CN105505414A - 一种固体垃圾无氧催化热裂解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种固体垃圾无氧催化热裂解方法，其步骤有，垃圾预处理：将外运垃圾放入垃圾池除去废水后，依次进行粗破、脱水、粉碎成小于3厘米的垃圾颗粒；再利用余热和再生可燃气和/或外加热来加热垃圾颗粒，在干燥将垃圾颗粒的水分含量降低到10-30%范围内，得到干燥垃圾颗粒。垃圾裂化分解：将干燥垃圾颗粒投入流化裂解炉，在无氧的条件下，利用余热和再生可燃气和/或外加热来加热流化裂解炉，使得裂解的温度和升温速度达到要求，加催化剂，使得干燥垃圾颗粒中的有机物质分解成无机物、可燃气、生物碳和液体化合物。裂化分解后的产物再加工：将无机物、可燃气、生物碳和液体化合物，分离、净化、合成加工成建材、燃气、成品肥料、燃油。本发明在中低温、催化、完全没有氧气的条件下，可以处理复杂的混合垃圾，连续进料，实现高效热裂解，产生燃气和碳等，同时，对产生的焦油进行二次裂解，消除管道堵塞和提高燃气热值等。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾处理的工艺方法，尤其涉及一种固体垃圾无氧催化热裂解达到无害排放的处理方法。
背景技术
人类活动必然会产生各种垃圾，包括生活垃圾、工业垃圾、农林垃圾、电子垃圾和医疗垃圾等等。绝大部分垃圾以混合物形式存在，其中对人类健康和环境影响较大的是有机物质一类，品种十分广泛。主要包括自然界难以降解的人工合成高分子材料，如塑料、粘合剂、纤维、油漆等等；另外也包括自然可降解的生物质，如食物、秸秆、纸制品、木制品等；第三部分是含有贵金属、重金属、特定化学品的工业垃圾，如电镀污泥、电子垃圾、特种化工废料。以上三类可归纳为不可降解有机物、可降解生物质和化工电子垃圾。
随着人类生活水平的提高，垃圾产量也在不断上升。仅生活垃圾，年增长率均在5%-8%，少数大城市垃圾的年增长率达到8%-10%,人均日产垃圾量已超过1千克。我国城市垃圾2015产生量就达2.6亿吨，接近中等发达工业国家水平，且增长越来越快的趋势。
垃圾的大量产生和处理技术的不完善，已经对国家的经济发展、人民的生活质量和自然环境造成了日益严峻的负面影响。世界各国在充分认识到这一发展瓶颈的同时，正积极集中力量开发可实现无害化和资源化处置垃圾的有效技术。
传统的垃圾填埋技术，虽仍然是全世界垃圾处理的主要手段之一，但因是转移性处置、永久性占用土地资源、存在对地下水的和大气污染的潜在风险，且填埋后需要长期维护、最终仍然需要彻底处理，这一技术方法已显现出长期环境危害忧患，已逐渐成为过渡性方法，势必会被取代。
焚烧垃圾的危害在于氧化过程新生成许多复杂又还污染物，如果净化不严格，就会造成二次污染。焚烧作为取代填埋的手段，相关技术也在不断提高，改进后的多段焚烧炉，包括流化床焚烧炉，虽然提高了燃烧效率，一定程度地降低了污染物排放，但仍需附加设备和高运行来清除焚烧所产生的有害物质，且垃圾的资源化程度和效率仍然很低。
生物降解法是对可降解一类物质的处理方法，首先要求源头分类，再就是只能处理可降解部分，处理周期过长，因此这种方法不具备广泛应用的基础。厌氧发酵法可一定程度地利用产生的沼气做为资源化产物，但伴随生成硫化物和氮化物仍需严格净化，沼渣作为有机肥须在垃圾源头没有污染的前提下，局限性很大。好氧发酵虽然可缩短处理周期，但除沼渣外，没有多少克利用的产物，其过程大量排放二氧化碳，需解决碳排放问题。
广泛使用的炉排炉和流化床炉，和传统的焚烧炉相比，燃烧更加充分，炉温得到提高，新增的多段或多室燃烧结构，使得燃烧也更加充分，也可以控制主烧室贫氧或少氧燃烧，达到部分气化或部分裂解的作用。在垃圾不分类的前提条件下，燃烧条件控制困难，工作状态不稳定。由于垃圾的不均匀和成分的变化，炉温等工艺条件变化幅度较大，工况波动使得操作十分困难。部分裂解或气化所产生的气体，其热值很低，难以直接采用燃气机发电，而广泛使用的蒸汽涡轮发电效率不高，使得垃圾处置资源化水平受到限制。通过冷凝脱水和喷淋，虽然消除了一些污染物，减少了后期的腐蚀和排放，但气体热值没有明显改善。
目前存在的转窑式塑料、橡胶裂解炼油技术，通过外加热方法，达到裂解目的。其工艺和设备，对于单一的塑料或者橡胶可以在较低温度下裂解，生成以液体为主的产物，不适合其它材料的或者复杂混合物质，例如生活垃圾。
秸秆等干馏碳化工艺，针对秸秆等特殊的单一物料，采用反应釜，批次裂解和碳化生成燃气和碳，燃气热值偏低，碳质量也不高。整体资源化水平低，能耗较高，不适合混合物的处置。
如何采取一种连续、高效和环保的处理固体垃圾的方法，是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明为了解决现有固体垃圾处理存在的技术问题，提出一种连续、高效和环保的固体垃圾无氧催化热裂解方法。
本发明提供的固体垃圾无氧催化热裂解方法，其包括如下步骤：
步骤1：垃圾预处理
将外运垃圾放入垃圾池除去废水后，依次进行粗破、脱水、粉碎成小于3厘米的垃圾颗粒；再利用余热和再生可燃气和/或外加热来加热所述的垃圾颗粒，通过蒸发和风干将垃圾颗粒的水分含量降低到10~30%范围内，得到干燥垃圾颗粒；
步骤2：垃圾裂化分解
将所述的干燥垃圾颗粒投入流化裂解炉，在无氧的条件下，利用余热和再生可燃气和/或外加热来加热所述的流化裂解炉，使得裂解的温度和升温速度达到工艺设计要求，并添加催化剂，使得干燥垃圾颗粒中的有机物质分解成无机物、可燃气、生物碳和液体化合物；
步骤3：裂化分解后的产物再加工
将所述的无机物、可燃气、生物碳和液体化合物，通过工艺分离、净化、合成加工成建材、燃气、成品肥料、燃油。
本发明在中低温（400-850摄氏度）、催化、完全没有氧气条件下，可以处理复杂的混合垃圾，如未分选的生活垃圾，连续进料，实现高效热裂解，产生燃气和碳等，同时，对产生的焦油进行二次裂解，消除管道堵塞和提高燃气热值等。
本发明可以实现不分类垃圾的无害化资源化处置，可对几乎所有含有机物质的垃圾进行无害化处理。连续处理，操作简单，自动化程度高，无需人工参与分选或者直接接触垃圾。工艺无需采用外加惰性气体保护。整个系统完整、简洁，效率高。系统优化，单位能耗低，无二次污染物生成或排出。产品裂解气热值高，焦油含量很低,可直接接内燃机发电。产品碳结构可控，活性高。
本发明物料垃圾无需分类分选，系统结构合理简捷，单位能耗低。可用于几乎所有固体废弃物的无氧裂解，达到无害化资源化处置的目的。产物碳和裂解气质量高、可控，有更大的产品开发空间。产品碳具有广泛的应用市场，可进一步加工。整个过程无污染物生成，可做到近零排放。
附图说明
图为本发明较佳实施例的工艺流程示意图。
具体实施方式
本发明采用的是一种固体废弃物无氧裂解技术，该技术是一将有机固体废弃物在无氧条件下加热分解的过程。该过程是一个复杂的化学反应还原过程。包括大分子的键断裂，异构化和小分子的聚合等反应，最后生成各种较小的分子，主要包括：(1)以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化合物为主的可燃性气体；(2)在常温下为液态的包括乙酸丙酮等化合物在内的有机类；(3)固体生物碳、玻璃、金属、土砂等。结果就是将所有的有机物，包括塑料、人造纤维、纸张、动植物垃圾等，均被分解成水、类似液化气燃料和特种碳。
如图1所示为本发明一较佳实施例的工艺流程。所述固体垃圾无氧催化热裂解方法，其包括如下步骤：
步骤1：垃圾预处理
将外运垃圾放入垃圾池除去废水后，依次进行粗破、回收金属、机械脱水、粉碎成小于3厘米的垃圾颗粒。再由干燥系统利用余热和再生可燃气和/或外加热来加热所述的垃圾颗粒，通过蒸发和风干将垃圾颗粒的水分含量降低到10~30%范围内，得到干燥垃圾颗粒，以保证裂解的高效进行。
步骤2：垃圾裂化分解
将干燥垃圾颗粒投入流化裂解炉，在完全没有空气--无氧的条件下，利用余热和再生可燃气和/或外加热来加热所述的流化裂解炉，使得裂解的温度和升温速度达到工艺设计要求，并添加催化剂，从而能够快速高效地将干燥垃圾颗粒中的有机物质分解成无机物、可燃气、生物碳和有机碳、液体化合物,如，焦油等。垃圾裂化分解的温度保持在400-850摄氏度范围内。将垃圾裂化分解时产生的热量经热交换器进行交换，当作余热再利用。所述垃圾裂化分解是利用混合垃圾粉碎后的固体颗粒作为流化介质的。垃圾裂化分解需要流化气体和无氧保护气体，这两种气体采用自身产生的裂解气体，通过循环实现工艺无氧流化条件。所述的生物碳在裂解炉中进行高温气流粉碎，粒度达到微纳米级；所述无机物在炉中利用重力差异，在流化条件下与其他裂解产物自动分离。
步骤3：裂化分解后的产物再加工
将可燃气、生物碳和液体化合物等裂解出的产物，通过工艺参数设计，分离、净化、合成加工成建材、燃气、成品肥料、燃油等产品。
在上述垃圾处理的同时，将垃圾预处理和垃圾裂化分解时产生的废水收集后进行净化处理，将处理后的中水中的热量进行热交换，当作余热再利用。还可以将净化后的水作为再生水用于工艺、绿化或灌溉等。将垃圾预处理和垃圾裂化分解时产生的异味气体进行净化处理，将净化后的废气中的热量进行热交换，当作余热再利用。还可以将净化后的废气，做为洁净燃料或者做为再生原料生产下游产品。垃圾处理是在连续条件完成热裂解、产出和净化步骤的。
本发明采用流化床连续性进行无氧裂解复杂混合垃圾。利用裂解气的还原特性，设定一个除氧装置于系统内部，将初进入系统的氧气脱除，并控制反应条件，可避免有害物质的生成和系统的爆炸危险。利用不分类垃圾本身和其中携带的惰性物质作为流化介质，达到传热和粉碎生成的碳的目的，在催化剂作用下，热裂解定向反应，并有效地消除存在的污染物，产品质量稳定可控。利用重力原理，控制流化强度，在放映釜内自动分出惰性物质、碳和裂解气。利用裂解气本身的还原特性，做为加热和流化载体循环回系统，并有效地还原重金属等氧化物，达到化学降解作用。把重整器植入裂解工艺内，充分利用系统热量，除去焦油等容易凝结沉降的物质，避免了管道堵赛等问题，同时可提高裂解气的热值和碳的活性。
本发明在中低温（400-850摄氏度）、催化、完全没有氧气条件下，可以处理复杂的混合垃圾，如未分选的生活垃圾，连续进料，实现高效热裂解，产生燃气和碳等，同时，对产生的焦油进行二次裂解，消除管道堵塞和提高燃气热值等。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种固体垃圾无氧催化热裂解方法，其包括如下步骤：
步骤1：垃圾预处理
将外运垃圾放入垃圾池除去废水后，依次进行粗破、脱水、粉碎成小于3厘米的垃圾颗粒；再利用余热和再生可燃气和/或外加热来加热所述的垃圾颗粒，通过蒸发和风干将垃圾颗粒的水分含量降低到10-30%范围内，得到干燥垃圾颗粒；
步骤2：垃圾裂化分解
将所述的干燥垃圾颗粒投入流化裂解炉，在无氧的条件下，利用余热和再生可燃气和/或外加热来加热所述的流化裂解炉，使得裂解的温度和升温速度达到工艺设计要求，并添加催化剂，使得干燥垃圾颗粒中的有机物质分解成无机物、可燃气、生物碳和液体化合物；
步骤3：裂化分解后的产物再加工
将所述的无机物、可燃气、生物碳和液体化合物，通过工艺分离、净化、合成加工成建材、燃气、成品肥料、燃油。
2.如权利要求1所述的固体垃圾无氧催化热裂解方法，其特征在于，所述垃圾裂化分解的温度保持在400-850摄氏度范围内。
3.如权利要求1所述的固体垃圾无氧催化热裂解方法，其特征在于，所述垃圾裂化分解需要流化气体和无氧保护气体，这两种气体采用自身产生的裂解气体，通过循环实现工艺无氧流化条件。
4.如权利要求1所述的固体垃圾无氧催化热裂解方法，其特征在于，所述的生物碳在裂解炉中进行高温气流粉碎，粒度达到微纳米级；所述的无机物在炉中利用重力差异，在流化条件下与其他裂解产物自动分离。
5.如权利要求1所述的固体垃圾无氧催化热裂解方法，其特征在于，所述垃圾裂化分解是在连续条件完成热裂解、产出和净化步骤的。
6.如权利要求1所述的固体垃圾无氧催化热裂解方法，其特征在于，所述垃圾裂化分解是利用混合垃圾粉碎后的固体颗粒作为流化介质的。
7.如权利要求1所述的固体垃圾无氧催化热裂解方法，其特征在于，将所述垃圾裂化分解时产生的热量经热交换器进行交换，当作所述的余热再利用。
8.如权利要求1所述的固体垃圾无氧催化热裂解方法，其特征在于，将所述垃圾预处理和垃圾裂化分解时产生的废水收集后进行净化处理，将处理后的中水中的热量进行热交换，当作余热再利用，净化后的水作为再生水用于工艺、绿化或灌溉。
9.如权利要求1所述的固体垃圾无氧催化热裂解方法，其特征在于，将所述垃圾预处理和垃圾裂化分解时产生的异味气体进行净化处理，将处理后的废气中的热量进行热交换，当作余热再利用。
10.如权利要求1所述的固体垃圾无氧催化热裂解方法，其特征在于，将所述垃圾预处理和垃圾裂化分解时产生的异味气体进行净化处理，将处理后的废气经过净化后，做为洁净燃料或者做为再生原料生产下游产品。
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