CN106085511A - 一种垃圾炭资源化及提高热解气热值的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及垃圾炭资源化及提高热解气热值的方法和系统,所述方法包括垃圾依次经过破袋、滚筛、分选和破碎等预处理，得到垃圾原料；所述垃圾原料经过所述旋转床热解炉处理，得到的物质包括热解炭和热解油气；热解油气经过节能脱酸装置和油气分离净化装置处理后，得到的热解气和经过破碎机破碎后的所述热解炭进入气化炉进行气化，产生气化气，所述气化气含有30％‑35％CO，所述气化气含可燃性气体CO、H2、CH4。本发明实现热解炭资源化的同时提高热解气的热值，有利于提高整个生活垃圾热解处理工艺的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化处理的技术领域，涉及一种垃圾炭资源化及提高热解气热值的方法和系统。
背景技术
由于我国正面临环境和能源的双重压力，随着经济和城市化进展的加速，全国能源消耗巨大，同时多数大城市面临垃圾围城困境，通过技术手段将生活垃圾变为可利用资源，在一定程度上可以缓解我国能源和环境危机。生活垃圾热解技术以其资源化利用率高，环境污染小的优点越来越被人们所青睐。生活垃圾热解主要产物有以下几种：部分热解油通过精制可作为燃料油使用；可作为燃料气使用的热解气包括一些低分子碳氢化合物如氢气、甲烷、一氧化碳等；垃圾炭大部分以炭黑形式存在，但存在重金属等有毒有害物质，热值低，市场销路差；如果作为固体燃料使用时，燃烧效果较差，且燃烧过程中会产生大量二次污染物，环保效益较差。因此，大多数垃圾炭最终只能作为热解残渣进行填埋处理，占用土地资源且造成能源的浪费。
生活垃圾经热解后产生的热解气中含有30％左右的CO2，CO2的存在会降低热解气热值，降低其利用途径，经济效益较差。热解炭大部分以炭黑形式存在，是良好的气化原料，如果采用热解气中的CO2作为气化剂将其氧化成CO，一方面可大大降低因焚烧热解炭所带来的环境污染问题，另一方面，降低热解气中CO2含量，提高CO含量，提高热解气热值。
专利文献(专利号201420457702.8)公开一种生活垃圾热解资源化综合处理系统，该系统将生活垃圾经过分选、破碎、烘干、成型等预处理后，在热解炉内热解得到高温油气和垃圾炭，垃圾炭气化后生成气化可燃气，用以作为蓄热式燃气辐射管燃烧器的燃料。
上述系统虽然采用气化技术将热解炭气化成可燃气，但由于采用预处理过程中产生的有臭味的空气和含水蒸汽的烟气作为热解炭的气化剂，气化产生可燃气热值较低，利用价值低。生活垃圾热解后产生的热解气热值含有大量的CO2，此发明没有采取措施降低CO2含量或将CO2转变为可燃气成分CO，从而达到提高热解气热值的目的，限制热解气的利用途径。
另一专利文献(专利号为201210143133.5)公开一种逆流廻转生活垃圾热解碳化炉系统及垃圾处理工艺，该系统实现对生活垃圾及有机固体废弃物进行处理，得到的产品热解气直接进入焚烧炉燃烧产生850℃-1100℃的高温燃烧尾气，垃圾炭作为最终产品。
该发明是在加热无氧的条件下将生活及有机固废分解成可燃气体和炭渣，可燃气直接焚烧，并没有解决可燃气体二氧化碳含量高、热值低的缺点。此系统是将生活垃圾热解炭作为最终产品，由于热解炭热值较低，市场销路不畅，且含有重金属等有毒有害物质，如果将热解炭作为最终产品，经济效益较差，技术推广比较困难。
目前，现有技术没有将生活垃圾热解气中的二氧化碳作为气化剂，热解炭作为气化原料，实现热解炭综合利用的同时提高热解气的热值。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供垃圾炭资源化及提高热解气热值的方法和系统，在实现热解炭资源化的同时提高热解气的热值，有利于提高整个生活垃圾热解处理工艺的经济效益。
本发明提供一种垃圾炭资源化及提高热解气热值的方法,其包括以下步骤：
预处理：垃圾依次经过破袋、滚筛、分选和破碎处理，得到垃圾原料；
垃圾热解：所述垃圾原料经过所述旋转床热解炉处理，得到的物质包括热解炭和热解油气；
破碎热解炭：经过破碎机破碎的所述热解炭粒径≤13mm；
气化炉气化：经过节能脱酸装置和油气分离净化装置处理后的热解气和破碎后的所述热解炭进入气化炉进行气化，产生气化气，所述气化气含有30％-35％CO，所述气化气含有可燃性气体CO、H2、CH4。
经过所述节能脱酸装置处理后，所述热解油气的温度降至250℃-350℃，酸性气体体积浓度≤0.05％。
所述油气分离净化装置中，湿式除尘塔采用激冷循环水喷洒所述热解油气，除尘的同时实现热解油和热解气的分离，除尘后的所述热解气在初冷器中冷却，然后送入电捕焦油器中脱焦油，再由鼓风机将所述热解气送至脱硫塔和脱硝塔，得到所述热解气CO2浓度为25-30％，H2S≤0.01g/Nm3，粉尘含量≤50mg/Nm3。
所述气化炉气化步骤后还包括气化气净化：油气分离净化装置中的湿式除尘塔采用激冷循环水喷洒所述气化气，除尘后的所述气化气在初冷器中冷却，然后送入电捕焦油器中脱焦油，再由鼓风机将所述气化气送至脱硫塔和脱硝塔，产生气化气，气化气富含CO、H2、CH4等可燃性气体。
所述激冷循环水温度为70-80℃，所述初冷器用循环水和制冷水将所述热解气或所述气化气冷却至20-25℃,所述循环水和所述制冷水的温度分别为30-35℃和15-20℃。
经过预处理后，所述垃圾原料的粒径＜20mm，所述垃圾原料的含水率为20％-60％。
所述垃圾原料在所述旋转床热解炉中的铺料厚度为50-250mm；所述气化炉的气化温度为900-1100℃。
本发明还提供一种实现上述垃圾炭资源化及提高热解气热值方法的系统，其包括：
垃圾预处理装置：由破袋机构、滚筛机构、分选机构和破碎机构依次连接构成，所述机构分别具有进料口和出料口；
旋转床热解炉：由干燥区、热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区构成，每个所述区的顶部有热解油气出口，每个所述区的辐射管有燃气进气口；所述干燥区的前端有垃圾原料入口，所述热解反应三区的末端有热解炭的出料口；
破碎机的进料口与所述热解炭的出料口相连，所述破碎机的出料口与储炭槽的进料口相连；
节能脱酸装置的进口与所述旋转床热解炉热解油气出口相连；油气分离净化装置的进气口与所述节能脱酸装置的出口相连；
气化炉的进气口与所述油气分离净化装置的出气口相连，所述气化炉的热解炭进料口与所述储炭槽的出料口相连。
所述油气分离净化装置由湿式除尘塔、初冷器、电捕焦油器、鼓风机、脱硫塔、脱硝塔依次连接构成，所述湿式除尘塔的进气口与所述气化炉的出气口相连。
所述系统化还包括储气罐，所述储气罐的入气口与所述脱硝塔的出气口相连，所述储气罐的第一出气口与所述旋转床热解炉的燃气进气口相连，所述储气罐的第二出气口与发电装置相连。
所述发电装置包括气化气燃烧室、余热锅炉和汽轮发电机；所述气化气燃烧室的气化气入口与所述储气罐的第二出气口和所述旋转床高温热解油气出口相连，所述气化气燃烧室的助燃空气与空气鼓风机相连，所述气化气燃烧室的燃烧尾气出口与所述余热锅炉相连，所述余热锅炉的过热蒸汽出口与所述汽轮发电机的蒸汽入口相连。
本发明的有益效果在于：
采用旋转床热解炉作为生活垃圾热解产油气炭的设备，在同一个炉内完成干燥、热解的过程，流程短，能源利用率高，同时易于实现规模化。
从旋转床热解炉出来的热解油气经过节能脱酸装置，同时实现余热回收和酸性气体的脱除，提高能量利用效率，减轻酸性气体对设备的腐蚀。
以热解炭为气化原料，旋转床热解炉产生的热解气作为气化剂，采用气化床气化热解炭，实现提高热解气中可燃气体CO含量，提高热解气热值，同时也解决热解炭热值低，市场销路不畅，经济效益差的问题。
采用本发明系统，热解气中CO2含量由28％降低至8％，CO含量由9.7％提升至30.1％，CO2转化率高达71.4％，热值由3962Kcal/Nm3提升至5128Kcal/Nm3。
本发明有效地解决现有技术中热解气热值低，利用途径有限，热解炭热值低，市场销路不畅，经济效益差、资源利用率低等问题。
附图说明
图1是本发明垃圾炭资源化及提高热解气热值的方法的实施例示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
本发明垃圾炭资源化及提高热解气热值的方法,其包括垃圾预处理、垃圾热解、破碎热解炭、节能脱酸、油气分离净化、气化炉气化等步骤。
预处理是指垃圾依次经过破袋、滚筛、分选和破碎处理，主要目的是得到具有一定粒径的垃圾原料。通过预处理，将垃圾中的大块无机物、金属等分出来并破碎，满足旋转床热解炉对垃圾原料的入料要求，垃圾原料的粒径＜20mm，垃圾原料的含水率为20％-60％。
垃圾热解：将垃圾原料送入旋转床热解炉，垃圾原料的铺料厚度为50-250mm，在旋转床热解炉内经过干燥、热解和活化的反应，得到的物质包括热解炭和高温热解油气；旋转床热解炉旋转一周的时间为1小时左右。
破碎热解炭：热解炭经螺旋出料机并通过破碎机破碎至13mm以下。
来自旋转床热解炉内的500℃热解油气经过管路进入节能脱酸装置，完成余热回收和脱酸，热解油气温度降至350℃，酸性气体浓度降至0.05％，节能脱酸装置可以对惰性气体进行预热，预热温度可达210℃左右，预热后的惰性气体送入干燥工艺，可对生活垃圾原料、渗滤液和热解污水等进行蒸发浓缩，实现惰性气体循环利用。
节能脱酸后的热解油气进入油气分离净化装置，湿式除尘塔采用激冷循环水喷洒热解油气，除尘的同时实现热解油和热解气的分离，除尘后的热解气在初冷器中冷却，然后送入电捕焦油器中脱焦油，再由鼓风机将热解气送至脱硫塔和脱硝塔，得到的热解气中的H2S≤0.01g/Nm3，粉尘含量≤50mg/Nm3。
净化后的热解气与破碎后的热解炭进入气化炉进行气化，气化炉的气化温度为1000℃左右，产生的气化气富含CO、H2、CH4等可燃性气体，其中CO的浓度为28％。气化残渣由于利用价值较低，可做建筑材料或填埋处理。
进一步地，气化气在油气分离净化装置中进行净化处理。在油气分离净化装置中，所述激冷循环水温度为70-80℃，所述初冷器用循环水和制冷水将所述热解气或所述气化气冷却至21℃,所述循环水和所述制冷水的温度分别为32℃和16℃。
本发明上述方法产生的气化气进入储气罐中，一部分气化气作为旋转床热解炉中辐射管的补充燃料，另一部分气化气可以作为发电装置的燃料或其它用途。
本发明实现上述垃圾炭资源化及提高热解气热值方法的系统包括垃圾预处理装置、旋转床热解炉、破碎机、储炭槽、节能脱酸装置、油气分离净化装置、储气罐和发电装置。
垃圾预处理装置由破袋机构、滚筛机构、分选机构和破碎机构依次连接构成，每个机构分别具有进料口和出料口。
旋转床热解炉由干燥区、热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区构成，每个区的顶部有热解油气出口，每个区的辐射管有燃气进气口；干燥区的前端有垃圾原料入口，热解反应三区的末端有热解炭的出料口。旋转床热解炉的炉底是可以转动的环形炉底，炉底的料板选用穿孔板，保证物料受热均匀。辐射管布置在环形炉壁，通过燃烧热解气以热辐射的方式提供所需热量。
破碎机的进料口与热解炭的出料口相连，破碎机的出料口与储炭槽的进料口相连。节能脱酸装置的进口与旋转床热解炉热解油气出口相连；油气分离净化装置的进气口与节能脱酸装置的出口相连。
气化炉的进气口与油气分离净化装置的出气口相连，气化炉的热解炭进料口与储炭槽的出料口相连。
图1中的油气分离净化装置和油气分离净化装置2的结构相同。
油气分离净化装置由湿式除尘塔、初冷器、电捕焦油器、鼓风机、脱硫塔、脱硝塔依次连接构成，除尘塔有进气口和出气口，进气口与气化炉气管道相连，出气口与所述脱硫塔相连进气口相连，所述脱硫塔出气口与所述脱硝塔进气口相连，所述脱硝塔出气口与气化炉/储气罐进气口相连。
系统中的储气罐包括进气口、第一出气口和第二出气口，储气罐的入气口与脱硝塔的出气口相连，储气罐的第一出气口与旋转床热解炉的燃气进气口相连，储气罐的第二出气口与发电装置相连或其它装置相连。
发电装置包括气化气燃烧室、余热锅炉和汽轮发电机，所述气化气燃烧室具有气化气入口，助燃空气入口和烟气出口，余热锅炉具有烟气入口、烟气出口、锅炉给水入口和过热蒸汽出口，汽轮发电机具有蒸汽入口、蒸汽出口和电量输出端。燃烧室的气化气入口与储气罐第二出气口相连；燃烧室的助燃空气与空气鼓风机相连；燃烧室的烟气出口与余热锅炉相连；余热锅炉的烟气出口与除尘系统相连；余热锅炉的过热蒸汽出口与汽轮发电机相连；汽轮发电机的电量输出端与用电设备或电网相连。
实施例
采用某市生活垃圾为原料，原料成分组成如下面表1所示。
表1 生活垃圾成分组成(wt％)
进厂的垃圾经过简单分选去除大块无机物和金属，然后进行破碎，破碎得到的垃圾热解原料粒径＜20mm；
破碎的垃圾被均匀给入旋转床热解炉，布料厚度100mm，在炉内垃圾随炉底的转动经过干燥区、热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区完成热解反应，其中干燥区温度350℃，热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区温度800℃，反应时间2-3h。
生活垃圾经过热解炉热解后的热解气成分和热值如下面表2所示。热解气中CO2含量为28％，气体热值3962Kcal/Nm3。
表2 热解气组成及热值
热解气与热解炭在常压、1200℃下进行氧化还原反应即气化反应，炭转化率达97％以上。气化后的气化气成分及热解如下面表3所示。气化后的热解气CO2含量降至8％，转化率达71.4％，而CO含量升至30.1％，气化气的热值升至5128Kcal/Nm3，大大提高热解气的利用途径。
表3 热解气组成及热值
生活垃圾热解产生大量的热解气是热解产生经济价值的主要产物，由于其中含有30％左右的CO2，从而降低热解气热值，限制热解气的使用途径，降低生活垃圾处理技术的经济效益，使热解技术的推广和应用受到极大的限制。本发明采用热解气作为气化剂，热解炭作为气化原料，从而使热解气中的CO2还原为可燃性气体CO，达到提高热解气热值的目的。
热解炭中存在重金属等有毒有害物质，热值低，市场销路差。如果作为固体燃料使用时，燃烧效果较差，并且燃烧过程中会产生大量的二次污染物，环境效益较差，因此，大多数生活垃圾热解炭最终只能作为热解残渣进行填埋处理，占用土地资源且造成能源的浪费。本发明采用热解气作为气化剂，热解炭作为气化原料，使热解炭氧化成可燃性气体CO，热解气中不可燃气体CO2还原为可燃性气体CO，实现热解炭高利用价值的资源化的同时，也提高热解气热值，生活垃圾热解技术在经济性方面具有巨大的竞争力，极大的促进技术推广和应用。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种垃圾炭资源化及提高热解气热值的方法,其包括以下步骤：
预处理：垃圾依次经过破袋、滚筛、分选和破碎处理，得到垃圾原料；
垃圾热解：所述垃圾原料经过所述旋转床热解炉处理，得到的物质包括热解炭和热解油气；
破碎热解炭：经过破碎机破碎的所述热解炭粒径≤13mm；
气化炉气化：经过节能脱酸装置和油气分离净化装置处理后的热解气和破碎后的所述热解炭进入气化炉进行气化，产生气化气，所述气化气含有30％-35％CO，所述气化气含有CO、H2、CH4。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，经过所述节能脱酸装置处理后，所述热解油气的温度降至250℃-350℃，酸性气体体积浓度≤0.05％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述油气分离净化装置中，湿式除尘塔采用激冷循环水喷洒所述热解油气，除尘的同时实现热解油和热解气的分离，除尘后的所述热解气在初冷器中冷却，然后送入电捕焦油器中脱焦油，再由鼓风机将所述热解气送至脱硫塔和脱硝塔，得到所述热解气CO2浓度为25-30％，H2S≤0.01g/Nm3，粉尘含量≤50mg/Nm3。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气化炉气化后还包括气化气净化：油气分离净化装置中的湿式除尘塔采用激冷循环水喷洒所述气化气，除尘后的所述气化气在初冷器中冷却，然后送入电捕焦油器中脱焦油，再由鼓风机将所述气化气送至脱硫塔和脱硝塔，产生气化气。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述激冷循环水温度为70-80℃，所述初冷器用循环水和制冷水将所述热解气或所述气化气冷却至20-25℃,所述循环水和所述制冷水的温度分别为30-35℃和15-20℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述垃圾原料的粒径＜20mm，所述垃圾原料的含水率为20％-60％；在所述旋转床热解炉中，所述垃圾原料铺料厚度为50-250mm；所述气化炉的气化温度为900-1100℃。
7.一种实现权利要求1至6之一所述方法的系统，其包括：
垃圾预处理装置：由破袋机构、滚筛机构、分选机构和破碎机构依次连接构成，所述机构分别具有进料口和出料口；
旋转床热解炉：由干燥区、热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区构成，每个所述区的顶部有热解油气出口，每个所述区的辐射管有燃气进气口；所述干燥区的前端有垃圾原料入口，所述热解反应三区的末端有热解炭的出料口；
破碎机的进料口与所述热解炭的出料口相连，所述破碎机的出料口与储炭槽的进料口相连；
节能脱酸装置的进口与所述旋转床热解炉热解油气出口相连；油气分离净化装置的进气口与所述节能脱酸装置的出口相连；
气化炉的进气口与所述油气分离净化装置的出气口相连，所述气化炉的热解炭进料口与所述储炭槽的出料口相连。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述油气分离净化装置由湿式除尘塔、初冷器、电捕焦油器、鼓风机、脱硫塔、脱硝塔依次连接构成，所述湿式除尘塔的进气口与所述气化炉的出气口相连。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，储气罐的入气口与所述脱硝塔的出气口相连，所述储气罐的第一出气口与所述旋转床热解炉的燃气进气口相连，所述储气罐的第二出气口与发电装置相连。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述发电装置包括气化气燃烧室、余热锅炉和汽轮发电机；所述气化气燃烧室的气化气入口与所述储气罐的第二出气口相连，所述气化气燃烧室的助燃空气与空气鼓风机相连，所述气化气燃烧室的燃烧尾气出口与所述余热锅炉相连，所述余热锅炉的过热蒸汽出口与所述汽轮发电机的蒸汽入口相连。
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| CN201610405840.5A CN106085511A (zh) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | 一种垃圾炭资源化及提高热解气热值的方法和系统 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109899800A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-06-18 | 广州鼎晟环境能源科技有限公司 | 基于生活垃圾复合热裂解气化处理工艺及系统 |
| CN110527543A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-12-03 | 浙江骐骥环境科技有限公司 | 一种rdf热解气的收油及不凝气净化系统 |
| CN110591765A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-12-20 | 浙江骐骥环境科技有限公司 | 一种rdf热解气不凝气净化系统 |
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2016
- 2016-06-08 CN CN201610405840.5A patent/CN106085511A/zh active Pending
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