生活垃圾亞臨界水解發電新技術應用展望

王建軍1 許發興2 王振業2

（1.中電國際新能源控股有限公司 2.吉林伸飛環保能源有限公司）

生活垃圾置于亞臨界狀態的高溫高壓水中時，其中大部分的高分子有機廢物可被水解為類似煤炭的烴類可燃物，熱值可達4200kcal/kg，由于水解過程無需垃圾發酵、無需滲濾液處理，可作為傳統垃圾發電工藝的“清潔焚燒發電”替代模式。這為國內眾多中小縣城找到了一種較為理想的垃圾處理解決方案，為此建議國家在政策考慮方面給予積極的引導、鼓勵和支持。

一、亞（超）臨界水的概念與功能

水的臨界點溫度為374.2℃、壓力為22.1 MPa。水在臨界點狀態下，因高溫而膨脹的水的密度和因高壓而被壓縮的水蒸汽的密度達到相同（0.323g/cm3），此時，水的液相和氣相沒有區別，完全交融在一起。

溫壓處于臨界點以上的水，叫“超臨界水”，超臨界水的物理化學性質與普通液態水有很大差別，它具有良好的溶解性，能實現氣體、液體和有機固體間的互溶。由于超臨界水對設備要求很高，而且腐蝕性極強，為降低對設備的要求，目前部分研究開始在“亞臨界”條件下進行相關反應。“亞臨界水”（Subcritical water），其溫度范圍通常介于150-374℃之間，壓力范圍通常介于0.4-22.1MPa之間。

亞（超）臨界水具有多方面功能：

1.優異的溶解功能：目前用以萃取相同極性的其他物質，例如，植物中香料的萃取、中草藥中有效成分的萃取、從餐飲廢油中萃取生物油等等。萃取過程不消耗任何酸和堿，不帶來任何新的污染，是一種真正的“綠色處理技術”。

2.氧化促進功能：有機物在加氧后的亞（超）臨界水中，氧化反應能在幾秒內對有機物高效礦化甚至徹底摧毀[1]。反應過程中，有機物C、H元素被氧化為CO2和H2O，有機氮和無機氮通常被轉化為N2或硝酸鹽。這個功能目前在國內外多用于工業有機污染物的氧化降解，例如苯類及酚類的氧化降解等，其中多氯聯苯（PCBs）的氧化降解，被各國研究重點關注。因為PCBs屬于致癌物，焚燒過程中易生成二噁英（PCDDs和PCDFs），故焚燒法處理存在技術缺陷[2]。Modell等曾報道PCBs在溫度783K、壓力25.3MPa的水中停留222s時，PCBs的去除率達99.99%[3]，最終降解為二氧化碳、氮氣和水。

3.水解脫氯功能：這個功能多用于實現含氯有機物的有效脫氯。例如，一般情況下，聚氯乙稀PVC相對較難實現降解，但在1h、300-370℃的亞臨界水中，也能實現56%左右的有效降解，降解后的氯以氯離子形態被水解在水體中。

4.酸性水解功能：水在高溫高壓狀態中自電離程度較高，生成大量[H3O]+和[OH]-，呈現出強酸強堿性質、具備了酸性水解功能，可將纖維素水解生成低聚糖、單糖，最終可被分解成二氧化碳、氫氣。一般在亞臨界狀態下，纖維素、木質素等主要生成中間產物，這些中間產物通過聚合或結焦，形成焦油、焦炭等熱值化合物。

5.水解燃料化功能：這個功能可能類似于地球中石油的生成機理，因為油母質轉化為石油就發生在地層深處高溫高壓的水中[4]（石油的主要成份為：烷烴、環烷烴、 芳香烴和烯烴等多種液態烴的混合物）。目前該功能多用于生物質、煤、聚合物等的水解燃料化，制取出黑褐色的、類似于原油或煤炭主要成分的“烴類燃料”（碳氫化合物），我們統一稱之為“水解燃料”。

日常生活垃圾的成份除了水份外，其他主要是高分子有機物，如纖維素、木質素、聚酯、聚氯乙稀、蛋白質、脂肪、淀粉等。從上述功能分析，生活垃圾也應該能夠在亞臨界水中水解成類似煤炭或石油的烴燃料，利用這種燃料去參與焚燒發電，將省去垃圾發酵過程、省去滲濾液處理環節、甚至在簡化煙氣處理工藝也能達標的情況下，實現生活垃圾的減量化、無害化、資源化處理。

二、生活垃圾水解燃料化技術應用及“清潔焚燒發電”新工藝流程

日本曾經做過針對生活垃圾進行亞臨界水解處理的相關研究，并把該技術成功應用于印尼雅加達生活垃圾處理，處理規模為40噸/天，處理后產物為黑色烴燃料，并獲得“聯合國全球推薦”榮譽。國內某機構于2018年從日本引進該技術，現已建成一條60kg/h的生活垃圾亞臨界水解燃料小型工業化應用生產線、成功產出了黑色固態水解燃料，燃料產出率達40%?！稖y試報告》[5]顯示：該水解燃料熱值達4200kcal/kg，相當于原生態生活垃圾中的所有熱值被“壓縮”在了產出率為40%的燃料中，其余60%為水份。過程中無任何環境污染點。

《測試報告》顯示，該水解燃料干燥后的顆粒，主要成份類似于煤炭，而且揮發分較高，容易點燃，著火溫度251℃、焚燒后煙氣中SO2含量不超過40mg/Nm3、NOx含量不超過10mg/Nm3（11%基準含氧量），遠低于垃圾發電GB18485-2014《生活垃圾污染物控制標準》規定的限值（SO2和NOX的日均值分別為80和250mg/Nm3），為此，后續煙氣處理是否可以取消SNCR脫硝系統，有待于實際工業應用的進一步驗證。但是，煙氣脫酸系統仍需要保留，因為根據檢測，水解燃料焚燒后煙氣中HCl含量仍在400mg/Nm3以上，超過了50mg/Nm3的日均限值。