化工固废处理技术——微波裂解

本篇内容笔者通过一下几点为各位解析了有关化工固废处理技术——微波裂解。

● 技术研究背景

● 技术实施的必要性

● 化工危险废物的处置工艺

● 微波加热的优越性

● 微波裂解装备研发和微波裂解技术

● 化工固废微波裂解处理工艺简介

● 主要装备组成

技术研究背景

化工产业重点发展硝酸、合成氨、化学肥料、氧化铁颜料等基础化工和硝基、胺基系列精细化工及医药、农药、生物化学等主要化工产业。根据资料查询，全国化工产业园投产和在建企业每年可产生约 7750 万吨化学危险废物难以回收利用，其中精(蒸)馏残渣（HW11）5560 万吨、农药废物（HW04）1500 万吨、医药废物（HW02）9000 万吨、染料涂料废物（HW12）1020 万吨、有机溶剂废物（HW06）9000 万吨、其它化学危险废物 200 万吨。由此可见，固体危废急待处理。

危险废物的定义：危险废物是指列入国家危险废物名录或根据国家规定的危险废物鉴定标准和鉴定方法认定的具有危险废物特性特性的废物。危害特性是指腐蚀性、急性毒性、浸出毒性、反应性、污染性等。

1.1固体危险废物的危害

危险废物具有毒性、易燃性、爆炸性、腐蚀性、化学反应性或传染性，会对生态环境和人类健康构成严重危害。危险固体废物的污染不象废水、废气那样敏感直观，因此人们对危险固废的危害认识不足，且对其治理水平也远远落后于对废水、废气的治理。控制危险固废对环境和人类健康的危害，已成为当今世界各国共同面临的一个重大环境问题。世界各国政府对危险废物和其他固体废物的非法转移和安全处置越来越严格。联合国环境规划署于1989 年 3 月通过了《控制危险废物越境转移及其处置的巴塞尔公约》，并于 1992 年生效，我国是《巴塞尔公约》最早缔约国之一。

1.2产生危险废物的行业之分布特点

根据资料显示，基本上我国所有工业在生产中都会有危废的产生，由此可见危废产生的来源非常的广泛。其中化学品制造以及化学原料的生产行业所产生的危废量最为严重，其次是有色金属的冶炼和石油加工及炼焦行业。从总体上看，化工行业的废物产量占据了全国总量的一半以上还要多，这足以表明，在我国化工以及石油行业。冶炼加工业是危废的主要来源。

1.3化工行业产生固废的原因

1 在生产中，需要对原料除杂；

2 由于产品质量的需要，需对反应中的副产品进行分离和除去；

3 无机化工大部分采用沉淀法，产生的废渣多为无机性废渣。而有机化工产生的多为 液体及浆料性质。

1.4化工固废的特点

1 产生量大，化工固体废物的产生量一般为 0.1－0.3T/T,最多可达 8—12T/T;

2 危险废物的种类多，有毒物质含量高，危害大。如铬渣致癌，氰渣直接中毒等；

3 再资源化潜力大，化工废渣一般为未反应的原料或者反应过程中产生的副产品。

技术实施的必要性

目前还没有一个符合国家规范的专业的危险废物集中处置设施，上述不能回收综合利用的化学废物暂时处于一种自行分散处置状态，处置方式为简单贮存（暂时办法）、简易焚烧、外运焚烧、或直接排放，部分化学废弃物直接混入生活垃圾，这些都存在严重地环境安全隐患，威胁着人民身体健康，同时也影响到当地的投资环境和今后的可持续发展，也不符合国家有关污染环境防治，促进危险废物处置产业化的精神。

全国大多数化工园及周边地区尚未建有危险废弃物集中处置中心，这些化学危废中含有大量的有害有毒物质，暂时处于一种自行分散处置状态，很难控制与管理，难以确保达到国家环境保护标准和操作规范，对环境安全和人民健康有很大威胁，也不符合国家化工产业园区发展规划确定的集中治理“三废”排放的发展目标。因此，建设一个专业的化学废弃物集中处置中心已是迫在眉睫。

化工危险废物的处置工艺

3.1危险废物处理处置的基本原则

危险废物污染防治技术政策的基本原则是危险废物的减量化、资源化和无害化。尽可能防止和减少危险废物的产生；对产生的危险废物尽可能通过回收利用，减少危险废物处理处置量；不能回收利用和资源化的危险废物应进行安全处置；安全填埋为危险废物的最终处置手段。

3.2危险废物无害化处置定义

是指对无利用价值的危险废物的最终处置，如将危险废物焚烧和用其他改变危险废物的物理、化学、生物特性，达到减少已产生的固体废物数量、缩小固体废物体积、减少或者消除其危险成份，或者将固体废物最终置于符合环境保护规定要求的填埋场，应在严格的管理控制下，按照特定要求进行，实现无害于环境的安全处置。

3.3危险废物处置常用方法概述

3.3.1 预处理方法

对于固体废物（废渣），常见的预处理有三种：

（1）压实。 用物理的手段提高固体废物的聚集程度，减少其容积，以便于运输和后续处理，主要设备为压实机。

（2）破碎。 用机械方法破坏固体废物内部的聚合力，减少颗粒尺寸，为后续处理提供合适的固相粒度。

（3）分选。 根据固体废物不同的物质性质，在进行最终处理之前，分离出有价值的和有害的成分，实现“废物利用”。

3.3.2 一般物化处理方法

工业生产产生的某些含油、含酸、含碱或重金属的废液，均不宜直接燃烧或填埋，要通过简单的物理化学法处理。经处理后水溶液可以回收再利用，有机溶剂可以做焚烧的辅助燃料，浓缩物或沉淀物则可送去填埋或焚烧。因此物理化学方法也是综合利用或预处理过程。

3.3.3 安全填埋法

安全填埋法是一种把危险废物放置或贮存在环境中，使其与环境隔绝的处置方法。也是对其经过各种方式的处理之后所采取的最终处置措施，目的是割断废物与环境的联系，使其不再对环境和人体健康造成危害。所以，是否能阻断废物和环境的联系便是填埋处置成功与否的关键，也是安全填埋潜在风险的所在。

3.3.4 焚烧处理方法

焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定的过剩空气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化分解反应，废物中的有毒有害物质在高温中氧化、热解而被破坏。焚烧处置的特点是可以实现无害化、减量化、资源化。但是容易产生二恶英、呋喃、重金属、酸性气体、烟尘等有害二次污染物。

3.3.5 微波裂解法

区别于焚烧，微波裂解技术是在在无氧或缺氧条件下，利用热能将大分子量的有机物裂解为分子量相对较小的易于处理的化合物或燃烧气体、油和炭黑等有机物。微波热解法和焚烧法是两个完全不同的过程，焚烧是一个放热过程，而裂解需要吸收大量热量。焚烧的主要产物是二氧化碳和水，而裂解的主要产物是可燃的低分子化合物。

3.4处置工艺的对比

化工废物处置方法对比表

从几种危险废物处置方法来看：安全填埋法投资低，操作简单，填埋费用低，但存在很大后患，有害物质容易泄漏，造成环境污染，一旦衬层系统失效，就会对周围环境和公众造成长期持续的威胁，并且填埋场占用大量土地，带来土地资源浪费；微波热解法符合危险废物污染防治技术政策要求的危险废物的减量化、资源化和无害化的总原则，经处置的危险废弃物残渣体积可减少 90%以上，重量可减少 80%以上，通过改善工况，可以抑制二次污染物的产生，经过严格尾气净化措施，可确保二恶英、呋喃、重金属、酸性气体、烟尘等有害二次污染物得到高效净化，同时具有占地少，可资源化（供电、供热、供汽），但前期投入费用较高，运行成本和运行技术较大。

微波加热的优越性

1）加热速度快

常规加热均为外部加热，是利用热传导、对流、热辐射将热量首先传递给被加热物料的表面，再通过热传导逐步使中心温度升高，需要一定的热传导时间才能使中心部位达到所需温度。微波加热则属于内部加热。电磁能直接作用于介质分子转换成热能，且透射使介质内外同时受热，不需要热传导，故可在短时间内达到均匀加热。

2）加热均匀

用外部加热方式加热时，为提高加热速度，需升高外部温度，加大温差梯度，容易产生外焦内生现象。微波加热是电磁场中由介质损耗引起的体积加热，在电磁场作用下，分子运动由原来杂乱无章的状态变成有序的高频振动，分子动能转变成热能，达到均匀加热的目的，因此微波加热又称为无温度梯度的“体加热”。

3）穿透能力强，能量利用效率高

穿透能力就是电磁波穿透到介质内部的能力。电磁波的穿透深度和波长是同一数量级，除了较大的物体外，微波可以直接穿透进入物料内部，对物料内外均衡加热。能量利用效率很高，物质升温非常快。

4）选择性加热

由于物质吸收微波能的能力取决于自身的介电特性，因此可对混合物料中的各个组分进行选择性加热。一般说介电常数大的介质很容易用微波加热，介电常数太小的介质就很难用微波加热。

5）催化性

固废的裂解是一种由高分子裂解成小分子的裂解反应，微波对高分子裂解有明显的催化作用，所以微波很适用于化工固废的裂解。

6）节能高效

微波加热时，被加热物料一般都是放在用金属制成的加热室内，电磁波不能外泄，只能被加热物体吸收，加热室内的空气与相应的容器都不会被加热，所以热效率高，生产环境也明显改善。

7）清洁卫生环保

一般工业加热设备比较大，占地多，周围环境温度也比较高，操作工人劳动条件差，强度大。而微波加热设备占地面积小，避免了环境高温，工人的劳动环境得到了大大的改善。微波本身不产生任何污染物，有利于环境保护。

8）易于控制

微波功率的控制是由开关、旋钮调节，即开即用，热惯性极小，可以实现温度升降的快速控制，控制精度高，有利于连续生产、自动化控制。

综上所述，微波加热技术具有加热速度快、有选择性、有催化性、加热源与加热材料不直接接触，易于自动控制、节约能源等特点。

微波裂解装备研发和微波裂解技术

本公司根据裂解工艺的需要，研发了适用于高温、高腐蚀、还原气氛、微正压环境中连续运行的微波裂解炉；研究了有机质的微波裂解过程，开发了整套有机质微波裂解工艺；研发设计了先进的能量及物料循环利用系统。

化工固废微波裂解处理工艺简介

化工固废危废的处理系统以微波能热裂解为核心的处置装备主要是对其进行减量化、无害化和资源利用处理。

微波热裂解模仿自然界石油，煤炭、天然气的形成过程，建立还原的逆反应过程。在适应反应温度、时间、键激活和还原环境条件下，使各类有机物质大分子裂解转化成基本小分子；在无氧、还原剂的条件下，实现将生物质从“碳水”转化成“碳氢”的工程化的突变。通过热裂解，可以将化工固废中的有机质最终分解为碳化物、水蒸气、可燃气体和少量灰分。除极少量灰分需要处置外，其余产物均可减量无害化和回收利用。

6.1

6.1.1 初步脱水

依照对基础含水率的不同，先进行化工固废的机械脱水预处理，使其含水率在 20%以下，因机械脱水法工艺稳定、设备简单，投资低，成本也不高但难以脱水彻底。

6.1.2 深度脱水

为了减少能耗，对含水 20%的固废、污泥再进行二次脱水，使其含水在 5%以下。此时可采用微波干燥或微波/热风混合干燥法。

6.2微波热裂解阶段

微波热裂解阶段的目的是完全裂解掉深度脱水后的化工固废、污泥，主要产物有裂解气（含水蒸气）、碳化物及少量的灰分。热裂解阶段的热量来源于物质吸收微波自身发热引起的温度升高，且依据微波的选择性加热特性和催化效应使固废、污泥中的有机物和无机物产生裂变，达到碳固定和有害物裂解并无害化气化的目的。

裂解产物中有灰分和水蒸气都会被急速产生的裂解气带出。所以还需要配备废气净化处理系统。废气处理系统产生的含尘废水需沉淀分层，上清液回流到污水处理装置，沉淀物需固化处理。裂解后的固体废物其有机质被碳化，可以分离其碳化物使其他物回收利用。

主要装备组成

1、机械脱水装备

2、微波干燥系统

3、微波裂解系统

4、裂解气纯化收集系统

5、固体回收品系统

6、排放气体监测设备