摘要：文章介紹了城市有機垃圾的構(gòu)成及危害。根據(jù)目前城市有機垃圾處理的主要方法和發(fā)展現(xiàn)狀，提出了運用煉焦工藝處理中國城市有機垃圾的新思路。論述了煉焦工藝處理城市有機垃的技術(shù)原理和可行性，為合理、有效地處理城市有機垃圾提供了一條新的途徑。

關(guān)鍵詞：城市有機垃圾  煉焦工藝  有機垃圾

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人口的增長，垃圾污染已經(jīng)成為我國城市環(huán)境衛(wèi)生面臨的緊迫問題。目前我國城市生活垃圾正以每年10%的速度增長，估計到2010年日產(chǎn)量為60～70萬ｔ，年產(chǎn)量為25200萬ｔ[1]，其中以北京、上海、廣州等城市尤為嚴(yán)重。由于受到時間和空間、城市的規(guī)模、居民生活習(xí)慣和生活水平等方面的影響，各個城市的生活垃圾各成分所占的比例有所差別。中、小城市的生活垃圾中的有機物含量為20%左右，而北京、上海等大城市的生活垃圾中有機物含量則高達(dá)40%以上[2]。城市有機垃圾由于其自身的穩(wěn)定性而長期存在，對環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重污染，因而尋求合理的辦法處理城市有機垃圾已迫在眉睫。

本文根據(jù)我國國情，通過分析國內(nèi)外城市有機垃圾處理的方法，重點分析城市有機垃圾的熱力處理法，并結(jié)合煉焦工藝在處理廢塑料、廢橡膠、生物質(zhì)等方面的應(yīng)用，提出了運用煉焦工藝處理城市有機垃圾的新思路。

1  城市有機垃圾的構(gòu)成及危害

城市有機垃圾的成分十分復(fù)雜，主要包括食物、紙、塑料、木、布塊、植物、糞便等。隨著生活水平的提高，社會科技的發(fā)展，能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，垃圾構(gòu)成呈有機物比例增加以及灰土等無機物比例減少的趨勢。城市有機垃圾不但占用大量土地，影響城市市容市貌，而且還影響人體健康，破壞生態(tài)環(huán)境。有機垃圾堆放將滋生大量細(xì)菌、病毒，形成疾病傳染源，并可通過蚊蠅傳播；有機垃圾長期堆放會產(chǎn)生毒害性氣體和污水，破壞土壤體系，影響植被生長，嚴(yán)重危及人體健康，破壞生態(tài)平衡。因此，如何處理城市有機垃圾已成為世人關(guān)注的焦點。 

2  城市有機垃圾傳統(tǒng)處理技術(shù)簡介 

世界各國對于城市有機垃圾的處理開展了大量的實驗研究，其中研究較多的方法是填埋、堆肥、熱力處理法。填埋法是一種較為原始的方法，目前研究較多的是衛(wèi)生填埋法，即將城市有機垃圾在選定的適當(dāng)場所填埋使其發(fā)酵的方法。堆肥法主要是利用微生物對有機物進行代謝分解，在高溫下進行無害化處理，并能產(chǎn)生有機肥料的方法。熱力處理法主要有焚燒法和熱解法。焚燒法是有機垃圾經(jīng)過簡單分選處理后，在焚燒爐中充分燃燒，利用其產(chǎn)生的熱能用于發(fā)電、供熱等，其主要局限在于易生成二噁英(Dioxins)等大氣污染物。有機垃圾熱解技術(shù)是利用有機物的熱不穩(wěn)定性，在無氧或缺氧的條件下，加熱使其在高溫下分解，從中提取燃料氣、燃料油、焦油、炭黑等的過程。熱解被認(rèn)為是焚燒的下一代垃圾熱化學(xué)處理技術(shù)，但與焚燒有本質(zhì)的區(qū)別。焚燒是垃圾直接發(fā)生燃燒反應(yīng)放熱，而熱解過程發(fā)生熱裂解反應(yīng)，是一個吸熱反應(yīng)，產(chǎn)生熱值比垃圾更高的燃油和燃?xì)�。熱解將熱能轉(zhuǎn)化為可直接利用的能量形式，可以解決焚燒不穩(wěn)定的缺陷，且NOx、COx、氯化物、二噁英產(chǎn)生相對較少，二次污染小。熱解法與填埋法、堆肥法、焚燒法的比較如表1所示。

由此看來，填埋、堆肥、焚燒作為處理城市有機垃圾的傳統(tǒng)方法雖然已經(jīng)在世界各地廣泛應(yīng)用，技術(shù)相對成熟，但它們都有較大的局限性，而熱解技術(shù)與其他處理方法相比在解決城市有機垃圾污染問題上有明顯的優(yōu)勢, 有望從根本上解決城市有機垃圾污染的問題。傳統(tǒng)的熱解法一般直接對垃圾進行熱解，其工藝流程如圖1所示，垃圾經(jīng)過分選、破碎、烘干等前處理后投入熱解爐進行熱解，產(chǎn)生的煙氣先經(jīng)過凈化處理，然后通過冷卻收集燃油，余下的可燃?xì)怏w可作為液化氣裝罐或通過煤氣管道輸送到用氣單位，固體灰渣分選出金屬、玻璃等有用物質(zhì)后作為建筑材料。

目前關(guān)于城市有機垃圾熱解的研究主要還集中在理論階段，前人通過實驗研究，對垃圾熱解的產(chǎn)物、熱解動力學(xué)等進行了大量研究。Garcia 等[3]把城市有機垃圾的不同有機組分加熱到850 oC熱解發(fā)現(xiàn)可產(chǎn)生煤氣和燃油；Garcia等[4]還應(yīng)用流化床熱解研究了城市生活垃圾的熱解動力學(xué)規(guī)律。Diparimento di Ingegneria Chimca 等[5]通過線性加熱研究了塑料和纖維素的熱解規(guī)律。Wu Chaohsiung等[6]通過實驗發(fā)現(xiàn)，廢紙熱解的產(chǎn)物包括H2、CO、CO2、H2O和碳?xì)浠衔�。前人的研究證明，城市有機垃圾熱分解可產(chǎn)生燃?xì)夂腿加停哂幸欢ǖ睦碚摽尚行浴?

圖1 垃圾熱解一般工藝流程示意圖

3  利用煉焦工藝處理城市有機垃圾的新思路

3.1 傳統(tǒng)熱解法處理城市有機垃圾的局限性

傳統(tǒng)的垃圾熱解法存在著較大的局限性：設(shè)備投資巨大，運行費用極高；產(chǎn)品中焦油成分復(fù)雜，用作化工原料有較大難度；又由于焦油中水分含量多，不易作為燃料油；所得煤氣熱值很低，利用價值不高。由于城市有機垃圾單純熱解存在以上局限，因而單純用熱解法處理城市生活垃圾并不實際可行。

3.2 共焦化技術(shù)在處理廢舊輪胎、廢舊塑料和生物質(zhì)方面的進展

由于廢橡膠、廢塑料、生物質(zhì)與煤存在共同的熱分解區(qū)間，20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)外研究者從塑料、合成塑脂、橡膠輪胎、生物質(zhì)等高分子廢料再利用的角度出發(fā)，進行添加上述廢料與煤共熱解或共焦化研究，以期上述廢料能與煤發(fā)生良好的協(xié)同效應(yīng)，能作為配煤煉焦的粘結(jié)劑，減少煉焦煤的用量，同時能夠獲得焦化副產(chǎn)品煤焦油、煤氣。日本廣炯煉鋼廠將切塊輪胎裝入擠壓機上送入焦?fàn)t后，由爐頂投入煤料，被送入約1000 ℃的焦?fàn)t中，經(jīng)過約20 min，使?fàn)t內(nèi)的輪胎與煤同時干餾，得到焦?fàn)t氣（COG）、輕油、焦油、焦炭，效果理想[7]；Collin等[8]將廢塑料先與煤焦油、瀝青共熱解制得活性瀝青，再將其與煤共焦化，所得焦炭質(zhì)量得到改善；中科院山西煤化所李保慶等[9]將廢塑料與煤均勻混合后煉焦，研究結(jié)果表明，廢塑料與焦煤共焦化的過程中，添加塑料能提高焦油收率，改變了半焦的光學(xué)各向異性組織。周仕學(xué)等[10]將棗莊肥煤與鋸末、廢橡膠輪胎和廢PVC塑料按煤與有機廢棄物比例為30:70混合破碎到粒徑＜3 mm，投入電加熱外熱式回轉(zhuǎn)爐共熱解，得到煤氣、焦油和熱解水。Sharypov等[11～13]將木材、纖維素、水解木質(zhì)素、聚乙烯塑料等按不同比例混合放入旋轉(zhuǎn)高壓釜內(nèi)熱解，發(fā)現(xiàn)油品在400 ℃時析出速度達(dá)到最大值，輕質(zhì)油增加，并發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)和塑料在共熱解過程中存在相互作用。城市有機垃圾和煤由于其化學(xué)組成的相似相容性，在共焦化過程中存在一定的協(xié)同效應(yīng)，在不影響焦炭質(zhì)量的情況下能得到高品位焦油和煤氣，因而利用煉焦工藝處理城市有機垃圾具有可靠的理論基礎(chǔ)。

3.3 煉焦工藝處理城市有機垃圾技術(shù)簡介

利用煉焦工藝處理城市有機垃圾是傳統(tǒng)熱解技術(shù)的延伸，其根本的技術(shù)原理是有機物共熱解，但是又突破了傳統(tǒng)熱解法局限于單一有機物熱解或少數(shù)幾種有機物共熱解的局限，把技術(shù)成熟的煉焦工藝引入到處理城市有機垃圾上來。該工藝也是對煉焦工藝處理廢塑料等單種有機垃圾的發(fā)展，可以大大減少垃圾分選的程序。其基本工藝流程如圖2所示。從城市生活垃圾分選得到廢橡膠、廢塑料、可燃生物質(zhì)等有機垃圾，分別破碎后按一定比例混合，作為添加劑與煉焦配煤進行混合煉焦。其混合方式可以與配煤簡單混合；也可以先與配煤混合制成型煤，再用此型煤與配煤進行混合煉焦等。混合煉焦所得焦炭、焦油、煤氣運用現(xiàn)有焦化技術(shù)即可收集處理。

圖2 煉焦工藝處理城市有機垃圾工藝流程示意圖

 該工藝具有如下特點：

（1）處理規(guī)模較大，工藝簡單，投資較小，建設(shè)期短，無需對傳統(tǒng)焦化工藝進行改造即可投入生產(chǎn)應(yīng)用；無需增加化學(xué)產(chǎn)品回收、氣體凈化與回收和廢塑料入爐與焦炭出爐等系統(tǒng)設(shè)備，大大降低傳統(tǒng)城市有機垃圾熱解工藝的初期投資和運行費用。

（2）利用城市有機垃圾代替部分煉焦用煤，既有效解決城市有機垃圾的污染問題，又節(jié)約了煉焦煤資源，具有明顯的社會效益和環(huán)保效益。在不影響焦炭質(zhì)量的前提下，增加了煉焦工藝的焦油產(chǎn)率和高熱值煤氣，有利于城市有機垃圾100%資源化利用，并產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。

（3）城市有機垃圾處理過程實行全密封操作，而且不直接焚燒，從原理上防止了二惡英（Dioxins）類劇毒物質(zhì)的產(chǎn)生，實現(xiàn)城市有機垃圾處理的徹底無害化。

4  工藝的可行性預(yù)測

城市有機垃圾的處理問題是環(huán)保領(lǐng)域的熱點問題之一。利用煉焦工藝處理城市有機垃圾，具有如下可行性。

4.1 技術(shù)方面

煤與城市有機垃圾在焦?fàn)t環(huán)境中共焦化由于熱解自由基作用[14，15]而存在一定的協(xié)同效應(yīng)，這種協(xié)同效應(yīng)有對煉焦有利的方面，也有不利的方面。通過研究找到城市有機垃圾的各成分與煤的合適配比，發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)中對煉焦有利的方面，在不影響或提高焦炭質(zhì)量的情況下可以實現(xiàn)提高焦油、煤氣等副產(chǎn)品的產(chǎn)率和質(zhì)量，因而利用煉焦工藝處理城市有機垃圾在技術(shù)原理上是可行的；利用煉焦工藝處理廢塑料、廢橡膠在國外已經(jīng)有成功應(yīng)用，也為利用煉焦工藝處理城市有機垃圾打下了良好的基礎(chǔ)。

4.2 經(jīng)濟效益方面

該工藝依托現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)的煉焦?fàn)t、焦油回收系統(tǒng)、煤氣凈化與回收利用系統(tǒng)，無需進行改造，只需增加風(fēng)力分選等簡單分選設(shè)備和破碎混合成型設(shè)備即可進行生產(chǎn)，初期投資小，運行費用低；同時，通過共焦化處理，可以節(jié)省煉焦配煤的使用量，將城市有機垃圾轉(zhuǎn)變?yōu)榻固�、焦油和煤氣，也為鋼鐵企業(yè)焦化廠的多元化發(fā)展開辟了一條新的渠道。因而，該工藝具有良好的經(jīng)濟效益。

4.3 社會效益方面

該工藝可以徹底處理城市有機垃圾的塑料、橡膠、廢紙、木塊等成分，且二次污染小，對于一個年處理量500萬t的中型焦?fàn)t，按處理城市有機垃圾5%的比例運行，每年即可處理25萬t城市有機垃圾，其強大的處理能力可以大大緩解因日益增加的城市有機垃圾而帶來的環(huán)境壓力，體現(xiàn)垃圾處理的三化（無害化、資源化、減量化）。因此，運用煉焦工藝處理城市有機垃圾具有廣闊的發(fā)展前景。

5  結(jié)  語

煉焦工藝是一項較為成熟的工藝，運用煉焦工藝處理城市有機垃圾具有良好的技術(shù)可行性，并有望以較小的成本從根本上解決城市有機垃圾污染問題，實現(xiàn)城市有機垃圾的資源化利用。同時，利用城市有機垃圾代替部分煉焦煤，可以節(jié)省煤炭資源，也有利于鋼鐵企業(yè)的多元化發(fā)展，有利于實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)的城市化功能。

參考文獻

1 李春暉，于海霞.我國城市生活垃圾問題及其對策.中國人口?資源與環(huán)境，2000，10（�？�143～144
2 王慶兵，張永偉.淺論城市生活垃圾的環(huán)境影響及防治措施.山東環(huán)境，2000，(1)：13～14
3 Garcia A N，M Mar Esperanza，Rafael Font. Comparison between product yields in the pyrolysis and combustion of different refuse. J Anal. Appl. Pyrolysis，2003，(68～69)：577～598
4 Garcia A N，F(xiàn)ont R，Marcilla A. Kinetic study of the flash pyrolysis of municipal solid waste in a fluidized bed reactor at high temperature.Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，1995，31：101～121
5 Diparimento di Ingegneria Chimica.Unicesita deli Studi di Napoli Federico Ⅱ，P le V  Tecchio. Linear pyrolysis of cellulosic and plastic waste.Jounal of Analytical and Applied Pyrolysis，1997，40～41：463～479
6 Wu Chaohsiung，Chang Chingyuan，Tseng Chaoheng，et al. Pyrolysis Product distribution of waste newspaper in MSW.Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，2003，67：41～53
7 陳明珠，羅清華，倪得良.國內(nèi)外廢橡膠的利用方法.中國物資再生，1993，2：9～12
8 Collion G，Bujnowska B，Placzek J.CO-coking of coal woth pitches and waste plastics.Fuel Process Techn，1997，50(1)：179～184
9 Li Baoqing，Li Dongtao，Li Wen.Co-carbonization of coking coal with different waste plastics.燃料化學(xué)學(xué)報，2001，29(1)：20～23
10 周仕學(xué)，劉振學(xué)，張桂英.強粘結(jié)性煤與有機廢棄物共熱解的研究.煤炭轉(zhuǎn)化，2001，24(3)：70～73
11 Sharypov V I，Marin N，Beregovtsova N G，et al. Co-pyrolysis of wood biomass and synthetic polymer mixture.PartⅠ:Influence of experimental conditions on the evolution of solids， liquids and gases.Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，2002，64：15～28
12 Marin N，Collura S，Sharypov V I， et al. Co-pyrolysis of wood biomass and synthetic polymer mixture. PartⅡ:Characterization of the liquid phases.Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，2002，65：41～55
13 Sharypov V I，Beregovtsova N G，Kuznetsov B N，et al.Co-pyrolysis of wood biomass and synthetic polymer mixture. PartⅠⅢ:Characterization of heavy products.Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，2003，67：325～340
14 Xiao X，Zmierczak W，Shabtal J. Depolymerezation-liquefaction of plastics and rubbers 1. Polytbeylene，Polypropylene and Polybutadiene.ACS，Div of Fuel Chen.，1995，40(1)：4～8
15 Mehi M T，Zhen F，Huggins F E，et al.Co-liquefaction of waste plastics with coal，Energy & Fuels，1994，(8)：1228～1232

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”