CN101352721A - 一种连续化处理生活垃圾的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续化处理生活垃圾的方法;更具体地说,属于一种将生活垃圾按照预处理、破碎、脱水、干燥、裂解和焚烧等工艺流程连续化处理生活垃圾的方法;垃圾处理过程中不产生二恶因C2H4O2,能够实现生活垃圾处理的规模化、连续化、资源化(垃圾中的能量以收集烃油的形式储备起来)、节能、环保、高效等多方面要求;本发明所采用的设备均属于工业上常使用的标准化商品,运行可靠,技术成熟,结构简单,投资少;本发明属于连续化垃圾处理工艺,能将堆积如山的生活垃圾完全地彻底地实行减量化、无害化和资源化,具有好的新颖性、创造性和工业实用性。

Description

一种连续化处理生活垃圾的方法
一、技术领域
本发明涉及一种连续化处理生活垃圾的方法;更具体地说,属于将生活垃圾按照预处理、破碎、脱水、干燥、裂解和焚烧等工艺流程连续化处理生活垃圾使其无害化、减量化和资源化的方法。
二、发明背景
据报道,我国城市人口每人每天产生垃圾量为0.75-0.85公斤,人口的增长、经济发展和人民生活水平的提高,使垃圾产生量以每年大约2%的速度增长。人们生活水平的日益提高,导致垃圾中有机物的量不断提高,有机物易变质腐烂将会影响人们生存的环境。科学有效地将其无害化、减量化和资源化已引起全社会的普遍重视。
我国城市生活垃圾的主要特点是:瓜果皮、蔬菜残渣、厨房餐馆垃圾、餐后剩食等碳水化合物量较高,水分含量大,热值低。现有技术已公开了一些处理生活垃圾技术方案:
(一)焚烧法,主要有立式焚烧炉、卧式固定焚烧炉和卧式旋转焚烧炉;由于我国南方雨季长雨水多,生活垃圾中的碳水化合物含量和水分量高,热值低;实践经验已经证明,低位发热值(即,L·H·V)大于3344KJ/Kg(或800大卡/Kg)的垃圾在焚烧炉中能得到充分自燃,不用喷油助燃;当垃圾中的碳水化合物和水分量高或热值达不到800大卡/kg热值时,就必须向焚烧炉内喷射燃油以补充热量使垃圾烧烬,加大了垃圾的处理成本;焚烧垃圾后排出的尾气里不可避免产生的二恶因[C2H4O2],严重污染大气环境、每天焚烧的垃圾越多,产生的尾气也越多,对环境的污染也就越大;特别地,垃圾中含有大量可以转化成高价值燃料油的废塑料、废橡胶物品被烧掉,造成能量资源的严重浪费;焚烧中产生大量过剩的高温烟气或热量难以储蓄和综合利用,余热发电存在成本高并网难等弱点;资料报导,在日本、欧美等发达国家和我国的某些大城市,城市垃圾的热值都能达到9000KJ/KG以上,焚烧这些垃圾将有超过5000KJ/KG的热量被浪费;特别是,单一的生活垃圾焚烧
法存在投资规模大的特性,不适合经济不发达国家以及中小城镇采用,推广应用价值低;焚烧炉体均为卧式或立式,炉体庞大,散热面积大,燃烧时间长,热的综合利用率低,如余热蒸汽发电的热利用率一般仅为20%左右,存在发电成本高等弱点。特别地,生活垃圾不同于一般的固体燃料,它是以含水分较多的厨房垃圾、骨头、动物内脏、碳水化合物或有机质为主,进入炉膛即遇强热接触,垃圾表面就会受热固化,而成为不透气的垃圾团,空气不能进入垃圾内层燃烧,垃圾的燃烧时间就会延长,从而造成不完全燃烧或不能烧烬。一般的垃圾焚烧炉都设计为干燥区和燃烧区,当垃圾随着炉排的传动从干燥区(低中温区)移向燃烧区(高温区)的过程中,必须要经过650-720℃温度区域,在此温度区域,垃圾中的一部分C和H元素和空气中的氧气O2非常容易结合成有害的二噩因C2H4O2,造成了对环境的严重污染和危害。这是无法避免的客观存在和实事。除了单一的垃圾焚烧法以外,在公开号CN 1178757C中,还报导了先对垃圾进行有机物与无机物的分类和预先干燥处理,再进行有机物的焚烧工艺;
(二)填埋法:存在大量占用耕地、污染地下水源、易产生瓦斯而发生爆炸燃烧危险;产生的发酵废酸气污染环境,存在不能资源化的严重弊病;特别地,垃圾中的有机质经过长时间的深埋堆积后不断地发酵腐烂,发出晕头的酸性臭味;垃填埋厂浸透出的污水浓度高,粘度大,含有大量的有机质和金属离子,传统的水质净化法很难使这种垃圾发酵后所形成的高浓度有机质黑色污水达到国家所规定的排放水质要求,水处理成本也高;
(三)高温堆肥法:堆肥的养分比较少,还要额外添加氮或磷或钾肥后才能达到商品肥料的国家标准,无机物和重金属离子含量高,水溶性养分物质的百分含量低,植物不易吸收,肥效低,存在资源化利用率低、处理成本费高的弱点。
为了克服上述方法的弱点,现已公开了一些解决这方面问题的技术方案,例如:Chambers在USP 4.235.676中公开了由废轮胎和工业及生活废弃物制取烃类的设备,所公开的设备采用真空系统、反应釜固定、此方法反应易结焦、排渣难、生产不能连续性。在本申请人的USP 5,744,668、USP 6,133,491和CN 1068032C中,公开了将生活垃圾进行两次两种不同温度的热裂解和催化裂解,采用连续进料和连续排渣的方法和设备;由于生活垃圾中的有机物种类繁多,要使高分子量的有机物质(家禽的脏器、皮、毛、骨)彻底分解,必须达到800-1000℃的高温下处理才能使其彻底分解和无害化,因此,上述专利所公开和所描述的技术设备达不到垃圾无害化所需要的高温条件,因而存在缺陷;当今,市场上或工业上常用的耐高温钢即不锈钢或钛合金钢也很难长时间耐受800℃以上的高温条件,且价格昂贵;所以,在实际工业化处理生活垃圾过程中,裂解设备的材质的使用温度一般在400-600℃;裂解设备材质的耐温能力限制了裂解设备内的垃圾的热裂解温度难以达到850-1000℃;也就是说,在400-600℃的温度条件所发生的热裂解不能使某些有机物质(如,动物的脏器、皮、毛、骨)彻底完全地分解,裂解后的残渣中还含有相当多未被分解的有机物质,还必须进一步处理使其彻底分解或无害化,才能符合环境保护或无害化的要求;但是,钢质旋转式反应釜长期处于高温环境下易发生筒体变形,不能正常旋转;同样地,高温下的第二级螺旋反应器受热的应力变化易发生料筒材料变形和轴变弯曲,使螺旋反应器不能在高温下长时间的运转,导致垃圾中的重质有机物(如动物的骨头、皮或内脏)因温度达不到所需要的高温要求而不能被彻底地完全地分解使其无害化。
在CN1242856C中,公开了固定不动的卧式反应器裂解生活垃圾的设备,该设备内的搅拌器在高温下受应力变化易发生材料变形和轴变弯曲,无法旋转,导致垃圾中的某些有机质(如动物的皮或内脏)因温度达不到所需要的高温要求而不能被彻底地完全地分解,生活垃圾不能彻底无害化;固定式反应器长期因受热不均匀易发生材料变形,传热差,耗能高,且属于间隙式加料,存在单位时间内垃圾处理量低的弱点,无法满足大规模地处理堆积如山的日益增涨的生活垃圾的要求,工业实用性存在缺陷。
综上所述,单一的各式裂解法、单一的各类焚烧法或是各类型的间歇式处理垃圾方法都不能同时满足既不产生二恶因C2H4O2,又能使生活垃圾彻底无害化及实现大规模连续化处理生活垃圾等多方面的要求。
本发明的目的就是要克服上述各类单一的裂解法、各类单一的焚烧法或各类间歇式处理生活垃圾的技术缺陷,提供一种能同时满足不产生二恶因C2H4O2,能够实现生活垃圾处理的规模化、连续化、资源化(垃圾中的能量以收集烃油的形式储备起来)、减量化、节能、环保、高效等多方面要求的方法。
三、发明内容
按本发明,提供了一种连续化处理生活垃圾的方法;更具体地说,本发明涉及一种将生活垃圾按照预处理、破碎、脱水、干燥、裂解和焚烧等工艺流程连续化处理生活垃圾使其无害化、减量化和资源化的方法。
按本发明的方法包括以下步骤:
i)预处理:城市生活垃圾由垃圾车辆运来,经地衡称量后加入垃圾池内,先由磁选机分出黑色金属,然后人工手选,除去大件垃圾、砖石、箩筐等废弃物;
ii)破碎:将预处理后的垃圾装入破碎机内,进行破袋或破碎到不大于30厘米的小块或粒状,或将其中的碳水化合物同时地破碎至浆料;
iii)脱水:将上述破碎后的垃圾装入挤压机或脱水机内,进行挤压或脱水,使这种垃圾中的水与固体垃圾分离;同时地,进一步收集和净化处理分离过程中排出的水分;
iv)干燥:将破碎脱水后的碎片垃圾输送到干燥设备内,给干燥设备加热,使垃圾中的水分全部蒸发,此干燥过程中的物料温度控制在60-150℃;设备内的压力控制在常压(0.1MPa)或稍高于常压,保持0.2-2小时;同时地,进一步收集和净化处理此干燥过程中排出的水蒸汽和受热后其它易挥发性气体;
v)裂解:将不含水的固体(干基)垃圾输送到密闭的热裂解设备中,给热裂解设备的外壁和或内部加热,或是加入一定量的催化剂到热裂解设备内与垃圾混匀,在无氧条件下发生热裂解和或催化裂解反应,裂解温度控制在320-500℃;压力控制在常压(0.1MPa)或稍高于常压,保持0.2-2小时;裂解产生气相产物和残渣,收集并利用裂解反应产生的气相产物;
vi)将裂解反应残渣排出裂解设备,送到燃烧炉中焚烧至烬;同时地,进一步净化处理燃烧炉排出的烟气;
vii)从燃烧炉中排出并处置焚烧后的灰渣;
按本发明,实施一种连续化处理生活垃圾使其资源化的方法所采用的设备(商品)如下:
i)垃圾的破碎设备:可以选用颚式破碎机、冲击式破碎机、锟式破碎机、刀片式破碎机、锤式破碎机、剪切式破碎机和或球磨机等;特别地,优选公知的具有破碎和物质分类双重作用的“半湿式选择破碎分选机”。
ii)垃圾的脱水设备:可以选用液压式槽形或圆筒形挤压机、螺旋式挤压机、离心式脱水机,滚压式脱水机,全自动滤片压滤机、离心沉降脱水机和造粒脱水机;其中,优选螺旋式挤压机;
iii)垃圾的干燥设备:可以选用连续化旋转式筒体干燥器;间隙式立式或卧式筒体干燥器,红外线干燥器,微波干燥器,连续化链条带式干燥器、气流干燥机等;其中,优选旋转式筒体干燥器;
iv)垃圾的裂解设备:可以选用连续化密闭旋转式筒体裂解反应釜、间隙式密闭旋转式筒体裂解反应釜,固定立式或固定卧式裂解反应釜;其中,优选旋转式筒体裂解反应釜;
v)裂解残渣(或垃圾)的焚烧设备:往复式炉排焚烧炉,各类立式或卧式燃烧炉或焚烧炉。
所述的生活垃圾包含一种或多种下列废弃的物质:
i)有机聚合物:其中包括:废塑料、废橡胶、尼龙、废烃油;
ii)有机纤维物质:其中包括:织物、衣物、废纸、化纤、植物、棉、布、纱、木、叶、茎、壳、枝、草;
iii)碳水化合物:其中包括:淀粉、动植物油脂、含油植物、油籽、皂脚、油脂衍生物,脂肪酸金属盐、脂肪酸、腐烂瓜果、粪便、瓜果皮、蔬菜残渣、厨房餐馆垃圾、餐后剩食、毛发、骨头、动物脏器、人体组织器官;
iv)它有机残余物:其中包括:皮革、药材、颜料、油漆、有机化工废品、污泥、油沙,装饰垃圾、家用什具:
v)无机物:其中包括:煤灰渣、玻璃及陶瓷碎片;
vi)金属材料:其中包括:饮料罐、铁屑、铁钉、器械及废电器制品:
按本发明的方法,所述的预处理是指:在破袋或破碎前,将所述的生活垃圾中混入的金属磁选出,或将大形木棍棒、砖块石头等建筑材料和大块无机物挑从生活垃圾中选出,以免打坏破碎机的金属刀具;经过不破碎或破碎,要求垃圾的尺寸不大于30厘米。在装料过程中应尽量避免裂解设备中存留的裂解反应气体产物不外泄。
现实的生活垃圾中碳水化合物占有很高的容积百分比(V%)和重量百分比(W%),特别是我国南方的雨季长,雨量充沛,生活垃圾中的水分含量也高,导致生活垃圾经常呈现低位发热值状况,若要进行完全焚烧或彻底裂解,就要额外消耗一定量的燃料,以补充和满足裂解或焚烧所需的基本热量。生活垃圾中的碳水化合物是由碳(C)、氢(H)和氧(O)三元素所构成的有机化合物,主要由腐烂瓜果、瓜果皮、蔬菜残叶、厨房餐馆垃圾、餐后剩食所组成;在这些碳水化合物中,水分的重量百分比含量(W%)超过数倍固体干基的重量百分比含量(W%);如一个102克的苹果,榨汁后的固体残渣只有15.6克,汁或水分占86.4克,水分含量为84.37%(W%);通过垃圾的破碎处理,这些垃圾中的碳水化合物变成了浆料,破碎导致碳水化合物在整个垃圾中所占的容积百分比例(V%)大大减小,或破碎后的单位重量生活垃圾的体积要比破碎前单位重量生活垃圾的体积大大缩小,如1立方米的西瓜皮被破碎后变成了0.41立方米浆料;通过对浆料进行挤压式的压榨或脱水,浆料中的水与固体残渣被分离,浆料中的水被排除后只剩下固体残渣,这种固体残渣的容积只是碳水化合物脱水前原有容积的10-30%(V%);因此,通过对生活垃圾的破碎、压榨或脱水处理,生活垃圾得到了第一次减量化处理;特别地,通过破碎和挤压脱水,生活垃圾中的水分重量百分比含量(W%)大大降低,固体干基的重量百分比含量(W%)大大上升;同时地,垃圾中水分的排除,导致垃圾的发热值大大上升,其发热值能满足或超过此时垃圾焚烧至烬所需热量;但在单一的垃圾焚烧法中,垃圾中的全部水分都是靠吸收热量而蒸发出去的,因此造成了严重的能源浪费。
综上所述,对生活垃圾进行破碎和脱水处理,能导致垃圾的容积减量化、节能及热值的提高;这,就是本发明的特征之一;
所述的垃圾干燥、热裂解反应和焚烧所需的热源可以由燃油、燃气、煤、电能或和裂解反应残渣及其它可燃物的燃烧来提供;所述的燃油和燃气可以是从热裂解和或催化裂解反应产生的气体产物中获得的;可以采用上述各种燃料(其中,包括裂解反应产生的可燃性尾气H2,C1-C4)经在燃烧炉中燃烧后产生的高温烟气给设备加热;
特别地,传热方式一般可采纳以下三种方法之一:
1.用高温烟气或流动性热载体(如导热油、高温下的液态无机熔盐)直接给设备的外壁进行接触加热;
2.在设备外壁进行加热的同时,给固定在设备内部的传热钢管的管内引入高温烟气或输送其它无机或有机热载体(如导热油、液态无机熔盐)对设备的内部和外壁实行双重加热,以便提高传热速率和加大传热量;
3.采用电能加热,其中包括:采用电热棒、电热丝、电热片、电微波等给导热油或无机熔盐加热至高温,然后用此高温导热油或高温下的液态熔盐作为热载流体给设备的外壁或内部的加热钢管传热;工业上常使用高温油泵输送液态熔盐和导热油,并将其不断地循环或流动,对设备进行连续的加热;
所述的燃烧炉的作用有二点:
i)将裂解后的残渣烧烬,使残渣不含有机物,使垃圾的处理达到彻底的无害化;
ii)给垃圾的裂解(热裂解和催化裂解)、垃圾的干燥提供足够的热量;裂解后的剩余残渣和不凝结的可燃性气体是燃烧炉焚烧的主要燃料,当垃圾出现低位热值(即,L·H·V)小于3344KJ/KG时,导致燃烧炉排出的热量不够裂解和干燥时,就用裂解反应收集到的烃油作为燃烧炉的燃料,以补足垃圾处理所需热量;
所述的热裂解和或催化裂解中产生的残渣在燃烧炉内经800-1100℃温度下的焚烧,其中的有机物被燃烧至烬变成无机物,最终做到了整体生活垃圾的完全无害化。经过焚烧后的灰渣排出燃烧炉,冷却后经分筛,将未被灰化的固体物质如固体无机物和金属与灰分分开,分别做进一步的处理。
将裂解反应残渣排出裂解设备的步骤可以选择下面任何一个步骤进行:一是将残渣排放到残渣收集容器中、待积累到一定量时才一并送到燃烧炉中,二是也可以连续地不停地将残渣从燃料炉的排渣口输送到燃烧炉的加料箱中。将排出的残渣送到燃烧炉中的步骤可采用常用的方式进行,例如采用链条传送、皮带输送机传送、螺旋输送机输送或在处理量不很大时用人力传送。
在隔绝空气或无氧条件下,在320-500℃温度范围和安全的常压(0.1MPa)密闭的裂解设备中,垃圾中90%以上的C和H元素通过热裂解或催化裂解被转化成烃油、经冷凝、油水分离、精制后,转变成商品烃油被储备或被销售;产生的部分可燃性不凝气体(H2、C1-C4)返回到焚烧炉中燃烧产生高温烟气给裂解设备加热;而经热裂解和或催化裂解过程后产生的剩余残渣中,几乎不含氢(H)和氧(O)元素或几何不含有机物成分,属于仅含有炭(C)元素的无机物残渣,已经完全无害化,这种不含氢(H)和氧(O)元素的剩余无机物残渣在焚烧时,只会发生下列化学反应:
C+O2=CO2
因为残渣中的不含氢(H),不能发生下列化学反应:
2H2+O2+2C=C2H4O2(二恶因)
即,
Figure A20071013012700131
或是:4H2+O2+4C=C4H8O2
(二恶因)
Figure A20071013012700132
所以,整个垃圾处理的全过程,没有致癌物二恶英(C2H4O2或C4H8O2)的生成,其排放量为零;这,就是本发明的特征之一。
按本发明的方法包括以下步骤中的第ii)所述的“进一步收集和净化处理分离过程中排出的水分”的意思是指:将分离过程中排出的水收集在容器或池中或储备起来,采用常规的公知的生活废水净化处理技术对储备在容器或池中的水进行无害化处理,使水质达到国家规定的排放标准;水的净化处理最后得到二类物质:一类是达到了国家排放标准的透亮清水,另一类是沉淀到水质净化设备(池或容器)下层的污泥;将此污泥送入垃圾干燥设备中,与垃圾混合在一起进行干燥处理,然后,进一步进行裂解和焚烧至烬。
按本发明的方法包括以下步骤中的第iii)所述的“同时地,进一步收集和净化处理此干燥过程中排出的水蒸汽和其它易挥发性气体”的意思是指:将干燥过程中排出的水蒸汽和受热后其它易挥发性气体引入到冷凝器进行降温,使其凝结成水或液体;然后,将这种收集到的水或液体送入或合并到垃圾破碎和脱水工序排出的废水中,二道工序收集得到的废水合并在一起,然后按照第ii)所述的“进一步收集和净化处理分离过程中排出的水分”的意思,对合并在一起的废水进行无害化达标处理;
按本发明的方法包括以下步骤中的第iv)所述的“催化剂”是指:可采用常规的公知的ZSM-5型、HZSM-5型、Y型等分子筛,以及用氧化铝、硅酸铝为主要成分所组成的裂解催化剂商品。如果垃圾在裂解时不使用催化剂,则回收的烃油的分子量大,重质油(如蜡油)的含量高,加入了裂解催化剂,所收集到的烃油组成主要是轻质烃油,如汽油和柴油组分;因此,根据对烃油质量的要求进行选择在垃圾裂解时是否添加催化剂;其中,所述的“收集并利用裂解反应产生的气相产物”的“收集”是指;将热裂解反应和或催化裂解反应产生的气相烃按传统的常规的方法进行收集,即进行分馏、冷凝、油水分离、精制、最后得到各种低沸点烃油(汽油、柴油、燃料油)和可燃性气体;所述的“利用”是指:可将收集到的烃油出售或返回到燃烧炉中进行燃烧,以供给或补足垃圾处理过程中所需热量,以及将不凝结的可燃性气体(H2、C1-C4)返回到燃烧炉中燃烧,燃烧产生高温烟气给裂解设备加热;
按本发明的方法包括以下步骤中的第v)所述的“同时地,进一步净化处理燃烧炉排出的烟气”是指:烟气中含有酸性有害气体,将有害气体(HCL、SO3、SO2、NO2、CO2)引入气体净化塔中,可以采用廉价的碱(例如NaOH、KOH、Ca(OH)2)的液体,在吸附塔中吸附烟气进行酸碱中和净化处理,净化达标后,烟气排入大气:其化学原理是:
SO3+CaO=CaSO4
SO2+CaO=CaSO3
2NO2+CaO=Ca(NO3)2
HCL+NaOH=NaCL+H2O
2HCL+CaO=CaCL2+H2O
CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O
2HCL+Ca(OH)2=CaCL2+2H2O
治理烟气产生的钙盐溶液经蒸馏、冷却、结晶、离心脱水过程后,最后得到钙的化合物,经提纯或再加工将得到建材或化工原料;
本发明的优点是:
1、焚烧的裂解残渣中不含氢(H),所以无二恶因产生,真正做到了生活垃圾处理的无害化;
2、生活垃圾先进行破碎和脱水,使得垃圾中的水的百分比含量大大降低,使固体垃圾在后面工序处理时的体积和重量大大地减小,提高了后工序设备(干燥器、裂解反应釜和燃料炉)在单位时间的对垃圾的处理量;提高了低热值垃圾的单位重量的热值,使得垃圾的后面工序的热处理变得更加节约能源;使投资和运行成本大大降低;
3、能够将垃圾中多余的能量以液体烃油的形式储备起来,省去了余热蒸汽锅炉、蒸汽发电等复杂而设备昂贵的回收能量的方法;特别地,当某批垃圾处于低热值或热值不够导致垃圾不能被裂解或不能自行燃烧时,可将储备的烃油作为补充能源,而不需要额外在市场上购买能源;烃油是畅销商品,因此,本发明真正实现了垃圾处理的资源化;
4、利用裂解排出的可燃性气体和裂解残渣在燃料炉中焚烧产生的高温烟气作为垃圾处理的热源,极大地节减了垃圾的运行处理成本;
5、本发明所采用的设备均属于工业上常使用的标准化商品,运行可靠,技术成熟,结构简单,维修方便,造价低廉;
6、本发明属于连续化垃圾处理工艺,能将堆积如山的生活垃圾完全地彻底地实行减量化、无害化和资源化;具有好的工业实用性。
附图说明
附图是本发明方法的工艺流程图;
具体实施方式
如附图所示,在本发明的一个实施例中,但本发明不受其限制;本发明的方法包括:将生活垃圾按照破碎、脱水、干燥、裂解和焚烧等工艺流程进行连续化处理,同时地,进一步收集和净化垃圾在脱水和或干燥过程中排出的水分、水蒸汽和受热后其它易挥发性气体;收集并利用裂解产生的气相产物;进一步净化处理焚烧中排出的烟气。
具体步骤是:
i)预处理:城市生活垃圾由垃圾车辆运来,经地衡称量后加入垃圾池内,垃圾池容积约为1000-2000m3,垃圾池顶部安装有抓斗式起重机,用于垃圾的倒垛和供料;先由磁选机分出黑色金属,然后人工手选,除去较大的砖石、箩筐等大件废弃物,另行无害化处理;
ii)破碎:用抓斗式起重机将1000KG生活垃圾抓起和移入到双轴锟式破碎机中破碎成不大于30厘米尺寸的小块破碎物;同时地,将瓜果皮、蔬菜残物等全部碳水化合物打成浆状物;
iii)脱水:将上述破碎物和浆状物的混合物用皮带运输机提送到电动螺旋叶筒式挤压机中,对破碎后的垃圾进行加压和挤压脱水,将垃圾中水分至脱至20-50%(W%)以下,使垃圾中的固体与液体分开,对垃圾进行第一次减容,分离出的固体垃圾供下步处理;将挤出的水储备在专用的水泥池中,按常规污水的净化方法,对份离出的水实行无害化处理,水质达标后排放;收集水净化时产生的污泥,并对污泥进行下一步减量化处理;
iv)干燥:采用高温烟气先对旋转筒式干燥器的筒体外壁进行间接加热,然后将加热后的烟气再引入到干燥器的筒体内部,让热的烟气与垃圾直接接触进行风干、传热的方式;具体地说:将上述回收的污泥和脱水后的小块固体垃圾均用螺旋筒体输送机输送到密闭的旋转筒式干燥器内进行干燥或进一步蒸发垃圾中剩余的水分;此干燥过程中,干燥的温度控制在90-150℃;干燥器内的压力控制在常压(0.03-0.08MPa);垃圾干燥时的加热方法是:将本工艺后段的卧式旋转筒体裂解反应釜或裂解设备排出的高温烟道气(300℃-450℃)引入到旋转筒式体干燥器的外部加热室进行间接加热;同时地,将此干燥器外部加热室排处的低温烟道气体(100℃-150℃)直接引入到旋转筒式干燥器筒体内部,与含水的小块状垃直接接触进行内部加热和发生热交换,垃圾在旋转筒式干燥器内连续地上下翻滚,从一端慢慢地移向另一端,垃圾在旋转筒式干燥器内的移动或干燥时间为16-20分钟,所含水分受热后迅速蒸发,生成的水蒸汽伴随烟道气一起排出旋转筒式干燥器;同时地,按常规的方法进一步收集和净化处理干燥过程中排出的水蒸汽和、烟气和受热后其它易挥发性气体,处理达标后再排入大气;而烟气经净化处理后,经烟囱排出装置。
v)裂解:将旋转筒式干燥器排出的无水小块状固体垃圾用螺旋筒体输送机连续地提升地送入密闭的卧式旋转筒体裂解反应釜中,并将一定量的以ZSM-5为活性组分的粉末催化剂混入垃圾中,连续地送入密闭的旋转卧式筒体裂解反应釜中,用焚烧炉排出的高温(900-1100℃)烟气给卧式旋转筒体反应釜的外壁加热,反应釜内的温度控制在350-400℃,压力控制在0.03-0.08MPa;垃圾在无氧密闭的卧式旋转筒体裂解反应釜内连续地上下翻滚,垃圾从卧式旋转筒体裂解反应釜的一端进入,从另一端排出,垃圾从卧式旋转筒体反应釜的一端移向另一端的裂解时间为可控制在25-30分钟,此时垃圾中的有机物发生热裂解和催化裂解反应,如餐后剩食、瓜果皮、废塑料、废橡胶、纸、布、皮革、油垢、木屑……等,经裂解和第一次催化反应后,垃圾被分解成CO2、H2O和烃类气体,此混合物气体被引入分馏塔中进行分馏、再经过冷凝、油水分离、精制、调配后,分别得到汽油和柴油;不冷凝的可燃性气体(H2、C1-C4)可返回到燃烧炉中燃烧产生高温烟气(900-1100℃)给裂解反应提供热量,分馏塔下部的重质烃油可作为燃油使用、出售或进一步返回到卧式旋转筒体裂解反应釜内进行二次裂解;
经过高温裂解,垃圾被分解成气相产物和固体残渣,此气相产物被回收成为烃油和可燃性气体(H2、C1-C4),而烃油可以作为商品销售,本发明真正作到了垃圾处理的资源化;而裂解之后的残渣的体积比破碎干燥后的垃圾体积相比之下大大缩小,实施了本工艺对垃圾的第二次减容化;将裂解产生的固体残渣连续地从密闭的卧式旋转筒体裂解反应釜的另一端排渣口排入螺旋输送器中,经螺旋输送器输再送到燃烧炉中;
vi)上述裂解后的残渣的主要成份是炭,其中还有极少量的有机物(如动物的内脏、皮、骨肉等)因温度不够高而未被彻底分解,须用焚烧法进一步烧烬处理;炭能燃烧放热;将裂解反应排出的这种固体残渣用螺旋输送器运送到常规的往复式炉排焚烧炉中进行焚烧至烬,并放出热产生高温烟气;同时地,将产生的高温烟气(800-1100℃)引入到卧式旋转筒体裂解反应釜的加热室给裂解反应供热,热量全部回收利用;当垃圾出现低位热值(即,L·H·V)小于3344KJ/KG时,将导致燃烧炉排出的热量不够垃圾的裂解和干燥,就用裂解反应收集到的烃油作为燃烧炉的燃料,以补足垃圾处理所需热量,这样不需要额外购买燃料油,降低了运行成本,作到了垃圾处理的资源化;残渣的焚烧实施了本工艺对垃圾的第三次彻底的减容化;
vii)将燃烧炉产生的无机灰渣排出燃烧炉,此灰渣可以填埋处理,也可以经磁选机回收金属、粉碎、提纯后用作建材原料。
经过上述工艺过程得到如下主要数据和结果:
生活垃圾:1000KG;
垃圾物理性质(W%):水分36.6%,总固体类(包括碳水化合物、废塑料、纤维素、淀粉、金属、粉煤灰等等)63.4%,PH值为8.10,容积为0.53吨/m3
1000KG垃圾的容积:0.53M3
垃圾的元素分析:H 7.32%(w%);C 23.3%(w%);O 51.33%(w%);S 0.4%(w%);N 1.5%(w%),;金属及无机物16.15%(w%);
裂解催化剂:10KG(由40%的ZSM-5和60%的载体混合后构成);
干燥器内部温度:90-150℃;
裂解反应温度:350-420℃;
燃烧炉产生的烟气温度:800-1100℃
垃圾的处理时间:105分钟;
热裂解釜内压力:0.03-0.08Mpa
干燥器内压力:0.03-0.08Mpa
反应产物(W%):
烃油(C7-C52):                      51.3KG,占5.13%;
可燃性气体(H2和C1-C6):             173.8KG,占17.38%;
无机残渣及金属:                    161.5KG,占16.15%
水分(包括脱水、干燥和裂解产生的水):577.1KG,占57.71%;
其它(包括烟气中的酸性气体成分):    36.3KG,占3.63%;
垃圾减容效果:
残渣及金属的平均密度:              3.26吨/M3
161.5KG残渣及金属占容积:            0.049M3(3.26÷0.1615)
垃圾残剩率(V%):                    9.24%[(0.049÷0.53)×100%]
垃圾减容率(V%):                    90.76%[100%-9.24%]。

Claims (11)

1、一种连续化处理生活垃圾的方法,包括以下步骤:
i)预处理:城市生活垃圾由垃圾车辆运来,经地衡称量后加入垃圾池内,先由磁选机分出黑色金属,然后人工手选,除去大件垃圾、砖石、箩筐等废弃物;
ii)破碎:将预处理后的垃圾装入破碎机内,进行破袋或破碎到不大于30厘米的小块或粒状,或将其中的碳水化合物同时地破碎至浆料;
iii)脱水:将上述破碎后的垃圾装入挤压机或脱水机内,进行挤压或脱水,使这种垃圾中的水与固体垃圾分离;同时地,进一步收集和净化处理分离过程中排出的水分;
iv)干燥:将破碎脱水后的碎片垃圾输送到干燥设备内,给干燥设备加热,使垃圾中的水分全部蒸发,此干燥过程中的物料温度控制在60-150℃;设备内的压力控制在常压(0.1MPa)或稍高于常压,保持0.2-2小时;同时地,进一步收集和净化处理此干燥过程中排出的水蒸汽和受热后其它易挥发性气体;
v)裂解:将不含水的固体(干基)垃圾输送到密闭的热裂解设备中,给热裂解设备的外壁和或内部加热,或是加入一定量的催化剂到热裂解设备内与垃圾混匀,在无氧条件下发生热裂解和或催化裂解反应,裂解温度控制在320-500℃;压力控制在常压(0.1MPa)或稍高于常压,保持0.2-2小时;裂解产生气相产物和残渣,收集并利用裂解反应产生的气相产物;
vi)将裂解反应残渣排出裂解设备,送到燃烧炉中焚烧至烬;同时地,进一步净化处理燃烧炉排出的烟气;
vii)从燃烧炉中排出并处置焚烧后的灰渣。
2、根据权利要求1的方法,其特征在于:所述的生活垃圾包含一种或多种下列废弃的物质:有机聚合物、有机纤维物质、碳水化合物、它有机残余物、无机物和或金属材料。
3、根据权利要求1的方法,其特征在于:所述的“进一步收集和净化处理分离过程中排出的水分”的意思是指:将分离过程中排出的水收集和储备在池中,采用常规的生活废水净化处理技术对池中的废水进行无害化处理,使水质达到国家规定的排放标准;将废水处理过程中形成的污泥送入垃圾干燥设备中,与垃圾混合在一起进行干燥处理,然后,进一步进行裂解和焚烧至烬。
4、根据权利要求1的方法,其特征在于:所述的“同时地,进一步收集和净化处理此干燥过程中排出的水蒸汽和其它易挥发性气体”的意思是指:将干燥过程中排出的水蒸汽和受热后其它易挥发性气体引入到冷凝器进行降温,使其凝结成液体;然后,将这种收集到的液体送入到垃圾破碎和脱水工序排出的废水中一起进行无害化达标处理。
5、根据权利要求1的方法,其特征在于:所述的“收集并利用裂解反应产生的气相产物”的“收集”是指;将热裂解反应和或催化裂解反应产生的气相烃按传统的常规的方法进行收集,即进行分馏、冷凝、油水分离、精制、最后得到各种低沸点烃油(汽油、柴油、燃料油)和可燃性气体;所述的“利用”是指:可将收集到的烃油出售或返回到燃烧炉中进行燃烧,以供给或补足垃圾处理过程中所需热量,以及将不凝结的可燃性气体(H2、C1-C4)返回到燃烧炉中燃烧,燃烧产生高温烟气给裂解设备加热。
6、根据权利要求1的方法,其特征在于:所述的“催化剂”是指:可采用常规的ZSM-5型、HZSM-5型、Y型等分子筛,以及用氧化铝、硅酸铝为主要成分所组成的裂解催化剂商;如果垃圾在裂解时不使用催化剂,则回收的烃油的分子量大,重质油的含量高,加入了裂解催化剂,所收集到的烃油组成主要是轻质烃油,如汽油和柴油组分;因此,根据对烃油质量的要求进行选择在垃圾裂解时是否添加催化剂。
7、根据权利要求1的方法,其特征在于:所述的“同时地,进一步净化处理燃烧炉排出的烟气”是指:烟气中含有酸性有害气体,将有害气体引入气体净化塔中,可以采用碱液在吸附塔中吸附烟气进行酸碱中和净化处理,净化达标后,烟气排入大气。
8、根据权利要求1的方法,其特征在于:所述的“给干燥设备加热”是指:用高温烟气或流动性热载体直接给设备的外壁和或内部进行加热。
9、根据权利要求1的方法,其特征在于:所述的“给热裂解设备的外壁和或内部加热”是指:在给热裂解设备的外壁进行加热的同时,给固定在设备内部的传热钢管的管内引入高温烟气或输送其它无机或有机液态热载体对设备的内部和外壁实行双重加热,以提高传热速率和加大传热量。
10、根据权利要求1的方法,其特征在于:所述的给干燥设备加热或给热裂解设备的外壁和或内部加热是指:采用燃油、燃气、煤、裂解反应残渣及其它可燃物的燃烧产生的高温烟气来给设备加热;或是采用电能加热,其中包括:采用电热棒、电热丝、电热片、电微波等给导热油或无机熔盐热载体加热至高温,然后用此高温导热油或高温下的液态熔盐作为热载流体给设备的外壁或内部的加热钢管传热进行加热。
11、根据权利要求1的方法,其特征在于:所述的干燥设备,优选的是旋转筒式干燥器;所述的热裂解设备,优选的是卧式旋转筒体裂解反应釜;所述的破碎机,优选的是锟式破碎机;所述的挤压机,优选的是螺旋式挤压机。
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