CN106118803B - 生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开发明了生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂及其制备方法与应用,该热解炉内二噁英排放抑制剂的原料主要由CaCO3、高岭土和海泡石组成,将高岭土与碳酸钙先以1:2‑1:3比例混合后处理,经处理后混合物在与海泡石以1:0.5‑1:1.0比例混合。该抑制剂在低温热解炉内通过与经过前处理的生活垃圾均匀混合、或者通过覆盖垃圾在垃圾表面进行热解处理,能使低温热解炉出口烟气二噁英排放浓度降低85.4~92.8%。该抑制剂同时具有抑制低温热解炉炉内二噁英的形成,和吸附二噁英的功能,具有耐高温、环保、廉价、无二次污染等优点。本发明制备、使用方便,容易实现工业化生产,比较适合在低温热解炉中使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种抑制剂,特别是涉及生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂的制备,及其使用方法,适用于生活低温热解炉,以降低低温热解炉烟气出口二噁英的排放浓度。
背景技术
近年来,农村生活垃圾处理已经成为亟待解决的问题,其中上吸式低温热解技术由于减量化效果好、投资较低、运行维护方便,特别适合于处理分散、少量的农村生活垃圾。目前已经在我国部分农村地区得到大量的推广使用。该热解炉在低氧条件下通过缓慢闷烧-热解处理生活垃圾,不需要提供辅助燃料,对垃圾含水率要求不高,污染物(颗粒物、重金属、氮氧化物等)排放浓较低等特点,热解炉烟气出口温度低于150℃等特点。缺点是,垃圾处理缓慢、单台炉处理能力低,二噁英排放浓度较高,难以达到国家标准。
目前,通过上述热解炉处理生活垃圾还处于探索阶段,热解过程烟气中二噁英的排放控制技术大多借鉴垃圾焚烧过程对烟气二噁英的控制技术——活性炭喷射吸附或SCR。但是由于该技术运行、维护成本过高,在农村地区难以持续使用。因此,目前实际运行的热解炉存在烟气净化系统简单,烟气二噁英排放难达标问题。与垃圾焚烧炉不同的是,生活垃圾低温热解过程二噁英的形成主要存在于炉内,因为在较低的烟气温度下,烟气中不会形成新的二噁英,因此抑制炉内二噁英的形成是控制二噁英排放达标的关键。当前,抑制二噁英炉内形成抑制剂主要有:含硫抑制,主要有单质硫、Na2S2O3、CS2、Na2S、SO3、SO2。碱性化合物抑制剂,主要有NH3、CaO、NaOH、KOH、Na2CO3、CaCO3。含有特殊官能团的化合物,如含有羧基(-COOH),有机胺(-NH2)等含孤电子对的官能团。该类抑制剂价格较贵,使用过程中还可能造成二次环境污染,难以推广应用,其作用机理主要是在垃圾热处理过程中抑制二噁英前驱物、催化剂的产生,以降低二噁英的形成,但是对于垃圾中原有的、以及热解处理过程形成的少量二噁英没有去除能力。并且目前普通的吸附剂一般不能耐高温,因此难以在垃圾热处理过程中使用。需要指出的是,尽管目前普遍使用活性炭喷射吸附+布袋除尘去除烟气中的二噁英,其去除率达到90~96%左右,但是如果炉内合成的二噁英浓度过高,通过活性炭喷射吸附+布袋除尘方法也难以使烟气中二噁英达标排放。因此,通过炉内添加抑制剂降低热解炉内二噁英的合成是保证二噁英达标排放的有效辅助手段。
发明内容
本发明的目是针对现有生活垃圾低温热解炉二噁英的炉内形成过程,提供一种耐高温,同时具有抑制二噁英形成和吸附的高效抑制剂及其制备方法,以解决垃圾低温热解过程二噁英排放难达标的问题。
本发明另一目的在于提供上述生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂的应用方法。
本发明目的通过如下技术方案实现:
生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂,其原料主要由CaCO3、高岭土和海泡石组成,将高岭土与碳酸钙先以1:2~1:3质量比混合后,混合物在氢氧化钠溶液中浸泡后煅烧,经浸泡后煅烧所得混合物再与海泡石以1:0.5~1:1.0质量比混合。
为进一步实现本发明目的,优选地,所述高岭土粒径为20~50目,比表面面积30~60m2/g,总孔容0.02~0.08m2/g,含有35~45%SiO2,35~40%Al2O3,其他成分占15~30%,烧失率13~21%。
优选地,所述碳酸钙为重质碳酸钙,粒径为20~50目,纯度大于93%。
优选地,所述海泡石为海泡石原矿,粒径为20~50目,比表面积200~500m2/g,含有50~60%SiO2和20~30%MgO。
所述的生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂的制备方法:将以高岭土与碳酸钙按照质量比为1:2~1:3混合,在氢氧化钠溶液中浸泡2.5~3.0小时,控制温度为50~80℃;浸泡后在700~800℃煅烧2~3小时;将高温煅烧后的混合粉体与所述海泡石以质量比1:0.5~1:1.0混合,冷却,磨碎,过筛,得到生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂。
优选地,所述高岭土与碳酸钙按照比例混合后,所得混合物质量与氢氧化钠溶液体积比为1:5;所述混合物质量单位为克;所述氢氧化钠溶液体积的单位为毫升;所述氢氧化钠溶液的浓度为4~6mol/L。
优选地,所述冷却为自然冷。
优选地,所述过筛为过50目筛子。
所述生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂的应用:将所述生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂以3~5%质量的添加量与经过前处理的生活垃圾均匀混合后,一并投入到低温热解炉进行热解处理。
所述生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂的应用:实际运行时,在低温热解炉内,将生活垃圾与抑制剂依次逐层放置,控制生活垃圾厚度与抑制剂添加厚度比为10:0.2~10:0.5;厚度单位为cm。
具体而言,本发明应用方法是收集的生活垃圾经过简单分选之后,去除大块石块、玻璃等不可燃物,经过简单破碎、过筛去除不可燃泥土后,将本发明制备的抑制剂以3~5%的量(质量比)与垃圾充分混合,一并投入垃圾低温热解炉。或者将本发明的抑制剂覆盖垃圾,以炉内垃圾10cm高度覆盖一层0.2~0.5cm厚的抑制剂,依次逐层添加。
在垃圾低温热解过程中,烟气中的二噁英主要来自垃圾中原有的二噁英和热解过程形成的二噁英,本发明抑制剂能达到同时去除两种二噁英的作用。其抑制机理是:
(1)CaCO3和CaCO3高温分解产生的CaO能与热解过程产生的氯发生反应生成CaCl2,海泡石对热解过程产生的Cl2、HCl也具有较好的吸附效果,从而有效阻断二噁英的形成,使其烟气中二噁英形成降低70~80%。
(2)高温条件下,碳酸钙分解缓慢释放的CO2能有效增加氢氧化钠溶液浸泡后高岭土比表面积,增加2-10nm孔径范围,使其对二噁英分子具有较好的吸附效果,因为吸附剂对二噁英分子最佳吸附孔径范围为2~5nm。
(3)垃圾低温热解过程中,由于大部分二噁英主要附着在大分子挥发性有机物、颗粒物表面,直径较大,而以小孔径为主的高岭土不能对其有效吸附。因此本发明使用比表面积大,孔径分布较大的海泡石,在高温余热下与高岭土充分混合,能有效弥补改性高岭土对附着型二噁英吸附能力低的特点。同时,改性高岭土和海泡石的协同配合作用,能有效改善单一吸附剂对烟气中不同二噁英单体去除效率差异的影响,其协同吸附去除效率在70~90%范围。
(4)比表面积较大海泡石还能有效吸附低温热解过程挥发的重金属(如:铜、铁),减少其对气相中二噁英的催化合成。
(5)由于本抑制剂三种材料均耐高温,低温热解过程不会对抑制剂的抑制、吸附能力造成不利的影响。因此,在垃圾低温热解过程中,本发明三种材料混合抑制剂在二噁英合成阻断和吸附去除方面协同作用,从而有效控制垃圾低温热解过程中二噁英的排放。
相对于现有技术,本发明具有如下优点。
(1)该抑制剂所用的三种材料,廉价、无毒,方便易得,使用过程中不会造成二次环境污染,抑制剂的合成方法简单,容易实现工业化生产。
(2)该抑制剂在低温热解炉内使用,同时兼备对抑制二噁英形成和吸附二噁英的功能,能极大减少热解炉烟气出口二噁英的排放浓度,降低后续烟气净化的难度,使烟气排放二噁英浓度容易达标排放。
(3)该抑制剂的使用方法较为方便,能够在已有热解炉上通过简单改造,增加简单的喷射、或者混匀装置就能使用。
(4)相比较于二噁英的热解后控制技术,该技术不会增加飞灰的产生量,并且使用时对人员专业技术能力要求低,容易在农村地区推广使用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述,以便本领域的技术人员进一步理解本发明。需要强调的是,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
使用重质碳酸与高岭土以质量比为1:3.0混合均匀,在50℃,4mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡2.5小时,通过700℃煅烧3小时,得到混合粉体,在高温下,及时将该混合体与海泡石质量比为1:1均匀混合,经过自然冷却、磨碎、过50目筛后得到本实施例生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂。
所使用的高岭土粒径为30目,比表面面积45m2/g,总孔容0.05m2/g,含有39%SiO2,38%Al2O3,其他成分占23%,烧失率19%。
所使用的碳酸钙为重质碳酸钙,粒径为20目,纯度大于93%。
所使用的海泡石为海泡石原矿,粒径为30目,比表面积250m2/g,含有55%SiO2,27%MgO。
生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂使用方法为:收集的生活垃圾经过简单分选之后,去除大块石块、玻璃等不可燃物,经过简单破碎、过筛去除不可燃泥土后,按质量百分比计,将本实施例制备的生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂以5%的量与垃圾充分混合,在一个上吸式生活垃圾低温热解炉上进行试验,该炉处理量为2t/d,炉内最大温度小于700℃,烟气出口温度小于150℃。烟气采样方法参照《工业固体废物采样制样技术规范》(HJ/T20-1998)通过,烟气中二噁英的分析方法参照《环境空气和废气二噁英类的测定同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法》(HJ77.2-2008),结果显示,与未添加生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂相比较,热解炉烟气出口二噁英浓度降低92.8%。而现有技术中主要使用如CaCO3、CaO、Na2S2O3、单质硫、有机固化剂(如:三甲基安、尿素、氨基磺酸)等,其主要作用是抑制二噁英的合成,对于垃圾原有的和热解炉内局部形成二噁英没有去除效果,抑制效果一般低于80%。显然,本发明的抑制效果明显得到提高,并且本混合抑制剂具有耐高温、环保、经济、配置方法简单等优点。
实施例2
使用重质碳酸与高岭土以质量比为1:2.5混合均匀,在50℃,在6mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡3小时,通过800℃煅烧3小时,得到混合粉体,在高温下,及时将该混合粉体与海泡石质量比为1:1均匀混合,经过自然冷却、磨碎、过50目筛后得到本实施例生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂。
所使用的高岭土粒径为50目,比表面面积60m2/g,总孔容0.08m2/g,含有40%SiO2,35%Al2O3,其他成分占25%,烧失率20%。
所使用的碳酸钙为重质碳酸钙,粒径为20目,纯度大于93%。
所使用的海泡石为海泡石原矿,粒径为30目,比表面积400m2/g,含有60%SiO2,25%MgO。
生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂使用方法为:收集的生活垃圾经过简单分选之后,去除大块石块、玻璃等不可燃物,经过简单破碎、过筛去除不可燃泥土后,将本发明的抑制剂以5%的量与垃圾充分混合,在一个上吸式农村生活垃圾低温热解炉上进行试验,该炉处理量为2t/d,炉内最大温度小于700℃,烟气出口温度小于150℃。烟气采样方法参照《工业固体废物采样制样技术规范》(HJ/T 20-1998)通过,烟气中二噁英的分析方法参照《环境空气和废气二噁英类的测定同位素稀释高分辨气相色谱—高分辨质谱法》(HJ77.2-2008),结果显示,与未添加抑制剂相比较,热解炉烟气出口二噁英浓度降低89.5%。
实施例3
使用重质碳酸与高岭土以质量比为1:2.5混合均匀,在70℃,在6mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡2.5小时,通过800℃煅烧2.5小时,得到混合粉体,在高温下,及时将该混合体与海泡石以质量比为1:0.5均匀混合,经过自然冷却、磨碎、过50目筛后得到本实施例生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂。
所使用的高岭土粒径为50目,比表面面积60m2/g,总孔容0.08m2/g,含有40%SiO2,35%Al2O3,其他成分占25%,烧失率20%。
所使用的碳酸钙为重质碳酸钙,粒径为20目,纯度大于93%。
所使用的海泡石为海泡石原矿,粒径为30目,比表面积400m2/g,含有60%SiO2,25%MgO。
生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂使用方法为:在一个上吸式农村生活垃圾低温热解炉上进行试验,该炉处理量为2t/d,炉内最大温度小于700℃,烟气出口温度小于150℃,热解炉高度为3m,炉内直径1.5m,炉内垃圾堆放高度2.5m。收集的生活垃圾经过简单分选之后,去除大块石块、玻璃等不可燃物,经过简单破碎、过筛去除不可燃泥土后,按照以垃圾在炉内高度为10cm添加0.3cm厚抑制剂的添加量,依次逐级添加。烟气采样方法参照《工业固体废物采样制样技术规范》(HJ/T 20‐1998)通过,烟气中二噁英的分析方法参照《环境空气和废气二噁英类的测定同位素稀释高分辨气相色谱—高分辨质谱法》(HJ77.2‐2008),结果显示,与未添加抑制剂相比较,热解炉烟气出口二噁英浓度降低85.4%。
实施例4
使用重质碳酸与高岭土以质量比为1:2.0混合均匀,在80℃,5mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡3小时,通过800℃煅烧3小时,得到混合粉体,在高温下,及时将该混合体与海泡石以质量比为1:0.5均匀混合,经过自然冷却、磨碎、过50目筛后得到本发明所述的抑制剂。
所使用的高岭土粒径为50目,比表面面积60m2/g,总孔容0.08m2/g,含有40%SiO2,35%Al2O3,其他成分占25%,烧失率20%。
碳酸钙为重质碳酸钙,粒径为20目,纯度大于93%。
海泡石为海泡石原矿,粒径为30目,比表面积400m2/g,含有60%SiO2,25%MgO。
生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂使用方法为:收集的生活垃圾经过简单分选之后,去除大块石块、玻璃等不可燃物,经过简单破碎、过筛去除不可燃泥土后,将本发明的抑制剂以3%的量与垃圾充分混合,在一个上吸式农村生活垃圾低温热解炉上进行试验,该炉处理量为2t/d,炉内最大温度小于700℃,烟气出口温度小于150℃。烟气采样方法参照《工业固体废物采样制样技术规范》(HJ/T 20‐1998)通过,烟气中二噁英的分析方法参照《环境空气和废气二噁英类的测定同位素稀释高分辨气相色谱—高分辨质谱法》(HJ77.2‐2008),结果显示,与未添加抑制剂相比较,热解炉烟气出口二噁英浓度降低86.5%。
如此所述,便可较好地实现本发明。
Claims (10)
1.生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂,其特征在于,该热解炉内二噁英排放抑制剂的原料主要由CaCO3、高岭土和海泡石组成,将高岭土与碳酸钙先以1:2~1:3质量比混合后,混合物在氢氧化钠溶液中浸泡后煅烧,经浸泡后煅烧所得混合物再与海泡石以1:0.5~1:1.0质量比混合。
2.根据权利要求1所述的生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂,其特征在于,所述高岭土粒径为20~50目,比表面面积30~60m2/g,总孔容0.02~0.08m2/g,含有35~45%SiO2,35~40%Al2O3,其他成分占15~30%,烧失率13~21%。
3.根据权利要求1所述的生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂,其特征在于,所述碳酸钙为重质碳酸钙,粒径为20~50目,纯度大于93%。
4.根据权利要求1所述的生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂,其特征在于,所述海泡石为海泡石原矿,粒径为20~50目,比表面积200~500m2/g,含有50~60%SiO2和20~30%MgO。
5.权利要求1所述的生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂的制备方法,其特征在于,将以高岭土与碳酸钙按照质量比为1:2~1:3混合,在氢氧化钠溶液中浸泡2.5~3.0小时,控制温度为50~80℃;浸泡后在700~800℃煅烧2~3小时;将高温煅烧后的混合粉体与所述海泡石以质量比1:0.5~1:1.0混合,冷却,磨碎,过筛,得到生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂。
6.根据权利要求5所述的生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂的制备方法,其特征在于,所述高岭土与碳酸钙按照比例混合后,所得混合物质量与氢氧化钠溶液体积比为1:5;所述混合物质量单位为克;所述氢氧化钠溶液体积的单位为毫升;所述氢氧化钠溶液的浓度为4~6mol/L。
7.根据权利要求5所述的生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂的制备方法,其特征在于,所述冷却为自然冷却 。
8.根据权利要求5所述的生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂的制备方法,其特征在于,所述过筛为过50目筛子。
9.权利要求1-4任一项所述生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂的应用,其特征在于,将所述生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂以3~5%质量的添加量与经过前处理的生活垃圾均匀混合后,一并投入到低温热解炉进行热解处理。
10.权利要求1-4任一项所述生活垃圾低温热解炉内二噁英抑制剂的应用,其特征在于,实际运行时,在低温热解炉内,将生活垃圾与抑制剂依次逐层放置,控制生活垃圾厚度与抑制剂添加厚度比为10:0.2~10:0.5;厚度单位为cm。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Cheng Jiang Inventor after: Lei Ming Inventor after: Hai Jing Inventor after: Lu Jiawei Inventor after: Cheng Tao Inventor before: Cheng Jiang Inventor before: Lei Ming Inventor before: Hai Jing Inventor before: Lu Jiawei Inventor before: Cheng Tao |
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COR | Change of bibliographic data | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |