CN107057794A - 一种生活垃圾改性成型及气化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生活垃圾改性成型及气化的方法，包括对生活垃圾进行破袋、磁选、筛分、粗破、中破、细破的工序，与现有技术不同的是：在细破后还进行精破、搅拌，精破、搅拌，加入添加剂1；第一次改性及干燥；精破、搅拌，加入添加剂2；第二次改性及干燥；制备RDF及第三次干燥；气化；冷却降温；除焦油；除氯除硫的工序；在处理初期，加入生石灰（CaO）与水反应，放出反应热。加入烧碱与纤维素反应也是放热反应。加入氯乙酸钠后反应生成了类粘胶混合物，衍生燃料（RDF）成型效果更好，强度更高，在高温下也不容易散开。生活垃圾改性成型及气化时，不对外排放污水、废气。气化后产生了可燃气体，达到了资源再生、彻底处理生活垃圾的目的。

Description

一种生活垃圾改性成型及气化的方法
技术领域
本发明涉及生活垃圾的处理，具体是一种将生活垃圾经过改性处理，制备成衍生燃料（RDF），然后将RDF气化的工艺方法。
背景技术
生活垃圾处理一直是困绕世界各国的难题。目前常用的方法有：卫生填埋、焚烧发电（或直接焚烧）、分类回收利用、制造沼气发电等。可是这些方法的弊端是非常明显的。
1、卫生填埋法弊端首先是占用大量土地资源，其次是填埋后产生的渗漏液对环境危害大、处理起来成本很高。
2、焚烧发电法必须添加大量的辅助燃料如煤、重油等。该方法面临的最大问题是：排放的烟气需要经过复杂的处理过程才能达标排放；助燃材料成本与烟气处理成本极高，地方政府难以支付如此高额的费用。这是制约了本方法推广普及的重要原因。
3、分类回收法由于分类标准过于粗放、模糊，群众无法准确判断“可回收”和“不可回收”这一简单标准；此外，国民的习惯、国内垃圾收集的现状等原因致使该方法基本没有可行性。
4、制造沼气发电法无法推广普及，主要因为是该处理方法会导致大量的废渣、废液残留。
目前，较为经济可行的处理方法是将生活垃圾热解气化，特别是利用生活垃圾制备衍生燃料（RDF）并热解气化的方法为大众所看好。
现有的利用生活垃圾制备衍生燃料并热解气化的工艺方法很多，大致工艺流程及主要工序如下：垃圾分选→破碎→脱水或烘干→制备RDF→气化→气体净化。该工艺流程面临的问题是：
1、脱水工序会产生大量的污水。而污水处理工序复杂、经济投入大；直接烘干工序需要消耗大量能源。这两个工序都会导致垃圾处理的经济成本急剧上升，致使国内很多城市都无法承担由此带来的巨额处置费用。
2、气化时，大都采用流化床或移动床。由于衍生燃料（RDF）密度大，重量也较重，是难以实现流化式气化的。如果将燃料粉碎再气化，那么燃料中轻的物质如塑料等很容易随混合气体被往外吸走，造成管路堵塞，增加了混合气体的净化处理的难度，也造成了垃圾外排，处理不彻底。
3、衍生燃料（RDF）紧密度不够，容易散开、碎裂，导致燃料间的空隙不够。造成气化时给氧困难、气体后的混合气也难以外排，气化不够充分，效率低。
4、气化过程中产生二恶英、NOX、SOX等有害气体，致使气化后产生的混合气化净化难度加大，净化成本上升。
5、很多气化工艺也提及了利用气化产生的热量来烘干垃圾。笔者在生产实践中，发现：（1）在低成本的前提下，要想实现快速烘干垃圾基本不可行。单纯依靠利用气化过程中产生的热来烘干垃圾，热量不够，也是行不通的。（2）在烘干垃圾时，如果温度过高，经常出现外焦内湿的现象；温度低，热量很难传到垃圾内部，烘干效率非常低。
综上所述，目前这类方法难以推广普及的问题是：
1、没有解决大量处理垃圾时，污水处理或垃圾烘干面临的成本与效率的问题。
2、将利用生活垃圾制备衍生燃料（RDF）与热解气化这两个处理过程基本是割裂开来，独立考虑。只考虑利用气化过程中的热能，没有为气化效率、烟气处理做好准备，致使气化过程慢、产生的混合气体净化成本过高。
因此，需要一种更为经济可行的生活垃圾处理方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种生活垃圾改性成型及气化的方法，是一种更为经济可行的生活垃圾处理方法。
实现本发明目的的技术方案是：
一种生活垃圾改性成型及气化的方法，包括以下工序：破袋→磁选→筛分→粗破→中破→细破→精破、搅拌，加入添加剂1→第一次改性及干燥→精破、搅拌，加入添加剂2→第二次改性及干燥→制备RDF及第三次干燥→气化→冷却降温→除焦油→除氯除硫。
所述破袋：生活垃圾无需人工预先分选，直接通过输送装置送入破袋机中进行破袋处理。
所述磁选：将破袋处理后生活垃圾通过磁选机进行金属磁选。
所述筛分：经磁选后的生活垃圾送至滚筒筛进行筛分处理，筛上物送到粗破工序，筛下物直接送到精破搅拌工序。
所述粗破：用破碎机对筛分的筛上物进行粗级破碎，然后输送至中破工序；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于50mm×120mm。
所述中破：用破碎机将经上工序粗破的生活垃圾进行中级破碎，然后输送至细破工序；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于30mm×50mm。
所述细破：用破碎机将经上工序中破的的生活垃圾进行细破；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于15mm×10mm。
所述精破、搅拌，加入添加剂1：将细破工序输送来的生活垃圾，与筛下物一同送到精破搅拌机进行精破搅拌处理；在精破搅拌处理的同时加入添加剂1，让添加剂1与生活垃圾均匀混合；
添加剂1由生石灰、烧碱、腐植酸组成，添加比例为，生活垃圾:生石灰（CaO）:烧碱（NaOH）:腐植酸=1:0.03~0.07:0.05~0.10:0.05~0.10。
所述第一次改性及干燥：将精破后的生活垃圾，按堆堆放在一敞口池里进行第一次改性，在料堆内部埋入管道，通入气化余热，改性温度控制在100℃以下，保证纤维素主要发生碱化反应而非水解反应，并采用抽湿设备抽湿，湿风送到碱液池里过滤后排放至空气中。
生活垃圾堆放，每堆堆放的重量为2吨~200吨，堆放时间为1~3天，堆放时间视生活垃圾中水分、外部环境温度、湿度而定。由于生石灰添加后会吸收生活垃圾中的水分，发生化学反应放出大量的热。这反应热为加快生活垃圾中的有机物与烧碱的化学反应提供了基础条件。生活垃圾中有机物的纤维素与烧碱反应后生成纤维素钠，同时又会放出大量的热，反应热会造成生活垃圾中的水分逐渐散失，因此，需要采用抽湿设备抽湿，将蒸发的水蒸汽抽送至碱液池里过滤后排放至空气中。
第一次改性的化学反应是：CaO+H2O=Ca(OH)2+反应热;纤维素+NaOH→纤维素钠+反应热。
所述精破、搅拌，加入添加剂2：将经第一次改性的生活垃圾送到精破搅拌机进行第二次精破搅拌处理，在精破搅拌处理的同时加入添加剂2，让添加剂2与第一次改性的生活垃圾混合搅拌均匀；
添加剂2为由氯乙酸钠，添加比例为，第一次改性的生活垃圾:氯乙酸钠 =1:0.005~0.03。
所述第二次改性及干燥：将上工序搅拌均匀后的生活垃圾，按堆堆放在一敞口池里进行第二次改性，在料堆内部埋入管道，通入气化余热，并采用抽湿设备抽湿，湿风送到碱液池里过滤后排放至空气中。
生活垃圾堆放，每堆堆放的重量在2吨~200吨，堆放时间为1~2天，堆放时间视生活垃圾中水分、外部环境温度、湿度而定。
第二次改性主要的化学反应是：纤维素钠+ 氯乙酸钠→类粘胶混合物；
混合物料中的纤维素钠与氯乙酸钠反应，在潮湿的碱性环境下变成微黄色的粘性物质。反应热会造成生活垃圾中的水分逐渐散失，因此，需要采用抽湿设备抽湿，将蒸发的水蒸汽抽送至碱液池里过滤后排放至空气中。
所述制备RDF及第三次干燥：利用专用的精细破碎、干燥与成型一体机（专利号为：CN201310457037.2），一体机连接管道，通入气化余热，将经第二次改性的生活垃圾制备成固定形状的RDF。
成型时，由于是利用了气化产生的余热进行加热，因此成型后的衍生燃料（RDF）也具备较高的温度。因此，需要通过一条20~50米左右封闭的输送带将制成的RDF送至料库或气化炉。在该封闭的输送带输送过程中，借用气化余热产生热风，对成型后的衍生燃料进行风干。至此，原生垃圾经过了三次风干，水分散失近30%~45%，衍生燃料的含水率降至30%~35%以下。
所述气化：利用固定床气化炉进行气化，该气化炉的高度与直径之比至少是10~15倍以上（高度大于直径）。气化温度必须控制在850℃以上，高于该温度才能有效防止二恶英等有毒有害的气体生成。
气化产生的余热分三路分别送至第一次改性及干燥、第二次改性及干燥、制备RDF及第三次干燥工序，充分利用余热对垃圾进行干燥。
气化时，由于添加剂中的钙和钠的作用，钠离子与产生的氯气或氯离子发生反应形成氯化钠，阻断二恶英形成必须的基础物质—氯。钙能起到固硫的作用。前工序加入生石灰（CaO）—氧化钙大部分都被转化成了碳酸钙。碳酸钙高温下分解成氧化钙，氧化钙与二氧化硫合成硫酸钙。该气化炉必须足够高，高度与直径之比至少是10~15倍以上。气化过程中产生的热量，有一部分热量通过在炉壁设置热交换器的方法用于前面需要热量的工序，有一部分热量用于烘烤气化炉上层的衍生燃料（RDF）。
所述冷却降温：让气化后得到的混合气体在双竖管洗涤塔中冷却。气化后的混合气体中含有大量的灰尘，灰尘中同时吸附有部分重金属。冷却气体的同时也除去了粉尘和附着在粉尘中的重金属，大大减少了气体中的重金属成分。冷却后气化炉出口温度不高于100℃。
所述除焦油：通过电捕焦装置收集焦油。
所述除氯除硫：将混合气体通入浓度为5%~10%的NaOH溶液池中，让混合气中的H2S、SO2、NOX、残余的氯气与NaOH反应，消除混合气中的硫、氯、氮等。
经过以上工序后，得到含H2、CO、CH4等有用的气体，该混合气体可以进一步再分离或直接用于发电。
本发明的优点在于：
1、在处理初期，加入生石灰（CaO）与水反应，放出反应热。强碱与纤维素反应也是放热反应。由于采用成堆堆放，混合物料受热均匀，即使在冬天环境下，垃圾混合物料内部也能达50℃以上。这是非常有效、低成本的升温措施。升温带来水分蒸发，此时进行抽湿，水份散失非常快。利用气化产生的余热，分段多次风干生活垃圾或衍生燃料，避开了常规的将生活垃圾一次烘干然后制备衍生燃料（RDF）导致成本居高不下的弊端，大大节约了能源。
2、加入添加剂2后反应生成了类粘胶混合物，衍生燃料（RDF）成型效果更好，强度更高，在高温下也不容易散开。那么气化时氧气容易进入，气化后的混合气也容易外排，气化效率更高。
3、由于在制备衍生燃料（RDF）过程中就考虑到气化后混合气体中的有害成分（特别是二恶英类物质）对环境的污染，加入钙、钠两种元素有效地减少它们在气化过程中合成。加入了钙、钠两种元素，由于钙与硫反应、钠与氯反应，可以有效地吸收生活垃圾中硫、氯，极大地减少的气化气中硫化物、二恶英的形成，大大降低了气体净化的难度，节约了处理成本。
4、使用电捕焦技术，消除了混合气中的焦油。该方法优于水洗法，可以极大地减少了水的消耗，降低了成本，减轻对环境的危害。由于焦油在低于100℃以下容易析出，将电捕焦工序置于除氯除硫之前，让混合气在进入NaOH溶液池前除去焦油，避免了焦油污染该溶液池溶液，让溶液池的NaOH溶液可能循环使用，减少了水处理的工作量，也降低了处理成本。
5、使用NaOH溶液池过滤混合气体中剩余的硫与氯。NaOH溶液池溶液可以重复使用。只有当溶液浓度降低时，再添加NaOH。避免了生产过程中废液的排放，减少危害环境的因素。
6、最终得到的混合气体中含有H2、CO、CO2等，工业利用范围广，经济价值大。特别是这种廉价H2获得，为氢能源汽车市场化提供了基础与保证。经济上的良好收益，反过来也助推了该技术普及与发展。
7、在生活垃圾改性处理过程中，不对外排放污水、废气。气化后产生了可燃气体，达到了资源再生、彻底处理生活垃圾的目的。经济效益与环境效益俱佳。
附图说明
图1为本发明生活垃圾改性成型及气化工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明内容作进一步的详细说明，但不是对本发明的限定。
参照图1，一种生活垃圾改性成型及气化的方法，包括以下工序：破袋→磁选→筛分→粗破→中破→细破→精破、搅拌，加入添加剂1→第一次改性及干燥→精破、搅拌，加入添加剂2→第二次改性及干燥→制备RDF及第三次干燥→气化→冷却降温→除焦油→除氯除硫。
各工序具体说明如下：
(1)破袋工序：生活垃圾无需人工预先分选，用破碎机将袋装的生活垃圾进行破袋，拆分；同时将硬的大件垃圾挤裂、破碎。
抓破机选用美国SSI公司的SSI-M100E型破碎机。其转速为26r/min；破碎刀具厚度是50mm。破碎能力是25T/H。
(2)磁选工序：将破袋后的垃圾进行磁选，包含在其中的金属经磁选出后，垃圾输送至筛分工序。
磁选机选用山东潍坊恒基磁电机械有限公司的RCYD-8特强T3型，其磁场强度≥1500高斯。由皮带输送至下一工序。
(3)筛分工序：用滚筒筛将经磁选后的生活垃圾进行筛分处理。筛下物直接送至精破搅拌工序，筛上物输送至粗破工序。
滚筒筛选用河南巩义市华盛铭重工机械厂生产的GTS1550型，电机功率是11KW，筒体转速是17r/min，筛网的孔径是60mm。
(4)粗破工序：用破碎机对筛分的筛上物进行粗级破碎，输送至中破工序；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于50mm×120mm。
粗破机选用美国SSI公司的SSI-M85E型破碎机。其转速为26r/min；破碎刀具厚度是50mm。破碎能力是25T/H。磁选机选用山东潍坊恒基磁电机械有限公司的RCYD-8特强T2型，其磁场强度≥1200高斯。
(5)中破工序：用破碎机将上工序粗破的生活垃圾进行中级破碎，输送至细破工序；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于30mm×50mm。
中破机选用美国SSI公司的SSI-M85E型破碎机。其转速为26r/min；破碎刀具厚度是30mm。破碎能力是25T/H。磁选机选用山东潍坊恒基磁电机械有限公司的RCYD-8特强T1型，其磁场强度≥900高斯。
(6)细破工序：用破碎机将上工序送来的生活垃圾进行细级破碎；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于15mm×10mm。
细破机选用美国SSI公司的SSI-M70E型破碎机。其转速为26r/min；破碎刀具厚度是15mm。破碎能力是20T/H。
(7)精破、搅拌，加入添加剂1工序：将细破工序输送来的生活垃圾，与筛下物一同送到精破搅拌机进行精破搅拌处理；在精破搅拌处理的同时加入添加剂1，让添加剂1与生活垃圾均匀混合；
添加剂1由生石灰、烧碱、腐植酸组成，添加比例为，生活垃圾:生石灰（CaO）:烧碱（NaOH）:腐植酸=1:0.03~0.07:0.05~0.10:0.05~0.10。
精破搅拌机采用自主研发的精破、搅拌、干燥一体机JJC250型机器，转速为27r/min，破碎能力是10T/H，采用两台并行工作； 经本工序精破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于5mm×5mm。
(8) 第一次改性及干燥：将精破后的生活垃圾，堆放在一敞口池里进行第一次改性，在料堆内部埋入管道，通入气化余热，改性温度控制在100℃以下，保证纤维素主要发生碱化反应而非水解反应，并采用抽湿设备抽湿，湿风送到碱液池里过滤后排放至空气中。
生活垃圾每堆堆放的重量在2吨~200吨，堆放时间为1~3天。具体时间要求视生活垃圾中水分、外部环境温度、湿度而定。将每天精破搅拌后的垃圾混合物分开堆放，让其充分反应。反应热使混合物的内部温度很快上升。如果再进行搅拌翻动，水分散失会更快。
(9) 精破、搅拌，加入添加剂2工序：将经第一次改性的生活垃圾送到精破搅拌机进行第二次精破搅拌处理，在精破搅拌处理的同时加入添加剂2，让添加剂2与第一次改性的生活垃圾混合搅拌均匀；
添加剂2为由氯乙酸钠，添加比例为，第一次改性的生活垃圾:氯乙酸钠 =1:0.005~0.03。
本工序采用自主研发的精破搅拌干燥一体机JJC250型机器，转速为27r/min，破碎能力是10T/H。采用两台并行工作。
(10) 第二次改性及干燥：将上工序搅拌均匀后的生活垃圾，堆放在一敞口池里进行第二次改性，在料堆内部埋入管道，通入气化余热，并采用抽湿设备抽湿，湿风送到碱液池里过滤后排放至空气中。
(11)制备RDF及第三次干燥；利用专用的精细破碎、干燥与成型一体机（专利号为：CN201310457037.2），一体机连接管道，通入气化余热，将经第二次改性的生活垃圾制备成固定形状的RDF。
成型时，由于是利用了气化产生的余热进行加热，因此成型后的衍生燃料（RDF）也具备较高的温度。因此，需要通过一条20~50米左右封闭的输送带将制成的RDF送至料库或气化炉。在该封闭的输送带输送过程中，借用气化余热产生热风，对成型后的衍生燃料进行风干。至此，原生垃圾经过了三次风干，水分散失近30%~45%，衍生燃料的含水率降至30%~35%以下。
本工序采用自主研发的精破搅拌干燥成型一体机JJC250型机器，转速为27r/min，破碎能力是10T/H，采用两台并行工作。
(12) 气化：利用固定床气化炉进行气化，该气化炉的高度与直径之比至少是10~15倍以上（高度大于直径）。气化温度必须控制在850℃以上，高于该温度才能有效防止二恶英等有毒有害的气体生成。
气化产生的余热分三路分别送至第一次改性及干燥、第二次改性及干燥、制备RDF及第三次干燥工序，充分利用余热对垃圾进行干燥。
本工序采用固定床气化炉采用山东淄柴新能源有限公司生产的气化炉，内径为3米，高36米。采用上吸式出气方式，每小时燃料消耗量为3T/小时。
(13) 冷却降温：让混合气体在双竖管洗涤塔中冷却，保证气化炉出口温度不高于100℃。气化后的混合气体中含有大量的灰尘，灰尘中同时吸附有部分重金属。冷却气体的同时也除去了粉尘和附着在粉尘中的重金属，大大减少了气体中的重金属成分。冷却后气化炉出口温度不高于100℃。
本工序采用石家庄经济技术开发区三坤实业有限公司生产的1000－双竖管洗涤塔。处理垃圾气量5000～7000m3，垃圾气出口温度 50～80℃。
(14) 除焦油：通过电捕焦装置收集焦油。
本工序采用C－73型电捕焦器。处理垃圾气量5000～7000m3，工作温度在30~70℃，捕焦效率达98%以上。收集的焦油可以回收利用。
(15) 除氯除硫：将混合气体通入浓度为5%~10%的NaOH溶液池中，让混合气中的H2S、SO2、NOX、残余的氯气与NaOH反应，消除混合气中的硫、氯、氮等。
通过抽风设备将混合气体通入到NaOH溶液池，当溶液池的溶液浓度降低时，加入NaOH片剂即可。
经过以上步骤后，得到含H2、CO、CH4等有用的气体。该混合气体可以进一步再分离或直接用于发电。

Claims (2)

1.一种生活垃圾改性成型及气化的方法，包括对生活垃圾进行破袋、磁选、筛分、粗破、中破、细破的工序，其特征在于：在细破后还进行精破、搅拌，加入添加剂1；第一次改性及干燥；精破、搅拌，加入添加剂2；第二次改性及干燥；制备RDF及第三次干燥；气化；冷却降温；除焦油；除氯除硫的工序；
所述精破、搅拌，加入添加剂1：将细破工序输送来的生活垃圾，与筛下物一同送到精破搅拌机进行精破搅拌处理；在精破搅拌处理的同时加入添加剂1，让添加剂1与生活垃圾均匀混合；
添加剂1由生石灰、烧碱、腐植酸组成，添加比例为，生活垃圾:生石灰:烧碱:腐植酸=1:0.03~0.07:0.05~0.10:0.05~0.10；
所述第一次改性及干燥：将精破后的生活垃圾，按堆堆放在一敞口池里进行第一次改性，在料堆内部埋入管道，通入气化余热，改性温度控制在100℃以下，保证纤维素主要发生碱化反应而非水解反应，并采用抽湿设备抽湿，湿风送到碱液池里过滤后排放至空气中；
所述精破、搅拌，加入添加剂2：将经第一次改性的生活垃圾送到精破搅拌机进行第二次精破搅拌处理，在精破搅拌处理的同时加入添加剂2，让添加剂2与第一次改性的生活垃圾混合搅拌均匀；
添加剂2为由氯乙酸钠，添加比例为，第一次改性的生活垃圾:氯乙酸钠 =1:0.005~0.03；
所述第二次改性及干燥：将上工序搅拌均匀后的生活垃圾，按堆堆放在一敞口池里进行第二次改性，在料堆内部埋入管道，通入气化余热，并采用抽湿设备抽湿，湿风送到碱液池里过滤后排放至空气中；
所述制备RDF及第三次干燥：利用专用的精细破碎、干燥与成型一体机，一体机连接管道，通入气化余热，将经第二次改性的生活垃圾制备成固定形状的RDF；
所述气化：利用固定床气化炉进行气化，该气化炉的高度与直径之比至少是10~15倍以上，气化温度必须控制在850℃以上，高于该温度才能有效防止二恶英等有毒有害的气体生成；
所述冷却降温：让气化后得到的混合气体在双竖管洗涤塔中冷却；
所述除焦油：通过电捕焦装置收集焦油；
所述除氯除硫：将混合气体通入浓度为5%~10%的NaOH溶液池中，让混合气中的H2S、SO2、NOX、残余的氯气与NaOH反应，消除混合气中的硫、氯、氮。
2.根据权利要求1所述的生活垃圾改性成型及气化的方法，其特征在于：所述气化产生的余热分三路分别送至第一次改性及干燥、第二次改性及干燥、制备RDF及第三次干燥工序，充分利用余热对垃圾进行干燥。
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