CN105126606A - 低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，所述低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法包括：将焚烧飞灰输送至低温热解装置，并在预定热解温度、预定热解时间和非氧化气氛中进行热解，产生热解混合物；将所述热解混合物输送至催化降解装置，并在预定降解温度、预定降解时间和氧化气氛中进行降解。根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法能够消除焚烧飞灰的二次污染，且具有节能、成本低、适应性强等优点。

Description

低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法

技术领域

本发明涉及垃圾处理技术领域，具体而言，涉及一种低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法。

背景技术

危险废物、生活垃圾普遍采用焚烧技术处理，然而焚烧产生的飞灰中含有挥发性有机物(含二噁英)，带有较强的毒性，带来了二次污染。

相关技术中通常采用高温熔融法、超临界水与热液降解法、光降解法、等离子体法、生物降解法、催化氧化法处理焚烧飞灰中的挥发性有机物，其中，

高温熔融法利用超过1000摄氏度的高温分解飞灰中的二噁英，同时固化其中所含重金属，该技术能耗巨大，设备费用昂贵；

超临界水与热液降解法在温度高于450摄氏度时，才能有效降解二噁英，但超临界水对金属的腐蚀性也大幅提高，对设备的要求较高；

光降解法需要使用介质萃取出飞灰中的二噁英后，结合臭氧等氧化剂后，才有明显的降解效果；

等离子体法，通过等离子体产生1400℃的高温，将焚烧飞灰熔融，该技术目前暂时处于研究阶段；

催化氧化法需对烟气进行再加热至300℃，不仅需消耗较大的能量，同时需面对烟气中的粉尘及重金属物质对催化剂所造成的中毒及性能下降的现象。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，该低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法能够消除焚烧飞灰的二次污染，且具有节能、成本低等优点。

为实现上述目的，根据本发明的实施例提出一种低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，所述低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法包括：将焚烧飞灰输送至低温热解装置，并在预定热解温度、预定热解时间和非氧化气氛中进行热解，产生热解混合物；将所述热解混合物输送至催化降解装置，并在预定降解温度、预定降解时间和氧化气氛中进行降解。

根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法能够消除焚烧飞灰的二次污染，且具有节能、成本低等优点。

根据本发明的一个实施例，所述预定热解温度为100-350摄氏度。

根据本发明的一个实施例，所述预定热解时间为10-60分钟。

根据本发明的一个实施例，所述非氧化气氛中的氧气体积含量不高于4％。

根据本发明的一个实施例，所述催化降解装置采用的催化剂为含钛、钨或钒的化合物。

根据本发明的一个实施例，所述预定降解温度为100-400摄氏度。

根据本发明的一个实施例，所述预定降解时间为0-300秒。

根据本发明的一个实施例，所述氧化气氛中的氧气体积含量不低于1％。

根据本发明的一个实施例，所述非氧化气氛和所述氧化气氛分别采用由空分装置对空气实施分离产生氮气和氧气营造。

根据本发明的一个实施例，将降解产生的固体残留物填埋，将降解产生的尾气排放。

附图说明

图1是根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的装置的结构示意图。

图2是根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法的流程图。

附图标记：低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的装置1、低温热解装置10、催化降解装置20、降解出料阀门21、空分装置30、空气进口31、氮气出口32、氧气出口33、氮气流量计34、氮气压力表35、氮气阀门36、氧气流量计37、氧气压力表38、氧气阀门39、控制系统40、热解探测器41、降解探测器42、显示器43、进料系统50、飞灰储仓60、进料阀门61。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的装置1。

如图1所示，根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的装置1包括低温热解装置10和催化降解装置20。

催化降解装置20与低温热解装置10直接或间接相连，经低温热解装置10非氧化热解后产生的热解混合物被输送至催化降解装置20进行催化氧化降解。

具体而言，低温热解装置10在预定热解温度、预定热解时间和非氧化气氛中，使飞灰中的挥发性有机物(含二噁英)从飞灰中分离出来或发生一定程度的脱氯反应，得到热解混合物，该热解混合物包括从飞灰中分离出来的未参与反应的或反应后的各类挥发性有机物(含二噁英)及反应产物。

催化降解装置20在预定降解温度、预定降解时间和氧化气氛中，发生催化氧化反应，使热解混合物彻底分解为无害、无毒的产物(如CO2、H2O等)，经过处理后焚烧飞灰中二噁英的含量低于3μgTEQ/Kg。

根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的装置1，通过设置低温热解装置10和催化降解装置20，可以利用非氧化气氛热解及催化氧化分解的联合优势，一方面能够克服单独使用非氧化气氛热解无法将二噁英彻底分解成无毒、无害化合物的不足，另一方面将克服单独催化氧化法所需大量耗能及催化剂性能下降的不足，合理调配非氧化气氛热解及催化氧化分解对飞灰中挥发性有机物(含二噁英)的降解作用，达到工程化应用经济性、环保性的最优效果，不存在二次污染处理，经济效益和社会效益明显。

利用根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的装置1，不仅可以使焚烧飞灰中的挥发性有机物(含二噁英)彻底降解为无害、无毒的化合物，而且处理过程能耗低，经济性强，可抵御波动性范围大，有效控制了飞灰处理的成本。

因此，根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的装置1能够消除焚烧飞灰的二次污染，且具有节能、成本低等优点。

下面参考附图描述根据本发明具体实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的装置1。

在本发明的一些具体实施例中，如图1所示，根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的装置1包括低温热解装置10和催化降解装置20。

进一步地，如图1所示，低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的装置1还包括空分装置30。空分装置30具有空气进口31、氮气出口32和氧气出口33，氮气出口32与低温热解装置10相连，氧气出口33与催化降解装置20相连。

具体地，氮气出口32通过氮气流量计34、氮气压力表35、氮气阀门36和管道与低温热解装置10装置相连。氧气出口33通过氧气流量计37、氧气压力表38和氧气阀门39与催化降解装置20相连。

空分装置30可实现对空气中氮气和氧气的分离，通过氮气出口32将氮气通入低温热解装置10，使低温热解装置10中的氧气含量不高于4％(体积分数)，形成非氧化气氛。且通过氧气出口33将氧气通入催化降解装置20，使催化降解装置20中的氧气含量不低于1％(体积分数)，形成氧化气氛。

在本发明的一些具体示例中，如图1所示，低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的装置1还包括控制系统40。控制系统40分别与低温热解装置10和催化降解装置20相连，控制系统40分别控制低温热解装置10的热解温度和热解时间以及催化降解装置20的降解温度和降解时间。

例如，控制系统40可以将预定热解温度控制在100～350摄氏度的范围内，将预定热解时间控制在10分钟～60分钟，将预定降解温度控制在100～400摄氏度的范围内，将预定降解时间控制在0秒～300秒。

如图1所述，所述控制系统进一步包括热解探测器41、降解探测器42、显示器43、按钮(图中未示出)和传输线(图中未示出)。热解探测器41设在低温热解装置10内。降解探测器42设在催化降解装置20内。显示器43分别与热解探测器41和降解探测器42相连。

控制系统40能够实现就地控制、DCS控制(分布式控制)，能够控制低温热解装置10的内部反应的时间和温度，能够监测低温热解装置10的内部温度、氧含量和压力，显示器43显示低温热解装置10的转速、温度、时间、氧含量和压力，且能够控制催化降解装置20的内部反应的时间和温度，能够监测催化降解装置20的内部温度和氧含量，显示器43显示催化降解装置20的温度、时间和氧含量。

在本发明的一些具体实施例中，如图1所示，低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的装置1还包括进料系统50，进料系统50与低温热解装置10相连。

具体地，低温热解装置10包括软连接、灰斗、倾斜角为5°～85°的斜管、旋转动力和螺旋给料，灰斗周围设置振打器。

可选地，如图1所示，低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的装置1还包括飞灰储仓60，飞灰储仓60与进料系统50相连。

具体地，飞灰储仓60通过进料阀门61、管道、软连接与进料系统50连接，进料系统50与低温热解装置10通过一定的密封系统进行连接，进料系统50可以调节进料速度，以便控制焚烧飞灰在低温热解装置10中的停留时间。

在本发明的一些具体示例中，低温热解装置10由炉体、加热元件和保温层组成，炉体有很好的密封性能。降解出料阀门21由罩体、催化剂填料、加热元件和保温层组成，罩体有很好的密封性能，内部填充的催化剂为含钛、钨或钒元素的化合物。

其中，催化降解装置20通过送料阀门(图中未示出)、管道和单向流向控制装置(图中未示出)与低温热解装置10相连，单向流向控制装置仅允许所低温热解装置10产生的热解混合物流向催化降解装置20。

可选地，低温热解装置10上设有热解出料阀门(图中未示出)，催化降解装置20上设有降解出料阀门21。通过打开所述热解出料阀门将低温热解装置10处理完的部分产物通入飞灰稳定化系统。通过打开降解出料阀门21将催化降解装置20处理完毕的尾气排出或输向垃圾焚烧发电厂烟气净化系统。

下面参考附图描述根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法。所述焚烧飞灰来源于危废焚烧、垃圾焚烧厂的袋式除尘器底部飞灰和脱酸塔底部飞灰和余热锅炉飞灰，所述焚烧飞灰含氯苯类、二噁英等挥发性有机物。

如图2所示，根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法包括：

将焚烧飞灰输送至低温热解装置10，并在预定热解温度、预定热解时间和非氧化气氛中进行热解，使飞灰中的挥发性有机物(含二噁英)从飞灰中分离出来或发生一定程度的脱氯反应，产生热解混合物，该热解混合物包括从飞灰中分离出来的未参与反应的或反应后的各类挥发性有机物(含二噁英)及反应产物；

将所述热解混合物输送至催化降解装置20，并在预定降解温度、预定降解时间和氧化气氛中进行降解，发生催化氧化反应，使热解混合物彻底分解为无害、无毒的产物(如CO2、H2O等)，经过处理后焚烧飞灰中二噁英的含量低于3μgTEQ/Kg。

根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，通过利用非氧化气氛热解及催化氧化分解的联合优势，一方面能够克服单独使用非氧化气氛热解无法将二噁英彻底分解成无毒、无害化合物的不足，另一方面将克服单独催化氧化法所需大量耗能及催化剂性能下降的不足，合理调配非氧化气氛热解及催化氧化分解对飞灰中挥发性有机物(含二噁英)的降解作用，达到工程化应用经济性、环保性的最优效果，不存在二次污染处理，经济效益和社会效益明显。

根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，不仅可以使焚烧飞灰中的挥发性有机物(含二噁英)彻底降解为无害、无毒的化合物，而且处理过程能耗低，经济性强，可抵御波动性范围大，有效控制了飞灰处理的成本。

因此，根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法能够消除焚烧飞灰的二次污染，且具有节能、成本低等优点。

在本发明的一些具体实施例中，所述预定热解温度为100-350摄氏度。所述预定热解时间为10-60分钟。所述非氧化气氛中的氧气体积含量不高于4％。

所述预定降解温度为100-400摄氏度。所述预定降解时间为0-300秒。所述氧化气氛中的氧气体积含量不低于1％。

可选地，催化降解装置20采用的催化剂为含钛、钨或钒的化合物。

在本发明的一些具体示例中，所述非氧化气氛和所述氧化气氛分别采用由空分装置30对空气实施分离产生氮气和氧气营造。

将降解产生的固体残留物填埋，将降解产生的尾气排放。

为进一步解释根据本发明的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有

机物的方法的内容、特点及效果，以飞灰中二噁英含量为目标物，兹列举以下实施例：

实施例1：

某垃圾焚烧飞灰中二噁英的含量为943ngTEQ/Kg，按照根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，第一步在低温热解装置10中，控制反应温度为300摄氏度，反应时间为30分钟，通氮气保持低温热解装置10的氧气含量不大于2％(体积分数)，反应后得到热解混合物。第二步，将热解混合物通入催化降解装置20，控制反应温度为300摄氏度，反应时间为30秒，通氧气保持催化降解装置20的氧气含量大于5％(体积分数)，检测尾气及固体残留物中二噁英含量总和为5.8ngTEQ/Kg，飞灰中二噁英的降解率为99.4％。

实施例2：

某垃圾焚烧飞灰中二噁英的含量为849ngTEQ/Kg，按照根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，第一步在低温热解装置10中，控制反应温度为300摄氏度，反应时间为10分钟，通氮气保持低温热解装置10的氧气含量不大于2％(体积分数)，反应后得到热解混合物。第二步，将热解混合物通入催化降解装置20，控制反应温度为300摄氏度，反应时间为30秒，通氧气保持催化降解装置20的氧气含量大于5％(体积分数)，检测尾气及固体残留物中二噁英含量总和为130.6ngTEQ/Kg，飞灰中二噁英的降解率为84.6％。

实施例3：

某垃圾焚烧飞灰中二噁英的含量为849ngTEQ/Kg，按照根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，第一步在低温热解装置10中，控制反应温度为300摄氏度，反应时间为30分钟，通氮气保持低温热解装置10的氧气含量不大于2％(体积分数)，反应后得到热解混合物。第二步，将热解混合物通入催化降解装置20，控制反应温度为300摄氏度，反应时间为3秒，通氧气保持催化降解装置20的氧气含量大于5％(体积分数)，检测尾气及固体残留物中二噁英含量总和为460ngTEQ/Kg，飞灰中二噁英的降解率为45.8％。

实施例4：

某垃圾焚烧飞灰中二噁英的含量为943ngTEQ/Kg，按照根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，第一步在低温热解装置10中，控制反应温度为200摄氏度，反应时间为30分钟，通氮气保持低温热解装置10的氧气含量不大于2％(体积分数)，反应后得到热解混合物。第二步，将热解混合物通入催化降解装置20，控制反应温度为200摄氏度，反应时间为30秒，通氧气保持催化降解装置20的氧气含量大于5％(体积分数)，检测尾气及固体残留物中二噁英含量总和为271.5ngTEQ/Kg，飞灰中二噁英的降解率为71.2％。

实施例5：

某垃圾焚烧飞灰中二噁英的含量为943ngTEQ/Kg，按照根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，第一步在低温热解装置10中，控制反应温度为300摄氏度，反应时间为30分钟，通氮气保持低温热解装置10的氧气含量不大于2％(体积分数)，反应后得到热解混合物。第二步，将热解混合物通入催化降解装置20，控制反应温度为300摄氏度，反应时间为30秒，通氧气保持催化降解装置20的氧气含量低于1％(体积分数)，检测尾气及固体残留物中二噁英含量总和为541.3TEQ/Kg，飞灰中二噁英的降解率为42.6％。

实施例6：

某垃圾焚烧飞灰中二噁英的含量为943ngTEQ/Kg，按照根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，第一步在低温热解装置10中，控制反应温度为300摄氏度，反应时间为30分钟，通氮气保持低温热解装置10的氧气含量大于4％(体积分数)，反应后得到热解混合物。第二步，将热解混合物通入催化降解装置20，控制反应温度为300摄氏度，反应时间为30秒，通氧气保持催化降解装置20的氧气含量大于5％(体积分数)，检测尾气及固体残留物中二噁英含量总和为586.7ngTEQ/Kg，飞灰中二噁英的降解率为33.8％。

根据本发明实施例的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的装置1，采用非氧化气氛热解及催化氧化分解联合协同处理焚烧飞灰中的挥发性有机物(含二噁英)，克服和消除了高温熔融法能耗高，设备昂贵的缺点，同时，彻底将挥发性有机物(含二噁英)进行分解，避免了尾气及固体残留物中挥发性有机物(含二噁英)的再生产，使尾气可以直接引入烟囱排放，处理后的飞灰可以进入填埋场，不存在二次污染处理,具有节能、环保等优点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，其特征在于，包括：

将焚烧飞灰输送至低温热解装置，并在预定热解温度、预定热解时间和非氧化气氛中进行热解，产生热解混合物；

将所述热解混合物输送至催化降解装置，并在预定降解温度、预定降解时间和氧化气氛中进行降解。

2.根据权利要求1所述的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述预定热解温度为100-350摄氏度。

3.根据权利要求1所述的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述预定热解时间为10-60分钟。

4.根据权利要求1所述的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述非氧化气氛中的氧气体积含量不高于4％。

5.根据权利要求1所述的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述催化降解装置采用的催化剂为含钛、钨或钒的化合物。

6.根据权利要求1所述的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述预定降解温度为100-400摄氏度。

7.根据权利要求1所述的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述预定降解时间为0-300秒。

8.根据权利要求1所述的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述氧化气氛中的氧气体积含量不低于1％。

9.根据权利要求1所述的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述非氧化气氛和所述氧化气氛分别采用由空分装置对空气实施分离产生氮气和氧气营造。

10.根据权利要求1所述的低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，其特征在于，将降解产生的固体残留物填埋，将降解产生的尾气排放。