CN107952786A - 一种固体危废的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固体危废技术领域，尤其涉及一种固体危废的处理方法。能够从根本上解决固体危废所带来的污染问题。一种固体危废的处理方法，包括：步骤1)将待处理的固体危废通入等离子体气化熔融炉中，使得所述固体危废在气化区发生气化反应，并使得发生气化反应产生的含有重金属的灰渣在重力作用下落入熔融区进行等离子体熔融，以将所述含有重金属的灰渣以玻璃态的形式固化封存；步骤2)将发生气化反应产生的烟气通入等离子体重整炉中重整，将气化反应产生的有害气体分解为小分子气体；步骤3)将经过重整的烟气进行净化除尘后，作为燃料气进行再利用，并将净化除尘产生的灰渣返回所述熔融区进行等离子体熔融。
Description
技术领域
本发明涉及固体危废技术领域，尤其涉及一种固体危废的处理方法。
背景技术
固体危废是指在生产、生活和其他活动过程中产生的丧失原有的利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固体，半固体，和置于容器中的气态物品、物质以及法律，行政法规规定纳入废物管理的物品，物质等。由于多具有较大的危害性，一般归入固体废物管理体系。
目前，处理固体危废的最常规的做法是采用焚烧减量化处理，由于减量化后的灰渣还属于二次危废，需要再配以卫生填埋做固化封存处理。但是，随着土地的减少以及填埋场可能存在的一些有毒有害气体排放和重金属污染等问题，因此，填埋处理并不能从根本上解决固体危废的污染问题，并且随着人们环保意识的提高以及国家对填埋场数量的限制，如何做到无害化处理固体危废成为目前固体危废产业的重中之重。
发明内容
本发明的实施例提供一种固体危废的处理方法，能够从根本上解决固体危废所带来的污染问题。
为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种固体危废的处理方法，包括：
步骤1)将待处理的固体危废通入等离子体气化熔融炉中，使得所述固体危废在气化区发生气化反应，并使得发生气化反应产生的含有重金属的灰渣在重力作用下落入熔融区进行等离子体熔融，以将所述含有重金属的灰渣以玻璃态的形式固化封存；
步骤2)将发生气化反应产生的烟气通入等离子体重整炉中重整，将气化反应产生的有害气体分解为小分子气体；
步骤3)将经过重整的烟气进行净化除尘后，作为燃料气进行再利用，并将净化除尘产生的灰渣返回所述熔融区进行等离子体熔融。
可选的，将所述含有重金属的灰渣固化封存在由钙、钠和硅的氧化物组成的玻璃态中。
可选的，在所述步骤1)之前，所述处理方法还包括：
根据所述待处理的固体危废的热值、元素组成、熔点以及气化灰渣的质量确定所述钙、钠和硅的组成比例与用量，并将氢氧化钙、氢氧化钠和氧化硅按照所确定的比例关系添加入所述熔融区中。
可选的，所述玻璃态中钙、钠和硅三种元素的摩尔比例分别为8-15％、20-30％和50-70％。
可选的，在所述步骤1)之前，所述处理方法还包括：
将所述待处理的固体危废进行破碎和筛分处理为粒径范围在5-30mm之间。
可选的，所述气化反应的温度为1200-1700℃。
可选的，控制所述气化区的床层高度为2-4米，出床层的气相温度为800-1000℃。
可选的，所述气化反应所采用的燃料气选自所述步骤3)所获得的燃料气。
可选的，将经过重整的烟气进行净化除尘后，作为燃料气进行再利用之前，所述方法还包括：
将作为燃料气的烟气进行脱酸和脱硫处理，以继续对所述烟气进行净化处理，并将脱酸和脱硫处理所获得的残渣返回所述熔融区进行等离子体熔融。
可选的，在所述步骤1)之前，所述方法还包括：
在所述待处理的固体危废中添加预设质量的助燃材料；和/或；
在所述待处理的固体危废中添加助熔剂，以降低所述待处理的固体危废的熔点。
本发明实施例提供一种固体危废的处理方法，通过对固体危废进行气化，将所述固体危废气化产生的有毒有害烟气重整为小分子气体，并对重整后的烟气进行净化除尘后，作为燃料气进行再利用，将固体危废气化产生的灰渣通过等离子熔融之后，以玻璃态的形式固化封存，同时，将净化除尘产生的灰渣也返回至所述熔融区进行等离子体熔融，使得净化除尘产生的灰渣也能够以玻璃态的形式固化封存，在此过程中，固体危废经过气化和等离子体熔融之后产生的有毒有害灰渣以玻璃态的形式封存，不会产生有害气体和重金属的污染，并且在整个处理过程中无有毒有害气体排放，从根本上解决了固体危废所带来的污染问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种固体危废的处理方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种固体危废的处理方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的实施例提供了一种固体危废的处理方法，参见图1与图2，包括：
步骤1)将待处理的固体危废通入等离子体气化熔融炉1中，使得所述固体危废在气化区A发生气化反应，并使得发生气化反应产生的含有重金属的灰渣在重力作用下落入熔融区B进行等离子体熔融，以将所述含有重金属的灰渣以玻璃态的形式固化封存。
步骤2)将发生气化反应产生的烟气通入等离子体重整炉2中重整，将气化反应产生的有害气体分解为小分子气体；
步骤3)将经过重整的烟气进行净化除尘后，作为燃料气进行再利用，并将净化除尘产生的灰渣返回所述熔融区B进行等离子体熔融。
其中，等离子体是含有大量电子、离子、分子、原子以及自由基的电离气体，但宏观上呈电中性，其被认为是物质固态、液态、气态3种形态之外的第4种形态；而且其具有许多异于固态、液态和气态的独特物理化学性质，如温度和能量密度都很高，可导电和发光，化学性质活泼，并能强化化学反应等，可使热化学较困难甚至不可能进行的化学反应成为可能，而且环保性能优良。
等离子体气化熔融炉就是利用等离子体作为热源，对固体危废进行高温气化和熔融的，从宏观角度讲，电弧放电产生温度为7000℃的等离子体，将固体危废加热到很高的温度，从而迅速有效地将固体危废摧毁。从微观上讲，在外加电场作用下，介质会放电并产生大量携能电子，固体危废中的有机物和无机物分子由于受到携能电子的强烈轰击而发生电离和激发，同时伴随着一系列复杂的物理化学反应，使复杂有毒害的大分子物质转变为简单无毒害的小分子物质，从而使固体危废得以降解和无害化去除。
本发明实施例提供一种固体危废的处理方法，通过对固体危废进行气化，将所述固体危废气化产生的有毒有害烟气重整为小分子气体，并对重整后的烟气进行净化除尘后，作为燃料气进行再利用，将固体危废气化产生的灰渣通过等离子熔融之后，以玻璃态的形式固化封存，同时，将净化除尘产生的灰渣也返回至所述熔融区B进行等离子体熔融，使得净化除尘产生的灰渣也能够以玻璃态的形式固化封存，在此过程中，固体危废经过气化和等离子体熔融之后产生的有毒有害灰渣以玻璃态的形式封存，不会产生有害气体和重金属的污染，并且在整个处理过程中无有毒有害气体排放，从根本上解决了固体危废所带来的污染问题。
其中，所述待处理的固体危废可以从所述等离子体气化熔融炉1的中部侧面通入所述等离子体气化熔融炉1中，送料装置3可以为螺旋给料器或者液压推杆等。
本发明的一实施例中，在所述步骤1)之前，所述处理方法还包括：将所述待处理的固体危废进行破碎和筛分处理为粒径范围在5-30mm之间。能够提高固体危废的处理效果。
具体的，可以将较大块的固体危废(如粒径大于等于30mm)进行破碎，再将破碎后的固体危废与较小颗粒的固体危废(如粒径小于等于30mm)一起混合通过振动筛4进行筛分，筛下物的粒径可控制在5-30mm之间，筛上物返回继续进行破碎。
本发明的又一实施例中，将所述含有重金属的灰渣固化封存在由钙、钠和硅的氧化物中一种或几种组成的玻璃态中。
具体的，在所述步骤1)之前，所述处理方法还包括：
根据所述待处理的固体危废的热值、元素组成、熔点以及气化灰渣的质量确定所述钙、钠和硅的组成比例与用量，并将氢氧化钙、氢氧化钠和氧化硅按照所确定的比例关系添加入所述熔融区B中。
这样一来，在熔融区，所述氢氧化钙、氢氧化钠和氧化硅发生反应，反应后形成的氧化物呈现交联网状的分子结构，所述待处理的固体危废在经过气化之后，产生的含有重金属的灰渣和所述交联网状的分子结构在高温下形成熔融态物料，并被包裹在交联网状的分子结构中，由于这样的分子结构中，原子或分子不像在晶体中那样按一定的规则排列，分子结构自身不存在重复单元，不会形成晶体，而是被固定在流动时的分子排布状态中，便于形成无定型的玻璃态，从而能够完成对含有重金属的灰渣的封存，实现无害化排渣。
为了形成交联网状的分子结构，优选的，所述玻璃态中钙、钠和硅三种元素的摩尔比例分别为8-15％、20-30％和50-70％。
其中，需要说明的是，在整个操作过程中，通过将所述待处理的固体危废通入所述等离子体气化熔融炉1中，并随着气化反应和等离子体熔融的进行，控制所述待处理的固体危废在所述气化区A的床层高度为2-4米，出床层的气相温度为800-1000℃。有利于固体危废处于缺氧的环境中，维持炉内的还原气氛，便于床层内挥发分的高温裂解和气化，遏制二噁英等有毒有害气体的生成。同时，通过降低炉内气化反应产生的烟气的出口温度，能够避免钙、钠和硅等化合物在高温下转变为气态而发生损失，保证钙、钠和硅等化合物的含量和比例，促进玻璃态的形成，并且，烟气出口温度的降低还有利于等离子熔融炉1出口到等离子体重整炉2之间的烟气传输管道的选材。
其中，还需要说明的是，所述气化区A中的气化反应所采用的燃料气通常由氢气、一氧化碳和空气或含氧气体组成，既能够满足炉内燃烧热值的需求，且燃烧后产物以水和二氧化碳为主，能够降低后处理净化系统中的负荷。
本发明的又一实施例中，所述气化反应所采用的燃料气选自所述步骤3)所获得的燃料气。
具体的，可以通过引风机5将经过净化除尘后的烟气作为燃料气抽引入所述气化区A中。
其中，优选的，所述气化反应的温度为1200-1700℃。在此温度下，能够保证床层内的挥发分高温裂解和气化，转化为小分子气体(如H2、CO、CO2、HCl、HF、H2S等)进入等离子体重整炉2，能够为气化区A提供燃料气，并且能够降低对管路输送系统的要求。而使得发生气化反应产生的二噁英等有毒有害气体在等离子体重整炉2中彻底分解为小分子气体。
其中，还需要说明的是，在经过等离子体重整炉2重整之后，烟气中还可能携带有重金属粉尘以及酸性气体如二氧化碳以及二氧化硫等，因此，通过对经过重整的烟气进行净化除尘，能够获得较为洁净的燃料气。
其中，可以通过旋风分离器6对重整后的烟气进行净化除尘，能够将烟气中的飞灰分离出来，并返回所述熔融区进行等离子体熔融。
本发明的又一实施例中，将经过重整的烟气进行净化除尘后，作为燃料气进行再利用之前，所述方法还包括：
将作为燃料气的烟气进行脱酸和脱硫处理，以继续对所述烟气进行净化处理，并将脱酸和脱硫处理所获得的残渣返回所述熔融区进行等离子体熔融。
在本发明实施例中，通过对作为燃料气的烟气进行脱酸和脱硫处理，能够获得更加洁净的燃料气，并且通过将脱酸和脱硫处理所获得的残渣返回所述熔融区B进行等离子体熔融，也能够将脱酸和脱硫处理产生的残渣以玻璃态的形式固化封存，更加有利于环境保护。
这里，可以通过急冷半干脱酸塔7进行脱酸处理，将经过重整的烟气中的酸性气体以盐的形式形成残渣得以脱除，并可以通过脱硫系统8中进行脱硫处理，在脱硫处理时还可以制得硫磺产品用于出售。
其中，还需要说明的是，在通过净化除尘之后，烟气中可能还含有小颗粒的重金属粉尘，因此，优选的，所述方法还包括：通过布袋除尘器对所述净化除尘后的烟气中的重金属粉尘进行过滤，并将过滤获得的重金属粉尘返回熔融区B进行等离子体熔融。
其中，所述旋风分离器6可以直接与所述等离子体气化熔融炉1的烟气出口连通，除去大部分的粉尘，所述布袋除尘器9可以设置在所述急冷半干脱酸塔7和所述脱硫系统8之间。
除此之外，经过重整的烟气还携带有大量的热量，本发明的一实施例中，将所述烟气进行除尘处理之后，所述方法还包括：将除尘处理后的烟气通入余热锅炉10进行热回收利用。能够产生大量的高温蒸汽以供工业或居民取暖等。同时，还可以将余热锅炉10产生的残渣也通入熔融区B进行等离子熔融。
其中，由于通过旋风分离器6的烟气含有大量的热量，因此，所述余热锅炉10可以设置在所述旋风分离器6与所述急冷半干脱酸塔7之间，对除去大部分粉尘后的烟气进行热回收处理，还能够对进行脱酸处理的烟气进行降温，以降低对急冷半干脱酸塔7的耐高温需求。
其中，还需要说明的是，在熔融区B，固体物料主要有三个来源，第一个来源是固体危废气化后产生的含有重金属的灰渣，第二个来源是经过重整的烟气在净化除尘、脱酸和脱硫以及热回收利用所产生的固体残渣，第三个来源是已经经过焚烧处理后的二次危废。因此，所述熔融区B产生的熔融态物料中重金属的密度最大，沉积在熔融区B最底层，最后在玻璃态的包裹下以熔融金属合金体的形式排出。
进一步地，可以通过合金精炼系统11对熔融金属合金体中的有价金属进行回收。其余的熔融态固体物料在排出炉体后形成玻璃态物质，可以用于制备建筑用砖或者保温材料等。
进一步地，在通过所述合金精炼系统11对熔融金属合金体中的有价金属进行回收之前，还可以通过冷却预热系统12对熔融态固体物料进行热回收利用，这里，可以将步骤3)产生的燃料气经过所述冷却预热系统12预热后通入所述气化区A中。
本发明的又一实施例中，在所述步骤1)之前，所述方法还包括：在所述待处理的固体危废中添加预设质量的助燃材料；和/或，在所述待处理的固体危废中添加助熔剂，以降低所述待处理的固体危废的熔点。能够提高气化和熔融效果。
其中，所述助燃材料可以为焦炭等。焦炭可以作为固体燃料参与燃烧放出大量热量提供高温，以促进所述待处理的固体危废中的高熔点物质的熔化。这里所述的助燃材料还可以为木材、燃油等。所述助溶剂可以为石灰石等，即利用混合物熔点降低的原理，通过加入石灰石(熔点825℃)低熔点物质，以降低所述待处理的固体危废中的高熔点物质(如，固废中可能存在的氧化钴的熔点为1935℃)的熔点，这里所述低熔点物质还可以为氢氧化钙(熔点580℃)、碳酸钠(熔点851℃)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种固体危废的处理方法，其特征在于，包括：
步骤1)将待处理的固体危废通入等离子体气化熔融炉中，使得所述固体危废在气化区发生气化反应，并使得发生气化反应产生的含有重金属的灰渣在重力作用下落入熔融区进行等离子体熔融，以将所述含有重金属的灰渣以玻璃态的形式固化封存；
步骤2)将发生气化反应产生的烟气通入等离子体重整炉中重整，将气化反应产生的有害气体分解为小分子气体；
步骤3)将经过重整的烟气进行净化除尘后，作为燃料气进行再利用，并将净化除尘产生的灰渣返回所述熔融区进行等离子体熔融。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，
将所述含有重金属的灰渣固化封存在由钙、钠和硅的氧化物组成的玻璃态中。
3.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，
在所述步骤1)之前，所述处理方法还包括：
根据所述待处理的固体危废的热值、元素组成、熔点以及气化灰渣的质量确定所述钙、钠和硅的组成比例与用量，并将氢氧化钙、氢氧化钠和氧化硅按照所确定的比例关系添加入所述熔融区中。
4.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，
所述玻璃态中钙、钠和硅三种元素的摩尔比例分别为8-15％、20-30％和50-70％。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，
在所述步骤1)之前，所述处理方法还包括：
将所述待处理的固体危废进行破碎和筛分处理为粒径范围在5-30mm之间。
6.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，
所述气化反应的温度为1200-1700℃。
7.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，
控制所述气化区的床层高度为2-4米，出床层的气相温度为800-1000℃。
8.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，
所述气化反应所采用的燃料气选自所述步骤3)所获得的燃料气。
9.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，
将经过重整的烟气进行净化除尘后，作为燃料气进行再利用之前，所述方法还包括：
将作为燃料气的烟气进行脱酸和脱硫处理，以继续对所述烟气进行净化处理，并将脱酸和脱硫处理所获得的残渣返回所述熔融区进行等离子体熔融。
10.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，
在所述步骤1)之前，所述方法还包括：
在所述待处理的固体危废中添加预设质量的助燃材料；和/或；
在所述待处理的固体危废中添加助熔剂，以降低所述待处理的固体危废的熔点。
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