熱解法簡介
熱解法
據(jù)介紹,熱解垃圾處理場將主要負(fù)責(zé)廢舊輪胎、塑料、油漆涂料等特殊垃圾的處理。其處理過程是將這些垃圾放置在一個密封的爐膛內(nèi),并將爐內(nèi)溫度加熱至450到750℃。在高溫及缺氧情況下,這些垃圾中的有機(jī)物將分解成固體垃圾和熱氣兩部分。固體垃圾主要是灰粉、礦物質(zhì)及碳化物。經(jīng)過冷卻清洗,固體垃圾中的各種金屬將被分離出來,由此產(chǎn)生的焦炭也可被重復(fù)利用。至于熱氣,其中可凝結(jié)部分將被轉(zhuǎn)化為油脂,而剩余熱氣則將被用于對爐壁進(jìn)行加熱。
法國大約有二百多家大型垃圾處理場,其中絕大多數(shù)使用的是高溫焚化爐。使用焚化爐處理垃圾通常要將爐內(nèi)溫度加熱至850℃,比熱解爐需要的溫度高,而且在焚化過程中容易產(chǎn)生許多有害物質(zhì),特別是劇毒致癌污染物二惡英。法國有關(guān)部門的統(tǒng)計顯示,法國向大氣中釋放二惡英總量的40%是由垃圾焚燒造成的。
法國環(huán)保專家表示,與焚化爐相比,熱解爐釋放的廢氣總量將大大減少。此外,由于采用活性炭過濾廢氣,熱解爐所釋放廢氣中,有害酸性物將得到很好的處理。[1]
熱解法分類
圖1:相關(guān)曲線圖
噴霧熱解法是以水,乙醇或其他溶劑將原料配成溶液,再通過噴霧裝置將反應(yīng)液霧化并導(dǎo)入反應(yīng)器內(nèi),使溶液迅速揮發(fā),反應(yīng)物發(fā)生熱分解,或者同時發(fā)生燃燒和其他化學(xué)反應(yīng),生成與初始反應(yīng)物不同的具有新化學(xué)組成的納米粒子。 噴霧熱解法可以把Cu2O沉積在各種底物上做成膜,底物可以是SnO2,In2O3,CuO和CdS等。這種方法,所需儀器簡單,同時能形成大尺寸的薄膜。另外,在熱解中反應(yīng)物能很好的控制薄膜的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。Kosugi等把Cu(Ac)2·H2O和C6H12O6溶于水中,作為反應(yīng)開始物,把異丙醇添加到上述溶液中,溶液通過氣動噴霧系統(tǒng)霧化,將霧滴轉(zhuǎn)到熱的玻璃底物上。條件化后表明:當(dāng)Cu(Ac)2·H2O為0.02mol/L、葡萄糖為0.02mol/L及異丙醇為20%且底物溫度為280°C時,獲得圓形的氧化亞銅微粒,大小為50nm,厚度為300nm,表面粗糙度為30nm左右。
熱解法噴霧熱解法
(1)干燥所需時間短,因此每一顆多組分細(xì)微液滴在反應(yīng)過程中來不及發(fā)生偏析,從而可以獲得組分均勻的納米粒子;
(2)由于原料是在溶液狀態(tài)下均勻混合,所以可以精確地控制所合成的化合物組成;
(3)可以通過不同的工藝條件來制得各種不同形態(tài)和性能的超微粒子,此法制得的納米粒子表觀密度小、比表面積大、粉體燒結(jié)性能好;
(4)操作簡單,反應(yīng)一次完成,可連續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)。
熱解法常溫法
圖2:流程圖
輕質(zhì)碳酸鎂及氧化鎂產(chǎn)品是重要的無機(jī)鹽原料,廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、電子、造紙、醫(yī)藥等行業(yè),通過降低這類產(chǎn)品的成本,有可能大規(guī)模應(yīng)用于高純耐火材料行業(yè)。 中國主要采用白云石及菱鎂礦直接碳化法生產(chǎn)碳酸鎂及氧化鎂,生產(chǎn)工藝造成高耗能,環(huán)境高污染。以白云石法為例,每生產(chǎn)一噸氧化鎂產(chǎn)品需消耗14.2噸標(biāo)準(zhǔn)煤,對于許多小型企業(yè)能耗達(dá)到10-12噸煤,尤其近年中煤價的上漲,造成了企業(yè)效益大幅度下降;另外無論白云石及菱鎂礦法,均產(chǎn)生大量廢水,生產(chǎn)一噸產(chǎn)品需要消耗150-200噸水,無法復(fù)用,只能排放到環(huán)境中,會產(chǎn)生污染。因此如何降低鎂鹽生產(chǎn)過程的能耗及降低污染,已成為企業(yè)發(fā)展瓶頸。
分析輕質(zhì)碳酸鎂及氧化鎂產(chǎn)品的主要能耗分布發(fā)現(xiàn):熱分解過程是氧化鎂生產(chǎn)過程主要的能量消耗所在,原因是通常碳化得到重鎂水中氧化鎂的濃度僅為5-8g/L,要將如此低濃度的重鎂水加熱到1000℃以上熱解,從而造成氧化鎂生產(chǎn)的高能耗,如能常溫實現(xiàn)重鎂水的分解得到碳酸鎂,將大幅度降低生產(chǎn)的能耗,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。清華大學(xué)于1996年開始致力于利用菱鎂礦生產(chǎn)鎂鹽系列產(chǎn)品的研究。又開展重鎂水常溫分解,菱鎂礦輕燒粉直接碳化生產(chǎn)高純度氧化鎂,鹵水-石灰生產(chǎn)高純度方面的研究,并取得了突破性的進(jìn)展,在常溫下實現(xiàn)了重鎂水分解,分解率達(dá)到90%以上(廢水循環(huán)使用后回收率在99%以上),水可99%復(fù)用,可大量減少排放,符合我國目前大力倡導(dǎo)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求。該技術(shù)不但適合于菱鎂礦直接碳化生產(chǎn)高純度氧化鎂及碳酸鎂(可提供全套技術(shù)服務(wù)),同時也適合于白云石法及鹵水石灰生產(chǎn)氧化鎂的企業(yè)(對熱解段進(jìn)行技術(shù)改造),為企業(yè)節(jié)能降耗,通過計算每噸氧化鎂產(chǎn)品可降低50%以上,效益在2000-3000元,同時減少了廢水及燃煤排放的污染,因此經(jīng)濟(jì)效益及社會效益十分顯著。
熱解法干式法
圖3:相關(guān)數(shù)據(jù)圖
用途:本技術(shù)可以從廢舊輪胎等廢舊橡膠制品中高效率的回收油、碳黑、廢鋼等半成品。
簡單介紹:這是一項回收處理廢舊輪胎的技術(shù),所用工藝是從烏克蘭引進(jìn)的“干式熱解法”。
工藝流程如下:
原料準(zhǔn)備(分級)→原料給送→熱加工→蒸汽混合物的分離→碳的加工。
采用本工藝生產(chǎn)的處理裝置通過對固體有機(jī)物的處理得到以下產(chǎn)品:
液烴,經(jīng)進(jìn)一步裂解可以獲得汽油、重油、柴油燃料;
熱解氣,熱值接近天然氣,可以作為居民用氣或發(fā)電用氣使用;
碳黑,經(jīng)過活化處理后可以得到活性炭。
優(yōu)勢:與國內(nèi)使用的其它各種處理廢舊輪胎的方法相比主要有以下優(yōu)點:
安全環(huán)保,無三廢排放;
出油率高,可達(dá)45%-50%;
節(jié)水節(jié)能,實現(xiàn)了熱動力資源的高效循環(huán)和經(jīng)濟(jì)使用;
生產(chǎn)自動化;
產(chǎn)能彈性大,模塊化設(shè)計便于控制生產(chǎn)規(guī)模。
目前國內(nèi)對于廢舊輪胎的裂解也取得了一些進(jìn)展,但整體技術(shù)水平特點不明顯,裂解配方不科學(xué),產(chǎn)生大量的廢氣,對環(huán)境產(chǎn)生很大的污染,且均處在實驗室階段,要達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)還需要較長的時間。
熱解法熱分解法
熱分解法是金屬的冶煉方法之一。加熱金屬氧化物、碘化物、羰基化合物等使其分解制取純金屬。
熱解法實例
例如,碳酸鈣分解成氧化鈣和二氧化碳加熱時:
CaCO3 = CaO + CO2 ↑
另一方面,部分化合物,只是分解成它們的組成元素。水,當(dāng)加熱到超過2000℃,分解成其組成部分 - 氫氣和氧氣:
2 H2O = 2 H2 + O2 ↑
分解可借助于一個催化劑。例如,*分解更迅速,使用的二氧化錳:
2 H2O2(aq) = 2 H2O(l) + O2(g)↑[2]
熱解法技術(shù)指標(biāo)
圖4:流程圖
從菱鎂礦直接碳化生產(chǎn)氧化鎂技術(shù)指標(biāo): 純度:99.5%鐵含量:于0.05%鈣含量:小于0.1%氯含量:于0.01%硫酸根:0.01%重金屬:于0.01%
粒徑:均粒徑30納米。
能耗的主要指標(biāo):
白云石法:每噸氧化鎂產(chǎn)品需6噸標(biāo)準(zhǔn)煤(用于煅燒及干燥);
菱鎂礦法:若利用菱鎂礦生產(chǎn)輕燒粉尾氣進(jìn)行生產(chǎn):每噸氧化鎂產(chǎn)品需3噸標(biāo)準(zhǔn)煤(用于煅燒及干燥)。碳酸鎂及氧化鎂主要用于橡膠等日用化工品的添加劑,陶瓷或電子產(chǎn)品中使用的填料;在高純度氧化鎂可作為硅鋼的涂料,價格較高,一般在20,000-26,000元/噸。
熱解法效益分析
垃圾
氧化鎂及碳酸鎂國內(nèi)市場容量5-8萬噸左右,在陶瓷企業(yè)的用量也在3萬噸以上,近幾年在國內(nèi)市場中用量增長比較快,一直維持在10%以上的增長,價格基本保持穩(wěn)定。對于高純度,微細(xì)化的產(chǎn)品的需求增長更加明顯,而氧化鎂及碳酸鎂主要由一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)生產(chǎn),有些廠家難以保證其質(zhì)量穩(wěn)定,因此不能滿足市場對于高品質(zhì)鎂鹽的要求。硅鋼板為消除加工應(yīng)力要經(jīng)過高溫退火,為避免鋼板之問的相互粘結(jié),在退火前預(yù)先涂一層隔離劑MgO(組成在水中之懸浮液涂敷)。干后在鋼板表面形成一層牢固的MgO膜。高溫退火時與硅鋼表面的Si分子化合,形成硅酸鎂玻璃體絕緣膜。此膜均勻密致地附著于硅鋼表面,有很大的阻抗,可使硅鋼片在層疊應(yīng)用時,減少渦流損耗,對硅鋼晶粒取向成長也有助益。為了保證涂層質(zhì)量,對MgO在純度,活性,粒度三個方面有嚴(yán)格要求。目前國內(nèi)硅鋼氧化鎂的需求在1000-2000噸/年,價格在2.2-2.6萬元/噸,由少數(shù)幾個廠家提供,但生產(chǎn)成本較高。本項目生產(chǎn)的納米氧化鎂能滿足這些苛刻的要求,同時有可能進(jìn)一步硅鋼的質(zhì)量,加上這幾年鋼鐵行業(yè)效益好,因此這是一個很好的市場切入點。同時,高純度氧化鎂在醫(yī)藥、高級陶瓷材料、電氣絕緣材料、化妝品、香粉、橡膠填充劑、催化劑載體等領(lǐng)域的市場需求一直保持15%以上的增長,在這些領(lǐng)域的國內(nèi)市場需求為5000噸左右,國外的需求量更大。因此建立2000噸/年高純度納米氧化鎂的沒有太大市場風(fēng)險。對現(xiàn)有的白云石法企業(yè)而言,具有固定的市場,對工藝技術(shù)進(jìn)行改造,不會增加市場風(fēng)險;加之清華大學(xué)作為公司的堅強(qiáng)的技術(shù)后盾,具有進(jìn)一步開發(fā)鎂鹽系列產(chǎn)品及其它高新無機(jī)基礎(chǔ)材料的能力,可進(jìn)一步降低該項目的風(fēng)險。對于大型菱鎂礦礦產(chǎn)地及鹵水資源豐富的地域,可考慮利用低品位菱鎂礦及廉價的鹵水資源開發(fā)耐火材料行業(yè)用高純鎂砂,本研究的工藝將合成成本控制在2000元人民幣/噸以下,這樣可大幅度拓展高純度氧化鎂的市場容量,為我國鎂資源開發(fā)走出一條新路。本項目期工程按生產(chǎn)氧化鎂2000噸計(暫時不生產(chǎn)碳酸鎂,待市場及生產(chǎn)的情況穩(wěn)定后,在擴(kuò)建過程中加以考慮)。企業(yè)總產(chǎn)值為2000萬元,利稅為1096萬元。設(shè)備投資為500萬元人民幣。對年產(chǎn)3000噸白云石法生產(chǎn)氧化鎂企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造,可節(jié)省燃煤2-3萬噸,經(jīng)濟(jì)效益在600萬元以上。