CN101829671A - 一种城市生活垃圾清洁能源化利用方法 - Google Patents
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Abstract
一种城市生活垃圾清洁能源化利用方法，属于城市生活垃圾处理、利用技术领域。工艺为：将城市生活垃圾破碎加工后与煤炭混合，其中，城市生活垃圾所占重量比例为20％-70％，再经过热熔融成型加工处理制成型块后，利用焦化生产设备系统，在密闭、高温和还原性气氛下，进行高温热解碳化，热解碳化产物分别为固体焦炭、液态焦油、气体的洁净高热值燃料。优点在于，可以处理成份复杂的城市生活垃圾，不需要复杂的城市垃圾分选工艺，将垃圾转化成高附加值燃料，同时避免了常规垃圾能源化处理(垃圾焚烧发电)中容易产生的二噁英污染问题，具有较大的推广意义。
Description
技术领域
本发明属于城市生活垃圾处理、利用技术领域，特别是提供了一种城市生活垃圾清洁能源化利用方法，将城市生活垃圾高温热解碳化处理。
技术背景
随着城市的发展和人口的不断增长，每天所产生的生活垃圾越来越多，“十五”期间我国城市生活垃圾清运量将达到1.58亿吨。全国600座城市，已堆放或填埋各类垃圾80亿吨，有三分之二的城市被垃圾包围。08年仅北京市产生生活垃圾已达672万吨，并呈不断增长态势，城市生活垃圾已经成为困扰首都可持续发展的突出问题。
目前，国内外城市生活垃圾的处理方法主要有卫生填埋、高温堆肥、焚烧、热解气化等。
填埋是我国目前大多数城市解决生活垃圾出路的最主要方法，卫生填埋具有处理量大，操作管理比较简单，投资和运行费用低，适用性强等特点，但是存在垃圾中的可回收物质及能源组份不能再生利用；垃圾渗出液容易污染地下水及土壤，处理成本高；垃圾堆放产生的臭气严重影响周边环境的空气质量等问题。这些缺点制约了填埋的发展。
城市生活垃圾中可堆肥物质主要是厨余垃圾以及落叶等植物类垃圾。垃圾堆肥处理的优点是投资成本小，操作简单，但不能处理不可腐烂的有机物和无机物，分选工艺复杂，费用高，周期长，卫生条件差；堆肥处理后产生的肥料肥效低、成本高，与化肥比，销售困难、经济效益差；许多有毒、有害物质会进入堆肥，农田长期大量使用堆肥，可能会造成潜在污染。因此，垃圾堆肥处理在我国难以普遍推广。
垃圾焚烧处理是一种高温热处理技术，焚烧处理的优点有：减量效果好。垃圾焚烧可减量80～90％，有效地解决垃圾围城现象；占地面积小，节约了土地资源；焚烧温度高，垃圾在垃圾焚烧炉内经过800℃以上高温焚烧能彻底消灭致病原体，避免了堆肥与填埋易产生的二次污染。但是，垃圾焚烧存在投资较大，设备系统复杂，操作管理难度大，易产生重金属、酸性气体和二噁英等有毒物质，很容易造成二次污染。
垃圾热解碳化技术成为垃圾处理的技术发展方向，其最大技术优势就在于能够从原理上消除二噁英剧毒物质产生和扩散，从而真正实现垃圾的清洁能源化处理，彻底解决垃圾围城的社会问题。在缺氧状态下高温加热城市生活垃圾，可以有效将垃圾中氯元素直接转化为氯化氢，从原理上避免了氯元素和氧元素的结合，消除了二噁英类剧毒物质的产生。
中国专利(CN17426855A)“城市生活垃圾处理方法及处理装置”公开一种垃圾为炉料的装置，炉室内部处于贫氧状态，通过加热将城市垃圾转化为气态、固态产物。专利(CN12777342A)“城市生活垃圾干燥气化熔融处置方法”将预处理后的垃圾干燥后送入气化炉，气化后的可燃气体燃烧，余热转化为蒸汽回收，垃圾块渣排出。此类专利技术属于垃圾气化技术范畴，技术本身没有能够将气化产生的氯化氢与其他可燃气体有效分离，导致氯元素直接与其他可燃气体直接与氧接触燃烧，难以避免二噁英类剧毒物质的二次形成。
专利(CN1232861A)“用生活垃圾和或有机废弃物制取烃类的方法和设备”主要利用垃圾通过热裂解和催化裂解制取烃，该技术催化裂解要求处理固体残渣需要配套的焚烧炉，工艺繁琐。同时，该专利需要添加催化剂，增加了系统的运行成本。
专利(CN1644492A)“生活垃圾制炭工艺方法”将垃圾脱水破碎成型后送入碳化设备制成半焦，同时副产焦油和煤气。专利(CN1954044A)“把生活垃圾转化成炭质燃料的工艺及设备”利用炭化设备，将垃圾中有机物含量高部分干馏，将干馏产物焦油与干馏气体一起作为炭化设备的燃料使用。此类专利技术均存在产物热解(干馏)产物焦炭、焦油和煤气的热值较低，难以实现进一步资源化和能源化利用价值，导致工艺技术难以普遍推广应用。
目前，现有城市垃圾热解碳化技术主要在以下几个方面存在不足：(1)需要新建热解碳化设备系统和热解碳化产物二次加工处理系统，设备系统复杂，初投资和运行成本较高，难以实现规模化生产。(2)大多采用垃圾单独热解碳化处理，热解碳化产物焦炭、焦油和煤气品质较差，难以实现工艺技术的经济效益，阻碍了该类技术的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市生活垃圾清洁能源化利用方法，克服了上述技术的缺点和不足之处，本发明利用现有成熟的焦化生产工艺，在高温、密闭和还原气氛等条件下，将城市生活垃圾与煤炭混合加物高温碳化处理，得到具有较高应用价值的焦炭、焦油和煤气，最终达到垃圾无害化处理与资源化利用的目标。
本发明的工艺为：将城市生活垃圾破碎加工后与煤炭混合，其中，城市生活垃圾所占重量比例为20％-70％，再经过热熔融成型加工处理制成型块后，利用焦化生产设备系统，在密闭、高温和还原性气氛下，进行高温热解碳化，热解碳化产物分别为固体焦炭、液态焦油、气体的洁净高热值燃料。
本发明所述城市生活垃圾包括无须分选处理的原生生活垃圾或经过筛分后的筛上有机垃圾。
所述城市生活垃圾破碎加工后的粒度范围是10mm-50mm。垃圾破碎粒度小于10mm容易导致加工能耗高，设备投资大；垃圾破碎粒度大于50mm，容易给后续加工带来困难。
所述煤炭为炼焦用煤、动力用煤或者其他用煤。
所述的热熔融成型加工处理制成型块，热熔融温度控制为150℃-250℃之间，加工成型块的密度范围是200kg/m3-800kg/m3。
所述城市生活垃圾与煤炭混合加工后的型块利用焦化工艺设备进行高温碳化处理，将城市生活垃圾和煤炭制成的型块转化为61％-77％焦炭，4％-15％焦油，17％-30％煤气。
所得焦炭、焦油和煤气，其中焦炭的热值不低于12420kJ/Kg，煤气的热值不低于11301kJ/m3。
采用现有成熟的焦化工艺系统处理垃圾，有利于降低工艺系统的投资和运行成本，利于专利技术的推广应用。在高温、密闭和还原气氛条件下将垃圾高温碳化处理，有利于从原理上彻底消除二噁英类剧毒物质的产生和扩散，实现垃圾的无害化处理。将垃圾与煤炭混合共同高温碳化，有利于通过垃圾与煤炭之间的协同作用，来保证碳化产物焦炭、焦油和煤气的品质，实现垃圾的高附加值能源化利用，同时体现垃圾处理的社会效益、环保效益和经济效益。
该工艺具有以下特点：
1、可以充分利用现有成熟焦化设备系统，只需将垃圾和煤炭混合预处理加工成入炉原料即可。工艺设备简单，投资和运行成本较低。
2、垃圾原料适应性广。可处理复杂组份城市生活垃圾，包括原生垃圾和有机可热分解垃圾，垃圾原料不需要复杂的分类分选。
3、系统垃圾处理能力范围大，效率高，能够大、中、小不同规模城市的垃圾。
4、从工艺原理上彻底避免二噁英类剧毒物质的产生和扩散，有利于实现垃圾的真正无害化处理。
5、热解碳化产物品质较好，能够实现高附加值利用，具有良好的经济效益。
优点在于，可以处理成份复杂的城市生活垃圾，不需要复杂的城市垃圾分选工艺，将垃圾转化成高附加值燃料，同时避免了常规垃圾能源化处理(垃圾焚烧发电)中容易产生的二噁英污染问题，具有较大的推广意义。
附图说明
图1为城市生活垃圾清洁能源化利用技术工艺流程图。
具体实施方式
本发明的实施过程结合工艺图描述如下：城市生活垃圾首先通过破碎加工处理，然后与煤炭按照一定比例均匀混合，混合后的物料进入热熔融成型加工系统，制成垃圾型煤，最后，将垃圾型煤加入到传统的焦化生产系统中进行高温碳化处理。高温碳化后产生的焦炭、焦油和煤气作为高品质清洁能源利用。
实施例1
取15mm筛上城市生活垃圾，通过磁选回收磁性物质。破碎至20mm，利用滚筒干燥，检测干燥后垃圾含水率为8.3％。煤粉选用神华煤，含水率为13.4％。按照干基2kg总量，城市生活垃圾添加比例为70％进行配料，混合均匀，将混和物料加热压实到密度为400kg/m3左右，入2kg小焦炉实验装置。在炉中心100℃恒温5分钟，然后持续升温，在炉中心达到960℃恒温2分钟关闭加热系统。产物产率为焦炭68.0％，焦油13.6％，燃气18.4％，其中半焦热值为12420KJ/Kg，燃气热值为13349KJ/m3。
实施例2
取15mm筛上城市生活垃圾，通过磁选回收磁性物质。破碎至20mm，利用滚筒干燥，检测干燥后垃圾含水率为8.3％。煤粉选用神华煤，含水率为13.4％。按照干基2kg总量，城市生活垃圾添加比例为50％进行配料，混合均匀，将混和物料加热压实到密度为400kg/m3左右，入2kg小焦炉实验装置。在炉中心100℃恒温5分钟，然后持续升温，在炉中心达到960℃恒温2分钟关闭加热系统。产物产率为焦炭70.0％，焦油10.2％，燃气19.8％，其中半焦热值为16240KJ/Kg，燃气热值为11698KJ/m3。
实施例3
取15mm筛上城市生活垃圾，通过磁选回收磁性物质。破碎至20mm，利用滚筒干燥，检测干燥后垃圾含水率为8.3％。煤粉选用神华煤，含水率为13.4％。按照干基2kg总量，城市生活垃圾添加比例为30％进行配料，混合均匀，将混和物料加热压实到密度为400kg/m3左右，入2kg小焦炉实验装置。在炉中心100℃恒温5分钟，然后持续升温，在炉中心达到960℃恒温2分钟关闭加热系统。产物产率为焦炭68.8％，焦油4.4％，燃气26.8％，其中半焦热值为22720KJ/Kg，燃气热值为13231KJ/m3。
Claims (7)
1.一种城市生活垃圾清洁能源化利用方法，其特征在于：将城市生活垃圾破碎加工后与煤炭混合，其中，城市生活垃圾所占重量比例为20％-70％，再经过热熔融成型加工处理制成型块后，利用焦化生产设备系统，在密闭、高温和还原性气氛下，进行高温热解碳化，热解碳化产物分别为固体焦炭、液态焦油、气体的洁净高热值燃料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述城市生活垃圾包括无须分选处理的原生生活垃圾或经过筛分后的筛上有机垃圾。
3.根据权力要求1所述的方法，其特征在于，所述城市生活垃圾破碎加工后的粒度范围是10mm-50mm。垃圾破碎粒度小于10mm容易导致加工能耗高，设备投资大；垃圾破碎粒度大于50mm，容易给后续加工带来困难。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤炭为炼焦用煤、动力用煤或者其他用煤。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的热熔融成型加工处理制成型块，热熔融温度控制为150℃-250℃之间，加工成型块的密度范围是200kg/m3-800kg/m3。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述城市生活垃圾与煤炭混合加工后的型块利用焦化工艺设备进行高温碳化处理，将城市生活垃圾和煤炭制成的型块转化为61％-77％焦炭，4％-15％焦油，17％-30％煤气。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所得焦炭、焦油和煤气，其中焦炭的热值不低于12420kJ/Kg，煤气的热值不低于11301kJ/m3。
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