CN106334704A - 一种固体有机材料的裂解工艺及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固体有机材料裂解工艺，所述工艺是先将气体介质加热至200℃～800℃，然后将加热后的气体介质持续地通入裂解装置与微波同时作用于固体有机材料进行裂解，所述气体介质为氮气、水蒸气、二氧化碳、惰性气体中的任意一种或一种以上的组合。该工艺针对固体有机材料的特殊性，将固体有机材料裂解得到的气体经过处理后与微波裂解创新性的结合，通过采用特定的工艺步骤和参数，还提高了裂解处理过程的可控性，使得发明的裂解工艺在能耗上有了质的降低，裂解效率有了质的提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体有机材料裂解的处理技术，尤其涉及一种固体有机材料的裂解工艺及系统，属于废料处理与资源利用技术领域。
背景技术
固体有机材料（城市生活垃圾、医疗垃圾、生物质、塑料）处理已是世界性的难题。现有的处理主要有填埋法、堆肥法和 焚烧法，虽然各有自己的优势，但缺点也是非常明显。填埋法存在污染环境、占用大量土地资源，适用价值逐渐降低。堆肥法堆肥过程难以控制，对坏境的二次污染大，且对有机物的利用不完全，肥料成份复杂，减量化较小等因素，将逐步被淘汰。焚烧法炉渣中可燃物含量≥5%，炉渣热灼减率≥3%，运行处理成本高，焚烧尾气不能达标排放，阻碍了技术发展。裂解处理是固体有机材料处理的新发展方向，具有很大的优势，如处理过程快速高效、能耗少、成本低、资源利用率高、操作简单、可显著降低固体有机材料裂解后对环境所造成的危害等特点，从而真正实现无害化处理。但由于裂解处理效率低，技术要求高，发展并不迅速，特别是微波裂解，由于微波具有选择性加热、正反馈等特点，技术难点高，能耗利用率低，目前使用并不十分理想，成为影响固体有机材料微波裂解处理技术发展的瓶颈。
发明内容
本发明旨在解决固体有机材料在裂解过程中存在的耗能高、裂解效率低、裂解处理过程可控性低等问题，提供一种新的固体有机材料的裂解工艺及系统，针对固体有机材料的特殊性，将气体介质、尤其是固体有机材料裂解得到的气体经过加热后与微波裂解创新性的结合，通过采用特定的工艺步骤和参数，提高了裂解处理过程的可控性，使得发明的裂解工艺在能耗上有了质的降低，裂解效率有了质的提高。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种固体有机材料的裂解工艺及系统，所述工艺是先将气体介质加热至200℃～800℃，然后将加热后的气体介质持续地通入裂解装置与微波同时作用于固体有机材料进行裂解，所述气体介质为氮气、水蒸气、二氧化碳、惰性气体以及裂解气中的任意一种或一种以上的组合。裂解装置开机前，需进行排氧处理，排氧可以氮气、二氧化碳、水蒸气、惰性气体中的一种或一种以上的组合进行。
本发明中的裂解气可以是石油烃高温裂解生产低级烯烃过程中生成的多组分混合气体。其组成随裂解原料、裂解方法和裂解条件而异。也可是按本发明的上述工艺裂解得到的气体组分。
所述固体有机材料为生物质、塑料，生活垃圾、医疗垃圾以及含上述成分的材料。
本发明的医疗垃圾主要是指感染性废物和病理性废物：是指携带病原微生物具有引发感染性疾病传播危险的医疗废物，包括被病人血液、体液、排泄物污染的物品，传染病病人产生的垃圾等；病理性废物是指在诊疗过程中产生的人体废弃物和医学试验动物尸体，包括手术中产生的废弃人体组织、病理切片后废弃的人体组织、病理腊块等。
在裂解前，将所述固体有机材料预加热至30℃～600℃。对要裂解的固体有机材料预加热可提高固体有机材料吸收微波的能力和吸收微波的均匀性，并使微波更多的用于固体有机材料裂解。将固体有机材料预加热至30℃～600℃，可以采用热水、热油、蒸汽、加热裂解气、燃烧后的缺氧尾气或者加热的惰性气体进行预加热。原料预加热可采用红外加热器、回转加热筒、加热流化床、加热浴槽、热风式加热器等装置进行。
所述裂解时的微波频率包括915MHz±50MHz、2450MHz±50MHz、5.8GHz±100MHz中的一种或一种以上的组合。
所述工艺还包括对裂解得到的混合气态产物排出裂解装置，并进行油气分离，得到裂解油和裂解气回收利用；所述的油气分离方法包括采用冷凝、吸附、静电及喷淋中的一种或一种以上的组合使混合气态产物中的裂解油被分离出来。冷凝是用冷却的方法使油蒸汽变成液体，吸附可用活性炭、吸附剂（如硅胶、氧化铝、分子筛）等吸附材料吸附油雾，静电除油，喷淋可以采用喷洒水、油之类的液体，去除油雾、油蒸汽。所述油气分离可采用管式换热冷凝器、壳管式冷凝器、吸附除油器、喷雾式冷凝器、喷淋式冷凝器，列板式冷凝器、管板式冷凝器、静电除油器等常用装置。
所述工艺还包括将裂解得到的固态产物经无氧冷却后排出、回收利用。
上述得到的裂解油、炭渣、裂解气回收用于本发明中的气体介质的加热，达到能量自足的目的。
本发明进一步提供了一种固体有机材料裂解的裂解系统，包括微波发生器、与微波发生器连接的复合裂解腔，所述裂解系统还包括气体加热装置，所述复合裂解腔上开设有复合裂解腔进气口和裂解产物排出口，所述气体加热装置上开设有气体加热装置进气口和气体加热装置出气口，所述气体加热装置出气口与复合裂解腔进气口连通。为了能向复合裂解腔中馈入多种频率的微波、更大的微波功率，因此在复合裂解腔上可连接多个微波发生器。
进一步的，所述系统还包括原料预加热装置，所述原料预加热装置与复合裂解腔连接。
有益效果
1、本发明将加热至200～800℃的气体介质通入复合裂解腔，与微波同时作用于固体有机材料进行裂解，通过这一特定的工艺步骤和参数的结合，在裂解同样量的固体有机材料时，与传统的热裂解方法、微波裂解方法相比，裂解时间减少了20%以上，裂解能耗降低了30%以上，大大的提高了裂解效率，节省了生产成本；取得了意料不到的技术效果。本发明持续地通入温度为200～800℃的气体介质进行裂解，这一温度范围的气体介质强制性的从原料之间流过并与之充分换热，不仅提供裂解能量，更重要的是改善固体有机材料吸收微波的性能，再将这一特点与微波特定地结合，从而充分提高裂解的能源利用率，减少了裂解时间；还提高了裂解进程的可控性，便于控制裂解原料的温度，从而有效控制裂解气与裂解油的比例及裂解油的品质。
2、本发明在裂解前将固体有机材料预加热至30～600℃，通过预热和裂解系统中的高温气体介质加热固体有机材料，提高其温度，从而改善固体有机材料的微波吸收能力、提高均匀性，还能部分地提供裂解能量，从而极大地提高微波利用效率，进一步减少能耗及裂解时间。采用本发明的方法，在保证固体有机材料的完全裂解的同时，极大的降低了微波能耗，并提高了裂解效率。
4、本发明利用原料裂解后得到的炭渣、经油气分离得到的裂解气、裂解油作为燃料对气体介质进行加热，达到能量自足的目的，节省生产成本。
附图说明
图1为本发明裂解系统结构示意图；
1原料预加热装置、2复合裂解腔、21复合裂解腔进气口、22裂解产物排出口、4微波发生器、5气体加热装置、51气体加热装置进气口、52气体加热装置出气口。
具体实施方式
下述实施例中，裂解过程中是隔绝氧气的，每次开机需通入氮气、二氧化碳气体.水蒸气.惰性气体的一种或几种排出系统内空气。
下述实施例中，微波输出功率为10～2000kw。
实施例1
一种固体有机材料裂解工艺，所述工艺是先将气体介质加热至200℃，然后将加热后的气体介质持续地通入裂解装置与微波同时作用于固体有机材料进行裂解，所述气体介质为氮气，所述固体有机材料为生物质。
实施例2
一种固体有机材料裂解工艺，所述工艺是先将气体加热至800℃，然后将加热后的气体介质持续地通入裂解装置与微波同时作用于固体有机材料进行裂解，本实施例中所述气体介质为水蒸气。所述固体有机材料为生物质。本实施例在裂解前将固体有机材料加热至30℃。
实施例3
一种固体有机材料裂解工艺，所述工艺是先将气体介质加热至450℃，然后将加热后的气体介质持续地通入裂解装置与微波同时作用于固体有机材料进行裂解，本实施例中，所述气体介质为二氧化碳，所述固体有机材料为塑料。
实施例4
一种固体有机材料裂解工艺，所述工艺是先将气体加热至700℃，然后将加热后的气体介质持续地通入裂解装置与微波同时作用于固体有机材料进行裂解；所述气体介质为惰性气体。本实施例中，所述固体有机材料为塑料。
本实施例在裂解前，将所述塑料预加热至350℃。
本实施例中，所述裂解时的微波频率为915MHz±50MHz。
实施例5
一种固体有机材料裂解工艺，所述工艺是先将气体介质加热至600℃，然后将加热后的气体介质持续地通入裂解装置与微波同时作用于固体有机材料进行裂解，所述气体介质为氮气、水蒸气和二氧化碳的组合。本实施例固体有机材料以塑料进行裂解。
本实施例的微波频率为2450MHz±50MHz和915MHz±50MHz的组合。
为了更好的实施本发明，本实施例还进一步将裂解得到的混合气态产物排出裂解装置并进行油气分离，得到裂解油和裂解气回收利用；所述的油气分离方法为冷凝。
实施例6
一种固体有机材料裂解工艺，所述工艺是先将气体介质加热至700℃，然后将加热后的气体介质持续地通入裂解装置与微波同时作用于固体有机材料进行裂解，本实施例中，所述气体介质为二氧化碳和氮气的组合。所述固体有机材料为生物质。
本实施例在裂解前，将所述生物质预加热至300℃。
为了更好的实施本发明，本实施例还进一步将裂解得到的固态产物经无氧冷却后排出、回收利用。
实施例7
一种固体有机材料裂解工艺，所述工艺是先将气体介质加热至800℃，然后将加热后的气体介质持续地通入裂解装置与微波同时作用于固体有机材料进行裂解，本实施中，所述气体介质惰性气体。
本实施例的固体有机材料为医疗垃圾；
本实施例在裂解前，将所述固有有机材料预加热至60℃。本实施例微波的频率为5.8GHz±100MHz 和2450MHz±50MHz的组合。
为了更好的实施例本发明，本发明进一步提供了一种固体有机材料裂解的裂解系统，包括微波发生器4、与微波发生器4连接的复合裂解腔2，所述裂解系统还包括气体加热装置5，所述复合裂解腔2上开设有复合裂解腔进气口21和裂解产物排出口22，所述气体加热装置5上开设有气体加热装置进气口51和气体加热装置出气口52，所述气体加热装置出气口52与复合裂解腔进气口21连通。
实施例8
一种固体有机材料裂解工艺，所述工艺是先将气体介质加热至500℃，然后将加热后的气体介质持续地通入裂解装置与微波同时作用于固体有机材料进行裂解，所述气体介质为裂解气。裂解装置开机前，需进行排氧处理，排氧可以氮气、二氧化碳、水蒸气、惰性气体等进行。
本实施例中，气体介质采用二氧化碳和裂解气的混合气体。
所述固体有机材料为生物质。
本实施例在裂解前，将所述生物质预加热至200℃。
本实施例的微波频率为5.8GHz±100MHz。
所述工艺还包括对裂解得到的混合气态产物排出裂解装置并进行油气分离，得到裂解油和裂解气回收利用；得到的裂解气用于本实施例上述的裂解过程；所述的油气分离方法为吸附法。
所述工艺还包括将裂解得到的固态产物经无氧冷却后排出、回收利用。
上述得到的裂解油、炭渣、裂解气回收用于本发明中的气体介质的加热，达到能量自足的目的。
本实施例的裂解系统，包括微波发生器4、与微波发生器4连接的复合裂解腔2，所述裂解系统还包括气体加热装置5，所述复合裂解腔2上开设有复合裂解腔进气口21和裂解产物排出口22，所述气体加热装置5上开设有气体加热装置进气口51和气体加热装置出气口52，所述气体加热装置出气口52与复合裂解腔进气口21连通。系统还包括原料预加热装置1，所述原料预加热装置1与复合裂解腔2连接。
实施例9
本实施例与实施例8的区别在于：
本实施例中，气体介质采用水蒸气和裂解气的混合气体；
本实施例将气体介质加热至500℃裂解的原料为生物质；裂解前，将生物质原料预加热至400℃；油气分离的方法为静电除油法。
实施例10
本实施例与实施例8的区别在于：
本实施例 中，气体介质采用裂解气与氮气的混合气体；
本实施例将气体介质加热至450；裂解的材料为生活垃圾；裂解前，将所述生活垃圾预加热至150℃；油气分离的方法为喷淋法除油。
实施例11
本实施例与实施例8的区别在于：
本实施例将气体介质加热至450℃；本实施例裂解的原料为塑料；在裂解前，将塑料预加热至200℃。
实施例12
本实施例与实施例8的区别在于：
本实施例中，气体介质为裂解气；
本实施例将气体介质加热至800℃；本实施例裂解的原料为生物质；在裂解前，将橡胶预加热至600℃。
实施例13
本实施例与实施例8的区别在于：
本实施例将气体介质加热至700℃；本实施例裂解的原料为生物质；在裂解前，将生物质预加热至500℃。
例1-13的相关数据统计在下表1中；
表1
由上述表格数据可知： 本方法有效提高裂解效率并显著降低微波能耗；相对的，大幅的加速了裂解过程，减少裂解油在高温环境的时间，极大的提高了裂解油的品质和产量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种固体有机材料裂解工艺，其特征在于：所述工艺是先将气体介质加热至200℃～800℃，然后将加热后的气体介质持续地通入裂解装置与微波同时作用于固体有机材料进行裂解，所述气体介质为氮气、水蒸气、二氧化碳、惰性气体、裂解气中的任意一种或一种以上的组合。
2.根据权利要求1所述的固体有机材料裂解工艺，其特征在于：所述固体有机材料为生物质、塑料、生活垃圾、医疗垃圾以及含上述成分的材料。
3.根据权利要求1所述的固体有机材料裂解工艺，其特征在于：在裂解前，将所述固体有机材料预加热至30℃～600℃。
4.根据权利要求1所述的固体有机材料裂解工艺，其特征在于：所述裂解时的微波频率包括915MHz±50MHz、2450MHz±50MHz、5.8GHz±100MHz中的一种或一种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的固体有机材料裂解工艺，其特征在于：所述工艺还包括对裂解得到的混合气态产物排出裂解装置并进行油气分离，得到裂解油和裂解气回收利用；所述的油气分离方法为冷凝、吸附、静电除油及喷淋中的一种或一种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的固体有机材料裂解工艺，其特征在于：所述工艺还包括将裂解得到的固态产物经无氧冷却后排出、回收利用。
7.一种用于权利要求1所述的固体有机材料的裂解系统，包括微波发生器（4）、与微波发生器（4）连接的复合裂解腔（2），其特征在于：所述裂解系统还包括气体加热装置（5），所述复合裂解腔（2）上开设有复合裂解腔进气口（21）和裂解产物排出口（22），所述气体加热装置（5）上开设有气体加热装置进气口（51）和气体加热装置出气口（52），所述气体加热装置出气口（52）与复合裂解腔进气口（21）连通。
8.根据权利要求7所述的裂解系统，其特征在于：还包括原料预加热装置（1），所述原料预加热装置（1）与复合裂解腔（2）连接。
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