本書著眼于有機(jī)廢物的熱解氣化處理與能源化利用，全面系統(tǒng)地對(duì)比介紹了典型有機(jī)廢物熱解氣化技術(shù)及應(yīng)用工程，主要內(nèi)容包括有機(jī)廢物熱解氣化技術(shù)的原理、過程、工藝和特點(diǎn)，六種典型有機(jī)廢物（生活垃圾、市政污泥、藥渣、酒糟、農(nóng)林廢物和廢舊輪胎塑料）熱解氣化技術(shù)分析及工程案例，熱解氣化過程中污染物的排放和控制，以及新型有機(jī)廢物熱解氣化處理技術(shù)及發(fā)展應(yīng)用展望。本書在綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域最新進(jìn)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前相關(guān)技術(shù)應(yīng)用工程展開闡述與分析，旨在為廣大讀者提供有機(jī)廢物熱解氣化處置利用的全面性知識(shí)及可行的技術(shù)方案，可供從事有機(jī)廢物處理處置以及能源利用等的工程技術(shù)人員、科研人員和管理人員參考，也可供高等學(xué)校環(huán)境工程、能源工程及相關(guān)專業(yè)師生參閱。
有機(jī)廢物主要來源于生活、工業(yè)、農(nóng)林和畜牧業(yè)四大途徑。我國(guó)每年產(chǎn)出的有機(jī)廢棄物約有近百億噸，然而僅有少量資源化利用，大量有機(jī)廢物目前仍未合理處置，造成資源的巨大浪費(fèi)且對(duì)生態(tài)環(huán)境安全也存在巨大風(fēng)險(xiǎn)。本書為國(guó)家科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著作出版基金資助項(xiàng)目，有機(jī)廢物熱解氣化技術(shù)與案例解析，陳冠益教授領(lǐng)銜，廢物資源化實(shí)用技術(shù)圖書。
我國(guó)每年產(chǎn)出的生活垃圾、廚余垃圾、農(nóng)林廢物、園林綠化垃圾、畜禽糞便、工業(yè)生物質(zhì)廢物、廢舊塑料和輪胎等有機(jī)廢物近百億噸。目前大量有機(jī)廢物尚未得到合理處置與利用，帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)和能源資源浪費(fèi)。從2018年開始推行的洋垃圾禁令到各地如火如荼的垃圾分類行動(dòng)，都體現(xiàn)了國(guó)家對(duì)于廢物處理與利用的決心和魄力。有機(jī)廢物的資源化、能源化利用不僅有助于解決相關(guān)的環(huán)境污染問題，同時(shí)還可以提供能源與材料的循環(huán)。我國(guó)多部門先后發(fā)文對(duì)有機(jī)廢物資源化利用進(jìn)行支持與推動(dòng)，科學(xué)技術(shù)部通過國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目對(duì)有機(jī)廢物處理進(jìn)行了專門部署和戰(zhàn)略支持。主席于2020年在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出我國(guó)二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的雙碳目標(biāo)。熱解氣化作為一項(xiàng)重要技術(shù)，可以適用于不同的有機(jī)廢物，是當(dāng)前有機(jī)廢物處理及能源化利用的重要技術(shù)，能夠助力雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。然而，熱解氣化在技術(shù)層面仍存在挑戰(zhàn)和難度，工程上也缺乏相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和指導(dǎo)案例，因此亟須一本有機(jī)廢物熱解氣化技術(shù)專著。
本書面向有機(jī)廢物熱解氣化技術(shù)及綜合利用，在介紹熱解氣化相關(guān)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，著重介紹熱解氣化技術(shù)的工藝且聚焦典型有機(jī)廢物的熱解氣化工程案例，并結(jié)合編者及其團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域多年的研究成果，突出技術(shù)性與實(shí)踐性。本書分四個(gè)部分，共8章，著眼于當(dāng)前有機(jī)廢物主要熱化學(xué)處理技術(shù)熱解和氣化，從以下四個(gè)部分進(jìn)行詳盡闡述：第一部分，系統(tǒng)地對(duì)比介紹了熱解和氣化的技術(shù)原理、過程、工藝和特點(diǎn)；第二部分，重點(diǎn)針對(duì)六種典型的有機(jī)廢物（包括生活垃圾、市政污泥、藥渣、酒糟、農(nóng)林廢物和廢舊輪胎塑料），闡述熱解氣化技術(shù)的工況參數(shù)優(yōu)化和污染物排放控制研究情況；第三部分，主要對(duì)上述六種典型有機(jī)廢物熱解氣化進(jìn)行研究，分析相應(yīng)的技術(shù)工程案例；第四部分，對(duì)新型有機(jī)廢物熱解氣化處理技術(shù)及發(fā)展應(yīng)用進(jìn)行了展望。
本書由陳冠益任主編，顏蓓蓓和程占軍任副主編，崔孝強(qiáng)、林法偉和馬文超等以及團(tuán)隊(duì)研究生參與了本書部分內(nèi)容的編寫；全書最后由陳冠益統(tǒng)稿并定稿。編寫團(tuán)隊(duì)專業(yè)背景覆蓋能源、環(huán)境、化工和農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，團(tuán)隊(duì)配置合理，首次對(duì)從熱解氣化技術(shù)專業(yè)知識(shí)到典型有機(jī)廢物的工程最新實(shí)例做了全面系統(tǒng)的介紹，是廣大高校師生、科研人員及環(huán)保、能源、化工等行業(yè)從業(yè)人員學(xué)習(xí)的重要參考書目。
本書的案例分析原始資料來自生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究所、浙江宜可歐環(huán)�？萍加邢薰尽⑸綎|步長(zhǎng)制藥股份有限公司、山東百川同創(chuàng)能源有限公司、中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所、瀘州老窖酒業(yè)有限公司、海泉風(fēng)雷新能源發(fā)電股份有限公司以及雙星集團(tuán)有限責(zé)任公司控股子公司伊達(dá)克斯（青島）控股有限公司的工程應(yīng)用成果，在此特別感謝上述單位的支持。
本書承國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃華北東北村鎮(zhèn)資源清潔利用技術(shù)綜合示范項(xiàng)目資助，在編寫過程中得到了岑可法院士、陳勇院士和蔣劍春院士的悉心指導(dǎo)，得到了孫立研究員、許敏研究員的認(rèn)真修改，在此致以由衷的感謝；也參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，在此向各位作者致以誠(chéng)摯的謝意！
由于本書涉及面較廣，原理、技術(shù)與應(yīng)用結(jié)合緊密，但限于編者時(shí)間和水平，書中難免有所疏漏和不足，誠(chéng)請(qǐng)各位批評(píng)指正，以便在后續(xù)版本中加以改進(jìn)提升。
編者
2022年3月
陳冠益，天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，教授、環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)，本科畢業(yè)于西安交通大學(xué)熱能工程專業(yè)，碩士與博士畢業(yè)于浙江大學(xué)工程熱物理專業(yè)，先后在香港大學(xué)機(jī)械工程系、荷蘭代爾夫特技術(shù)大學(xué)過程與能源系從事研究工作，獲評(píng)長(zhǎng)江學(xué)者，任天津大學(xué)環(huán)境學(xué)院院長(zhǎng)、天津市生物質(zhì)燃?xì)馊加图夹g(shù)工程中心主任以及全國(guó)石油和化工行業(yè)生物基油氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任�，F(xiàn)為天津市可持續(xù)發(fā)展研究會(huì)會(huì)長(zhǎng)，天津市環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)、可再生能源學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，國(guó)家生物質(zhì)能源與材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟副秘書長(zhǎng)，（天津）城市固體廢物產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟副理事長(zhǎng)/秘書長(zhǎng)；國(guó)家可持續(xù)發(fā)展實(shí)驗(yàn)區(qū)專家委員會(huì)委員。主要研究領(lǐng)域?yàn)樯镔|(zhì)能源環(huán)境技術(shù)及相關(guān)理論，承擔(dān)多項(xiàng)國(guó)家科技支撐、973、863、國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃前期究項(xiàng)目、科技部國(guó)際合作重點(diǎn)項(xiàng)目、天津市科技發(fā)展計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目、歐盟研究項(xiàng)目、中荷政府合作項(xiàng)目等項(xiàng)目數(shù)十余項(xiàng)等重點(diǎn)項(xiàng)目，取得了一系列的特色性研究成果，在國(guó)內(nèi)外具有很強(qiáng)的學(xué)術(shù)影響力。排名一獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、天津市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、環(huán)保部環(huán)境科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、天津市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。近年來共發(fā)表論文200余篇，其中SCI收錄論文109篇，獲國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)20余項(xiàng)。在教育教學(xué)方面，主講《大氣污染控制》課程獲批國(guó)家精品課程，并指導(dǎo)本科生獲得挑戰(zhàn)杯全國(guó)大學(xué)生科技競(jìng)賽天津市一等獎(jiǎng)和創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽金獎(jiǎng)。
第1章緒論1
1.1有機(jī)廢物的定義與分類1
1.1.1有機(jī)廢物的定義1
1.1.2有機(jī)廢物的特性2
1.1.3有機(jī)廢物的分類與來源3
1.2有機(jī)廢物的污染特征與處理技術(shù)6
1.2.1有機(jī)廢物的污染特征6
1.2.2有機(jī)廢物的處理技術(shù)7
1.3熱解氣化技術(shù)概述11
參考文獻(xiàn)12
第2章熱解氣化原理與過程13
2.1熱解原理13
2.1.1熱解的分類14
2.1.2熱解的反應(yīng)路徑15
2.1.3熱解的影響因素16
2.1.4熱解產(chǎn)物分布與特點(diǎn)18
2.2氣化原理20
2.2.1氣化的分類21
2.2.2氣化反應(yīng)流程22
2.2.3氣化的影響因素24
2.2.4氣化產(chǎn)物分布與特點(diǎn)26
2.3熱解氣化工藝的物質(zhì)流分析32
2.3.1熱解氣化系統(tǒng)的物質(zhì)平衡32
2.3.2熱解氣化系統(tǒng)的能量平衡33
2.3.3熱解氣化過程的關(guān)鍵指標(biāo)33
2.4焦油的產(chǎn)生與控制34
2.4.1焦油的產(chǎn)生35
2.4.2焦油的裂解37
2.4.3焦油對(duì)氣化燃?xì)庀掠螒?yīng)用的影響38
2.4.4焦油控制技術(shù)40
參考文獻(xiàn)43
第3章分析儀器與測(cè)試方法47
3.1熱重分析儀47
3.1.1概述47
3.1.2熱重分析儀的結(jié)構(gòu)及工作原理48
3.1.3影響熱重分析的因素49
3.1.4分析方法50
3.1.5熱重分析儀的應(yīng)用51
3.2紅外光譜53
3.2.1概述53
3.2.2紅外光譜基本原理53
3.2.3傅里葉變換紅外光譜儀54
3.2.4紅外光譜聯(lián)用技術(shù)56
3.2.5紅外光譜的應(yīng)用56
3.3色譜分析技術(shù)58
3.3.1氣相色譜59
3.3.2高效液相色譜62
3.4質(zhì)譜分析方法63
3.4.1概述64
3.4.2有機(jī)質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)及工作原理65
3.4.3氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）67
3.4.4液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（LC-MS）70
3.4.5其他類型的質(zhì)譜儀71
3.4.6質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用72
3.5其他分析方法介紹90
3.5.1X射線衍射（XRD）90
3.5.2X射線光電子能譜分析（XPS）91
3.5.3物理化學(xué)吸附儀（BET比表面積）92
3.5.4紫外分光光度法93
3.5.5原子吸收光譜法93
3.5.6原子熒光光譜法94
3.5.7電化學(xué)分析95
3.5.8同位素示蹤技術(shù)96
參考文獻(xiàn)97
第4章熱解氣化反應(yīng)器102
4.1固定床熱解氣化反應(yīng)器102
4.1.1上吸式固定床熱解氣化反應(yīng)器102
4.1.2下吸式固定床熱解氣化反應(yīng)器103
4.1.3開心式固定床熱解氣化反應(yīng)器105
4.2流化床熱解氣化反應(yīng)器105
4.2.1鼓泡流化床106
4.2.2循環(huán)流化床108
4.3其他熱解氣化反應(yīng)器109
4.3.1回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器109
4.3.2旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器111
4.3.3燒蝕反應(yīng)器111
4.3.4攜帶床反應(yīng)器112
參考文獻(xiàn)113
第5章模擬軟件與設(shè)計(jì)方法115
5.1熱解氣化模型概述115
5.1.1熱解氣化過程建模的意義115
5.1.2熱解氣化模型的分類及特征116
5.1.3熱解氣化模型的應(yīng)用及發(fā)展118
5.2熱解氣化模型118
5.2.1熱解模型118
5.2.2氣化模型127
5.2.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模擬軟件133
5.2.4熱解氣化模型研究進(jìn)展137
5.3基于熱解氣化模型設(shè)計(jì)案例分析146
5.3.1基于理論模型的熱解氣化工藝設(shè)計(jì)147
5.3.2熱解氣化半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c氣化爐反向設(shè)計(jì)152
參考文獻(xiàn)162
第6章典型熱解氣化工藝設(shè)計(jì)及污染物控制167
6.1農(nóng)林廢物熱解氣化技術(shù)與工藝167
6.1.1農(nóng)林廢物組分特性及分布狀況167
6.1.2農(nóng)林廢物熱解氣化技術(shù)原理170
6.1.3農(nóng)林廢物熱解氣化工藝流程170
6.1.4農(nóng)林廢物熱解氣化污染物控制171
6.1.5農(nóng)林廢物熱解氣化爐設(shè)計(jì)175
6.2生活垃圾熱解氣化技術(shù)與工藝177
6.2.1生活垃圾分布狀況及組分特性177
6.2.2生活垃圾熱解氣化技術(shù)原理186
6.2.3生活垃圾熱解氣化工藝流程187
6.2.4生活垃圾熱解氣化污染物控制189
6.3市政污泥熱解氣化技術(shù)與工藝193
6.3.1市政污泥組分特性及分布狀況193
6.3.2市政污泥熱解氣化技術(shù)原理194
6.3.3市政污泥熱解氣化工藝流程194
6.3.4市政污泥熱解氣化污染物控制195
6.4藥渣酒糟熱解氣化技術(shù)與工藝197
6.4.1藥渣酒糟組分特性及分布狀況197
6.4.2藥渣酒糟熱解氣化技術(shù)原理199
6.4.3藥渣酒糟熱解氣化工藝流程201
6.4.4藥渣酒糟熱解氣化污染物控制201
6.4.5藥渣熱解氣化能源計(jì)算202
參考文獻(xiàn)202
第7章典型有機(jī)廢物熱解氣化工程案例分析208
7.1農(nóng)林廢物熱解氣化工程案例分析208
7.1.1項(xiàng)目背景及工程概述209
7.1.2工程技術(shù)工藝流程209
7.1.3工程運(yùn)行情況211
7.1.4結(jié)論與發(fā)展分析214
7.2生活垃圾熱解氣化工程案例215
7.2.1項(xiàng)目背景及工程概述216
7.2.2工程技術(shù)工藝流程216
7.2.3工程運(yùn)行情況219
7.2.4結(jié)論與發(fā)展分析221
7.3市政污泥熱解氣化工程案例分析222
7.3.1項(xiàng)目背景及工程概述223
7.3.2工程技術(shù)工藝流程224
7.3.3工程運(yùn)行情況224
7.3.4結(jié)論與發(fā)展分析230
7.4藥渣熱解氣化工程案例分析230
7.4.1項(xiàng)目背景及工程概述230
7.4.2工程技術(shù)工藝流程231
7.4.3工程運(yùn)行情況234
7.4.4結(jié)論與發(fā)展分析234
7.5酒糟熱解氣化工程案例分析235
7.5.1項(xiàng)目背景及工程概述235
7.5.2工程技術(shù)工藝流程236
7.5.3工程運(yùn)行情況237
7.5.4結(jié)論與發(fā)展分析240
7.6廢舊輪胎熱解氣化工程案例分析241
7.6.1項(xiàng)目背景及工程概述241
7.6.2工程技術(shù)工藝流程241
7.6.3工程運(yùn)行情況244
7.6.4結(jié)論與發(fā)展分析246
7.7其他有機(jī)廢物熱解氣化工程案例分析246
7.7.1項(xiàng)目背景及工程概述246
7.7.2工程技術(shù)工藝流程247
7.7.3工程運(yùn)行情況250
7.7.4結(jié)論與發(fā)展分析252
7.8有機(jī)合成漿熱解氣化工程案例分析252
7.8.1項(xiàng)目背景及工程概述253
7.8.2工程技術(shù)工藝流程253
7.8.3工程運(yùn)行情況257
7.8.4結(jié)論與發(fā)展分析258
參考文獻(xiàn)259
第8章技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用展望260
8.1新興技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用260
8.1.1厭氧發(fā)酵-氣化耦合技術(shù)260
8.1.2化學(xué)鏈氣化技術(shù)261
8.1.3混合水煤漿氣化技術(shù)263
8.1.4微波氣化技術(shù)265
8.1.5等離子體氣化技術(shù)266
8.1.6廢棄紡織品的熱解氣化技術(shù)267
8.1.7電子廢物的熱解氣化技術(shù)268
8.1.8重金屬污染土壤修復(fù)植物的熱解氣化技術(shù)269
8.2挑戰(zhàn)與展望270
8.2.1技術(shù)研發(fā)270
8.2.2工程應(yīng)用271
8.2.3政策法規(guī)272參考文獻(xiàn)273
附錄276
附錄1生物油中可能存在的有機(jī)物276
附錄2典型生物質(zhì)原料工業(yè)分析與熱值281
附錄3典型生物質(zhì)原料元素分析282
附錄4典型生物質(zhì)原料組分分析283
附錄5部分相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)283
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