2.2　熱解的基本過程

2.2.1　熱解定義

熱解（pyrolysis）是指利用固體廢物中有機物的熱不穩定性，在氧氣不足的氣氛下于熱解反應器中燃燒，由此產生的熱作用所引起的化學分解過程。因此，也可將其定義為破壞性蒸餾、干餾或炭化過程。熱解技術也稱為熱分解技術或熱裂解技術。

關于熱解的較嚴格而經典的定義是：在不同反應器內通入氧、水蒸氣或加熱的一氧化碳的條件下，通過間接加熱使含碳有機物發生熱化學分解生成燃料（可燃混合氣體、液體和炭黑）的過程。根據這一定義，嚴格來講，凡通過部分燃燒熱解產物以直接提供熱解所需熱量者，不得稱為熱解而應稱作部分燃燒或缺氧燃燒。關于這方面的問題，目前尚無統一的解釋。

熱解反應是由一系列化學和物理轉化構成的非常復雜的反應過程，有關其機理的研究僅限于煤的熱解，而對于有機固體廢物熱解的研究相對較少。固體廢物熱解反應過程包括大分子鍵斷裂、異構化和小分子的聚合等反應過程，這一過程可以用下式來表示：

其中：氣體包括H₂、CH₄、CO、CO₂、NH₃、H₂S、HCN、H₂O、SO₂等；有機液體包括有機酸、芳烴、焦油、煤油、醇、醛類等；固體包括炭黑、爐渣等。

熱解的實質是加熱有機大分子，使之裂解成小分子析出。在這個過程中，不同的溫度區間所進行的反應不同，產物的組成也不同，有機物的成分不同，整個熱解過程的開始溫度也不同。例如纖維素開始熱解的溫度在180～200℃。

有機物的熱穩定性取決于組成分子的各原子的結合鍵的形成及鍵能的大小，鍵能大的難斷裂，其熱穩定性高；鍵能小的易分解，其熱穩定性低。熱解產物的產率取決于原料的化學結構、物理形態和熱解的溫度和速率。例如，纖維素的熱解過程可表示為：

固體廢物熱解能否得到高能量產物，取決于原料中氫轉化為可燃氣體與水的比例。

2.2.2　熱解主要流程與特點

熱解反應主要流程如圖2-5所示。

垃圾的熱解和焚燒是兩個完全不同的過程，其區別主要體現在三個方面。第一，焚燒的產物主要是CO₂和H₂O，而熱解的產物主要是可燃的低分子化合物，氣態的有CH₄、CO、H₂，還有液態的甲醇、丙酮、乙酸、乙醛等有機物及焦油、溶劑油等，以及固態的焦炭或炭黑等。第二，焚燒是一個放熱過程，而熱解需要吸收大量的熱。第三，焚燒產生的熱量，最大的可用于發電，最小的只可作熱源或產生蒸汽，適于就近利用；而熱解的產物是燃料油及燃料氣，便于貯存和遠距離輸送。

與焚燒法相比，熱解法有以下優點。

（1）熱解過程可以將固體廢物中的有機物部分轉化為以燃氣、燃油和炭黑為主的資源性能源，經濟性好。

（2）生成的氣或油能在低過?？諝庀禂禇l件下燃燒，因此廢氣量較少，減少了對大氣的二次污染。

（3）廢物中的硫和重金屬等有害成分大部分被固定在炭黑中，可從中回收重金屬。

（4）NO_x、SO_x、HCl等物質產生量少。

（5）由于保持還原條件，Cr³⁺不會轉化為Cr⁶⁺。

（6）能處理不適于焚燒的難處理物，如有毒有害的醫療垃圾的熱解處理。

（7）殘渣腐敗性有機物量少，能防止填埋場公害。

（8）熱解操作簡便安全（一次性進料、一次性除渣），焚燒過程便于控制（熱解速率、焚燒速率均可控制），將廢物的熱量進行兩級分配，提高了二次燃燒的溫度，節省了燃料。