医疗废物低温热解技术应用研究

摘 要：【目的】近年来，我国医疗废物产生量不断增加，迫切需要通过新型技术应用改善传统技术存在的问题，提高医疗废物综合处置能力和能源利用效率。【方法】采用低温热解技术能够将含塑固废中的碳氢化合物转化为高附加值的热解产物。本次试验利用各类分析检测手段，论证医疗废物消毒尾渣热解可行性，探寻最佳热解条件并分析热解产物基础特性。【结果】医疗废物消毒尾渣热值高、含水率低、挥发分高。在氮气气氛500 ℃的热解系统中，热解90 min，可得到较高比例的可燃气、热解油、热解炭渣和热解水。【结论】将低温热解技术应用于医疗废物处理处置领域，改变了传统处置技术所存在的各类问题，实现了医疗废物处理过程的资源化、无害化、减量化，符合“双碳”发展规划，有利于构建绿色低碳循环发展体系。

关键词：医疗废物；低温热解；可燃气；热解油

中图分类号：X705 " " "文献标志码：A " " 文章编号：1003-5168（2024）12-0088-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.12.018

Research on the Application of Low-Temperature Pyrolysis Technology for Medical Waste

GENG Hongpei CHEN Jingwei BAI Derui XU Zenghui FAN Lipeng ZHANG Wenchao

（Henan Tianchen Xinyuan Environmental Protection Science amp; Technology Research Institute Co. Ltd， Zhengzhou 451192， China）

Abstract： [Purposes] In recent years， the amount of medical waste generated in China has been continuously increasing， and there is an urgent need to improve the problems of traditional technologies through the application of new technologies， enhance the comprehensive disposal capacity of medical waste， and enhance energy utilization efficiency. [Methods] The use of low-temperature pyrolysis technology can convert hydrocarbons in plastic-containing solid waste into high-value by-products. This experiment employs various analytical and detection methods to demonstrate the feasibility of pyrolysis of medical waste disinfection tailings， explore the optimal pyrolysis conditions， and analyze the basic characteristics of pyrolysis products. [Findings] Medical waste disinfection tailings have high calorific value， low moisture content， and high volatile content. In a nitrogen atmosphere， after 90 min at 500 ℃ in a pyrolysis system， a high proportion of combustible gas， pyrolysis oil， pyrolysis carbon residue， and pyrolysis water can be obtained. [Conclusions] The application of low-temperature pyrolysis technology in the field of medical waste treatment and disposal changes various problems existing in traditional disposal technologies， achieves resource utilization， harmless treatment， and reduction in the medical waste treatment process， conforms to the \"dual carbon\" development plan， and is conducive to building a green， low-carbon， and circular development system.

Keywords： medical waste， low-temperature pyrolysis， combustible gas， pyrolysis oils

0 引言

医疗废物主要成分为塑料、橡胶、纤维布类、纸类等，热值较高。随着经济发展及医疗卫生事业的进步，我国每年医疗废物的产生量不断增加。目前针对医疗废物处置技术普遍存在控制难度大、资源利用效率低等问题。因此，当下迫切需要通过新型技术应用改善传统技术存在的问题，提高医疗废物综合处置能力和能源利用效率。

低温热解技术是将有机物置于350～900 ℃的缺氧环境中分解，聚合物大分子链发生无规则随机断链、交联和脱链等反应，最终转化为可燃气、热解油和炭渣的过程［1］。结合当前“双碳”目标要求，本研究将对低温热解技术应用于医疗废物处理处置领域的可行性进行分析，为后续工业化应用提供技术支持。

1 试验部分

1.1 试验样品及性质分析

试验用医疗废物取自河南省某地市医疗废物处置中心的干化学消毒处置线，医疗废物经过双级物料破碎和化学消毒处理后尺寸lt;50 mm。破碎毁形后的医疗废物（以下称为原样）经均匀混合后，随机取3份样品（每份100 g）用于试验分析，分别命名为Y-1、Y-2、Y-3。

原样工业分析及元素分析结果见表1，其组分含量均为干基含量。由表1可知，医疗废物消毒后的尾渣具有热值高、含水率低、挥发分高的特点，适合采用热解技术进行后续资源综合利用处理。

1.2 试验方法

结合现阶段的研究成果，在氮气环境、温度500～600 ℃和充足的停留时间下，产生可燃气和热解油的比例达78.57%以上［2-3］。

将本试验样品进行热重试验分析，结果如图1所示。由图1可知，医疗废物消毒尾渣集中热解温度约合500～550 ℃，在此温度条件下，TG约合30%～40%，综合工业分析中灰分及固定碳累加含量，也即此温度下消毒尾渣已基本热解完全。另外，结合TG-DTA分析，热解时间在70 min时物料已基本热解完全。因此，本试验设定小型热解试验炉（旋转管式气氛炉）在氮气气氛下（设定流量200 mL/min）、热解温度500 ℃、热解时间90 min。

对1.1中每份原样分别进行3次平行试验。热解试验过程历经装样、氮气吹扫、升温、热解、自然冷却、油水分离、产物收集等环节。在试验结束后，按照表2所示方法分析热解产物基础特性。

2 试验结果与讨论

2.1 热解产物比例分析

热解试验所得各项产物比例分布如表3所示。

由表3可知，本次热解过程分别获得了24%～28%可燃气、25%～31%热解油、29%～36%热解炭渣和13%～15%热解水。其中，系统所产出的热解水与表1中的水分含量基本等同，说明热解水多数来自于物料自身。

2.2 热解产物性质分析

2.2.1 可燃气组分分析。原样热解产生的可燃气组分分析如表4所示，主要成分为甲烷、氢气、乙烷、乙烯、丙烯等，与相关学者们热解试验气体组成相同［4］，进一步验证了在此热解条件下有机组分分解较为彻底。同时，可燃气中高比例的氢气（约12.69%）助长了其热值，分析检测结果显示，其高位热值约合66.61 MJ/m3，比天然气高35 MJ/m3左右［5］，其经济附加值较高，有利于后续技术转化及应用。另外，该种组分的可燃气在后续的产出及输送过程中还应考虑安全风险。

结合表4数据可知，可燃气中硫、氯含量较低，重金属含量未检出。这间接说明了可燃气纯度较高，后续在燃烧供能阶段产生的烟气中污染物超标风险较低［3］。

2.2.2 热解液性质分析。本试验收集热解液体后，经实验室冷却装置分离热解油和热解水组分。从表5热解油性质分析中发现，其热值在41.65～39.73 MJ/kg，与柴油热值接近（46.05 MJ/kg，参考《综合能耗计算通则》（GB/T 2589—2020））。结合学者研究发现，热解油主要由烯烃、烷烃、芳香烃、呋喃类和醛酮类物质组成［6］，其沸点高于350℃的重质馏分约占原油质量的30%以上［7-8］，通过提质后可替代燃料油使用，具有较高的经济价值［9］。

综合表6的分析结果可知，经油水分离后的热解水中悬浮物、氨氮、COD、BOD5和TDS等指标均在较高水平，主要原因是热解液存在乳化现象，在实验室条件下油水分离不够彻底，不能反映实际工业化项目的情况。因此，在后续应用过程中建议配备完善的油水分离装置，有利于获得高品质的热解油，降低热解水的处理难度。

2.2.3 热解炭渣组分分析。热解炭渣是热解后的残炭、灰分及各类无机物的混合固体残留产物，热解炭渣的组分分析见表7。

综合表7和表3分析结果可知，热解炭渣中灰分及固定碳占比较高，故在此条件下物料热解较为充分。另外，热解炭渣综合低位热值约合4.85±0.95 MJ/kg，参考前人研究可知，500～600 ℃下热解炭渣表面碳分布以C=C/C-H（石墨碳）、C-C/C-H（脂肪碳）和C-OH/C-O-C（C-O键中的碳）为主，可用作固体燃料，同时熔融态的热解炭渣吸附能力极好，可活化用于制作活性炭［6］。最后，结合表7的分析结果可以看出，热解炭渣中重金属含量较高，后续可考虑采用必要的分离技术实现更高的经济收益产出。

3 结论

综合上述分析可以得出如下结论：①医疗废物消毒尾渣具有热值高、含水率低、挥发分高的特点，适合采用热解技术进行后续资源综合利用；②医疗废物消毒尾渣最佳热解条件为：氮气气氛（设定流量200 mL/min）、热解温度500℃、热解时间90 min，此条件下热解产物产出率为24%～28%可燃气、25%～31%热解油、13%～15%热解水和29%～36%热解炭渣；③热解所得可燃气具有成分简单、热值高、污染组分低的特点，具有较高的经济附加值；④热解油的热值与柴油热值接近，后续在工业化应用中应重点考虑油品提质问题；⑤热解炭渣具有一定的热值，且重金属含量较高，后续可考虑增设分选及其他设施进一步提高经济附加值。

参考文献：

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［5］倪耀琪， 朱恒恺.“双碳”目标下氢能发展机遇、难点与路径选择［J］. 现代化工， 2024， 1-13.

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［9］DU Y F， JU T Y，MENG Y. et al. Pyrolysis characteristics of excavated waste and generation mechanism of gas products［J］. Journal of Cleaner Production， 2022， 370： 133489.