CN107760338B - 一种有机固体废弃物的热解处理工艺 - Google Patents
一种有机固体废弃物的热解处理工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种有机固体废弃物的热解处理工艺,包括以下工序:(1)预处理:将有机固体废弃物进行干燥、粉碎;(2)热解:将预处理后的有机固体废弃物进行热解处理,热解处理后得到固体产物和气体产物;(3)裂解重整:热解后的气体产物进入重整炉,在催化剂的作用下进行裂解重整;(4)后处理:将裂解重整后产生的气体降温、净化,本发明将有机固体废物中的有机污染因子消除,固体产物可以交建材生产单位作为原料或辅助剂使用,气体产物可以作为燃料使用,减轻和避免了工业生产活动中废物对环境的污染,环境效益显、社会效益和经济效益显著。
Description
技术领域
本发明属于有机物能源利用技术领域,特别涉及一种有机固体废弃物的热解处理工艺。
背景技术
伴随着人类社会的发展,社会化的生产、分配、交换、消费环节都会产生废弃物,有机固体废弃物是指人类在生产、消费、生活和其他活动中产生的固态、半固态有机废弃物质产品。有机固体废弃物的主要原因有:(1)人类认识能力限制,伴随着自然环境破坏,如水土流失和森林破坏等产生的有机固体废弃物;(2)受参与规划、设计、制造、运输、消费、管理等活动的人员的技术水平限制,导致的资源浪费,如机加工边角边料、不合格产品、不当使用致废产品等;(3)物质变化规律限制,导致物品、物质功能的演变,如甘蔗渣、炉渣、尾矿等生产过程的副产品、报废产品、腐变食物等;(4)追求自利、自保、奢侈、虚荣心等理性和非理性心理限制,导致资源浪费,如过度包装、一次性用品、奢侈品等。
有机固体废弃物产生源分散、产量大、组成复杂、形态与性质多变、可能含有毒性、燃烧性、爆炸性、放射性、腐蚀性、反应性、传染性与致病性的有害废弃物或污染物,甚至含有污染物富集的生物,有些物质难降解或难处理、排放具有不确定性与隐蔽性,这些因素导致固体废弃物在其产生、排放和处理过程中对资源、生态环境、人民身心健康造成危害,甚至阻碍社会经济的持续发展。首先浪费大量资源,固体废弃物产量大,存量亦很大,消耗了大量的物质资源,还占用了大量土地资源。2016年全球固体废弃物年产量超过150亿吨,中国达到25亿吨,存量固体废弃物量全球达到450亿吨,中国高达70亿吨。巨量固体废弃物的产生意味着巨量物质资源的消耗与浪费,同时也意味着大量土地资源被占用与浪费。如果假定填埋废弃物的表观比重为1和废弃物堆置平均高度为30米,全球450亿吨存量固体废弃物将占用2100万亩土地,中国70亿吨存量固体废弃物也将占用350万亩土地。而且,固体废弃物产量增长迅速,增长速率往往超过处理设施处理能力的增长速率,后果将出现“垃圾围城”的困境。与工业快速发展随影同行,发达国家上世纪60年代的固体废弃物产量迅速发展,曾出现垃圾围城困境。此外,除浪费大量的物质、土地资源外,妥善处理固体废弃物还将消耗大量的人力、财力、信息和时间等资源。
有机固体废弃物的处理通常是指物理、化学、生物、物化及生化方法把有机固体废物转化为适于运输、贮存、利用或处置的过程,有机固体废弃物处理的目标是无害化、减量化和资源化。固体废物是“三废”中最难处置的一种,因为它含有的成份相当复杂,其物理性状也千变万化,要达到上述“无害化、减量化、资源化”目标会遇到相当大的麻烦,一般防治有机固体废物污染方法首先是要控制其产生量,例如,逐步改革城市燃料结构,控制工厂原料的消耗,定额提高产品的使用寿命,提高废品的回收率等,其次是开展综合利用,把有机固体废物作为资源和能源对待。现有的有机固体废弃物处理技术主要有压实技术、破碎技术、分选技术、固化处理、焚烧法以及热解法。
焚烧大是有机固体废物高温分解和深度氧化的综合处理过程,好处是大量有害的废料分解而变成无害的物质。以此种处理方法,固体废弃物占地少、处理量大,但是焚烧也有缺点,现有的普通焚烧法的排烟会造成二次污染,而且设备锈蚀现象严重。热解法是利用有机固体废物中有机物的热不稳定性,在对其进行加热蒸馏,使有机物产生裂解,经冷凝后形成各种新的气体、液体和固体,从中提取燃料油、可燃气的过程。以此种处理方法,会产生焦油等物质,处理复杂。
此外,在有机固体废弃物的热解过程中,为了更好的将有机大分子气体裂解,通常需要使用催化剂。作为载体,白云石是一种碳酸盐矿物,分别有铁白云石和锰白云石,晶体结构类似于方解石,常呈菱面体,主要用于建材,耐材、节能、环保等领域,白云石加热到700-900度时分解为CO2和CaO、MgO混合物。目前白云石在环保领域的应用主要在燃煤锅炉中作为脱硫、脱硝剂与煤一并送入锅炉,实现脱硫脱硝的目的,白云石作为工艺过程中除焦油的物质也曾有报道,但没有经过特殊处理的白云石在使用过程中易出现因烧胀而堵塞空气通道的问题,同时白云石作为催化剂在废物处理领域的应用鲜见有报道。作为活性物质,以镍来说,应用比较多的是雷尼镍,但因其极具易燃性,属于危险品,对使用条件要求比较苛刻,另其价格高昂,使其很难在低价值的生产领域中得到广泛应用。在有机固体废物热解处置行业,未见有专门针对解决焦油问题而生产的催化剂。
因此,通过一种无害化的有机固体废弃物处理工艺,并借助一种催化活性高、稳定性好、使用安全的催化剂来处理废弃物是关键,现有的工艺和催化剂难以满足全部要求。
发明内容
为解决以上问题,本发明提供一种有机固体废弃物的热解处理工艺,将有机固体废物中有机污染因子消除,达到环境保护的目的。
为了实现上述目的,本发明采用以下方案:
一种有机固体废弃物的热解处理工艺,包括以下工序:
(1)预处理:将有机固体废弃物进行干燥、粉碎;
(2)热解:将预处理后的有机固体废弃物进行热解处理,热解处理后得到固体产物和气体产物;其中,气体产物为CO、H2、CH4及焦油大分子气态物质;
(3)裂解重整:热解后的气体产物进入重整炉,在高温及催化剂的作用下焦油大分子气态物质裂解重整为H2、CO、CH4;
(4)后处理:将裂解重整后产生的气体H2、CO、CH4降温后,进入净化后变为组分洁净CO、H2、CH4等可燃性气体,由管道引入燃气或燃煤锅炉燃烧,供提供热解;
步骤(2)中得到的固体产物可作为建筑等原料或辅料。
优选地,所述催化剂为白云石负载的金属盐催化剂。
优选地,步骤(1)中有机固体废弃物干燥至含水率范围是10-40%,粉碎至粒径范围为1-30mm;进一步优选地,粉碎至粒径范围为1-15mm。
优选地,所述热解处理是在无氧或者缺氧的条件下进行的,进一步优选,氧气含量<3%。
优选地,所述热解处理的温度为300-900℃,热解处理的时间为10-90min。
优选地,所述裂解重整的温度是800-1600℃,优选800-1300℃;重整时间为4-30s。
优选地,步骤(4)中气体降温至100-200℃。
优选地,所述有机固体废弃物包括石化行业生产过程中产生的油泥、浮渣白土,涂装行业产生的油漆渣,印刷行业产生的油墨渣、废弃抹布,皮革行业产生的皮革污泥皮粉,印染行业产生的污泥,造纸行业产生的污泥,制药行业产生的污泥,药渣。
进一步优选地,所述催化剂为白云石负载的镍盐催化剂和铁盐催化剂中的至少一种。
更优选地,所述白云石负载的镍盐催化剂为白云石负载的草酸镍或白云石负载的醋酸镍。
更优选地,所述白云石负载的铁盐催化剂为白云石负载的三氯化铁或白云石负载的硫酸亚铁。
优选地,所述催化剂的制备方法包括以下步骤:
(1)将白云石在1100-1300℃下煅烧6-12小时;
(2)锻烧后的白云石冷却后,磨粉,得到粒径小于0.5mm的白云石粉;(3)配制金属盐溶液,备用;
(4)将白云石粉加入到金属盐溶液中搅拌均匀后,置于蜂窝状模具中挤压成型、晾干,得到成型的白云石负载的金属盐催化剂;挤压压强为20-30MPa,挤压时间为1-5min。
(5)将成型的白云石负载的金属盐催化剂进行烘干,即得。
进一步优选地,所述白云石中CaO含量为25-31%,MgO含量为19-25%,烧干重为44.5-47%。
进一步优选地,所述金属盐溶液的浓度为10-30%。
进一步优选地,所述白云石粉和金属盐溶液的的重量比为100∶10-15。
进一步优选地,所述蜂窝状模具的蜂窝形状包括但不限于圆孔和六角孔。
进一步优选地,所述步骤(5)中烘干温度为100-300℃。
更优选,所述白云石负载的金属盐催化剂的厚度为5-50mm。
更具体地,本发明的有机固体废弃物的热解处理工艺,首先将有机固体废物含水率干化至10-40%,破碎至粒径1-15mm,除杂后按50-1000kg/h的速度经皮带输送至热解炉料仓内待用,投料热解前将热解炉内温度升至300-900度,重整炉内温度升至900-1200度,同步准备好换热及引风尾气处理装置,然后开始投料,控制热解炉的进料速率为50-500kg/h,热解炉内压力调为-100-3000Pa,热解炉内是无氧或缺氧环境,氧气含量<3%。在热解过程中,有机固体废弃物的处理量为100-400kg/h,对应裂解重整过程的催化剂用量为300-800kg。废弃物所含有机污染因子在高温下发生分解反应,生成可燃性气体CO、H2、CH4及焦油大分子气态物质及粗碳,有机污染因子被彻底消除,热解后,生成的气体及焦油被导入重整炉,重整炉中平铺催化剂,平铺厚度为5-50cm,催化剂为白云石负载的金属盐,气体及焦油在高温及催化剂的作用下,进一步裂解为CO、H2、CH4,再经过换热和净化后变为组分洁净的CO、H2、CH4等可燃性气体,可以由管道引入燃气或燃煤锅炉燃烧,也可以提供给热解过程使用,热解底渣由水冷式出料机输出收集,交建材生产单位作为原料或辅助使用。这种有机固体废物热解的处理工艺可将有机固体废物进行无害化处理,热解过程中不需要补充一次风,产生废气量为普通焚烧设备的1/10,减轻和避免了工业生产活动中废物对环境的污染,环境效益和社会效益显著。
本发明还提供了一种白云石负载的金属盐催化剂,其包括按重量份计的以下组分:
白云石100份
金属盐1-4.5份。
本发明的有益效果
1、本发明是一种对有机固体废物进行无害化处理的工艺,热解过程中将有机固体废物所含的有机污染因子消除,同时物料反应环境为还原态,规避了二噁英的产生,避免了处置过程对环境的二次污染,环境效益显著;
2、本发明热解工艺中的固体产物可以交建材生产单位作为原料或辅助剂使用,气体产物可以作为燃料使用,社会效益和经济效益同样显著;
3、本发明使用的催化剂制备方法简单,催化活性好,结构稳定,对设备无不良影响,适宜工业化生产推广。
附图说明
图1是热解处理工艺中热解步骤所用设备的结构示意图。
图2是热解处理工艺中裂解重整步骤所用设备的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
一种用于有机固体废弃物热解处理的白云石负载的草酸镍基催化剂,具体的制备方法为:
(1)将10kg白云石在1100℃下煅烧6h;
(2)锻烧后的白云石冷却后,磨粉,得到白云石粉;
(3)将草酸镍配制成浓度为10%的溶液1L,备用;
(4)将白云石粉加入到配好的草酸镍溶液中,混合搅拌均匀后,置于六角孔蜂窝状模具中挤压成型、晾干,得到成型的白云石负载的草酸镍催化剂;
(5)将成型的催化剂110℃烘干,即得成品。
实施例2
一种用于有机固体废弃物热解处理的白云石负载的醋酸镍基催化剂,具体的制备方法为:
(1)将10kg白云石在1100℃下煅烧6h;
(2)锻烧后的白云石冷却后,磨粉,得到白云石粉;
(3)将醋酸镍配制成浓度为10%的溶液1L,备用;
(4)将白云石粉加入到配好的醋酸镍溶液中,混合搅拌均匀后,置于六角孔蜂窝状模具中挤压成型、晾干,得到成型的白云石负载的草酸镍催化剂;
(5)将成型的催化剂110℃烘干,即得成品。
实施例3
一种用于有机固体废弃物热解处理的白云石负载的草酸镍基催化剂,具体的制备方法为:
(1)将10kg白云石在1100℃下煅烧6h;
(2)锻烧后的白云石冷却后,磨粉,得到白云石粉;
(3)将草酸镍配制成浓度为30%的溶液1L,备用;
(4)将白云石粉加入到配好的草酸镍溶液中,混合搅拌均匀后,置于六角孔蜂窝状模具中挤压成型、晾干,得到成型的白云石负载的草酸镍催化剂;
(5)将成型的催化剂110℃烘干,即得成品。
实施例4
本实施例选用100kg石油生产过程中产生的油泥进行热解处理,具体工艺包括以下步骤:
(1)预处理:将油泥干燥至含水率15±5%、粉碎至粒径为3±1mm;
(2)热解:将预处理后的油泥300℃下进行热解处理15min,热解处理后得到固体产物和气体产物;
(3)裂解重整:热解后的气体产物进入重整炉,在实施例1制备的300kg催化剂的作用下进行裂解重整,重整的温度是800℃,重整时间为5s;
(4)后处理:将裂解重整后产生的气体降温至100℃、净化。
实施例5
本实施例选用100kg石油生产过程中产生的油泥进行热解处理,具体工艺包括以下步骤:
(1)预处理:将油泥干燥至含水率15±5%、粉碎至粒径为3±1mm;
(2)热解:将预处理后的油泥300℃下进行热解处理15min,热解处理后得到固体产物和气体产物;
(3)裂解重整:热解后的气体产物进入重整炉,在实施例2制备的300kg催化剂的作用下进行裂解重整,重整的温度是800℃,重整时间为5s;
(4)后处理:将裂解重整后产生的气体降温至100℃、净化。
实施例6
本实施例选用100kg石油生产过程中产生的油泥进行热解处理,具体工艺包括以下步骤:
(1)预处理:将油泥干燥至含水率15±5%、粉碎至粒径为3±1mm;
(2)热解:将预处理后的油泥300℃下进行热解处理15min,热解处理后得到固体产物和气体产物;
(3)裂解重整:热解后的气体产物进入重整炉,在实施例5制备的300kg催化剂的作用下进行裂解重整,重整的温度是800℃,重整时间为5s;
(4)后处理:将裂解重整后产生的气体降温至100℃、净化。
实施例7
本实施例选用100kg制药行业的药渣进行热解处理,具体工艺包括以下步骤:
(1)预处理:将药渣干燥至含水率15±5%、粉碎至粒径为3±1mm;
(2)热解:将预处理后的药渣900℃下进行热解处理15min,热解处理后得到固体产物和气体产物;
(3)裂解重整:热解后的气体产物进入重整炉,在实施例1制备的300kg催化剂的作用下进行裂解重整,重整的温度是800℃,重整时间为5s;
(4)后处理:将裂解重整后产生的气体降温至100℃、净化。
实施例8
本实施例选用100kg石油生产过程中产生的油泥进行热解处理,具体工艺包括以下步骤:
(1)预处理:将油泥干燥至含水率15±5%、粉碎至粒径为3±1mm;
(2)热解:将预处理后的有机固体废弃物300℃下进行热解处理15min,热解处理后得到固体产物和气体产物;
(3)裂解重整:热解后的气体产物进入重整炉,在实施例1制备的300kg催化剂的作用下进行裂解重整,重整的温度是1200℃,重整时间为5s;
(4)后处理:将裂解重整后产生的气体降温至100℃、净化。
对比例1
选用100kg石油生产过程中产生的油泥进行热解处理,具体工艺包括以下步骤:
(1)预处理:将油泥干燥至含水率15±5%、粉碎至粒径为3±1mm;
(2)热解:将预处理后的油泥300℃下进行热解处理15min,热解处理后得到固体产物和气体产物;
(3)裂解重整:热解后的气体产物进入重整炉,重整炉中无催化剂,重整的温度是800℃,重整时间为5s;
(4)后处理:将裂解重整后产生的气体降温至100℃、净化。
分别检测实施例4-6的合成气的TVOC值,结果见表1表1为实施例4-6的合成气的TVOC值。
TVOC(ppm) | |
实施例4 | 0.24 |
实施例5 | 0.23 |
实施例6 | 0.08 |
对比例1 | 156 |
实施例9
本实施结合设备,说明本发明中热解处理的具体工艺流程:
图1所示为发生热解反应的热解炉,以100kg农业废弃物桔秆为例,桔秆经干燥至含水率15±5%,粉碎至粒径为3±1mm后,从进料漏斗1投料,此时密封口2开启,通过螺旋轴3和叶片轴4的转动作用,桔秆被均匀布置在推料组件5上,推料组件动作后密封罩9同时开启,桔秆被推至由驱动装置6控制动作的第一动炉排7上,动炉排与联动板10相连,桔秆在温度为900℃的热解炉内经过多级热解充分反应,合计时间为30min,热解所需的热量由加热组件11提供,热解产生的气体和焦油大分子物质通过排气机构19抽走送至裂解重整,热解反应剩下的位于最后一级的第一定炉排8上的废渣会被第一动炉排7推至第二炉排表面,废渣通过第二炉排上的透气结构与第二区连通,第二区内设置有进气组件14,废渣会与从进气组件14进入的氧气进行氧化反应,产生的小颗粒或炉灰从透气机构掉落后定期打开清灰门16进行清灰,剩下的大部分废渣通过第二动炉排17推至第二定炉排15再推至出料机构13中,运出炉体12外。
实施例10
本实施结合设备,说明本发明中裂解重整的具体工艺流程:
图2所示为发生裂解重整的重整炉9,经过热解处理的气体和焦油大分子物质通过进气管道1进入第一反应室3与水蒸气管道2送入的水蒸气反应,转化成H2等可燃气,催化料床5上堆放有一定厚度的催化剂料层,反应气经过沉降室6后一些悬浮颗粒被沉降,之后反应气进入二级反应室8进行第二次反应,反应过程需要的热量由加热组件7提供,反应过程不需要消耗额外的燃料,降低了成本,不需通入空气,大大降低了后续尾气处理的压力;可消除绝大部分的二噁英,提高了合成气的洁净度;设置有密封结构,可避免热解反应生成的可燃性气体氧化燃烧,安全性高,反应最终生成的H2、CO、CH4等通过排气管道10排出重整炉。设备停工期间,如需对设备进行清理和维护,操作工可以从炉门4出入。
Claims (1)
1.一种有机固体废弃物的热解处理工艺,其特征在于,包括以下工序:
(1)预处理:将油泥进行干燥、粉碎,得到预处理后的油泥;
(2)热解:将预处理后的油泥进行热解处理,热解处理后得到固体产物和气体产物;
(3)裂解重整:热解后的气体产物进入重整炉,在催化剂的作用下进行裂解 重整,所述裂解重整的温度是 800℃-1600℃,重整时间为 4-30 s;
(4)后处理:将裂解重整后产生的气体降温、净化;
其中:步骤(1)中油泥干燥至含水率范围是 10%-40%,粉碎至粒径范围为 1-10 mm;所述热解处理的过程中氧气含量<3%,热解处理的温度为 300℃-900℃,热解处理的时间为10-90 min;
所述催化剂的制备方法包括以下步骤:
1)将白云石在 1100℃-1300℃下煅烧 6-12 小时;
2)煅烧后的白云石冷却后,磨粉,得到白云石粉;
3)配制金属盐溶液,备用;
4)将白云石粉加入到金属盐溶液中搅拌均匀后,置于蜂窝状模具中挤压成型、晾干,得到成型的白云石负载的金属盐催化剂,所述金属盐溶液的浓度为10%-30%,所述白云石粉与金属盐溶液的重量比为100:10-15;
5)将成型的白云石负载的金属盐催化剂进行烘干,即得;
所述催化剂为白云石负载的镍盐催化剂;所述白云石负载的镍盐催化剂包括按重量份计的以下组分:白云石 100 份、镍盐 1-4.5 份;步骤 5)中烘干温度为 101℃-300℃;所述白云石负载的镍盐催化剂的厚度为 5-50 mm。
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