CN105861073A - 一种含碳有机物连续热解提纯co燃料气的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的方法和系统，所述系统包括分选装置、破碎装置、旋转床热解炉、固定床热解炉、冷凝装置、油水分离装置、提纯装置、变压吸附装置。所述方法包括：将含碳有机物预处理，然后输送至旋转床热解炉热解；将热解得到的热解气液混合物通过冷凝装置、油水分离装置、气体提纯装置，得到高纯度的CO2气体，以及CH4、CO、H2等可燃气；将热解得到的热解炭，提纯热解气得到的CO2一同输送至固定床热解炉热解反应器进行热解；生成的CO、烷烃类气体等与旋转床热解炉热解提纯得到的CO、H2等气体共同送入变压吸附装置制备CO燃料气。本发明能够实现处理量大、产油量少，节约资源，利于实现工业化应用。

Description

一种含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的方法和系统
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化处理领域，特别涉及一种含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的方法和系统。
背景技术
目前，生活垃圾、秸秆、污泥等含碳有机物的产生量日益增多，并且对大气、土壤、水源等造成的污染也逐渐加大，是我国和世界各国面临的重大环境问题之一。其中主要的热处理技术为直接焚烧和热解利用两种，但焚烧对生活垃圾的热值要求较高，并且二次污染严重，特别是二噁英的排放问题，制约着该技术的广泛应用。
热解是在无氧或缺氧的环境下，对物料进行加热，生成热解油、热解气和热解炭等产物，从原理上避免了二噁英的生成，同时大部分的重金属在热解过程中融入灰渣，减少了排放量。常见的含碳有机物热解工艺主要是回转窑热解、竖炉热解等。
目前对生活垃圾、秸秆、污泥等含碳有机物的热解处理技术中，热解装置采用的是单台工作模式。采用单台热解装置工作工艺，不但造成处理量小，产油量较多，容易发生堵塞等现象，而且存在下述主要问题：一是收集的热解气热值较低，若作为热解炉热源使用，则经济效益差，若作为产品出售，其销售价格又较低；二是收集的热解气中含有较多油水混合物，容易堵塞和腐蚀管道，且油水混合物处理难度较大，费用较高；三是热解产生的大量CO2排入大气，会导致温室效应，引起全球变暖；四是热解生成的热解炭仍有一定热值，并且碳含量较高，直接填埋会浪费这部分资源。，难以实现工业化应用。
由于现有技术在对生活垃圾、秸秆、污泥等含碳有机物的处理方面存在诸多不足，因此如何改进目前对这些含碳有机物的热解处理技术，提高处理经济效益、节约资源，更好实现工业化应用，成为人们亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提出采用一种含碳有机物连续热解的方法和系统，以提纯CO燃料气，应用这种连续热解的方法和系统能够实现处理量大、产油量少，节约资源，有利于实现工业化应用。
本发明提出一种含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的系统，包括旋转床热解炉、固定床热解炉、冷凝装置、提纯装置；
所述旋转床热解炉包括含碳有机物进口、热解气液出口、热解炭出口、干燥区、热解区、催化反应区；
所述冷凝装置包括热解气液进口、热解液出口、热解气出口、冷凝水入口、冷凝水出口；
所述提纯装置包括热解气进口、CO2出口、剩余气体出口；
所述固定床热解炉包括热解炭进口、CO2入口、气体出口、残渣出口；
所述旋转床热解炉热解气液出口与所述冷凝装置的热解气液进口相连，所述旋转床热解炉的热解炭出口与所述固定床热解炉的热解炭进口相连；
所述冷凝装置的热解气出口与所述提纯装置的热解气进口相连；
所述提纯装置的CO2出口与所述固定床热解炉的CO2入口相连。
进一步的，所述含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的系统还包括变压吸附装置；所述变压吸附装置包括气体入口、剩余气体入口、CO出口、可燃气出口；所述变压吸附装置的气体入口与所述固定床热解炉的气体出口相连；所述变压吸附装置的剩余气体入口与所述提纯装置的剩余气体出口相连。
进一步的，所述含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的系统还包括油水分离装置；所述油水分离装置包括热解液进口、热解油出口、热解水出口；所述冷凝装置的热解液出口与所述油水分离装置的热解液进口相连。
进一步的，所述含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的系统还包括分选装置、破碎装置；所述分选装置包括进料口、分选后出口；所述破碎装置包括分选后进口、破碎后出口；所述分选装置的进料口用于送入生活垃圾，所述分选装置的分选后出口与所述破碎装置的分选后进口相连；所述破碎装置的破碎后出口与所述旋转床热解炉的含碳有机物进口相连。
本发明还提出一种含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的方法，包括以下步骤：
将含碳有机物输送至所述旋转床热解炉，进行热解，得到热解气液混合物及热解炭；
将所述热解气液混合物经所述冷凝装置送入所述气体提纯装置，得到高纯度的CO2气体，以及可燃气CH4、CO、H2；
将所述热解炭，以及提纯热解气得到的CO2一同输送至所述固定床热解炉进行高温热解，生成CO。
进一步的，还包括以下步骤：
将含碳有机物送至所述旋转床热解炉干燥区，蒸出剩余水分；
将在所述旋转床热解炉的干燥区干燥得到的产物送到所述旋转床热解炉的热解区，生成热解炭及热解油气；
将所述旋转床热解炉的热解区生成的产物送至所述旋转床热解炉的催化反应区，二次裂解，生成大量CO、CO2、H2热解气；
所述旋转床热解炉的干燥区的辐射管温度设定为300℃～400℃；所述旋转床热解炉的热解区的辐射管的温度设定为500℃～600℃；所述旋转床热解炉的催化反应区的辐射管的温度设定为700℃～800℃。
进一步的，所述固定床热解炉辐射管温度设定为900℃～1000℃。
进一步的，还包括步骤：将含水率35％～55％的含碳有机物分选、破碎后，待所述含碳有机物的含水率降至30％以下后，形成物料备用。
进一步的，还包括步骤：将经过所述冷凝装置冷凝得到的热解液送至所述油水分离装置，进一步将热解液分离为热解水和热解油。
进一步的，还包括步骤：将所述固定床热解炉热解反应器进行高温热解生成的CO及烷烃类气体与所述旋转床热解炉热解提纯得到的CO、H2共同送入所述变压吸附装置制备CO燃料气。
由于采用热解技术，该工艺没有二次污染问题，其运行成本较低、余热回收利用率高，并将垃圾转化为燃料气出售，利于生活垃圾热解的工业化应用，实现了真正的“无害化、减量化、资源化”。
应用本发明，可实现如下有益效果：
将旋转床热解炉设置为干燥区、热解区和催化反应区，含碳有机物热解产生的热解油在经过催化反应区时会发生二次裂解，从而能得到更多的CO、H2等热解气。不仅解决了常规热解工艺遇到的焦油含量大、堵塞严重等情况，还制备了更多的CO燃料气，其经济效益较好。
含碳有机物热解后，热解气中含有大量CO2气体，这部分气体可以通入固定床热解炉中，与旋转床热解炉得到的热解炭一同进行热解反应，热解炭在CO2气氛下高温热解，可以获得大量CO燃料气。不仅有效利用了CO2资源，还减少了温室效应。
热解炭中C含量较多，并且具有一定热值，如果直接排放，不仅占用了大量土地，还浪费了这部分能源。将热解炭继续在固定床热解炉中热解，最后得到的残渣量很少，使工艺的“无害化、减量化、资源化”水平大大提高。
旋转床热解炉和固定床热解炉连续热解后，均会产生CO、H2等气体，在经过变压吸附后，不仅可以获得大量的CO燃料气，还可以将剩余的H2、CH4等可燃气进行出售，其经济性较好，适合工业化推广。
附图说明
图1是本发明实施例的一种含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的系统结构示意图。
图2是旋转床热解炉示意图。
图3是本发明实施例的一种含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的方法流程图。
附图中的附图标记如下：
1、分选装置；2、破碎装置；3、旋转床热解炉；4、冷凝装置；
5、油水分离装置；6、固定床热解炉；7、提纯装置；
8、变压吸附装置；9、含碳有机物进口；10、干燥区；11、热解区；
12、催化反应区；13、热解气液出口；14、热解炭出口。
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明的实施方式。
如图1所示，是本发明一种具体实施例的一种含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的系统结构示意图，图中包括分选装置1、破碎装置2、旋转床热解炉3、固定床热解炉6、冷凝装置4、油水分离装置5、提纯装置7、变压吸附装置8。
见图1，分选装置1具有进料口、分选后出口。见图1，分选装置1的进料口与生活垃圾原料相连，分选装置1的分选后出口与破碎装置2的分选后进口相连。
如图1所示，破碎装置2具有分选后进口、破碎后出口。见图1，破碎装置2的破碎后出口与旋转床热解炉3的含碳有机物进口相连。
如图1所示，旋转床热解炉3具有含碳有机物进口、热解气液出口、热解炭出口、辐射管燃气入口和辐射管烟气出口。
如图1所示，旋转床热解炉3的热解气液出口与冷凝装置4的热解气液进口相连。从图1可见，旋转床热解炉3的热解炭出口与固定床热解炉6热解炭进口相连。
如图1所示，固定床热解炉6具有热解炭进口、CO2入口、气体出口、残渣出口。从图1可见，固定床热解炉6的CO2入口与提纯装置7的CO2出口相连。从图1可见，固定床热解炉6的气体出口与变压吸附装置8气体入口相连。
如图1所示，冷凝装置4具有热解气液进口、热解液出口、热解气出口、冷凝水入口、冷凝水出口。从图1可见，冷凝装置4的热解液出口与油水分离装置5的热解液进口相连。从图1还可见，冷凝装置4的热解气出口与提纯装置7的热解气进口相连。
如图1所示，油水分离装置5具有热解液进口、热解油出口、热解水出口。
如图1所示，提纯装置7具有热解气进口、CO2出口、剩余气体出口。如图1所示，提纯装置7的CO2出口与固定床热解炉6的CO2入口相连。如图1所示，提纯装置7的剩余气体出口与变压吸附装置8的剩余气体入口相连。
如图1所示，变压吸附装置8具有气体入口、剩余气体入口、CO出口、可燃气出口。
如图2所示，旋转床热解炉3可包括干燥区、热解区、催化反应区。
如图3所示，本实施例中，含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的方法是：
A、垃圾预处理：将含水率为35％～55％的生活垃圾送入分选装置1和破碎装置2，然后在储料坑堆滤3～5天，最终得到含水率30％以下的生活垃圾。
B、垃圾热解：将预处理后的生活垃圾输送至旋转床热解炉3，采用布料装置将生活垃圾均匀布入旋转床热解炉3进行热解。旋转床热解炉3包括上下辐射管、以及含碳有机物进口、热解气液出口、热解炭出料口等。其炉底为可转动的环形炉底，位于上下辐射管中间，辐射管布置于环形炉壁。进入旋转床热解炉3的生活垃圾依次通过旋转床热解炉3的干燥区、热解区、催化反应区。旋转床热解炉3中干燥区上下辐射管的温度设定为300℃～400℃，热解区上下辐射管的温度设定为500℃～600℃，催化反应区上下辐射管的温度设定为700℃～800℃。辐射管内的烟气与旋转床热解炉内的气氛隔绝，旋转床热解炉处于无氧、绝氧状态。
生活垃圾在干燥区受到辐射管的加热作用，先将垃圾中残留的水分蒸出，然后随着炉底转动继续发生热解反应，生成热解油及热解气等产物。热解油在经过催化反应区时经过催化裂解，继续生成CO、H2等小分子气体，然后在旋转床热解炉出料区顶部热解气液出口排出，并进入后续冷凝器4。热解炭转至旋转床热解炉3末端，通过炉体底部输送装置输送，进入固定床热解炉6再次热解。固定床热解炉6的传送带上下两侧同样布置辐射管，温度均设定为900℃～1000℃。固定床热解炉6热解氛围与旋转床热解炉3不同，固定床热解炉6进料端设置CO2进料口，将提纯装置7分离出的CO2引入固定床热解炉中，热解炭在CO2气氛中发生合成反应，可生成大量CO燃料气。
由于生活垃圾经过旋转床热解炉、固定床热解炉连续热解后灰渣产量较小、灰分较高、热值很低，且不属于危险废物，可直接进填埋场进行填埋处置。
C、气液及油水分离：经过旋转床热解炉3热解后，生成的热解气液混合物通入冷凝装置4中，将热解气液进行分离。其中热解气进入提纯装置7，热解液进入油水分离装置5，热解油可作为化工原料出售，热解水排入污水处理厂进行处理。
D、CO分离提纯：将提纯装置7分离出的CO、H2等气体与固定床热解炉6产生的CO、烷烃等气体共同送至变压吸附装置8，分离提纯得到CO燃料气，剩下的H2、CH4等可燃气也可作为燃料出售。
实施例1：
采用某市城市生活垃圾为原料，垃圾含水率为55％，其各组分含量如下表：
表1生活垃圾各组分百分含量(湿基)
将含水率55％的生活垃圾送入分选、破碎等预处理系统，在储料坑堆滤3天后，垃圾含水率降至25％，然后输送至旋转床热解炉。垃圾在旋转床热解炉中依次经过干燥区、热解区、催化反应区，干燥区主要将垃圾中剩余水分蒸出；热解区生成的热解油等产物进入催化反应区后，二次裂解生成大量CO、CO2、H2等热解气。经旋转床热解炉热解得到的热解气液混合物通过冷凝装置、油水分离装置、气体提纯装置等，得到高纯度的CO2气体，以及CH4、CO、H2等可燃气，热解得到的热解炭，以及提纯热解气得到的CO2一同输送至固定床热解炉热解反应器进行高温热解，生成的CO、烷烃类气体等与旋转床热解炉热解提纯得到的CO、H2等气体共同送入变压吸附装置制备CO燃料气，其余CH4、H2等也可作为燃料出售。经过变压吸附装置实现CO燃料气提纯，剩余H2、CH4等气体作为辐射管燃料气使用。最终制得的CO燃料产率为32％，CO浓度为99.6％。
实施例2：
采用某城市的秸秆，含水率为38％，其工业分析及元素分析如下表:
表2原料的元素分析与工业分析
表1中英文缩写含义如下：
Mad――空气干燥原料的水分含量；
Aad――空气干燥原料的灰分含量；
Vad――空气干燥原料的挥发分含量；
FCad――空气干燥原料的固定碳含量；
Cad――空气干燥原料的碳含量；
Had――空气干燥原料的氢含量；
Nad――空气干燥原料的氮含量；
St,ad――空气干燥原料的全硫含量。
将含水率38％的秸秆进行破碎，并堆滤2天，秸秆含水率降至20％，然后输送至旋转床热解炉，在物料转盘的上下两侧均布置有辐射管以给含碳有机物加热。物料在旋转床热解炉中依次经过干燥区、热解区、催化反应区，干燥区主要将垃圾中剩余水分蒸出；热解区生成的热解油等产物进入催化反应区后，二次裂解生成大量CO、CO2、H2等热解气。经旋转床热解炉热解得到的热解气液混合物通过冷凝装置、油水分离装置、气体提纯装置等，得到高纯度的CO2气体，以及CH4、CO、H2等可燃气，热解得到的热解炭，以及提纯热解气得到的CO2一同输送至固定床热解炉热解反应器进行高温热解，生成的CO、烷烃类气体等与旋转床热解炉热解提纯得到的CO、H2等气体共同送入变压吸附装置制备CO燃料气，其余CH4、H2等也可作为燃料出售。经过变压吸附装置实现CO燃料气提纯，剩余H2、CH4等气体作为辐射管燃料气使用。最终制得的CO燃料产率为35％，CO浓度为99.7％。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的系统，包括旋转床热解炉、固定床热解炉、冷凝装置、提纯装置；
所述旋转床热解炉包括含碳有机物进口、热解气液出口、热解炭出口、干燥区、热解区、催化反应区；
所述冷凝装置包括热解气液进口、热解液出口、热解气出口、冷凝水入口、冷凝水出口；
所述提纯装置包括热解气进口、CO2出口、剩余气体出口；
所述固定床热解炉包括热解炭进口、CO2入口、气体出口、残渣出口；
所述旋转床热解炉的热解气液出口与所述冷凝装置的热解气液进口相连，所述旋转床热解炉的热解炭出口与所述固定床热解炉的热解炭进口相连；
所述冷凝装置的热解气出口与所述提纯装置的热解气进口相连；
所述提纯装置的CO2出口与所述固定床热解炉的CO2入口相连。
2.根据权利要求1所述的含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的系统，其特征在于，所述含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的系统包括变压吸附装置；所述变压吸附装置包括气体入口、剩余气体入口、CO出口、可燃气出口；所述变压吸附装置的气体入口与所述固定床热解炉的气体出口相连；所述变压吸附装置的剩余气体入口与所述提纯装置的剩余气体出口相连。
3.根据权利要求1所述的含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的系统，其特征在于，所述含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的系统包括油水分离装置；所述油水分离装置包括热解液进口、热解油出口、热解水出口；所述冷凝装置的热解液出口与所述油水分离装置的热解液进口相连。
4.根据权利要求1所述的含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的系统，其特征在于，所述含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的系统包括分选装置、破碎装置；所述分选装置包括进料口、分选后出口；所述破碎装置包括分选后进口、破碎后出口；所述分选装置的进料口用于送入生活垃圾，所述分选装置的分选后出口与所述破碎装置的分选后进口相连；所述破碎装置的破碎后出口与所述旋转床热解炉的含碳有机物进口相连。
5.一种应用权利要求1-4之一所述含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的系统对含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的方法，包括以下步骤：
将含碳有机物输送至所述旋转床热解炉，进行热解，得到热解气液混合物及热解炭；
将所述热解气液混合物经所述冷凝装置送入所述气体提纯装置，得到高纯度的CO2气体，以及可燃气CH4、CO、H2；
将所述热解炭，以及提纯热解气得到的CO2一同输送至所述固定床热解炉进行高温热解，生成CO。
6.根据权利要求5所述的含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
将含碳有机物送至所述旋转床热解炉干燥区，蒸出剩余水分；
将在所述旋转床热解炉的干燥区干燥得到的产物送到所述旋转床热解炉的热解区，生成热解炭及热解油气；
将所述旋转床热解炉的热解区生成的产物送至所述旋转床热解炉的催化反应区，二次裂解，生成大量CO、CO2、H2热解气；
所述旋转床热解炉的干燥区的辐射管温度设定为300℃～400℃；所述旋转床热解炉的热解区的辐射管的温度设定为500℃～600℃；所述旋转床热解炉的催化反应区的辐射管的温度设定为700℃～800℃。
7.根据权利要求5所述的含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的方法，其特征在于，所述固定床热解炉辐射管温度设定为900℃～1000℃。
8.根据权利要求5所述的含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的方法，其特征在于，还包括步骤：
将含水率35％～55％的含碳有机物分选、破碎后，待所述含碳有机物的含水率降至30％以下后，形成物料备用。
9.根据权利要求5所述的含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的方法，其特征在于，还包括步骤：
将经过所述冷凝装置冷凝得到的热解液送至所述油水分离装置，进一步将热解液分离为热解水和热解油。
10.根据权利要求5所述的含碳有机物连续热解提纯CO燃料气的方法，其特征在于，还包括步骤：
将所述固定床热解炉热解反应器进行高温热解生成的CO及烷烃类气体与所述旋转床热解炉热解提纯得到的CO、H2共同送入所述变压吸附装置制备CO燃料气。
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