CN104028546A

CN104028546A - 一种循环处理垃圾山的方法

Info

Publication number: CN104028546A
Application number: CN201410283301.XA
Authority: CN
Inventors: 潘英栋
Original assignee: English Witter Jinan Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Linyi Xinrunjian Copper Co ltd
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2034-06-24
Also published as: CN104028546B

Abstract

本发明涉及一种循环处理垃圾山的方法。本一种循环处理垃圾山的方法，包括以下步骤：封闭干馏、收集和冷凝、燃烧、烧结制砖和返回干馏器五个循环步骤；本发明采用的一种循环处理垃圾山的方法，有效处理了堆积陈年的垃圾山，且可实现对垃圾山处理的循环反复运作；通过封闭干馏作业将垃圾山处理的十分彻底，且处理过程中不排放二噁英等有害气体；收集有机质分解产生的可利用气体，用来做化工调和剂，产生经济效益；回收处理过程中产生的能量，节省了大量能耗，以此节约处理成本；将经过高温燃烧后的垃圾烧结制砖，残渣全部利用，无需再次填埋，不占用国家土地且有一定的经济效益。

Description

一种循环处理垃圾山的方法

技术领域

本发明属于化学工程与环境保护领域，特别涉及一种循环处理垃圾山的方法。

背景技术

中国大部分城市都有垃圾填埋场，用来堆放填埋生活垃圾，日积月累，久而成山。垃圾必须经过良好的隔离才能减少对地下水和环境的破坏，所以填埋场的底部用塑料防渗膜将垃圾和土壤进行隔离，而塑料防渗膜的使用寿命最多只有70年，甚至在垃圾填埋的过程中对塑料防渗膜也会造成损坏，而且堆放垃圾占用了大量用地，在堆放的过程中不断加高，以致于污染地下水源，破坏了环境，所以对于现有垃圾山的处理迫在眉睫。

目前大部分处理垃圾山的方法是直接燃烧、堆肥或者分选再利用。由于垃圾潮湿，不易燃烧，需要掺加大量的助燃剂，能耗高，且垃圾的成份十分复杂，直接燃烧会排放有害气体，燃烧后残渣也难以处理。另外，垃圾山的生物可降解部分的有机物大部分已经降解，有机质、金属、塑料含量较低，可再生利用的价值不大，累积的重金属和产生的持续有机污染物对环境的危害较强，目前一直没有一个彻底的办法来消除它。此外，现有的处理垃圾的方法均多数为处理新鲜垃圾，对于有效处理堆积陈年的垃圾山的方法未见有所报道，更无法实现对垃圾处理的循环反复运作，且燃烧产生的废气无法处理，以及燃烧过程中耗费过多的能源，造成能源浪费，燃烧后炉渣和残渣均无法有效利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何克服现有技术的上述缺陷，提供一种循环处理垃圾山的方法，且只针对陈年垃圾的处理。本方法可有效处理堆积陈年的垃圾山，实现垃圾山处理的循环反复运作，即节省了大量能耗，又去除了垃圾中的有害物质，且不会排放有害气体，另外，燃烧产生的气体以及燃烧后炉渣和残渣均得到有效利用。

为解决上述技术问题，本一种循环处理垃圾山的方法，包括以下步骤：

1）封闭干馏：首先从垃圾山处将预干燥的垃圾输送入干馏器中，然后将经过燃烧器燃烧后的垃圾渣混合，封闭升温至700~800℃，将有害有机物充分分解为含有固体残渣的有机气体，得到混合气体和残渣；

2）收集和冷凝：收集步骤1）混合气体，裂解会产生醇、酮、酸、醚，氢气，一氧化碳，甲烷及其他一些长链的有机裂解产物，将步骤1）所得混合气体冷却至液态，可冷凝的气体冷凝后用作化工调和剂，用于涂料溶剂，收集不可冷凝气体；

3）燃烧：将步骤2）中不可冷凝的气体（如氢气、一氧化碳、甲烷等气体）和步骤1）中残渣导入燃烧器中，步骤1）中干馏作业后的固体残渣含有残炭，再将燃烧器中导入空气，加热至850-1000℃，进行燃烧，由于前期经过了步骤1）充分干馏作业，所以燃烧过程不会产生二噁英等有害气体，当自身含能不足时添加秸秆、煤粉和空气，将残渣充分燃烧，得到燃烧后的残渣和炉渣；

4）烧结制砖：将步骤3）燃烧产生的热烟气导入烧结器，并将燃烧后残渣和炉渣按比例取出一部分，热压制砖，压制成型后进入快烧窑，保持在1000~1100℃完成烧结，而后通过输送带逐步与窑尾冷风逆流换热，降至室温出窑，此过程完成重金属的矿化；

5）返回干馏器：将步骤3）中另一部分固体残渣和垃圾混合，用来提高新投入物料的温度，返回步骤1）干馏器进行反应，以完成循环处理垃圾山的目的。

作为优化，在步骤1）充分干馏作业中，废塑料热降解与生物质热降解（垃圾山成份中，难生物降解有机物内生物质有机物约占2/3，碳氢化合物(烃类如废塑料)约占1/3，垃圾中的废塑料以PE最多，其次为PP、PS、PVC等）在同一个反应釜中进行，反应温度均为700℃，废塑料在此分解为多种混合烃，其中C₅—C₂₀为液体，C₄以下和H₂为气体，其中不可冷凝气体含量可达70％以上。在本系统中，将垃圾全部处理是其目的而不是收集形成液，所以将干馏温度提高到700℃以上，形成液较少，干馏后的残渣更易燃烧。

作为优化，步骤2）中化工调和剂为生物质中的纤维素热分解，其产物冷凝后产生的极性溶剂、液态生成物，代表组分“C₆H₈O”，与丙酮、甲醇、乙醇等互溶，制备的多种涂料成膜物质溶剂。

作为优化，所述化工调和剂分为水溶性溶剂和非水溶性溶剂，生物质热降解生产的溶剂溶于水为水溶性溶剂，其密度约为1.05-1.2kg/L，烃类化合物热降解生产的溶剂不溶于水为非水溶性溶剂，其密度约为0.85-0.95kg/L，两种溶剂利用比重法进行分离。

作为优化，所述步骤3）中燃烧器在燃烧过程中产生的热烟气用来烧结制砖，步骤4）烧结制砖后的热烟气用来干燥新投入的垃圾。

作为优化，所述步骤3）所得燃烧后残渣和炉渣含有较多的2、3价及高价金属氧化物（包括重金属成份），能有效的降低初液相（熔融状态）的温度，便于步骤4）高温直接热压制砖，初始密度可达80%以上，抗压强度可达到18MP以上。

本发明的有益效果是：本发明采用的一种循环处理垃圾山的方法，由于采用干馏作业进行封闭干馏，充分去除垃圾中的有害物质，效果较好，便于下一步收集和冷凝，且在后续燃烧过程中不会产生二噁英等有害气体；其次，本发明将反应过程中产生的所有气体全部回收或者利用；再次，本发明将燃烧后的残渣用来制砖，且达到制砖要求；最后，本发明实现垃圾山处理的循环反复运作，即节省了大量能耗，又去除了垃圾中的有害物质，且不会排放有害气体。

因此，本发明一种循环处理垃圾山的方法，具备以下优点：

1、有效处理了堆积陈年的垃圾山，且可实现对垃圾山处理的循环反复运作；

2、通过封闭干馏作业将垃圾山处理的十分彻底，且处理过程中不排放二噁英等有害气体；

3、收集有机质分解产生的可利用气体，用来做化工调和剂，产生经济效益；

4、回收处理过程中产生的能量，节省了大量能耗，以此节约处理成本；

5、将经过高温燃烧后的垃圾烧结制砖，残渣全部利用，无需再次填埋，不占用国家土地且有一定的经济效益。

附图说明

下面结合附图对本一种循环处理垃圾山的方法作进一步说明：

图1是本一种循环处理垃圾山的方法的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

实施例1：如图1所示，本一种循环处理垃圾山的方法，包括以下步骤：

1）封闭干馏：首先从垃圾山处将预干燥的垃圾输送入干馏器中，然后将经过燃烧器燃烧后的垃圾渣混合，封闭升温至700~800℃，将有害有机物充分分解为含有固体残渣的有机气体，得到混合气体和残渣。

垃圾山成份中，难生物降解有机物内生物质有机物约占2/3，碳氢化合物(烃类如废塑料)约占1/3，垃圾中的废塑料以PE最多，其次为PP、PS、PVC等，在步骤1）充分干馏过程中，废塑料在此分解为多种混合烃，其中C5—C20为液体，C4以下和H2为气体，其中不可冷凝气体含量可达70％以上。

2）收集和冷凝：收集步骤1）混合气体，裂解会产生醇、酮、酸、醚，氢气，一氧化碳，甲烷及其他一些长链的有机裂解产物，将步骤1）所得混合气体冷却至液态，可冷凝的气体冷凝后用作化工调和剂，用于涂料溶剂，收集不可冷凝气体。

生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素三种主要组成物以及一些可溶于极性或弱极性溶剂的提取物组成。在三种主要成份中又以纤维素为主，纤维素在325-375℃时热分解。按：凯萨(Kaiser)提出的纤维素热分解化学反应式如下：

3(C6H10O5) → 8H2O＋“C6H8O”＋2CO＋2CO2＋CH4＋H2＋7C (1)

式1中(C6H10O5)为纤维素典型单体组分；其H/C为1. 67；“C6H8O”为液态生成物代表组分，为极性溶剂。温度到达700-800℃后下继续分解，最终纤维素分解为大量气体，收集气体后，经过冷凝，得到冷凝液，即所述化工调和剂，与丙酮、甲醇、乙醇等互溶，制备的多种涂料成膜物质溶剂，所述化工调和剂分为水溶性溶剂和非水溶性溶剂，生物质热降解后冷凝得到的溶剂溶于水为水溶性溶剂，其密度约为1.05-1.2kg/L，烃类化合物热降解后冷凝得到的溶剂不溶于水为非水溶性溶剂，其密度约为0.85-0.95kg/L，两种溶剂利用比重法进行分离。

3）燃烧：将步骤2）中不可冷凝的气体（如氢气、一氧化碳、甲烷等气体）和步骤1）中残渣导入燃烧器中，步骤1）中干馏作业后的固体残渣含有残炭，再将燃烧器中导入空气，加热至850-1000℃，进行燃烧，由于前期经过了步骤1）充分干馏作业，所以燃烧过程不会产生二噁英等有害气体，当自身含能不足时添加秸秆或煤粉和空气，将残渣充分燃烧，得到燃烧后残渣和炉渣。

4）烧结制砖：将步骤3）燃烧产生的热烟气导入烧结器，并将燃烧后残渣和炉渣按比例取出一部分，热压制砖，压制成型后进入快烧窑，保持在1000~1100℃完成烧结，而后逐步与窑尾冷风逆流换热，降至室温出窑，此过程完成重金属的矿化。

燃烧后残渣和炉渣，即垃圾灰分的特点是含有较多的2、3价及高价金属氧化物（包括重金属成份），能有效的降低初液相（熔融状态）的温度，使高温直接热压成型成为可能，初始密度可达80%以上，抗压强度在一定范围之内可由热压机压力给定，能轻松达到18MP以上。由于该成型温度已高于碳酸盐矿物分解温度，并已初步完成与硅酸盐矿物的反应，从而提高制品的安定性。

另外，与现有的垃圾制砖方法相比，在整个制砖过程中没有排放有害物质。现有的制砖过程多为室温成型，砖胚升温过程中有害有机污染物气化，混入烟气，排入大气，造成二次污染，由于制砖工艺是一种生产装置，而不是垃圾无害化装置，现有的这种垃圾制砖过程也就成了大气污染过程。

另外，需要说明的是步骤1）中封闭干馏反应是一个复杂的反应过程，其最终生成物与生物质成份、粒径、含水量、反应温度、升温和冷却速度、气压和成份间相互作用有密切关系。生物质的主要三种成份纤维素、半纤维素和木质素被看作独立进行热分解其温度范围分别为：325-375℃、225-350℃、250-500℃。从生成物方面分析，纤维素、半纤维素的主要生成物为生物质热解液，可作为化工原料和涂料溶剂。其它成份有：CO、CO₂、_、CH_4、、C₂H₄、H₂为不可凝气体，除CO₂外均为可燃气体，可供本循环处理垃圾山的方法中燃烧时使用。木质素的热解产物主要是生物质炭和小量可燃气，也可作燃料。干馏过程中首先分解成挥发分和木炭，挥发分中又分为可凝气和不可凝气，在工艺中对挥发份进行连续快速冷凝，可凝气形成液态生成物(简称‘形成液’)；不可凝气形成多种可燃气体，可参见‘凯萨’化学反应式(1)。但是若可凝气不能即时冷凝，在高温环境下将进行二次热解反应，继续分解形成更多的可燃气，而减少了‘形成液’的产量。因此反应的温度、可凝气的暂留时间、反应釜内压力(减压可减缓二次分解)、生物质粒径、含水率、等都对会对‘形成液’产量形成很大的影响。经实验得到：若釜内温度为500-550℃时，‘形成液’产率可达70％，而当温度升至700℃时，不凝气产率可达70％以上。

此外，所述步骤3）中燃烧器在燃烧过程中产生的热烟气用来烧结制砖，步骤4）烧结制砖后的热烟气用来干燥新投入的垃圾。

如此反复运作，有效处理了堆积陈年的垃圾山，即节省了大量能耗，又去除了垃圾中的有害物质，且不会排放有害气体；另外，通过收集有机质分解产生的可利用气体，冷凝后用来做化工调和剂，产生经济效益；其次，回收处理过程中产生的能量，节省了大量能耗，以此节约处理成本；最后，将经过高温燃烧后的垃圾烧结制砖，残渣全部利用，无需再次填埋，不占用国家土地且有一定的经济效益。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims

1.一种循环处理垃圾山的方法，其特征在于：包括以下步骤：

3）燃烧：将步骤2）中不可冷凝的气体（如氢气、一氧化碳、甲烷等气体）和步骤1）中残渣导入燃烧器中，步骤1）中干馏作业后的固体残渣含有残炭，再将燃烧器中导入空气，加热至850-1000℃，进行燃烧，由于前期经过了步骤1）充分干馏作业，所以燃烧过程不会产生二噁英等有害气体，当自身含能不足时添加秸秆或煤粉和空气，将残渣充分燃烧，得到燃烧后残渣和炉渣；

2.根据权利要求1所述的一种循环处理垃圾山的方法，其特征在于：垃圾山成份中，难生物降解有机物内生物质有机物约占2/3，碳氢化合物(烃类如废塑料)约占1/3，垃圾中的废塑料以PE最多，其次为PP、PS、PVC等，在步骤1）干馏过程中，废塑料在此分解为多种混合烃，其中C5—C20为液体，C4以下和H2为气体，其中不可冷凝气体含量可达70％以上。

3.根据权利要求1所述的一种循环处理垃圾山的方法，其特征在于：步骤2）中化工调和剂为生物质中的纤维素热分解，其产物冷凝后产生的极性溶剂、液态生成物，代表组分“C₆H₈O”，与丙酮、甲醇、乙醇等互溶，制备的多种涂料成膜物质溶剂。

4.根据权利要求2所述的一种循环处理垃圾山的方法，其特征在于：所述化工调和剂分为水溶性溶剂和非水溶性溶剂，生物质热降解生产的溶剂溶于水为水溶性溶剂，其密度约为1.05-1.2kg/L，烃类化合物热降解生产的溶剂不溶于水为非水溶性溶剂，其密度约为0.85-0.95kg/L，两种溶剂利用比重法进行分离。

5.根据权利要求1所述的一种循环处理垃圾山的方法，其特征在于：所述步骤3）中燃烧器在燃烧过程中产生的热烟气用来烧结制砖，步骤4）烧结制砖后的热烟气用来干燥新投入的垃圾。

6.根据权利要求1所述的一种循环处理垃圾山的方法，其特征在于：所述步骤3）所得燃烧后残渣和炉渣含有较多的2、3价及高价金属氧化物（包括重金属成份），能有效的降低初液相（熔融状态）的温度，便于步骤4）高温直接热压制砖，初始密度可达80%以上，抗压强度可达到18MP以上。