CN106423007A - 含氯有机可燃物的脱氯方法及其所得脱氯有机可燃物和在制备垃圾衍生燃料中的应用 - Google Patents

含氯有机可燃物的脱氯方法及其所得脱氯有机可燃物和在制备垃圾衍生燃料中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生活垃圾再利用技术领域，公开了一种含氯有机可燃物的脱氯方法及其所得脱氯有机可燃物和在制备垃圾衍生燃料中的应用。创造性地采用微波处理方法对含氯有机可燃物进行脱氯处理，不仅操作简单、环保节能、可控性好，且脱氯效率高，还能在一定程度上改善所得到的脱氯有机可燃物的燃烧性能。本发明的垃圾衍生燃料的制备是在成型前对垃圾分选出的含氯有机可燃物部分进行脱氯，一方面，大幅减少垃圾衍生燃料燃烧过程中HCl的生成量，避免对金属设备的腐蚀，遏制二噁英前驱物的生成；另一方面，微波脱氯的同时还去除了部分臭气，制成的垃圾衍生燃料，实现垃圾的“简烧简净”，环保优势显著；具有良好的推广价值。

Description

含氯有机可燃物的脱氯方法及其所得脱氯有机可燃物和在制 备垃圾衍生燃料中的应用
技术领域
本发明涉及生活垃圾再利用技术领域，更具体地，涉及一种含氯有机可燃物的脱氯方法及其所得脱氯有机可燃物和在制备垃圾衍生燃料中的应用。
背景技术
由国家统计局统计数据可知，我国生活垃圾清运量已经从2003年的14856. 5万吨增长到2011年的16395. 28万吨,年增长率约为1. 3%。垃圾的历年堆存量达到60多亿吨,全国有200多座城市陷入垃圾的包围之中,垃圾堆存侵占的土地面积多达5亿多平方米。因此，我国垃圾亟需进行减量化、资源化、无害化处理。
垃圾衍生燃料（refuse derived fuel，简称RDF） 技术是通过对城市生活垃圾的破碎及分选，从垃圾中除去金属、玻璃、砂土等不燃物，将垃圾中的可燃物（如塑料、纤维、橡胶、木头、食物废料等）破碎、干燥后，加入添加剂，致密成型，最终制成固体燃料。不仅便于储存和运输，而且可以显著改善燃料性能，控制二次污染。
在国外，关于RDF的研究是热门研究方向。美国、芬兰、瑞典等国主要研究RDF的混烧、流化床燃烧、热解与气化燃烧，并且已经达到商业化应用程度。型块RDF研究主要集中在日本、美国。早在上世纪 70～80 年代欧美一些发达国家即开始尝试一种新的城市生活垃圾处理方式——垃圾衍生燃料(RDF-5)，并相继建成了一批示范工厂，取得了一定的运行实绩和经验。
我国的相关 RDF 技术研究起步较晚，但也取得了一些进展，对 RDF 的研究主要集中在其热解(广州能源所进行的喷流—移动床垃圾衍生燃料(RDF)热解燃烧机理研究)、气化机理(废物衍生燃料气化反应动力学研究)、生物质型煤成型特性与燃烧机理。浙江大学热能工程研究所，东南大学热能工程研究所对垃圾焚烧进行研究，现在也逐渐关注 RDF的研究。但是目前国内RDF没有得到广泛推广，其中一个重要原因是RDF中含氯有机可燃物在燃烧过程中产生的HCl气体，不仅在炉内可腐蚀金属设备，而且是生成二噁英前驱物的重要氯源。
现有研究表明，城市生活垃圾中无论是无机氯化物还是有机氯化物，燃烧后的主要产物都是HCl。且城市固体废物中有机/无机氯化物的重量比为43/57，1000kg湿垃圾中含有约13kg的氯化物。而原料中的塑料，如PVC废塑料等，是RDF中氯含量的主要来源。
目前针对RDF中氯的脱除处理，主要采用炉内固氯的方法，即在RDF成型时加入固氯剂。常用的固氯剂有钙化合物，包括CaO、Ca(OH)2、自制固氯剂等。其固氯机理为钙化物与HCl发生酸碱中和反应，生成CaCl2。但是，燃烧锅炉，如层流燃烧锅炉或者流化床燃烧锅炉，燃烧温度均在800℃以上，CaCl2在温度高于718℃，含水蒸汽的条件下又会发生分解，重新生成HCl。
因此，采用合适的技术在RDF入炉前对其中所含的有机氯源进行脱除，对提高RDF的燃烧性能及环保性能具有重大意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术对含氯有机可燃物脱氯技术的不足，提供一种高效率、低能耗的脱氯方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
提供一种含氯有机可燃物的脱氯方法，通过对含氯有机可燃物进行微波辐射处理来达到脱氯的目的，所述辐射处理的温度180～300℃，所述辐射处理时间为10～30min。
进一步优选地，所述辐射处理的温度180～260℃，所述辐射处理时间为10～20min。
优选地，所述温度通过程序升温达到，所述程序升温的速率为5~20℃/min。
最优选地，所述辐射处理时间为10min，所述辐射处理的温度280℃，升温速率为10℃/min。
本申请人大量的研究表明：物料的升温速率可以通调节微波处理功率来进行调整，微波处理功率越大，升温速率越快，所需升温时间越短；同时，微波处理功率越大，能更有效地降低物料分解的活化能，使得开始脱氯的温度更低。脱氯终温越高，脱氯效率越好；停留时间越长，脱氯率越高，但是，温度越高，停留时间越长，则所需能耗越高。因此，工艺参数的选择对最终脱氯效率至关重要。
优选地，所述含氯有机可燃物为塑料废弃物。
进一步优选地，所述塑料废弃物为聚氯乙烯（PVC）、氯化聚乙烯（CPE）、聚偏二氯乙烯（PVDC）废弃物。
微波对极性分子以及极性键等具有很好的选择性。一般来说，高分子聚合物为非极性分子，但是，含氯塑料中所含的极性强C-Cl键， 能快速吸收微波提供的能量，使C-Cl断裂，达到快速高效的脱氯目的。
本发明要解决的另一技术问题是提供采用所述脱氯方法得到的脱氯有机可燃物。
本发明同时还提供一种应用上述方案制备得到垃圾衍生燃料的方法，具体包括以下步骤：
S1. 对垃圾破袋后进行综合分选，分选出含氯有机可燃物和其它可燃物；
S2. 取步骤S1所得含氯有机可燃物进行破碎、干燥，压制成型放入微波处理装置进行微波辐射处理，得到脱氯有机可燃物；
S3. 将步骤S1所得其它可燃物进行干燥，然后加入步骤S2所得脱氯有机可燃物进行混合、破碎，压制成型得到垃圾衍生燃料。
优选地，步骤S1所述综合分选包括人工分选、磁选、重力分选、风选。
优选地，步骤S2所述干燥为微波干燥。微波加热不仅能达到迅速加热干燥，而且由于微波加热是通过中心加热，然后向四周传热，热量分布更均匀，物料能均匀快速地被干燥。
优选地，步骤S3所述破碎得到的混合物的粒径小于5mm。通过控制粒径的大小来保证，物料混合均匀，保证所得到产品的稳定性。
本发明的有益效果：
本发明创造性地采用微波处理方法对含氯有机可燃物进行脱氯处理，通过对处理条件的精确优化，得到的制备方法不仅操作简单、可控性好、能耗低、脱氯效率高，而且能在一定程度上改善所得到的脱氯有机可燃物的燃烧性能。
不同于传统的采用固氯剂对垃圾衍生燃料中的氯进行固定，本发明的垃圾衍生燃料是在成型前对垃圾分选出的含氯有机可燃物部分进行脱氯，一方面，大幅减少垃圾衍生燃料燃烧过程中HCl的生成量，避免对金属设备的腐蚀，遏制二噁英前驱物的生成；另一方面，微波脱氯的同时还去除了部分臭气，制成的垃圾衍生燃料，实现垃圾的“简烧简净”，环保优势显著。
本发明提供的制备垃圾衍生燃料制备方法，制备工艺简单、环保节能、可操作性强，采用微波脱氯不需要额外加入固氯剂，简化了制备流程且大大节约脱氯成本，且脱氯效率高、所得到的垃圾衍生燃料的燃烧性能得到了提升，提高了固体垃圾的附加值，且可有效地避免“二次污染”，具有良好的推广价值。
附图说明
图1本发明制备垃圾衍生燃料的工艺流程。
图2 传统制备垃圾衍生燃料的工艺流程。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明。除非特别说明，本发明实施例使用的各种原料均可以通过常规市购得到，或根据本领域的常规方法制备得到，所用设备为实验常用设备。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。
本发明中相关性能参数检测及计算方法：
1. 氯元素含量以及有机氯的去除率的检测以及计算分析过程
氯元素参照煤中氯元素的检测方法（GBT 3558-1996），采用艾士卡混合剂熔样-硫氰酸钾滴定法测定。定义有机氯去除率为：
2. 燃烧总热值的检测以及计算分析过程
热值的测定参照煤的发热量测定方法（GB/T 213-2008），采用氧弹量热法进行测定；
3. 挥发分和固定碳的含量测定
按照国家标准《GB/T28733》，采用长沙开元仪器（5E-MAG6700）进行分析；
4. 燃烧性能分析方法
着火点和燃尽温度按GB/T18511-2001进行测定。实验采用热重分析仪对试样进行燃烧实验，得到试样的燃烧特性曲线，通过燃烧特性曲线分析得到着火点、燃尽温度、最大燃烧速度等相关参数。引入可燃性指数Cb、稳燃性指数G来对RDF的燃烧及稳燃特性进行判断。可燃指数Cb及稳燃指数G的定义式分别为：
其中，为最大失重率，Ti为着火温度， Tmax为最大失重率对应温度。
实施例1
将分选所得到含氯有机可燃物进行破碎、干燥，压制成型放入微波设备中，设置升温速率15℃/min，升至300℃，保持10min，得到脱氯有机可燃物。有机氯的去除率为65.12%。
实施例2
将分选所得到含氯有机可燃物进行破碎、干燥，压制成型放入微波设备中，设置升温速率10℃/min，升至260℃，保持10min，得到脱氯有机可燃物。有机氯的去除率为49.56%。
实施例3
将分选所得到含氯有机可燃物进行破碎、干燥，压制成型放入微波设备中，设置升温速率10℃/min，升至220℃，保持20min，得到脱氯有机可燃物。有机氯的去除率为34.88%。
实施例4
将分选所得到含氯有机可燃物进行破碎、干燥，压制成型放入微波设备中，设置升温速率5℃/min，升至300℃，保持10min，得到脱氯有机可燃物，有机氯的去除率为65.82%。
实施例5
将分选所得到含氯有机可燃物进行破碎、干燥，压制成型放入微波设备中，设置升温速率10℃/min，升至280℃，保持10min，得到脱氯有机可燃物，有机氯的去除率为62.88%。
实施例6
将分选所得到含氯有机可燃物进行破碎、干燥，压制成型放入微波设备中，设置升温速率20℃/min，升至180℃，保持30min，得到脱氯有机可燃物，有机氯的去除率为31.4%。。
实施例7
将分选所得到含氯有机可燃物进行破碎、干燥，压制成型放入微波设备中，设置升温速率10℃/min，升至180℃，保持10min，得到脱氯有机可燃物，有机氯的去除率为32.99%。
实施例8
将分选所得到含氯有机可燃物进行破碎、干燥，压制成型放入微波设备中，设置升温速率20℃/min，升至280℃，保持10min，得到脱氯有机可燃物，有机氯的去除率为61.21%。
应用实施例
将实施例1至8所得脱氯有机可燃物与经过干燥的其它可燃物进行混合、破碎，得到粒径小于5mm的混合物，然后压制成型得到垃圾衍生燃料。对所得产品进行性能检测，结果如下：
氯元素含量为0.328%~0.976%，挥发分含量为48.02%～55.64%，固定碳含量为12.45%～17.17%；
燃料热值为18.86MJ/kg～20.56MJ/kg，燃尽温度为680℃～650℃，可燃指数为630.33×10-7～660.43×10-7，稳燃指数为637.22×10-7～667.14×10-7。
对比例1
采用传统制备技术（工艺流程如图2所示），按照常规制备工艺参数，添加固氯添加剂作为固氯剂，压制成型得到垃圾衍生燃料。对所得产品进行性能检测，结果如下：
氯元素含量为1.58%，挥发分含量为58.86%，固定碳含量为10.54%；
燃料热值为12.82MJ/kg。燃尽温度为702℃，可燃指数为554.08×10-7，稳燃指数为550.13×10-7。
可见，本发明垃圾衍生燃料氯元素含量更低，固定碳含量更高，热值更高，燃烧性能更好。

Claims (10)

1.一种含氯有机可燃物的脱氯方法，其特征在于，对含氯有机可燃物进行微波辐射处理，所述辐射处理的温度180～300℃，所述辐射处理时间为10～30min。
2.根据权利要求1所述脱氯有机可燃物方法，其特征在于，所述辐射处理的温度180～260℃，所述辐射处理时间为10～20min。
3.根据权利要求1或2所述脱氯有机可燃物方法，其特征在于，所述温度通过程序升温达到，所述程序升温的速率为5～20℃/min。
4.根据权利要求1所述含氯有机可燃物的脱氯方法，其特征在于，所述含氯有机可燃物为塑料废弃物。
5.根据权利要求4所述含氯有机可燃物的脱氯方法，其特征在于，其特征在于，所述塑料废弃物为聚氯乙烯（PVC）、氯化聚乙烯（CPE）、聚偏二氯乙烯（PVDC）废弃物。
6.根据权利要求1至5任意一项所述含氯有机可燃物的脱氯方法制备得到的脱氯有机可燃物。
7.一种垃圾衍生燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 对垃圾破袋后进行综合分选，分选出含氯有机可燃物和其它可燃物；
S2. 取步骤S1所得含氯有机可燃物进行破碎、干燥，压制成型放入微波处理装置进行微波辐射处理，得到脱氯有机可燃物；
S3. 将步骤S1所得其它可燃物进行干燥，然后加入步骤S2所得脱氯有机可燃物进行混合、破碎，压制成型得到垃圾衍生燃料。
8.根据权利要求7所述垃圾衍生燃料的制备方法，其特征在于，步骤S1所述综合分选包括人工分选、磁选、重力分选、风选。
9.根据权利要求7所述垃圾衍生燃料的制备方法，其特征在于，步骤S2所述干燥为微波干燥。
10.根据权利要求7所述垃圾衍生燃料的制备方法，其特征在于，步骤S3所述破碎得到的混合物的粒径小于5mm。
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