用磁化空气热解技术处理垃圾
内容提供： 虹口区现代制造技术协会
本项目提出一种用于固体有机废物(垃圾)处理的新颖热解技术。在热解炉内通以少量经磁化的空气，使被处理的固体废物中的可燃物及热解产生的可燃产物部份燃烧，所产生的热量使固体废物中的有机物质进行持续热分解.由于磁化空气使被处理物间接磁化，降低了热解所需能量，提高了热解效率，因而热解气化能在350℃的低温下实现，从而基本上避免了二恶英的产生.热解过程无需任何能源，因此，这是一种环保节能的新技术。
背景技术
传统的垃圾处理方式主要有填埋、焚烧等.填埋会占用大量宝贵的土地资源，同时污染环境（大气、地下水等），因而这种简单处理方式已基本不再采用。与填埋处理相比，垃圾焚烧是一种较好的处理方式。通过焚烧，不仅体积大大减小，还可利用焚烧产生的热量发电、供热，达到能量再利用的目的.所以焚烧技术己经成为当前国内外普遍采用的一种垃圾处理技术。但垃圾直接焚烧还存在很多问题，例如：（1）二次污染问题；垃圾成分中有机物焚烧产生的酸性气体（HCl, HF, NOx等）、剧毒的含氯高分子化合物（统称二恶英类物质）以及含Hg、 Pb的飞灰都会对环境造成污染。（2）焚烧设备损坏问题；垃圾中含氯化合物在炉内形成HCl等腐蚀性气体，在300oC以上即会严重腐蚀炉内金属部件。（3）垃圾成分复杂，各种不同成分有不同的密度、形状、化学性质、着火及燃烧特性，它们在焚烧炉内呈现不同的燃烧性状，因而难以控制燃烧过程.为了克服垃圾焚烧技术的上述缺点，作为垃圾焚烧替代技术的垃圾热解技术得到了开发和应用。实际上，热解技术应用于工业化已有很长的历史，最早应用于木材和煤的干馏，用以产生木炭和焦炭等产品，随着该技术应用的发展，热解还被用于重油和煤炭的气化。
热解（Pyrolysis）又称干馏、热分解或炭化，是指有机物在无氧或缺氧的状态下加热，使之分解的过程。即热解是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧的条件下，利用热能使化合物的化合键断裂，由大分子量的有机物转化为小分子量的可燃气体、液体燃料和焦炭的过程。热解和焚烧的相似之处是两者都是热化学转化过程.但它们又是完全不同的两种过程.主要区别为：（1）焚烧的产物主要是CO2和H2O, 而热解产物主要是可燃的低分子化合物, 气态的有H2、CH4、CO; 液态的有甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等；固态的主要有焦炭或炭黑。（2）焚烧是固体废物中的主要可燃物质碳和氢的氧化反应, 是一个放热过程，而热解则是一个吸热过程，需要吸收大量的热量来使有机化合物分解。（3）焚烧祗能将产生的热量用来发电或供热，而热解的产物是燃料气及燃料油可再生利用，且易于贮存和运输。
本发明“用于固体废物处理的磁化空气热解炉”是一种基于气化热解原理的热解装置.
本项目的目的在于提供一种新颖的用于固体废物处理的热解装置，它由炉体、脱臭筒、空气导入系统以及电气控制箱四部份组成。固体废物从炉体的投入口投入到处理室，风机将空气经磁化器导入炉体。固体废物中的可燃物（如纸品、板材、木屑等）经引燃后，在进入炉体的磁化空气作用下燃烧，使炉体升温，在处理室中，固体废物中的可燃物以及部分热解产生的可燃产物置于还原性气氛中，进行部份燃烧，放出热量。利用此热量使固体废物中的有机物完全热解气化。由于没有像直火型焚烧炉中的搅拌作用，因而产生的飞灰很少。热解的气化产物和少量飞灰经脱臭筒中的铂催化吸附作用，从而使从烟道排出的气体中灰尘极其有限，因而无需特别添置除尘装置，也足以满足最严格的灰尘排放的有关法规。这里用铂催化剂的催化作用来净化气体污染物, 其原理是将废气中的有害物质转化为无害物质或易于去除的物质。此法的优点是无须将有害气体与主气流分离而直接将有害气体转化为无害物，这既可避免二次污染，又简化了操作过程。这里，在脱臭筒中，废气经加热后在铂催化剂的作用下，发生催化燃烧反应，热解产生的一氧化碳和多种碳氢化合物反应生成二氧化碳和水：（ CO+HC=CO2+H2O）。从脱臭筒排出的气体完成了净化作用。热解后的有机物残渣以及固体废物中的非燃物（如玻璃、金属、陶瓷等）一起从炉体下部排出口7排出。为了提高固体废物中H2的比例，提高气体产物的热值，在炉体中设有水蒸气产生器17产生一定量的水蒸气，使固体废物中的碳与水蒸气发生水煤气反应，生成CO和H2 以及少量CO2, 从而提高热解效率。由于此过热蒸汽产生器位于处理室上部， 从而使投入处理室的固体废物的上部也能产生热解反应。在这里，CH4，H2，CO可作为还原剂与NOX进行催化还原反应，清除有害的酸性气体NOX。本装置的关键要点在于引入炉体的空气经磁化器12受到磁化作用所产生的效果。我们知道，氧气虽然是具有偶数电子的分子，但仍有稳定的固有磁矩，是一种磁化率很大的顺磁性物质。 当外磁场为零时，由于热温度的作用，使分子磁矩无规则地取向。在外磁场作用下，分子磁矩将随外磁场取向，分子极性趋于与外磁场平行并使磁场增强，因而经磁化器12磁化了的空气中的氧气的活化能大大提高。这样，进入炉体的空气的量可以少到如不经磁化就无法维持部份燃烧的程度，而经磁化后却可以维持稳定的部份燃烧。减少燃烧垃圾所使用的空气量，就可以减少因燃烧而产生的燃烧气体，从而减少燃烧尘埃。更有甚者，经过特殊处理的、进入处理室的磁化空气还能使被处理的固体废物间接受到磁化，在磁能的作用下，被处理的固体废物中有机组份中的分子间内聚力减小，因而提高了热解的效果。另外，由于引入的空气量很小，因而处理室内在正常稳定的热解过程中保特较低的热解温度，约350℃。我们知道，焚烧热解的热化学反应中，二恶英产生的浓度与反应温度有关。反应温度在700℃ – 850℃之间时，二恶英产生的浓度最大。因而本装置由于采用磁化空气使气化热解在350℃的低温下进行，从而基本上消除了二恶英的产生。.此乃本装置有别于任何传统热解装置的又一个优点。与之相比，在常规的热解技术中，热解温度为45℃到750℃。
磁化器12中装着具有强磁场的永久磁铁，永久磁铁可采用性价比好的铁氧体，也可采用阿尔尼科磁铁、稀土类磁铁等硬磁材料。在空气通道周围安放相互间独立的复数磁铁。这样，每块磁铁都可以对空气产生磁化作用，从而可以达到更好的磁化效果。
热解装置描述
1 中小型磁化空气热解装置
此类热解炉的处理物容量在0.5吨到10吨之间, 可用于企业、宾馆、居民小区、医院、学校、运动场、博览会等的垃圾就地减容处理。垃圾热解产物不作再生利用。作为一种环保节能装置，可将固体废物的体积经3–4小时缩至1/100；6–8小时缩至1/300；30小时可缩至1/3000 – 1/5000。可随时投料。
2 大型磁化空气热解装置
大型磁化空气热解装置的处理物容量在数十吨以上，代替垃圾焚烧炉用于城市级垃圾处理。随着人类社会的发展，城市垃圾的成分中，无机物成分变少，有机物成分增多，因而热解技术用于固体废物的资源化处理，并制造再生燃料，无疑成为一种很有前途的固体废物处理方法。大型磁化空气热解装置的采用不再是简单地处理消除垃圾，同时也着眼于城市垃圾中能源和其它资源的再生利用，达到环保、节能、资源再生循环应用的综合效果。
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