CN101747145B - 一种生活垃圾、有机废物气化-液化处置的末端净化系统 - Google Patents
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Abstract
一种生活垃圾、有机废物气化-液化处置的末端净化系统,涉及环保领域无害化处置生活垃圾的末端净化装置。系统主要由甲醇合成反应器、冷却器、载体混合器、石灰水混合器、气液分离器、蒸馏塔、水泵、水力旋流器、载体循环泵、合成氨设备和氨分离器组成,其中:由垃圾生产的甲醇混合气在载体混合器中与甲醇载体混合,又在石灰水混合器中与石灰水混合,用氢氧化钙来吸收包括二噁英在内的污染物,然后通过分离,把未反应气送回甲醇合成反应器进行循环反应,把石灰水送回混合器进行循环利用,把甲醇送入贮罐,获得能源产品而不排放污染物。本系统作为生活垃圾气化-液化处置的末端净化配套设备,可以有效消除包括二噁英在内的污染物对环境的危害。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护领域的固体废物处置技术,特别是涉及到一种生活垃圾无害化处置的末端净化装置。
背景技术
生活垃圾和有机废物随着我国国民经济的发展及城市规模的不断扩大而迅速增加,致使垃圾泛滥成灾,当前,我国的许多城市都出现了垃圾围城现象,已影响到我国国民经济的可持续发展和制约城市的发展。生活垃圾和有机废物含有许多有害成分,如处理不好,将会污染环境,威胁人民的身体健康。目前,处理生活垃圾主要有垃圾分类综合利用、卫生填埋技术、堆肥(生化)技术和焚烧技术,其中,垃圾分类需要公众参与和配合,目前我国还没有推行,如果能达到垃圾分类收集、综合利用的话,仍还有40~50%的量需要焚烧处理;我国大部分地区采用卫生填埋法处理城市生活垃圾,这不但需占用大量的土地资源,而且容易污染土地及地下水;采用堆肥法仅利用40%左右的有机物,其余的60%还需作焚烧处理或填埋处理,同样存在二次污染的问题;采用焚烧法来处理生活垃圾,从表面看是做到了减量化、资源化处理生活垃圾,但实际上是把地面上的固态污染物以烟气的方式转移到大气中,这些转移到大气中的污染物随着空气对流、地球引力回到地面上,影响人类的生命健康,有些污染物以制造酸雨的方式回到地面上,排放量最多的二氧化碳则起温室效应破坏人们的生存环境。焚烧法还存在在处置过程中容易生成致癌剧毒物-二噁英污染环境、危害人身体健康的问题,目前还缺乏有效可靠的末端净化工艺技术来消除焚烧烟气中的二噁英,焚烧厂虽有烟气净化系统,但都难以消除。
二噁英是一种含氯的强毒性有机化学物质,这类物质非常稳定,不溶于水,是无色无味的脂溶性物质,所以非常容易在生物体内积累,自然界的微生物和水解作用对二噁英的分子结构影响较小,因此,环境中的二噁英很难自然降解消除。它的毒性是氰化钾的1000多倍,有“世纪之毒”之称,已被国际癌症研究中心列为人类一级致癌物。由于二噁英很难降解,它的半衰期是14-273年,基本视为不降解,它在人们的生存环境中及人体里的积累会越来越多,许多焚烧大国都出了问题,当地居民得癌症的几率大了很多,而且空气和土壤中的二噁英和其他有毒物质的含量都高了许多,比如大兴垃圾焚烧的日本,大气中的二噁英含量已经达到发达工业国家的10倍,日本已经关掉了70%多的垃圾焚烧炉。我国目前的二噁英污染总量还不是很严重,但近年来我国固体废物和医疗废物的产生量和处理量都在不断增加,各地纷纷建立或筹建集中焚烧设施,发展势头迅猛,将可能带来严重的的二噁英污染问题,应引起足够的重视。
焚烧法处置生活垃圾不是一个好的办法,卫生填埋又存在占用土地及污染隐患,垃圾分类、堆肥法也要面对不能利用部分的出路问题,而令人头痛的“垃圾围城”问题必须得解决,因此,人类迫切希望有一个完美处置生活垃圾的技术方案。
发明内容
本发明的目的是要解决焚烧法带来的二噁英污染问题,克服焚烧法处置生活垃圾污染环境的缺点,提出一种把生活垃圾、有机废物用气化-液化的方法来进行处置,再通过末端净化系统除去包括二噁英在内的污染物的方案。
为了达到上述目的,本发明设计一种生活垃圾、有机废物气化-液化处置的工艺,用生活垃圾、有机废物生产甲醇,可以避开二噁英的形成条件,有效地抑制包括二噁英在内的污染物产生,再在末端的液体产物中用氢氧化钙作吸收剂,除去包括二噁英在内的污染物。其工艺流程是:把生活垃圾或有机废物在等离子体气化炉内进行无氧气化,产生不含氧气的以CO和H2为主要成分的富氢合成气;再把富氢合成气通过降温、除尘/净化后作为原料气送入甲醇合成反应器,催化合成甲醇产物,由于在合成气净化工序中不可能做到彻底清除污染物,原料气中可能存在少量的包括二噁英在内的污染物和杂质,这些污染物和杂质将会和气态甲醇产物混合;本发明再把气态甲醇产物引出反应器与载体甲醇在载体混合器中进行混合,使二噁英和载体甲醇相溶,然后把相溶的载体甲醇送入石灰水混合器与石灰水混合,用氢氧化钙吸收包括二噁英在内的污染物;然后在气液分离器中把末反应的气态物分离出来送回合成反应器进行循环反应,把液态的混合物送入蒸馏塔,在蒸馏塔中把甲醇分离出来送入甲醇贮罐,把脱出甲醇后的含有杂物的石灰水通过水力旋流器进行除污,再把清石灰水降温后送回石灰水混合器进行循环利用;再从甲醇贮罐取出部分甲醇作为载体甲醇送入载体混合器与与反应器出来的气态甲醇混合,载体甲醇循环操作。
生活垃圾本身中存在有少量的氮成分,在气化后通过合成气的流动会积累在尾气中,本发明应用合成氨技术来产生氨把积累的N2消耗掉,当从气液分离器出来的未反应气中N2超过5%时,把未反应气送入合成氨反应器,在催化剂作用下,使未反应气中的氮气和氢气合成为氨,把N2消耗掉,再把氨的混合气通过冷却后在氨分离器中把液氨分离出来,把脱氮后的未反应气送回甲醇合成反应器进行循环反应;当尾气中二氧化碳含量超过10%时,把未反应气分流50%返回气化炉进行回炉处理,其中的二氧化碳将还原为一氧化碳,其中的二噁英及其它污染将在气化炉得到瓦解,瓦解后在炉内或在除尘/净化工序中用吸收法除去。
本发明的一种生活垃圾、有机废物气化-液化处置的末端净化系统,包括甲醇合成设备,其特征是系统由甲醇合成反应器(65)、第一冷却器(54)、载体混合器(51)、石灰水混合器(63)、气液分离器(9)、蒸馏塔(37)、甲醇贮罐(29)、水泵(39)、水力旋流器(43)、第二冷却器(47)、载体循环泵(49)、压缩机c(12)、合成氨设备和氨分离器(22)组成,其中:甲醇合成反应器(65)的甲醇气出口连接到第一冷却器(54)的甲醇气进口,第一冷却器(54)的甲醇气出口连接到载体混合器(51)的甲醇气进口,载体混合器(51)的混合物出口连接到石灰水混合器(63)的混合物进口,石灰水混合器(63)的混合物出口连接到气液分离器(9)的混合物进口,气液分离器(9)的出液口(11)连接到蒸馏塔(37)的混合液进口,蒸馏塔(37)的甲醇出口连接到甲醇贮罐(29);蒸馏塔(37)底部的石灰水出口连接到水泵(39)的吸水口,水泵(39)的出水口连接到水力旋流器(43)的进水口(41),水力旋流器(43)的出水口连接到第二冷却器(47)的石灰水进口,第二冷却器(47)的石灰水出口连接到石灰水混合器(63)的石灰水进口;甲醇贮罐(29)的载体出口(28)连接到载体循环泵(49)的吸入口,载体循环泵(49)的出口连接到载体混合器(51)的冷甲醇进口;气液分离器(9)的出气口通过截止阀b(7)与回气管(4)连接;气液分离器(9)的出气口还通过截止阀a(6)连接到气化炉的返气管(5);气液分离器(9)的出气口还通过截止阀c(10)连接到压缩机c(12)的吸气口,压缩机c(12)的出气口连接到合成氨反应器(15)的进料口,合成氨反应器(15)的混合气体出口(17)通过第四冷却器(19)连接到氨分离器(22)的氨混合液进口,氨分离器(22)的出气口通过截止阀d(20)与回气管(4)连接,回气管(4)通过压缩机b(3)和连通管(67)连接到甲醇合成反应器(65)的进料口。
上述的系统在具体实施时,在甲醇合成反应器(65)与第一冷却器(54)之间有减压阀(60),连接方式为:甲醇合成反应器(65)的甲醇气出口连接到减压阀(60),减压阀(60)连接到第一冷却器(54)的甲醇气进口。
上述系统中,蒸馏塔(37)与甲醇贮罐(29)之间的另一种结构是在蒸馏塔(37)与甲醇贮罐(29)之间有止回阀a(26)和截止阀e(27),连接方式为:蒸馏塔(37)的甲醇出口连接到止回阀a(26),止回阀a(26)连接到截止阀e(27),截止阀e(27)连接到甲醇贮罐(29)。
上述系统中,蒸馏塔(37)与甲醇贮罐(29)之间的另一种结构是在蒸馏塔(37)与甲醇贮罐(29)之间还有第三冷却器(33)、甲醇泵(32)、止回阀a(26)和截止阀e(27),连接方式为:蒸馏塔(37)的甲醇出口连接到第三冷却器(33)的甲醇进口,第三冷却器(33)的甲醇出口连接到甲醇泵(32)的吸入口,甲醇泵(32)的出口连接到止回阀a(26),止回阀a(26)连接到截止阀e(27),截止阀e(27)连接到甲醇贮罐(29)。
上述的系统在具体实施时,甲醇贮罐(29)的载体出口(28)通过止回阀b(30)再串接一只闸阀连接到载体循环泵(49)的吸入口。
本发明的有益效果是:把生活垃圾、有机废物通过气化-液化的工艺路线进行处置,可以避开二噁英形成的条件,整个处置过程中几乎不排放污染物,本发明与焚烧法相比:焚烧法不可避免地会形成剧毒物二噁英,并且难以消除,随烟气排入大气,危害人类的健康;本发明可以避免形成二噁英,即使有极少量的二噁英出现,也会在末端净化系统中清除。本发明适合作生活垃圾、有机废弃物“气化-液化”处置法的末端净化配套设备。
附图说明
附图是本发明的一种生活垃圾有机废物“气化-液化”法处置的末端净化系统图。
图中:1.压缩机,2.进料口,3.压缩机b,4.回气管,5.返气管,6.截止阀a,7.截止阀b,8.出气口,9.气液分离器,10.截止阀c,11.出液口,12.压缩机c,13.进料口,14.冷却水进口,15.合成氨反应器,16.蒸汽混合水出口,17.混合气体出口,18.混合气体进口,19.第四冷却器,20.截止阀d,21.出气口,22.氨分离器,23.氨混合液进口,24.液氨出口,25.氨混合液出口,26.止回阀a,27.截止阀e,28.载体出口,29.甲醇贮罐,30.止回阀b,31.载体输送管,32.甲醇泵,33.第三冷却器,34.甲醇出口,35.甲醇进口,36.甲醇出口,37.蒸馏塔,38.石灰水出口,39.水泵,40.混合液进口,41.进水口,42.排污接口,43.水力旋流器,44.出水口,45.石灰水进口,46.石灰水出口,47.第二冷却器,48.混合物进口,49.载体循环泵,50.混合物出口,51.载体混合器,52.冷甲醇进口,53.甲醇气出口,54.第一冷却器,55.甲醇气进口,56.混合物出口,57.甲醇气进口,58.石灰水进口,59.冷却水进口,60.减压阀,61.甲醇气出口,62.混合物进口,63.石灰水混合器,64.石灰水补充口,65.甲醇合成反应器,66.蒸汽混合水出口,67.连通管,68.原料气输送管。
具体实施方式
附图所示的实施例中:系统主要由压缩机(1)、甲醇合成反应器(65)、减压阀(60)、第一冷却器(54)、载体混合器(51)、石灰水混合器(63)、气液分离器(9)、蒸馏塔(37)、第三冷却器(33)、甲醇泵(32)、甲醇贮罐(29)、水泵(39)、水力旋流器(43)、第二冷却器(47)、载体循环泵(49)、压缩机c(12)、合成氨反应器(15)、第四冷却器(19)、氨分离器(22)和压缩机b(3)组成,其中:甲醇合成反应器(65)上主要有进料口(2)、甲醇气出口(61)、冷却水进口(59)和蒸汽混合水出口(66),工程中,冷却水进口(59)与给水泵连接(图中未出),蒸汽混合水出口(66)与锅炉连接(图中未示出);第一冷却器(54)上主要有甲醇气进口(57)、甲醇气出口(53)、下部的冷却水进口和上部的热水出口,甲醇气进口(57)与甲醇气出口(53)在冷却器的壳体内部通过盘管连通,工程中,冷却水进口与给水管网连接(图中未示出),热水出口与储热水箱连接(图中未示出);载体混合器(51)上主要有甲醇气进口(55)、冷甲醇进口(52)和混合物出口(50);石灰水混合器(63)上主要有混合物进口(62)、石灰水进口(58)和混合物出口(56);气液分离器(9)的内部有按常规技术设置的除沫装置,气液分离器(9)的主要接口有混合物进口(48)、出气口(8)和出液口(11);蒸馏塔(37)的内部分为蒸发区和冷凝区,蒸发区在下部,冷凝区在上部,在蒸发区有蒸汽盘管,在冷凝区有冷冻水盘管,蒸馏塔(37)的主要接口有混合液进口(40)、甲醇出口(36)、石灰水出口(38)、蒸汽/循环热水进口、凝结水出水口/循环回水出口、冷却水进口和回水出口,工程中,蒸汽/循环热水进口接锅炉蒸汽管网或接90℃的热水管网(图中未示出),凝结水出水口/循环回水出口接疏水阀或与回水管网连通(图中未示出),冷却水进口接冷冻水管网或接冷却塔(图中未示出),回水出口接入回水管网或通过水泵返回冷却塔(图中未示出);第三冷却器(33)、第二冷却器(47)和第四冷却器(19)的结构与第一冷却器(54)相似;水力旋流器(43)上有进水口(41)、出水口(44)和排污接口(42),工程中,把排污接口(42)接到污水池;合成氨反应器(15)上主要有进料口(13)、混合气体出口(17)、冷却水进口(14)和蒸汽混合水出口(16),工程中,冷却水进口(14)和蒸汽混合水出口(16)的连接方式与甲醇合成反应器(65)上的冷却水进口(59)、蒸汽混合水出口(66)连接方式相同;氨分离器(22)的内部结构与气液分离器(9)的相似,氨分离器(22)上的主要接口有氨混合液进口(23)、出气口(21)和液氨出口(24),工程中,液氨出口(24)与液氨贮罐连接。
实施例的工作流程连接方式为:原料气输送管(68)连接到压缩机(1)的吸气口,压缩机(1)的排气口通过连通管(67)连接到甲醇合成反应器(65)的进料口(2);甲醇合成反应器(65)的甲醇气出口(61)通过减压阀(60)连接到第一冷却器(54)的甲醇气进口(57),第一冷却器(54)的甲醇气出口(53)连接到载体混合器(51)的甲醇气进口(55),载体混合器(51)的混合物出口(50)连接到石灰水混合器(63)的混合物进口(62),石灰水混合器(63)的混合物出口(56)连接到气液分离器(9)的混合物进口(48),气液分离器(9)的出液口(11)连接到蒸馏塔(37)的混合液进口(40),蒸馏塔(37)的甲醇出口(36)连接到第三冷却器(33)的甲醇进口(35),第三冷却器(33)的甲醇出口(34)连接到甲醇泵(32)的吸入口,甲醇泵(32)的出口连接到止回阀a(26),止回阀a(26)连接到截止阀e(27),截止阀e(27)连接到甲醇贮罐(29);蒸馏塔(37)底部的石灰水出口(38)连接到水泵(39)的吸水口,水泵(39)的出水口连接到水力旋流器(43)的进水口(41),水力旋流器(43)的出水口(44)连接到第二冷却器(47)的石灰水进口(45),第二冷却器(47)的石灰水出口(46)连接到石灰水混合器(63)的石灰水进口(58),石灰水混合器(63)上还有石灰水补充接口;甲醇贮罐(29)的载体出口(28)通过止回阀b(30)再串接一只阀门连接到载体循环泵(49)的吸入口,载体循环泵(49)的出口连接到载体混合器(51)的冷甲醇进口(52);气液分离器(9)的出气口(8)通过截止阀b(7)与回气管(4)连接;气液分离器(9)的出气口(8)同时通过截止阀a(6)连接到气化炉的返气管(5);气液分离器(9)的出气口(8)还通过截止阀c(10)连接到压缩机c(12)的吸气口,压缩机c(12)的出气口连接到合成氨反应器(15)的进料口(13),合成氨反应器(15)的混合气体出口(17)通过减压阀连接到第四冷却器(19)的混合气体进口(18),第四冷却器(19)的氨混合液出口(25)连接到氨分离器(22)的氨混合液进口(23),氨分离器(22)的出气口(21)通过截止阀d(20)与回气管(4)连接,回气管(4)通过压缩机b(3)和连通管(67)连接到甲醇合成反应器(65)的进料口(2);氨分离器(22)的液氨出口(24)连接到氨水槽。
本实施例运行时,打开载体输送管(31)中的阀门,启动载体循环泵(49),使甲醇载体在循环回路中流动,甲醇载体的循环回路是:由甲醇贮罐(29)的循环出口(28)引出,途经止回阀b(30)、沿载体输送管(31)、闸阀、载体循环泵(49)、载体混合器(51)、石灰水混合器(63)、气液分离器(9)、蒸馏塔(37)、第三冷却器(33)、甲醇泵(32)、止回阀a(26),再由截止阀e(27)返回到甲醇贮罐(29),甲醇载体在进入载体混合器(51)之前的温度小于30℃,与甲醇混合气混合后的温度不超过60℃,可通过调整第三冷却器(33)、第一冷却器(54)的降温参数来实现;运行时同时启动水泵(39),使石灰水在石灰水循环回路中流动,石灰水循环的路线是:由水泵(39)的出水口,途经水力旋流器(43)、第二冷却器(47)、石灰水混合器(63)、气液分离器(9)、蒸馏塔(37),再由蒸馏塔(37)的石灰水出口(38)返回到水泵(39)内,石灰水在进入混合器(63)前的的温度控制在60℃以内;当采用常规技术生产甲醇时,在甲醇合成反应器(65)的甲醇气出口(61)间的压力为5Mpa左右、混合气的温度为250℃左右,通过减压阀(60)把压力降到0.1Mpa,通过第一冷却器(54)把混合气的温度降为70±5℃以内;当系统内氮气积累到一定的量时,启动合成氨生产装置把氮气消耗掉;当系统内二氧化碳的量超过10%时,打开截止阀a(6),使未反应气通过返气管(5)送回气化炉进行回炉处理。
本实施例的净化工作流程是:从甲醇合成反应器(65)出来的可能携有包括二噁英在内的污染物及杂质的甲醇混合气通过降压降温后,在载体混合器(51)中与甲醇载体进行混合,60℃的混合液使气态甲醇成为液态甲醇,使二噁英与甲醇相溶,然后在石灰水混合器(63)中与石灰水混合,通过氢氧化钙把包括二噁英在内的污染物吸收掉,再在气液分离器(9)把未反应气分离出来送回甲醇合成反应器(65)进行循环反应,把石灰混合液送入蒸馏塔(37),在蒸馏塔(37)内的蒸发区把石灰混合液升温到68±2℃,蒸出甲醇,在蒸馏塔(37)内的冷凝区把蒸出的气态甲醇降温到64.7℃以下,使之成为液态甲醇,再把液态甲醇降温后送入甲醇贮罐作能源利用;蒸馏塔(37)中分离出的含有杂物的石灰水通过水力旋流器进行除污、降温后,送回混合器进行循环利用。当系统内氮气的含量超过5%时,启动合成氨生产装置,把未反应气中的氮气和氢气在催化剂作用下合成氨产物,再通过冷却、分离,把液氨分离出来,把剩余的未反应气送回甲醇合成反应器进行循环反应,通过循环操作,把系统中的氮气处理掉。
本实施例把生活垃圾有机废物通过气化-液化处置,可以获得甲醇产品和液氨产品,而污染物不会被排放出来,甲醇产品可用于生产醇基燃料,液氨可作化肥利用。
Claims (5)
1.一种生活垃圾、有机废物气化-液化处置的末端净化系统,包括甲醇合成设备,其特征是系统由甲醇合成反应器(65)、第一冷却器(54)、载体混合器(51)、石灰水混合器(63)、气液分离器(9)、蒸馏塔(37)、甲醇贮罐(29)、水泵(39)、水力旋流器(43)、第二冷却器(47)、载体循环泵(49)、压缩机c(12)、合成氨设备和氨分离器(22)组成,其中:甲醇合成反应器(65)的甲醇气出口连接到第一冷却器(54)的甲醇气进口,第一冷却器(54)的甲醇气出口连接到载体混合器(51)的甲醇气进口,载体混合器(51)的混合物出口连接到石灰水混合器(63)的混合物进口,石灰水混合器(63)的混合物出口连接到气液分离器(9)的混合物进口,气液分离器(9)的出液口(11)连接到蒸馏塔(37)的混合液进口,蒸馏塔(37)的甲醇出口连接到甲醇贮罐(29);蒸馏塔(37)底部的石灰水出口连接到水泵(39)的吸水口,水泵(39)的出水口连接到水力旋流器(43)的进水口(41),水力旋流器(43)的出水口连接到第二冷却器(47)的石灰水进口,第二冷却器(47)的石灰水出口连接到石灰水混合器(63)的石灰水进口;甲醇贮罐(29)的载体出口(28)连接到载体循环泵(49)的吸入口,载体循环泵(49)的出口连接到载体混合器(51)的冷甲醇进口;气液分离器(9)的出气口通过截止阀b(7)与回气管(4)连接;气液分离器(9)的出气口还通过截止阀a(6)连接到气化炉的返气管(5);气液分离器(9)的出气口还通过截止阀c(10)连接到压缩机c(12)的吸气口,压缩机c(12)的出气口连接到合成氨反应器(15)的进料口,合成氨反应器(15)的混合气体出口(17)通过第四冷却器(19)连接到氨分离器(22)的氨混合液进口,氨分离器(22)的出气口通过截止阀d(20)与回气管(4)连接,回气管(4)通过压缩机b(3)和连通管(67)连接到甲醇合成反应器(65)的进料口。
2.根据权利要求1所述的一种生活垃圾、有机废物气化-液化处置的末端净化系统,其特征是甲醇合成反应器(65)与第一冷却器(54)之间有减压阀(60),连接方式为:甲醇合成反应器(65)的甲醇气出口连接到减压阀(60),减压阀(60)连接到第一冷却器(54)的甲醇气进口。
3.根据权利要求1所述的一种生活垃圾、有机废物气化-液化处置的末端净化系统,其特征是在蒸馏塔(37)与甲醇贮罐(29)之间有止回阀a(26)和截止阀e(27),连接方式为:蒸馏塔(37)的甲醇出口连接到止回阀a(26),止回阀a(26)连接到截止阀e(27),截止阀e(27)连接到甲醇贮罐(29)。
4.根据权利要求1所述的一种生活垃圾、有机废物气化-液化处置的末端净化系统,其特征是蒸馏塔(37)与甲醇贮罐(29)之间还有第三冷却器(33)、甲醇泵(32)、止回阀a(26)和截止阀e(27),连接方式为:蒸馏塔(37)的甲醇出口连接到第三冷却器(33)的甲醇进口,第三冷却器(33)的甲醇出口连接到甲醇泵(32)的吸入口,甲醇泵(32)的出口连接到止回阀a(26),止回阀a(26)连接到截止阀e(27),截止阀e(27)连接到甲醇贮罐(29)。
5.根据权利要求1所述的一种生活垃圾、有机废物气化-液化处置的末端净化系统,其特征是甲醇贮罐(29)的载体出口(28)通过止回阀b(30)再串接一只闸阀连接到载体循环泵(49)的吸入口。
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