本書著眼于有機廢物的熱解氣化處理與能源化利用，全面系統(tǒng)地對比介紹了典型有機廢物熱解氣化技術及應用工程，主要內(nèi)容包括有機廢物熱解氣化技術的原理、過程、工藝和特點，六種典型有機廢物（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，以及新型有機廢物熱解氣化處理技術及發(fā)展應用展望。本書在綜合國內(nèi)外相關領域最新進展的基礎上，結合當前相關技術應用工程展開闡述與分析，旨在為廣大讀者提供有機廢物熱解氣化處置利用的全面性知識及可行的技術方案，可供從事有機廢物處理處置以及能源利用等的工程技術人員、科研人員和管理人員參考，也可供高等學校環(huán)境工程、能源工程及相關專業(yè)師生參閱。
有機廢物主要來源于生活、工業(yè)、農(nóng)林和畜牧業(yè)四大途徑。我國每年產(chǎn)出的有機廢棄物約有近百億噸，然而僅有少量資源化利用，大量有機廢物目前仍未合理處置，造成資源的巨大浪費且對生態(tài)環(huán)境安全也存在巨大風險。本書為國家科學技術學術著作出版基金資助項目，有機廢物熱解氣化技術與案例解析，陳冠益教授領銜，廢物資源化實用技術圖書。
我國每年產(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廢物近百億噸。目前大量有機廢物尚未得到合理處置與利用，帶來了嚴重的環(huán)境污染風險和能源資源浪費。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，都體現(xiàn)了國家對于廢物處理與利用的決心和魄力。有機廢物的資源化、能源化利用不僅有助于解決相關的環(huán)境污染問題，同時還可以提供能源與材料的循環(huán)。我國多部門先后發(fā)文對有機廢物資源化利用進行支持與推動，科學技術部通過國家重點研發(fā)計劃項目對有機廢物處理進行了專門部署和戰(zhàn)略支持。主席于2020年在第七十五屆聯(lián)合國大會上提出我國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和的雙碳目標。熱解氣化作為一項重要技術，可以適用于不同的有機廢物，是當前有機廢物處理及能源化利用的重要技術，能夠助力雙碳目標的實現(xiàn)。然而，熱解氣化在技術層面仍存在挑戰(zhàn)和難度，工程上也缺乏相應的技術規(guī)范和指導案例，因此亟須一本有機廢物熱解氣化技術專著。
本書面向有機廢物熱解氣化技術及綜合利用，在介紹熱解氣化相關理論知識的基礎上，著重介紹熱解氣化技術的工藝且聚焦典型有機廢物的熱解氣化工程案例，并結合編者及其團隊在該領域多年的研究成果，突出技術性與實踐性。本書分四個部分，共8章，著眼于當前有機廢物主要熱化學處理技術熱解和氣化，從以下四個部分進行詳盡闡述：第一部分，系統(tǒng)地對比介紹了熱解和氣化的技術原理、過程、工藝和特點；第二部分，重點針對六種典型的有機廢物（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，主要對上述六種典型有機廢物熱解氣化進行研究，分析相應的技術工程案例；第四部分，對新型有機廢物熱解氣化處理技術及發(fā)展應用進行了展望。
本書由陳冠益任主編，顏蓓蓓和程占軍任副主編，崔孝強、林法偉和馬文超等以及團隊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。編寫團隊專業(yè)背景覆蓋能源、環(huán)境、化工和農(nóng)業(yè)等多個領域，團隊配置合理，首次對從熱解氣化技術專業(yè)知識到典型有機廢物的工程最新實例做了全面系統(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)人員學習的重要參考書目。
本書的案例分析原始資料來自生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學研究所、浙江宜可歐環(huán)保科技有限公司、山東步長制藥股份有限公司、山東百川同創(chuàng)能源有限公司、中國科學院過程工程研究所、瀘州老窖酒業(yè)有限公司、海泉風雷新能源發(fā)電股份有限公司以及雙星集團有限責任公司控股子公司伊達克斯（青島）控股有限公司的工程應用成果，在此特別感謝上述單位的支持。
本書承國家重點研發(fā)計劃華北東北村鎮(zhèn)資源清潔利用技術綜合示范項目資助，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，得到了孫立研究員、許敏研究員的認真修改，在此致以由衷的感謝；也參考了國內(nèi)外相關資料，在此向各位作者致以誠摯的謝意！
由于本書涉及面較廣，原理、技術與應用結合緊密，但限于編者時間和水平，書中難免有所疏漏和不足，誠請各位批評指正，以便在后續(xù)版本中加以改進提升。
編者
2022年3月
陳冠益，天津大學環(huán)境科學與工程學院，教授、環(huán)境科學與工程學院院長，本科畢業(yè)于西安交通大學熱能工程專業(yè)，碩士與博士畢業(yè)于浙江大學工程熱物理專業(yè)，先后在香港大學機械工程系、荷蘭代爾夫特技術大學過程與能源系從事研究工作，獲評長江學者，任天津大學環(huán)境學院院長、天津市生物質(zhì)燃氣燃油技術工程中心主任以及全國石油和化工行業(yè)生物基油氣重點實驗室主任。現(xiàn)為天津市可持續(xù)發(fā)展研究會會長，天津市環(huán)境科學學會、可再生能源學會副理事長，國家生物質(zhì)能源與材料產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟副秘書長，（天津）城市固體廢物產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟副理事長/秘書長；國家可持續(xù)發(fā)展實驗區(qū)專家委員會委員。主要研究領域為生物質(zhì)能源環(huán)境技術及相關理論，承擔多項國家科技支撐、973、863、國家自然科學基金、科技部重大基礎研究計劃前期究項目、科技部國際合作重點項目、天津市科技發(fā)展計劃重點項目、歐盟研究項目、中荷政府合作項目等項目數(shù)十余項等重點項目，取得了一系列的特色性研究成果，在國內(nèi)外具有很強的學術影響力。排名一獲得國家科學技術進步獎二等獎、天津市科技進步一等獎、科技進步二等獎、環(huán)保部環(huán)境科學技術獎二等獎、天津市科技進步二等獎。近年來共發(fā)表論文200余篇，其中SCI收錄論文109篇，獲國家發(fā)明專利授權20余項。在教育教學方面，主講《大氣污染控制》課程獲批國家精品課程，并指導本科生獲得挑戰(zhàn)杯全國大學生科技競賽天津市一等獎和創(chuàng)業(yè)競賽金獎。
第1章緒論1
1.1有機廢物的定義與分類1
1.1.1有機廢物的定義1
1.1.2有機廢物的特性2
1.1.3有機廢物的分類與來源3
1.2有機廢物的污染特征與處理技術6
1.2.1有機廢物的污染特征6
1.2.2有機廢物的處理技術7
1.3熱解氣化技術概述11
參考文獻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18
2.2氣化原理20
2.2.1氣化的分類21
2.2.2氣化反應流程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熱解氣化過程的關鍵指標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焦油對氣化燃氣下游應用的影響38
2.4.4焦油控制技術40
參考文獻43
第3章分析儀器與測試方法47
3.1熱重分析儀47
3.1.1概述47
3.1.2熱重分析儀的結構及工作原理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56
3.2.5紅外光譜的應用56
3.3色譜分析技術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有機質(zhì)譜儀的結構及工作原理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)譜技術的應用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電化學分析95
3.5.8同位素示蹤技術96
參考文獻97
第4章熱解氣化反應器102
4.1固定床熱解氣化反應器102
4.1.1上吸式固定床熱解氣化反應器102
4.1.2下吸式固定床熱解氣化反應器103
4.1.3開心式固定床熱解氣化反應器105
4.2流化床熱解氣化反應器105
4.2.1鼓泡流化床106
4.2.2循環(huán)流化床108
4.3其他熱解氣化反應器109
4.3.1回轉窯反應器109
4.3.2旋轉錐反應器111
4.3.3燒蝕反應器111
4.3.4攜帶床反應器112
參考文獻113
第5章模擬軟件與設計方法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)絡與模擬軟件133
5.2.4熱解氣化模型研究進展137
5.3基于熱解氣化模型設計案例分析146
5.3.1基于理論模型的熱解氣化工藝設計147
5.3.2熱解氣化半經(jīng)驗模型與氣化爐反向設計152
參考文獻162
第6章典型熱解氣化工藝設計及污染物控制167
6.1農(nóng)林廢物熱解氣化技術與工藝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計175
6.2生活垃圾熱解氣化技術與工藝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算202
參考文獻202
第7章典型有機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項目背景及工程概述209
7.1.2工程技術工藝流程209
7.1.3工程運行情況211
7.1.4結論與發(fā)展分析214
7.2生活垃圾熱解氣化工程案例215
7.2.1項目背景及工程概述216
7.2.2工程技術工藝流程216
7.2.3工程運行情況219
7.2.4結論與發(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項目背景及工程概述223
7.3.2工程技術工藝流程224
7.3.3工程運行情況224
7.3.4結論與發(fā)展分析230
7.4藥渣熱解氣化工程案例分析230
7.4.1項目背景及工程概述230
7.4.2工程技術工藝流程231
7.4.3工程運行情況234
7.4.4結論與發(fā)展分析234
7.5酒糟熱解氣化工程案例分析235
7.5.1項目背景及工程概述235
7.5.2工程技術工藝流程236
7.5.3工程運行情況237
7.5.4結論與發(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項目背景及工程概述241
7.6.2工程技術工藝流程241
7.6.3工程運行情況244
7.6.4結論與發(fā)展分析246
7.7其他有機廢物熱解氣化工程案例分析246
7.7.1項目背景及工程概述246
7.7.2工程技術工藝流程247
7.7.3工程運行情況250
7.7.4結論與發(fā)展分析252
7.8有機合成漿熱解氣化工程案例分析252
7.8.1項目背景及工程概述253
7.8.2工程技術工藝流程253
7.8.3工程運行情況257
7.8.4結論與發(fā)展分析258
參考文獻259
第8章技術發(fā)展與應用展望260
8.1新興技術發(fā)展與應用260
8.1.1厭氧發(fā)酵-氣化耦合技術260
8.1.2化學鏈氣化技術261
8.1.3混合水煤漿氣化技術263
8.1.4微波氣化技術265
8.1.5等離子體氣化技術266
8.1.6廢棄紡織品的熱解氣化技術267
8.1.7電子廢物的熱解氣化技術268
8.1.8重金屬污染土壤修復植物的熱解氣化技術269
8.2挑戰(zhàn)與展望270
8.2.1技術研發(fā)270
8.2.2工程應用271
8.2.3政策法規(guī)272參考文獻273
附錄276
附錄1生物油中可能存在的有機物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部分相關標準283
書單推薦
