[发明专利]使用微波辅助热解就地转化含碳资源的热解装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种废弃物的资源化利用设备，具体涉及一种使用微波辅助热解就地转化含碳资源的热解装置。本发明还涉及一种使用微波辅助热解就地转化含碳资源的方法。

背景技术

热解技术是含碳资源热化学转化方式中的一种，同时也是各种气化和燃烧技术中的起始步骤，因而有关热解的研究在过去几十年里受到了全世界广泛的关注。热解是指在隔绝氧气或有少量氧气的条件下，通过控制加热速率、产物停留时间及裂解温度(200～800℃)，使含碳资源中的有机高聚物分子断裂为短链分子，最终生成热解炭、热解焦油(亦即初级油)和不可冷凝气体的过程。一般，低温低速热解产物以热解炭为主；高温快速热解产物以不可冷凝气体为主；中温闪速热解产物中热解焦油的含量较高，适宜热解温度控制在350～650℃。热解焦油为棕黑色黏性液体，热值达20～22MJ/kg，产率可达到50～70％。为了最大限度获得液体产品，需要控制反应条件，使热解炭和不可冷凝气体降至最低限度。近年来发展起来的快速热解技术能够将低品位的含碳物质(热值大约为12～15MJ/kg)转化成易储存、易运输、能量密度高的燃料油。该技术具有明显的优点：1、热解产物为燃气、热解焦油和热解炭(即半焦)，各产物收率可以根据不同的需要加以调控；2、可以简化污染控制，热解原料在无氧或缺氧条件下时，NOx、SOx等污染物排放少，而且热解烟气中灰量小；3、含碳物质中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在焦炭中，可以从中回收金属，进一步减少环境污染；4、可以处理不适于焚烧的物质，如有毒有害医疗垃圾等。

微波加热具有无需传热、内外同时加热、没有热传递过程的散热损失等特点，与传统加热方式相比，微波加热的选择性强、热效率更高。因此，在生活垃圾、高湿含量褐煤或藻泥的处理过程中，可以采用微波加热来代替传统加热方式使其脱水和干燥。有研究表明，微波加热可用于机械脱水后的污水污泥处理，而且效果尤为显著。傅大放等报道，将污水厂未经消化的污泥放入微波炉中加热45分钟，直接的效应是污泥的含水率降低。经过机械脱水后的污泥用微波进行干燥，含水率由75％降低至50％以下，处理成本低，而且时间短，设备简单。因此，将微波加热用于对污泥的干燥处理，在技术上是可行的。经济上与传统方法也有可比性，利用微波加热处理机械脱水后的污水污泥，不但可以实现污泥农肥化、袋装化，而且也为污水厂污泥的资源化利用探索出便捷、高效的新途径。

目前常用的处理污水中有机污染物的方法是活性炭吸附法，但吸附在活性炭表面的有机物却难以处理。而微波辐射能够有效解吸活性炭表面的有机物，使活性炭再生并有利于有机物的消解和回收再利用。有研究表明，利用微波加热解吸可以消解污水中的有机物。如G.Chih等采用低能度的微波辐射，可以对污水中及附在粒状活性炭表面的有机毒物三氯乙烯、二甲苯、萘以及碳氢化合物等进行解吸和消解，其最终分解率达100％，处理后的水质能够长期保持稳定。此外，微波加热解吸还可回收有机物。如A.Hamer和P.A.Puschner研制了一种固定床式的微波加热解吸装置，用该装置能够从活性炭高分子和沸石中解吸回收乙醇和有机脂。因此，采用微波解吸处理污水中的有机物，不仅可以消解有机物，还可以获得高质量的回收产物。

微波加热是利用介质的介电损耗而发热，在极短的时间内使介质分子达到极化状态，加剧分子的运行与碰撞。由于电磁能量是以波的形式辐射到介质内部，内外同时加热，加热无滞后效应，体系受热均匀，因此利用微波加热可以合成某些分子量均匀的物质。由于加热无滞后效应，可以大大加快反应速度，缩短反应周期。据报道，李万捷等利用微波辐射制备聚丙烯酰胺(PAM)，即采用微波加热丙烯酰胺溶液，只需5分钟就可合成PAM，而且PAM对洗煤废水的处理效果与常规加热方式相比，煤粉微粒的絮凝吸附能力强，絮团沉降速度快，清水回收率高，利用微波辐射法制备PAM絮凝剂，不仅时间短、效率高、反应灵敏，而且加热均匀，分子量分布均一，对洗煤废水的处理效果好。因此，通过微波加热可以替代常规加热方式来制备污水处理所需的有机絮凝剂。

采用微波技术能够用废物制备活性炭。据报道，利用微波内部加热，在微波辐照下用氯化锌法(将废物锯末及烤胶废料分别与氯化锌溶液混合浸渍12小时)，只需8分钟就可生产出锯末活性炭及烤胶废料活性炭，其操作性能、吸附容量超过市售一级活性炭，比工业用活性炭更加优越。微波辐照下用氯化锌法生产活性炭，解决了传统氯化锌法的热能利用率低、劳动强度大的问题，具有节能快速、加热易控制、产物性能好等优点。因此，采用微波技术可以高效地用废物制取活性炭，变废为宝。