能，因而是当前各国普遍采用的方法，但由于固体 废弃物自身的特点而使垃圾焚烧处理仍然存在许多问题固体废弃物的组成非常 复杂，使燃烧过程不易稳定控制而不能完全彻底的燃烧，容易造成二次污染，同
时由于含氯化合物的存在，还可能产生剧毒有害物质一二恶英(PCDDs, PCDFs)， 对人体健康和环境形成很大的危害。由于垃圾的成分非常复杂而使垃圾的燃烧过 程、燃烧的充分性和污染物以及腐蚀等问题的控制变得非常复杂、困难或控制技 术需要昂贵的费用，从而使垃圾焚烧具有设备复杂、投资和运行费用高、建设周 期长等特点，在一定程度上限制了垃圾焚烧技术的推广，影响了垃圾能源化利用。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种能够实现无害化、 减量化和能源化处理固体废弃物的方法。对垃圾进行热解处理有利于降低二次污 染；而对垃圾可燃组分及固体废弃物的基本物化性质的研究发现垃圾中可燃物和 固体废弃物均含有大量挥发份，热分解温度较低，在60(TC以前基本分解完毕， 且挥发份的气体成份、热值大致接近。因此为实现固体废弃物洁净燃烧，提出固 体废弃物分级转化这一新思路即固体废弃物首先在热解室中在惰性气氛条件下 进行热解反应，释放出挥发份，产生的气体通过出口进入燃烧室中充分燃烧。这 类似二次燃烧法，但由于热解和燃烧反应是基本分开的，这对于反应控制是很有 利的。从燃烧学的角度讲，气体燃烧较固体燃烧均匀、完全，燃烧效率高；从污 染控制的角度讲，燃烧均匀、充分，有利于对二恶英等有机污染物的控制，因此， 固体废弃物热解燃烧的分级转化方法法有助于从根本上实现垃圾的清洁利用。
本方案是通过如下技术措施来实现的将固体废弃物粉碎，在惰性气氛下以 升温速率5 10(TC/min升温至300 45(TC，停留5 30分钟，然后将剩余热解 残余物和热解生成的气体送入燃烧区燃烧。
本方案基于热解—燃烧联用技术特点，固体废弃物进行热解处理要比传统的 焚烧方法能够更有效地控制并减少酸性气体以及飞灰中重金属对环境的污染。这 主要是热解技术有其自身的特点(1)热解可以把垃圾中有机可燃物转化为可利 用的能量形式，产生燃气、焦油和半焦，可以根据不同需要加以利用；(2)热解 更有利于对污染气体的控制，热解时可以降低NOx、 SOx、 HC1以及二恶英等气体 的生成；(3)热解温度可以控制的比焚烧温度低，从而大大降低了重金属化合物 的蒸发，减少重金属离子在气体和飞灰中的含量，降低飞灰中重金属离子对生成 二恶英反应的催化作用。因此热解比焚烧技术更容易控制污染物的排放而达到环 保要求，从而被认为是垃圾进行热化学处理的一个新发展方向。因此本发明具有 下述有益效果1、热解处理技术将具有燃值的固体废弃物经过热解技术处理为 可燃气体，可以作为清洁能源使用，剩余固体残余物也可以作为燃料、直接掩埋 或者其他用途；2、处理过程无任何污染物的排放，真正实现固体废弃物的无害 化、减量化和能源化处理；3、热解过程在低温缺氧的条件下进行，无二恶英的 产生条件，减少二次污染，保护环境。因此本发明与现有技术相比，实现了技术 目的。
本方案的具体特点还有，将固体废弃物粉碎，在惰性气氛下以升温速率5。C /min升温至30(TC，停留5分钟，然后将剩余热解残余物和热解生成的气体送入 燃烧区燃烧。固体废纸经上述过程后排放的二恶英比直接燃烧要低30%;固体 废聚乙烯经上述过程后排放的二恶英比直接燃烧要低60%;固体废旧轮胎经上 述过程后排放的S02比直接燃烧要低40% 。
将固体废弃物粉碎，在惰性气氛下以升温速率2(rC/min升温至40(TC，停 留10分钟，然后将剩余热解残余物和热解生成的气体送入燃烧区燃烧。固体废 纸经上述过程后排放的二恶英比直接燃烧要低35%;固体废聚乙烯经上述过程 后排放的二恶英比直接燃烧要低70%;固体废旧轮胎经上述过程后排放的S02 比直接燃烧要低50%。
将固体废弃物粉碎，在惰性气氛下以升温速率10(rC/min升温至45(TC，停 留30分钟，然后将剩余热解残余物和热解生成的气体送入燃烧区燃烧。固体废 纸经上述过程后排放的二恶英比直接燃烧要低40%;固体废聚乙烯经上述过程 后排放的二恶英比直接燃烧要低85%;固体废旧轮胎经上述过程后排放的S02 比直接燃烧要低65%。
所述燃烧温度为IOO(TC。热解可以把垃圾中有机可燃物转化为可利用的能 量形式，产生燃气、焦油和半焦，可以根据不同需要加以利用；热解更有利于对 污染气体的控制，垃圾在无氧或低氧条件下热解时可以降低N(X、 SOx、 HC1以 及二恶英等气体的生成；热解温度可以控制的比焚烧温度低，从而大大降低了重 金属化合物的蒸发，减少重金属离子在气体和飞灰中的含量，降低飞灰中重金属 离子对生成二恶英反应的催化作用。同时热解技术也存在不能处理不可燃物、不 宜处理水分含量高的厨余类物质以及需要控制二次污染问题。因此该过程是在低
温缺氧条件下进行热解，无二恶英产生的条件，减少二次污染，保护环境。所述
固体废弃物包括固体废塑料、废纸、废旧轮胎、纸屑等固体废弃物。
图1是在升温速率10。C/min，终温1000。C废纸热解的热失重曲线； 图2是在升温速率10°C/min，终温1000。C废纸热解过程中H20的逸出曲线； 图3在升温速率10°C/min，终温1000。C废纸热解过程中C2.C3、 C02和CO 组分的逸出曲线；
图4在升温速率10°C/min，终温1000。C废纸热解过程中(34组分的逸出曲线； 图5在升温速率10°C/min，终温1000。C废纸热解过程中不同m/z的逸出曲
线；
图6在三种不同升温速率，终温800。C下废纸热解半焦的燃烧失重曲线；
具体实施例方式
热解一燃烧联用技术是较为理想的垃圾处理方式，克服了传统方式中的缺 陷。首先利用热分析技术获得固体废弃物的热失重特性，并考察热解的产物分布 及性质，包括热解气体的逸出规律，热解液体的组成特征以及热解固体的组成特 征，并进一步考察热解固体残余物的燃烧反应性，获得热解条件对热解固体残余 物燃烧反应性影响的基本规律，并将热解条件与热解残余物的燃烧反应性相关 联，获得固体废弃物热解一燃烧联用技术的最优化条件。为此需要首先对固体废 弃物的热解特性、产物分布、组成和性质等进行详细的考察以获得固体废弃物热 解 一 燃烧联用技术的最优化条件。
下面以固体废纸为例，对固体废纸在热解过程中的热解失重特征、热解气体 逸出规律、热解固体的组成及燃烧性质做进一步的描述。 1、固体废纸的热解失重特征
将废纸样品粉碎，过40目筛，称取样品约10毫克，在热天平上Ar气氛下 以升温速率10°C/min，终温1000°C，考察废纸的热失重特征，废纸热解的失重 曲线及热重微分曲线如图.1所示。从废纸热解的TG/DTG曲线上可以看出废纸的 热解过程分为三个阶段，即脱水阶段、有机质热分解阶段和矿物质分解阶段。从 样品开始受热开始，样品重量逐渐减少，在110。C左右失重基本结束，样品的最 大失重速率温度大约在50。C左右，此失重峰应该为废纸中含有的吸附水风的失 重峰，失重率约为7. 2%，说明废纸大约含有7. 2%的吸附水分。之后随温度增加， 在110 — 220。C的范围内，失重曲线基本为一水平直线，说明废纸中不含有结晶 水，热稳定性好。废纸热解从220。C开始，质量略有变化，随着温度的升高，废 纸热解失重速率逐渐增加，在360。C时废纸的热解失重速率达到最大，随后热解 失重速率逐渐降低，在435。C热解基本结束。之后随着温度升高，热重曲线略有 降低，说明热解反应基本结束。大约在620。C左右废纸的失重曲线出现第三个失 重峰，最大失重速率峰温约为693°C，失重约在718。C左右结束，此失重峰可能 为废纸中含有的矿物质的受热分解引起的失重。废纸热解的起始温度为377°C，
热解终止温度为435°C，废纸较低的热解起始温度和较低的热解终温说明废纸热 稳定性较差，比较容易受热分解。 2固体废纸的热解气体逸出特征
将废纸样品粉碎，过40目筛，称取样品约10毫克，在热重-质谱联用仪上 Ar气氛下以升温速率10。C/min，终温100(TC，考察废纸的热失过程中各种热解 气体的逸出特征。固体废纸的热解气体的逸出曲线如图.2—图.5所示。从图中可 以看出，从开始加热，纸中的水分便开始逸出，随着温度继续升高，水的逸出增 加，在63。C逸出达到最大，之后随着温度的增加，水的逸出量减少，在180。C左 右水的逸出结束。随着温度增加在360。C出现第二个水的逸出峰。纸热解过程中 C02和CO的逸出曲线如图3所示，C02的逸出包含有三个逸出峰，纸在300°C左 右开始有CO和C02生成，随温度升高，逸出量增加，在350。C左右出现第一个 峰。随着热解温度升高，纸的C02逸出量也逐渐降低，在670°C达到第二个逸 出峰。CO2在840。C达到第三个逸出峰。CV"C4组分都在350。C左右出现峰形非 常相似的逸出峰，逸出峰温仅仅略有差别，唯一不同的是不同逸出组分的逸出强
度相差较大。在整个温度区间C6H6的逸出峰包括一个逸出峰和一个逸出肩峰，
随着热解温度升高在353°C左右出现第一个峰，在415。C左右出现一个肩峰。 3固体废纸热解半焦燃烧特征
将废纸热解半焦粉碎，过40目筛，称取样品约10毫克，在热天平上空气气 氛下以三种不同升温速率，终温80(TC，考察废纸热解半焦的燃烧特征，热解半 焦的燃烧失重曲线如图.6所示。在燃烧升温速率5°C/min时，废纸半焦在419。C 开始燃烧，在492。C度达到第一个最大燃烧失重速率，最大燃烧失重速率为 0.0262%s—V在537。C燃烧基本结束。废纸半焦在54(TC开始第二阶段的燃烧，在 600。C度达到第二个最大燃烧失重速率，最大燃烧失重速率为0.00449%s—\在 623。C燃烧基本结朿。同时也可以看出，随着燃烧升温速率增加，燃烧的特征峰 温度逐渐向高温区移动。当燃烧速率从5°C/min增加到20°C/min时，两个最大 燃烧失重速率峰温分别从492t和600°C ，增加到53TC和676°C ，两个最大燃烧 失重速率分别从0. 。262% s—， 0. 00449% s—、增加到0. 1848% s—'和0. 0206% s—、 说明升温速率增加燃烧速率大幅度增加。
实施例l:固体废纸的热解一燃烧联用。将固体废纸样品粉碎，在惰性气氛 下以升温速率5°C/min升高到终温30CTC ，停留一定时间5分钟，然后剩余热解 残余物和热解生成的气体进入燃烧区在100(TC左右燃烧。固体废纸经上述过程 后排放的二恶英比直接燃烧要低30%。
实施例2:固体废纸的热解一燃烧联用。将固体废纸样品粉碎，在惰性气氛 下以升温速率2(TC/min升高到终温40(TC，停留一定时间10分钟，然后剩余热 解残余物和热解生成的气体进入燃烧区在100(TC左右燃烧。固体废纸经上述过 程后排放的二恶英比直接燃烧要低35%。
实施例3:固体废纸的热解—燃烧联用。将固体废纸样品粉碎，在惰性气氛
下以升温速率10(TC/min升高到终温45(TC，停留一定时间30分钟，然后剩余 热解残余物和热解生成的气体进入燃烧区在IOO(TC左右燃烧。固体废纸经上述 过程后排放的二恶英比直接燃烧要低40% 。
实施例4:固体废聚乙烯的热解一燃烧联用。将固体废聚乙烯样品粉碎，惰 性气氛下以升温速率5TVmin升高到终温30(TC，停留一定时间10分钟，然后 剩余热解残余物和热解生成的气^l^进入燃烧区在IOO(TC左右燃烧。固体废聚乙 烯经上述过程后排放的二恶英比直接燃烧要低60%。
实施例5:固体废聚氯乙稀的热解一燃烧联用。将固体废聚乙烯样品粉碎， 惰性气氛下以升温速率2(TC/iBiri升高到终温40(rC，停留一定时间5分钟，然 后剩余热解残余物和热解生成的气体进入燃烧区在IOO(TC左右燃烧。固体废聚 乙烯经上述过程后排放的二恶英比直接燃烧要低70%。
实施例6:固体废聚氯乙稀的热解一燃烧联用。将固体废聚乙烯样品粉碎， 惰性气氛下以升温速率10(TC/min升高到终温450°C，停留一定时间30分钟， 然后剩余热解残余物和热解生成的气体进入燃烧区在IOO(TC左右燃烧。固体废 聚乙烯经上述过程后排放的二恶英比直接燃烧要低85%。
实施例7:固体废旧轮胎的热解一燃烧联用。将固体废旧轮胎样品粉碎，惰 性气氛下以升温速率5"C/min升高到终温30(TC，停留一定时间10分钟，然后 剩余热解残余物和热解生成的气体进入燃烧区在IOO(TC左右燃烧。固体废旧轮 胎经上述过程后排放的S02比直接燃烧要低40% 。
实施例8:固体废旧轮胎的热解一燃烧联用。将固体废旧轮胎样品粉碎，惰 性气氛下以升温速率2(TC/min升高到终温40(rC，停留一定时间5分钟，然后 剩余热解残余物和热解生成的气体进入燃烧区在IOOOC左右燃烧。固体废旧轮 胎经上述过程后排放的S02比直接燃烧要低50% 。
实施例9:固体废旧轮胎的热解一燃烧联用。将固体废聚乙烯样品粉碎，惰 性气氛下以升温速率10(rC/min升高到终温45(TC，停留一定时间30分钟，然 后剩余热解残余物和热解生成約气体进入燃烧区在IOO(TC左右燃烧。固体废旧 轮胎经上述过程后排放的S02比直接燃烧要低65%。
虽然本发明已经通过选用的实施例及其附图进行描述并完全公开，但是对本 领域技术人员来说，在不超出本发明实质的情况下，任何改变和变化都属于本发 明的范围。
权利要求
1、一种固体废弃物分级处理方法，其特征是将固体废弃物粉碎，在惰性气氛下以升温速率5～100℃/min升温至300～450℃，停留5～30分钟，然后将剩余热解残余物和热解生成的气体送入燃烧区燃烧。
2、 根据权利要求1所述的固体废弃物分级处理方法，其特征是将固体废 弃物以升温速率5tVmin升温至30(TC，停留5分钟。
3、 根据权利要求1所述的固体废弃物分级处理方法，其特征是将固体废 弃物以升温速率20°C/min升温至400°C，停留10分钟。
4、 根据权利要求1所述的固体废弃物分级处理方法，其特征是将固体废 弃物以升温速率100°C/min升温至450°C，停留30分钟。
5、 根据权利要求1或2或3或4所述的固体废弃物分级处理方法，其特 征是所述燃烧温度为IOO(TC。
6、 根据权利要求1所述的固体废弃物分级处理方法，其特征是所述固体 废弃物包括固体废塑料、废纸、废旧轮胎、纸屑。
全文摘要
一种固体废弃物分级处理方法，将固体废弃物粉碎，在惰性气氛下以升温速率5～100℃/min升温至300～450℃，停留5～30分钟，然后将剩余热解残余物和热解生成的气体送入燃烧区燃烧。本发明用于处理固体废弃物。
文档编号F23G7/00GK101099973SQ20071001623
公开日2008年1月9日 申请日期2007年7月26日 优先权日2007年7月26日
发明者刘建华, 孙庆雷, 李福伟, 林云良, 晓 王, 贺 祝, 程传格, 耿岩玲 申请人:山东省分析测试中心