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01熱解是新一代清潔技術

關于熱解的誤解，在其名稱、定義方面就有集中體現：很多人將熱解、氣化、碳化、焦化等概念混淆，而實際上，它們的過程條件、產物及排放情況相差甚遠。

根據科學定義區分：碳化是不完全熱解的過程，產物以炭為主；氣化的產物是可燃氣體，熱解氣熱值800-1200大卡/m3，過程會有污染氣體的產生。而熱解技術是指在隔絕空氣的條件下，利用熱能切斷生物質大分子中的化學鍵，使之成為低分子的物質，熱解氣熱值3000大卡/m3以上。

因此，“清潔”是熱解技術的重要特征，主要體現在三個方面：

首先，排放的煙氣量少。根據排放標準，固體（煤）燃燒過量空氣系數為1.8，燃油或燃氣燃燒的過量系數為1.2，熱解產生的氣體為燃料產生的煙氣量僅為固廢直接燃燒煙氣量的1/2～2/3。

其次，大氣污染因子少。熱解氣化產生的氣體為燃料排放的大氣霧霾煙塵、SO2、NOx、重金屬等危害因子比固廢直接燃燒少1/2以上。

另外，抑制或分解二噁英。熱解區的無氧環境抑制二噁英的合成，可燃氣燃燒區無金屬催化媒介及高溫（>850 ℃）抑制產生或分解原物料存在的二噁英。

最后，減少溫室氣體排放，將生物質碳轉為生物炭中的碳，50%的碳可被封存。

因上述特點，熱解技術被美國EPA認為是第三代廢物處理技術。

但在實際應用中，從上世紀末到本世紀初，大城市由于大氣污染的壓力，一方面開始減少煤的焚燒，在城區大氣污染控制區域，出現了逢燒必限的局面。另一方面，受焚燒的牽連，熱解工藝被誤認為也存在二噁英的排放，從而大多受到限批的待遇。

實際上，這一問題也有其解決方案：可將煤粉（或生物質）與污泥混合，先熱解再燃燒熱解氣的清潔燃氣焚燒，可以避免直接燃煤焚燒。

02熱解是重大共性技術

熱解工藝作為一項重大共性技術，在工業化領域已具有悠長的發展應用歷史，最早應用于煤的干餾，所得到的焦炭產品主要用于冶煉鋼鐵的燃料。隨著現代化工業的發展，該技術的應用范圍逐漸得到擴大，被用于重油和煤炭的氣化。由于世界性石油危機對工業化國家經濟的沖擊，20世紀70年代起，全球開始探索熱解在固度處理領域的應用，包括污泥熱解、小型生活垃圾熱解、油泥等危廢的無害化處理處置、生物發酵菌渣資源化、高鹽高濃度廢水（危廢）處理、餐廚垃圾分選輕物質處理、醫廢（危廢）處理等。

可以說，熱解技術在環境領域有著較為廣闊的應用范圍，是覆蓋多個領域的重大共性技術。

自2008年開始，我們專門成立一個團隊，針對熱解氣化在環境領域的應用開展不斷研究與探索。十幾年來，團隊沿著內熱、外熱兩條技術路線，在多個細分領域推廣應用熱解技術，包括污泥熱解、油泥等危廢的無害化處理處置、高鹽高濃度廢水（危廢）處理、餐廚垃圾分選輕物質處理、農業生物質多聯產等。處理規模跨度較大，從小型焚燒爐到上百噸的大型項目兼而有之。

03污泥熱解面臨問題及解決方案

目前，國內也有一些污泥處理項目中用到熱解工藝。國內也有應用包括武漢湯遜湖污泥項目、青島即墨污泥處置中心項目等。其中，部分項目運行過程出現一些問題，導致外界對于熱解工藝評價降低，進而影響工藝的產業化推廣。

實際上，大多項目中出現的運營問題，原因在于對熱解工藝原理、過程控制、細節參數等了解不足。以最常見的兩個問題——焦油及規模放大為例，我們來探討下問題的正確解決方法。

中溫熱解焦油問題

熱解過程的產液最佳溫度是500℃左右，產氣最佳溫度則在800℃以上。引出氣體過程溫度控制不當，就容易在管道產生液體焦油，造成設備堵塞。因此，焦油問題一直是熱解技術的重大瓶頸。我們專門去日本考察了相關設備，當時日本廠家的工程師認為：“熱解后的管道一定要短，長了容易堵塞。”

設備單體規模放大問題

熱解技術適用于中小型應用場景。國際上，幾十噸的項目即是大型項目。而在我國，幾乎任何一個城市都是幾百噸的污泥產量，相關項目動輒上千噸，在廣東甚至有了4000噸/日的污泥處理項目。因此，很多國內的中小型場景對于國際來說都稱得上“大型”。設備的最大單體規模，決定了其應用定位。

外熱式反應器以筒狀為主，放大的受限因素是換熱面積，要想將其單體規模放大，要么增加直徑、要么增加軸長以增加污泥的接觸面積。然而，直徑過大會導致設備內的物料受熱不充分，達不到氣化溫度要求；若增加軸長，高溫又會使軸受熱變形。而若采用多級形式，設備又會太高。因此，目前外熱式反應器的最大單體規模僅有100噸，難以突破。

解決方案

我們將反應器設計思路從外熱式轉向內熱式。內熱式反應器的單體規模由邊長決定，且污泥發生熱解是通過熱解氣燃燒輻射加熱，因而矩形斷面沒有放大限制。

綜合以上思路，我們與日本開展了技術合作，通過開發內熱式熱解新設備，一舉解決了多項問題：

· 污泥區溫度400-500℃，氣體區溫度850-950℃，沒有液體焦油產生；

· 污泥發生熱解是通過熱解氣燃燒輻射加熱，矩形斷面沒有放大限制。

04熱解產品的應用場景（以活性炭在污水處理中應用為例）

在清潔處理各類固體廢物之外，熱解技術更有其資源化屬性：可將有機質變為清潔燃氣；可用于稻殼、玉米秸稈等生物質的生物炭制備，以及活性炭的再生利用等領域。

熱解產物之一——活性炭，鏈接著一個隱性廣袤市場。近幾年我國活性炭平均價格整體呈現上漲態勢，每年有150—160億噸產能，其中有60億噸銷往國外，單價約8000-10000元/噸。其中，活性炭50%以上用在環保市場。污水、飲用水、大氣除臭等。因此，將熱解用于生物質碳化以制備活性炭，有其天然優勢。

利用熱解，還可實現活性炭再生。比如，用于活性炭再生的多段爐工藝分為干燥、熱解、活化三個階段，通過多段再生工藝，原是危廢屬性的廢棄活性炭可實現再生，并徹底解決衍生危廢問題，每噸飽和活性炭吸附的有機物再生過程還可產生0.1噸蒸汽。

活性炭在污水處理中也有著廣泛應用空間。在水處理領域，至少有四大污種的處理工藝與活性炭密切相關：一是高濃度污水中難降解有機物的吸附；二是采用芬頓塔的中高濃度廢水處理中，會產生大量化工廢水污泥（危廢），需要用熱解技術來解決；三是投料活性污泥工藝中，需要在PACT生化池中投加活性炭，起到加強生化系統處理效果的作用；四是新興污染物的處理，吸附其中的污染物。這四種工藝，衍生出很多應用場景，為熱解工藝及其主要產品的應用打開了空間。

如在環興機械與清控公司合作的某個高鹽高濃度廢水（危廢）處理項目中，廢水來自染料化工企業，高鹽、高COD，B/C比極低，污水的可生化性差，幾乎無法采用傳統物化和生化的方法，因此采用活性炭吸附的方法去除COD，活性炭可以在吸附后再生。目前，該項目中的活性炭再生系統處理量為30噸/天（以進料折干計），從最終效果來看，活性炭再生的炭損率控制在6.6%左右，低于設計要求（8%）。此外，如果不進行再生，使用后的活性炭將作為危廢處理，僅危廢處理費一項，該系統就節約了1.5億/年。

在中低濃度難降解廢水污泥處理方面也有著成功案例。在某個難降解染料行業廢水處理系統中，剩余污泥及芬頓污泥脫水后，泥餅干化儲存，該種污泥屬于化工企業固體危險廢物，采用回轉窯工藝會帶來結垢、腐蝕等問題。北京聯合環境采用內熱式熱解工藝解決了該問題，污泥經過熱解后形成了還原為單質鐵、四氧化三鐵等磁性物質，易分離和實現資源化，能夠有效降低芬頓工藝成本。該工藝還在江蘇、浙江多個危廢污泥中得到了應用。

綜合來看，對于固廢行業來說，熱解技術是覆蓋多個細分領域的重大共性技術，具有清潔、資源化等諸多屬性。盡管當前存在諸多誤解、誤讀、誤用，但其應用效果及潛能正在被不斷驗證，增強了我們對技術未來的信心。期待熱解能夠進一步突破現有局限，實現更廣泛的產業化應用。

編輯： 李丹