CN104399732A

CN104399732A - 熔融盐热解固体废弃物装置及其方法

Info

Publication number: CN104399732A
Application number: CN201410589312.0A
Authority: CN
Inventors: 李爱民; 赵龙; 张雷; 高宁博
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2034-10-28

Abstract

本发明属于固体废弃物处理及资源回收技术领域，涉及一种熔融盐热解固体废弃物装置及其方法。该方法利用熔融盐作为热解介质，将固体废弃物浸入熔融盐中，固体废弃物在设定的热解条件下得到有效解离和分解，可回收各种资源物质。固体废弃物中有机组分的热解产物作为能源和资源物质回收利用。该方法工艺流程短，操作简便，通过热解篮将原料送入或移出熔盐反应器，有进气口、出气口、进出料门。该方法利用熔融盐的高蓄热能力和高热传导率，有效的提高了有机物的分解速率和能源利用率，利用熔融盐对酸性气体和有害物质的反应特性将其捕集或转化，减少了对环境的二次污染，提高了产物的清洁度和资源性。

Description

熔融盐热解固体废弃物装置及其方法

技术领域

本发明属于固体废弃物处理及资源回收技术领域，涉及一种熔融盐热解固体废弃物装置及其方法。

背景技术

固体废弃物数量巨大、污染严重，同时又蕴含大量资源和能源，因此需要对其进行适当的处理和回收。热处理技术是固体废弃物处理及回收技术中常用的一种，如垃圾焚烧，废物热解等。其中热解技术由于其产生烟气量少，能源资源回收率高等优点，被认为是一种有前景的固体废弃物处理回收技术。热解是将有机物在隔绝空气条件下加热，使之分解转化成具有使用价值的燃料或化工原料的热化学过程，塑料、橡胶、医疗废物、电子垃圾等多种固体废弃物都可采用此方法进行处理和回收，但是这些固体废弃物中往往含有溴化阻燃剂，在热解过程会产生大量的含溴化合物等二噁英的前驱物，如溴代烃、溴酚、溴苯、多溴联苯醚，不仅污染环境，还很大程度限制了热解产物的资源化利用。一般热解方法的众多缺点限制了其广泛应用，如成本高，传热与传质效率低，能量消耗大，分解效率低等，因此需要不断加深在固体废弃物热解技术上的研究。

利用熔融盐作为热解介质可以有效解决上述问题，熔融盐具有良好的蓄热能力，传质传热系数高，能够快速高效分解有机物，还能吸收和转化热解过程产生的有害物质，熔融盐热解技术近些年受到广泛关注。Peter C.H等^[1]利用熔融Na₂CO₃处理固体废弃物，如有机废弃物、含氯的物质、废电路板、塑料等，使这些物质在熔融盐体内得到充分分解，有机物分解彻底，而且产物不含有害气体，如多酚，呋喃，芳烃类等，热解气可作为能源和合成气利用。邹金宝等人^[2]也提出了熔融盐热解和气化固体废弃物的研究趋势，要发展工业化，低能耗，高效率的熔融盐热解工艺和反应器，还提出了废渣资源化及熔融盐循环利用的问题。公开号为CN 102389888 A的发明专利提供了利用碳酸盐熔融盐对废电路板粉末进行气化的实验和方法，实现了资源分离和回收，但是采用熔融盐反应温度较高，为900-1000℃，对设备要求高且反应能耗较大，而且没有提出熔融盐的再生回用方法，CN 101905234 B和CN 1289653 A的发明专利同样存在上述缺陷。一般固体废弃物的热解温度为300℃-500℃，如果能采用低熔点熔融盐实现有机物的低温热解或气化，不仅可以减少反应能耗，还可以降低设备的成本和损耗，同时减少对环境的污染。

发明内容

本发明提供了一种利用40wt.％NaOH–60wt.％KOH混合熔融盐对固体废弃物进行300℃～500℃下热解处理的装置和方法，该方法利用熔融盐作为热解介质，将固体废弃物浸入熔融盐中，固体废弃物在设定的热解条件下得到有效解离和分解，可回收各种资源物质。固体废弃物中有机组分的热解产物可以作为能源和资源物质回收利用。该方法利用熔融盐的高蓄热能力和高热传导率，有效的提高了有机物的分解速率和能源利用率，利用熔融盐对酸性气体和有害物质的反应特性将其捕集或转化，减少了对环境的二次污染，提高了产物的清洁度和资源性；熔融盐还可以吸收由残余废物浸沫式燃烧释放的热量，维持自身的状态，提高热解过程的热利用率。

一种熔融盐热解固体废弃物装置，该装置包括取料保温门、空气入口、烟气出口、燃气燃烧室、起重机、反应器密封盖、熔盐反应池、热解篮、挥发物出口、挥发物重整器、冷凝器、热解油收集罐、储气罐；反应器为不锈钢圆筒，以取料保温门为界分为反应器的上段和反应器的下段，反应器的上段外壁为保温材料，反应器下段外壁的燃气燃烧室为熔融盐热解反应的主要场所；取料保温门可横向移动打开或关闭；置于反应器底部的熔盐反应池为不锈钢圆筒，可上下移动进出反应器；反应器密封盖置于反应器上端，用于打开反应器上端口以便进出料；起重机置于反应器的正上方，起重机上的挂钩通过反应器密封盖伸入反应器中用以上下移动热解篮或熔盐反应池，热解篮为不锈钢筛筒置于熔盐反应池内用以盛放原料；反应器的下段一侧外接通气管作为空气入口伸入熔盐反应池底部，另一侧设有通气管作为挥发物出口，挥发物出口、挥发物重整器与冷凝器依次连接；反应器的上段设有通气管作为烟气出口；挥发物重整器连接冷凝器，冷凝器下端接热解油收集罐，冷凝器上端出气口接储气罐，储气罐与燃气燃烧室连接。整个反应器及外面各部分间的连接紧密以保证良好的气密性。

利用上述的装置热解固体废弃物的方法，具体步骤如下：反应前打开取料保温门和反应器密封盖，用起重机将装有40wt％NaOH–60wt％KOH混合熔融盐的熔盐反应池置于反应器的最下端，加热熔盐反应池至熔融盐呈液态；然后利用起重机将装有固体废弃物的热解篮从反应器的上端口转移到熔盐反应池上端，关闭反应器密封盖及空气入口，连接各部分装置并检查气密性，将热解篮向下移动浸入熔盐反应池内，移除起重机的挂钩，关闭取料保温门，设定反应时间30min，收集产生的液体和气体产物。反应过程中，固体废弃物分解产生小分子物质，挥发物从挥发物出口逸出进入挥发物重整器继续反应，然后进入冷凝器冷凝，液体产物进入热解油收集罐，不凝气体进入储气罐储存，储气罐中的气体通入燃气燃烧室燃烧，提供维持反应室温度的能量。反应后打开取料保温门，用挂钩将热解篮提升并静置5min使熔融盐脱离，然后打开反应器密封盖，移出反应器进行冷却和后续分离回收处理。如果熔融盐消耗较少，残炭较少，待温度升到所需温度后即可再次进料和反应；如果熔融盐中残余废物较多，可以采用浸没式燃烧除去残余废物，吸收其释放的热量，维持自身的状态，提高热解过程的热利用率，具体操作为打开取料保温门及烟气出口，关闭反应器密封盖及挥发物出口，从空气入口通入空气，提高温度至600℃以上将残炭燃烧。达到使用次数的熔盐需要移出熔盐反应池，通过换热器收集其热量，然后对冷却后的熔融盐进行溶解、过滤、蒸发结晶等操作，使熔融盐再生，过滤得到的残渣可以作为无机材料利用。

本发明的有益结果是熔融盐与固体废弃物能够充分接触，提高了传质和传热效率，有机物分解快速且高效。熔融盐可以吸收有机物分解过程产生的酸性气体，有害气体，挥发性重金属，减少环境污染。熔融盐有较好的蓄热性能，可以吸收有机物分解及氧化过程释放的能量，提高能源利用率。熔融盐对无机氧化物，如玻璃和陶瓷也有很高的溶解反应作用，为产物的分离回收提供了便利。熔盐再生系统可减少反应成本。经过熔融盐热解后，固体废弃物可以高效解离，资源物质得到回收，有机组分的热解产物可以作为能源和资源物质回收利用，整个过程几乎不对环境产生危害。根据固体废弃物种类不同和反应条件的不同可适当调节反应参数，使其应用于电子垃圾、塑料、橡胶、医疗废物等有机废物的热解处理和资源回收，生物质、煤炭热解产油，气化制燃气等方面。

附图说明

图1是熔融盐热解固体废弃物的装置示意图。

图2是熔融盐分离与回收流程图。

图中：1取料保温门；2空气入口；3燃气燃烧室；4熔盐反应池；

5热解篮；6反应器密封盖；7起重机；8烟气出口；9挥发物出口；

10挥发物重整器；11热解油收集罐；12冷凝器；13储气罐。

具体实施方式

下面结合技术方案、附图和实例对本发明做进一步的详细说明。

实施例

KOH-NaOH混合熔融盐热解废电路板回收资源

打开取料保温门1和反应器密封盖6，利用起重机7将装有200g 40wt.％NaOH–60 wt.％KOH共熔盐的熔盐反应池4下降到反应室下端，使用电加热将熔盐反应池加热到500℃然后保持恒温，熔融盐呈液态，通入少量氮气保持惰性气氛，利用起重机将装有20g废电路板的热解篮5从上端转移到熔盐反应池4上端，关闭反应器密封盖及空气入口，连接挥发物出口9、挥发物重整器10、冷凝器12、热解油收集罐11及储气罐13，检查气密性为良好，将热解篮5向下移动浸入熔盐反应池4内，移除挂钩，关闭取料保温门1，设定反应时间30min左右，收集这段时间产生的液体和气体产物。废电路板中的有机组分在熔融盐的左右下热解，产生大量挥发物，从出口9进入挥发物重整器10中进行重整反应，然后进入冷凝器中冷凝，收集冷凝产物，不凝气进入储气罐中储存。到达反应时间后，关闭挥发物出口，打开取料保温门，用起重机将热解篮移出熔盐反应器，在上端静置5分钟使熔盐脱除，然后打开反应器密封盖，将热解篮移出反应室并冷却。熔融盐中残炭的去除采用浸没式燃烧法，打开取料保温门及烟气出口，关闭反应器密封盖及挥发物出口，从空气入口通入空气，提高温度至600℃以上将残炭燃烧，同时可使熔盐再生。

热解油产率较小，约10％左右，其中苯酚占50％左右，其余为取代酚等芳香族物质，经检测不含溴；热解气产率为25％左右，其中H₂占70％以上,CO和CH₄占20％，其余为短链脂肪烃气体，经GC/MS检测不含HBr，CH₃Br，溴苯等有害气体。反应后废电路板中焊锡融化，电子元件脱离，有机胶黏剂分解，使铜箔从玻璃纤维上脱离，部分玻璃纤维与熔融盐反应溶解在熔盐内。热解篮中物质经冷却可以得到脱离的电子元件，铜箔，少量未反应的玻璃纤维，简单筛分即可分离回收。而其他玻璃纤维和金属粉末则保留在熔盐内，通过对熔盐的冷却，溶解和过滤可以分离回收，无机固体可以作为制玻璃、陶瓷的原料。对得到的溶液进行蒸发结晶可回收部分熔盐循环利用，燃气净化后可在燃烧室3中燃烧提供部分维持反应室温度所需的能量。

Claims

1.一种熔融盐热解固体废弃物装置，其特征在于，该装置包括取料保温门、空气入口、烟气出口、燃气燃烧室、起重机、反应器密封盖、熔盐反应池、热解篮、挥发物出口、挥发物重整器、冷凝器、热解油收集罐、储气罐；反应器为不锈钢圆筒，以取料保温门为界分为反应器的上段和反应器的下段，反应器的上段外壁为保温材料，反应器下段外壁的燃气燃烧室为熔融盐热解反应的主要场所；取料保温门可横向移动打开或关闭；置于反应器底部的熔盐反应池为不锈钢圆筒，可上下移动进出反应器；反应器密封盖置于反应器上端，用于打开反应器上端口以便进出料；起重机置于反应器的正上方，起重机上的挂钩通过反应器密封盖伸入反应器中用以上下移动热解篮或熔盐反应池，热解篮为不锈钢筛筒置于熔盐反应池内用以盛放原料；反应器的下段一侧外接通气管作为空气入口伸入熔盐反应池底部，另一侧设有通气管作为挥发物出口，挥发物出口、挥发物重整器与冷凝器依次连接；反应器的上段设有通气管作为烟气出口；挥发物重整器连接冷凝器，冷凝器下端接热解油收集罐，冷凝器上端出气口接储气罐，储气罐与燃气燃烧室连接。

2.一种的熔融盐热解固体废弃物的方法，其特征在于，使用权利要求1所述的熔融盐热解固体废弃物装置，具体步骤如下：反应前打开取料保温门和反应器密封盖，用起重机将装有40wt％NaOH–60wt％KOH混合熔融盐的熔盐反应池置于反应器的最下端，加热熔盐反应池至熔融盐呈液态；然后利用起重机将装有固体废弃物的热解篮从反应器的上端口转移到熔盐反应池上端，关闭反应器密封盖及空气入口，连接各部分装置并检查气密性，将热解篮向下移动浸入熔盐反应池内，移除起重机的挂钩，关闭取料保温门，设定反应时间30min，收集产生的液体和气体产物；反应过程中，固体废弃物分解产生小分子物质，挥发物从挥发物出口逸出进入挥发物重整器继续反应，然后进入冷凝器冷凝，液体产物进入热解油收集罐，不凝气体进入储气罐储存，储气罐中的气体通入燃气燃烧室燃烧，提供维持反应室温度的能量；反应后打开取料保温门，用挂钩将热解篮提升并静置5min使熔融盐脱离，然后打开反应器密封盖，移出反应器进行冷却和后续分离回收处理；如果熔融盐消耗较少，残炭较少，待温度升高到熔融盐呈液态再次进料和进行上述反应；如果熔融盐中残余废物较多，采用浸没式燃烧除去残余废物，吸收其释放的热量，维持自身的状态，提高热解过程的热利用率，打开取料保温门及烟气出口，关闭反应器密封盖及挥发物出口，从空气入口通入空气，提高温度至600℃以上将残炭燃烧。