污泥低温热解技术的应用及发展

热解技术应用于工业生产已有很长的历史，最早应用于煤的干馏而得到焦炭产品。20世纪70年代，世界性石油危机对工业化国家经济的冲击，使得人们逐渐认识到开发再生能源的重要性，热解技术开始用于固体废物资源化处理。

最早开展固体废物热解技术的国家是美国。1970年，美国将《固体废物法》改为《资源再生法》，这标志着热解技术作为城市污泥和垃圾中回收燃料气和燃料油等贮存性能源的再生能源新技术的研究开发得到大力推进。20世纪80年代，美国能源部又推出一套技术开发计划，主要是对固体废物实施资源和能源再利用。

世界最早开发城市污泥和垃圾焚烧技术并将焚烧余热广泛用于发电和区域性集中供热的地区是欧洲。为了减少焚烧造成二次污染，根据处理的对象的种类、反应器的类型和运行条件对热解处理系统进行分类，实施垃圾分类收集与预处理，研究不同条件下反应产物的性质和组成，尤其重视各种系统运行特点和问题。以城市污泥为对象的热解主要生成气体产物，伴生的油类凝聚物通过后续的反应器进一步裂解，也有一些系统将热解产物直接燃烧产生蒸汽。

日本对污泥热解技术的研究是从1973年开始的，在众多热解技术系统中，新日铁的城市污泥与垃圾热解熔融技术最早得到实用化。1979年8月在釜石市建成了两座处理能力50t/d的设备，1980年2月在茨木市建成了3座150t/d的移动床竖式炉，迄今已连续运行20多年，1996年又在该市兴建二期工程，该系统是将热解和熔融一体化的设备，通过控制炉温，使城市污泥或垃圾在同一炉体内完成干燥、热解、燃烧和熔融。干燥段温度约为300℃，热解段温度为300～1000℃，熔融段温度为1700～1800℃。城市污泥经过干燥阶段蒸发掉多余的水分后迅速进入热解阶段，控制炉内的条件，使其处于缺氧状态，将垃圾中的有机成分热解转化为可燃性的气体，将产生的可燃性的气体导入二燃室进行进一步的燃烧，产生的热量用来进行发电。在此阶段固定相中的炭黑产生的热量远远不能满足灰渣熔融所需的热量，还需要通过添加焦炭来保证燃烧熔融阶段的温度。灰渣经过熔融阶段转化成玻璃体，致使污泥的体积大大减少，同时重金属等有害成分被完全固定在固相中，可以直接被填埋或者作为建材来利用。日本开发的部分固体废物热解技术见表1。

纵观国际上早期对热解技术的开发过程，其目的主要集中在两个方面：一个是以美国为代表的，以回收贮存性能源（燃料气、燃料油和炭黑）为目的；另一个是以日本为代表的，减少焚烧造成的二次污染和需要填埋处置的废物量，以无公害型处理系统的开发为目的。

在传统热解工艺的基础上，近年来又开发了催化热解技术及微波热解技术，但这些技术目前还处于实验室研究阶段。污泥热解过程中加入钠、钾、钙等的化合物作催化剂后，不仅可以加快污泥中有机物的分解速度，而且可以改善热解油的性能，为后续利用创造条件。与传统电加热及燃气加热热解工艺相比，微波热解所用的时间更短，且生成的液态油中氧、脂肪类物质含量较高，经检测油中不含有分子量较大的芳香族有害物质。

根据国外的经验，污泥热解技术的投资成本和运行维护成本均比较高，工业处理项目还很少。在澳大利亚，投资成本为每吨污泥1000～2000澳元，运行和维护成本为100～150澳元。另外，油化处理效率与污泥种类和性质等因素有关，油化过程所需要的操作条件比较繁琐，需要考虑诸多因素，例如，反应温度、反应时间、反应压力、催化剂种类、催化剂添加量等。污泥热解技术的社会效益和环境效益比较客观合理，可以充分回收其中的可以贮藏的液体燃油，可以获得700kW·h/t的纯能量，能够破坏有机氯化物等有害物质的生成，运输材料负荷较少，占用土地的面积较少，并且能够有效合理地控制重金属的生成和排放。