CN108165287B - 一种粘性垃圾无氧热裂解方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种粘性垃圾无氧催化热裂解方法及系统。所述的方法步骤如下，垃圾预处理：将外运垃圾利用余热软化和添加配有添加剂的回收液体，增加物料的流动性。在通过特定的液压输送设备将物料送至裂解炉中。垃圾裂化分解：裂解炉的固废，在无氧的条件下，利用多段温度控制，使得物料分别经过蒸馏、碳化和分解，按照工艺温度和升温速度，在催化剂作用下，使得固废的有机物质分解成可燃气、碳和液体化合物。裂化分解后的产物再加工：将无机物、可燃气、碳和液体化合物，分离、净化、合成加工成建材、燃气、成品再生品、溶剂/油。本发明在中低温、催化、完全没有氧气的条件下，可以处理复杂的混合垃圾，连续进料，实现高效热裂解，产生燃气、碳和其它再生品等。

Description

一种粘性垃圾无氧热裂解方法及系统

技术领域

本发明涉及工业粘性废弃物处理的工艺方法，尤其涉及一种将废弃油泥油漆油墨废渣等工业粘性废弃物无氧热裂解达到资源化利用和无害排放的处理方法及系统。

背景技术

人类活动必然会产生各种垃圾，包括生活垃圾、工业垃圾、农林垃圾、电子垃圾和医疗垃圾等等。绝大部分垃圾以混合物形式存在，其中对人类健康和环境影响较大的是有机物质一类，品种十分广泛。主要包括自然界难以降解的人工合成高分子材料，如塑料、粘合剂、纤维、油漆等等；另外也包括自然可降解的生物质，如食物、秸秆、纸制品、木制品等；第三部分是含有贵金属、重金属、特定化学品的工业垃圾，如电镀污泥、电子垃圾、特种化工废料。以上三类可归纳为不可降解有机物、可降解生物质和化工电子垃圾。

垃圾的大量产生和处理技术的不完善，已经对国家的经济发展、人民的生活质量和自然环境造成了日益严峻的负面影响。世界各国在充分认识到这一发展瓶颈的同时，正积极集中力量开发可实现无害化和资源化处置垃圾的有效技术。

传统的垃圾填埋技术，虽仍然是全世界垃圾处理的主要手段之一，但因是转移性处置、永久性占用土地资源、存在对地下水的和大气污染的潜在风险，且填埋后需要长期维护、最终仍然需要彻底处理， 这一技术方法已显现出长期环境危害忧患，已逐渐成为过渡性方法，势必会被取代。

焚烧垃圾的危害在于氧化过程新生成许多复杂有害污染物，如果净化不严格，就会造成二次污染。焚烧作为取代填埋的手段，相关技术也在不断提高，改进后的多段焚烧炉，包括流化床焚烧炉，虽然提高了燃烧效率，一定程度地降低了污染物排放，但仍需附加设备和高成本运行来清除焚烧所产生的有害物质，且垃圾的资源化程度和效率仍然很低。

生物降解法是对可降解一类物质的处理方法， 首先要求源头分类，再就是只能处理可降解部分，处理周期过长， 因此这种方法不具备广泛应用的基础。 厌氧发酵法可一定程度地利用产生的沼气做为资源化产物，但伴随生成硫化物和氮化物仍需严格净化，沼渣作为有机肥须在垃圾源头没有污染的前提下，局限性很大。 好氧发酵虽然可缩短处理周期，但除沼渣外，没有多少可利用的产物，其过程大量排放二氧化碳， 需解决碳排放问题。

广泛使用的炉排炉和流化床炉和传统的焚烧炉相比，燃烧更加充分，炉温得到提高，新增的多段或多室燃烧结构，使得燃烧也更加充分，也可以控制主烧室贫氧或少氧燃烧，达到部分气化或部分裂解的作用。在垃圾不分类的前提条件下，燃烧条件控制困难，工作状态不稳定。由于垃圾的不均匀和成分的变化，炉温等工艺条件变化幅度较大，工况波动使得操作十分困难。部分裂解或气化所产生的气体，其热值很低，难以直接采用燃气机发电，而广泛使用的蒸汽涡轮发电效率不高，使得垃圾处置资源化水平受到限制。通过冷凝脱水和喷淋，虽然消除了一些污染物，减少了后期的腐蚀和排放，但气体热值利用没有明显改善。

目前存在的转窑式塑料、橡胶裂解炼油技术，通过外加热方法，达到裂解目的。其工艺和设备，对于单一的塑料或者橡胶可以在较低温度下裂解，生成以液体为主的产物，不适合其它材料的或者复杂混合物质，例如生活垃圾。

秸秆等干馏碳化工艺，针对秸秆等特殊的单一物料，采用反应釜，批次裂解和碳化生成燃气和碳，燃气热值偏低，碳质量也不高。整体资源化水平低，能耗较高，不适合混合物的处置。

如何采取一种连续、高效和环保的处理废弃油漆油墨油泥等粘性垃圾的方法，特别是资源化处置技术，是业界亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为了解决现有固体垃圾处理存在的技术问题，提出一种连续、高效和环保的废弃油漆、油墨、油泥类的粘性垃圾无氧催化热裂解方法及系统。

本发明提供的一种粘性垃圾无氧催化热裂解方法，包括如下步骤：

步骤1：粘性垃圾预处理

将废弃油漆、油墨、油泥类的粘性垃圾放入密闭垃圾收料斗中，加入所述粘性垃圾总量2-10%的催化剂和1-5%的工艺后段回收液体，并利用余热将所述的粘性垃圾间接加热至40-80°C；

步骤2：粘性垃圾裂化分解

将所述的粘性垃圾输送至裂解反应炉中，在完全没有氧气的条件下，利用余热和再生可燃气和/或外加热来加热所述的裂解反应炉，使得裂解的温度和升温速度分段达到工艺设计要求，并在催化剂作用下，将所述的粘性垃圾中的有机物质挥发、碳化和分解，最终生成液体化合物、可燃气、残渣；

其中，所述裂解的温度为挥发段温度200-350°C、碳化段为250-550°C，裂化分解的温度保持在500-850°C范围内；升温速度为20-50°C /分；

步骤3：裂化分解后的产物再加工

将裂化分解出的产物--液体化合物、可燃气和残渣，通过工艺参数设计，分离、净化、合成加工成建材、燃气、燃油产品。

本发明还公开了一种粘性垃圾无氧催化热裂解系统，其包括：裂解炉、设于该裂解炉上部并与裂解炉连通的收料斗、设于所述裂解炉下部的排渣器、设于该排渣器出口的渣箱、与所述裂解炉上部连通的除尘过滤装置、与该除尘过滤装置连接的风机、与该风机连通的换热器、与该换热器连通的缓冲罐、该缓冲罐底部设有所述回收液体出口、缓冲罐上部引出的可燃气体通过一鼓风机送入一燃气炉、燃气炉加热后的热气用于所述裂解炉进行物料反应。

本发明在中低温（500-850°C）、催化、完全没有氧气条件下，可以处理复杂的混合垃圾，如废弃油漆、油墨、油泥类的粘性垃圾，连续进料，实现高效热裂解，产生燃气和液体化合物等，同时，对产生的碳和少量的焦油进行二次裂解，消除管道堵塞和提高燃气热值等。

本发明可实现不分类的粘性垃圾的无害化资源化处置，可对几乎所有含有机物质的粘性垃圾进行无害化处理。本发明可连续处理，操作简单，自动化程度高，无需人工参与分选或者直接接触垃圾。工艺无需采用外加惰性气体保护，整个系统完整、简洁，效率高。系统优化、单位能耗低，无二次污染物生成或排出。产品裂解气热值高，几乎不存在碳和焦油，可直接接内燃机发电。

本发明对粘性垃圾无需分类分选，系统结构合理简捷，单位能耗低。可用于几乎所有粘性废弃物的无氧裂解，便于达到无害化资源化处置的目的。裂解气质量高、可控，有更大的产品开发空间。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的粘性垃圾无氧催化热裂解系统的工艺示意图。

具体实施方式

本发明采用的是一种粘性废弃物的无氧裂解技术，该技术是将有机固体废弃物，如废弃油漆、油墨、油泥类的垃圾，在无氧条件下加热蒸馏、碳化和分解的过程。该过程是一个复杂的化学反应还原过程。包括大分子的键断裂，异构化和小分子的聚合等反应，最后生成各种较小的分子，主要包括：1、以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化合物为主的可燃性气体；2、在常温下为液态的包括乙酸丙酮等化合物在内的有机类；3、固体生物碳、玻璃、金属、土砂等。结果就是将所有的有机物，包括塑料、人造纤维、纸张、动植物垃圾等，均被分解成水、类似液化气燃料和特种碳。

如图1所示，所述较佳实施例的一种粘性垃圾无氧催化热裂解系统，其包括：裂解炉、设于该裂解炉上部并与裂解炉连通的收料斗、设于裂解炉下部的排渣器、设于该排渣器出口的渣箱、与所述裂解炉上部连通的除尘过滤装置、与该除尘过滤装置连接的高温风机、与该高温风机连通的换热器、与该换热器连通的缓冲罐、该缓冲罐底部设有回收液体出口、缓冲罐上部引出的可燃气体通过一鼓风机送入一燃气炉、燃气炉加热后的热气用于所述裂解炉进行物料反应。本实施例中，除尘过滤装置可以包括依次连通的旋风除尘器和多台并列连接的高温过滤器，旋风除尘器与所述裂解炉上部连通，而高温过滤器与所述的风机连通。所述的换热器包括相套的内外两层管道，内管道的进口与来自除尘过滤装置的高温裂解气体连通，内管道出口与所述的缓冲罐连通，外管道的进口与外界的空气连通；内外管道进行换热，以通过空气来冷却裂解气体。外管道的出口通过一助燃风机与燃气炉进口连通，这被加热的空气输入燃气炉，用作空气源，如此回收了部分热量，也将裂解气体降温至所需温度。收料斗中粘性垃圾预处理带入的空气通过换热后也可以输入所述的燃气炉。本系统还包括一冷却烟道，燃气炉加热产生的烟气输入该冷却烟道冷却后经过一烟气引风机排出室外；用于所述裂解炉加热进行物料反应的热气中剩余的烟气也可以输入该冷却烟道冷却后经所述烟气引风机排出室外。裂解炉的上部设有螺旋输送式多段移动反应床，并与所述收料斗的出料口连通；所述的裂解炉的下部还设有水冷却系统。

参阅图1所示，本发明一较佳实施例提供的粘性垃圾无氧催化热裂解方法，其步骤如下：

步骤1：粘性垃圾预处理

将废弃油漆、油墨、油泥类的粘性垃圾放入密闭垃圾收料斗中，加入所述粘性垃圾总量2-10%的催化剂的和1-5%的工艺后段缓冲罐下部收集的回收液体，以便增加粘性垃圾的流动性。并利用余热将所述的粘性垃圾间接加热至40-80°C。

步骤2：粘性垃圾裂化分解

通过液压装置将所述的粘性垃圾输送至裂解反应炉的螺旋式多段移动反应床中，在完全无氧的条件下，利用余热和再生可燃气和/或外加热来加热所述的裂解反应炉，使得裂解的温度和升温速度分段达到工艺设计要求，并在催化剂作用下，快速高效地将所述的粘性垃圾中的有机物质挥发、碳化和分解，最终生成液体化合物（溶剂或油）、可燃气、残渣和少量的焦油及碳。

其中，所述裂解的温度为挥发段温度200-350°C、碳化段为250-550°C、裂化分解的温度保持在500-850°C范围内，升温速度为20-50°C /分。

步骤3：裂化分解后的产物再加工

将裂化分解出的产物--液体化合物、可燃气和残渣，通过工艺参数设计，分离、净化、合成加工成建材、燃气、燃油产品。

在本发明的粘性垃圾无氧催化热裂解过程中，将裂化分解炉中的气体引出经换热器进行热交换，当作所述的余热再利用；同时回收冷凝的液体用于所述的粘性垃圾预处理中。裂化分解产生的挥发性气体、裂解气体作为裂化分解时的无氧保护气体，通过采用自身产生的工艺过程气体，循环实现工艺无氧工作条件。裂化分解中产生的碳在裂解炉中进行高温催化气化，最终分解成小分子而以气体形式排出裂解炉，最后的惰性残渣残留碳或其它有机物几乎为零；其它产物以高温气体方式从裂解炉顶部引出，然后再以不同的降温冷却段分出不同的液体产品、粉末碳和常温下的气态燃气，具备了再生的条件。将所述粘性垃圾预处理和粘性垃圾裂化分解时产生的异味气体进行净化处理，将处理后的废气中的热量进行热交换，当作所述余热再利用。还可以将净化后的废气，做为洁净燃料或者做为再生原料生产下游产品。本发明的裂化分解是在连续条件完成热裂解、产出和净化的。

本发明采用多段移动床连续性进行无氧裂解复杂粘性垃圾。利用裂解气的还原特性，设定一个除氧装置于系统内部，将初进入系统的氧气脱除，并控制反应条件，可避免有害物质的生成和系统的爆炸危险。在催化剂作用下，热裂解定向反应，并有效地消除存在的污染物，产品质量稳定可控。利用重力原理，控制温度以移动速度，在反应釜内自动分出惰性物质、碳和裂解气。利用裂解气本身的还原特性，做为加热和保护气流循环回系统，并有效地还原重金属等氧化物， 达到化学降解作用。

本发明在中低温（500-850°C）、催化、完全没有氧气条件下，可以处理复杂的混合粘性垃圾，如，废弃油泥、油漆、油墨等粘性垃圾，连续进料，实现高效热裂解，产生燃气、回收液体和碳等，同时，提高了资源化产品利用率， 消除了排放风险。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种粘性垃圾无氧催化热裂解方法，包括如下步骤：

步骤1：粘性垃圾预处理

将废弃油漆、油墨、油泥类的粘性垃圾放入密闭垃圾收料斗中，加入所述粘性垃圾总量2-10%的催化剂和1-5%的工艺后段回收液体，并利用余热将所述的粘性垃圾间接加热至40-80°C；

步骤2：粘性垃圾裂化分解

将所述的粘性垃圾输送至裂解反应炉中，在完全没有空气的无氧的条件下，利用余热和再生可燃气和/或外加热来加热所述的裂解反应炉，使得裂解的温度和升温速度分段达到工艺设计要求，并在催化剂作用下，将所述的粘性垃圾中的有机物质挥发、碳化和分解，最终生成液体化合物、可燃气、残渣；

其中，所述裂解的温度为挥发段温度200-350°C、碳化段为250-550°C，裂化分解的温度保持在500-850°C范围内；升温速度为20-50°C /分；

步骤3：裂化分解后的产物再加工

将裂化分解出的产物--液体化合物、可燃气和残渣，分离、净化、合成加工成建材、燃气、燃油产品；

所述裂化分解产生的挥发性气体、裂解气体作为裂化分解时的无氧保护气体，通过采用自身产生的工艺过程气体，循环实现工艺无氧工作条件；

将所述裂化分解炉中的气体引出经热交换器进行热交换，当作所述的余热再利用；同时回收冷凝的液体用于所述的粘性垃圾预处理中。

2.如权利要求1所述的粘性垃圾无氧催化热裂解方法，其特征在于，所述裂化分解是在连续条件完成热裂解、产出和净化的；所述裂化分解中产生的碳在裂解炉中进行高温催化气化，最终分解成小分子而以气体形式排出裂解炉。

3.如权利要求1所述的粘性垃圾无氧催化热裂解方法，其特征在于，将所述粘性垃圾预处理和粘性垃圾裂化分解时产生的异味气体进行净化处理，将处理后的废气中的热量进行热交换，当作所述余热再利用。

4.一种用于权利要求1所述方法的粘性垃圾无氧催化热裂解系统，其特征在于，包括裂解炉、设于该裂解炉上部并与裂解炉连通的收料斗、设于所述裂解炉下部的排渣器、设于该排渣器出口的渣箱、与所述裂解炉上部连通的除尘过滤装置、与该除尘过滤装置连接的风机、与该风机连通的换热器、与该换热器连通的缓冲罐、该缓冲罐底部设有所述回收液体出口、缓冲罐上部引出的可燃气体通过一鼓风机送入一燃气炉、燃气炉加热后的热气用于所述裂解炉进行物料反应。

5.如权利要求4所述的粘性垃圾无氧催化热裂解系统，其特征在于，所述的除尘过滤装置包括连通的旋风除尘器和过滤器，旋风除尘器与所述裂解炉上部连通，而过滤器与所述的风机连通。

6.如权利要求4所述的粘性垃圾无氧催化热裂解系统，其特征在于，所述的换热器包括相套的内外两层管道，内管道进口与来自所述除尘过滤装置的高温裂解气体连通，内管道出口与所述的缓冲罐连通，外管道的进口与外界的空气连通，外管道的出口通过一助燃风机与燃气炉进口连通。

7.如权利要求4所述的粘性垃圾无氧催化热裂解系统，其特征在于，还包括一冷却烟道，所述的燃气炉产生的烟气输入该冷却烟道冷却后经过一烟气引风机排出；用于所述裂解炉加热进行物料反应的热气中剩余的烟气也输入该冷却烟道冷却后经所述烟气引风机排出。

8.如权利要求4所述的粘性垃圾无氧催化热裂解系统，其特征在于，所述裂解炉的上部设有螺旋输送式多段移动反应床，并与所述收料斗的出料口连通；所述的裂解炉的下部还设有水冷却系统。