CN108559537A - 有机固废无氧裂解碳化处理方法及其处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种有机固废无氧裂解处理方法及其处理系统，该方法包括如下步骤：将固废处理物在加热的条件下进行脱水干燥和裂解，得到炭粉和裂解气；将所述裂解气进行分离精制，得到裂化油、水和可燃气。该处理系统包括中央控制单元以及依次连通的间歇式裂解反应釜、裂解气分离精制装置和可燃气储柜，所述中央控制单元分别控制间歇式裂解反应釜、裂解气分离精制装置和可燃气储柜的运行。本发明采用间歇式处理方法，能够实现小型化处理，处理流程简单，设备少，成本低，有机固废不需要前端的分拣和粉碎，直接放入间隙式裂解反应釜就可以裂解转化为“油”、“气”、“炭”，处理过程全程密闭，没有污染对环境排放。
Description
技术领域
本发明涉及有机废弃物处理技术领域，具体地说是一种利用高温热化学反应间隙式地处理生活垃圾、农林废弃物、污泥等有机废弃物、及以有机固废为主的危废，使其变废为宝，处理过程无污染，达到排放标准。
背景技术
随着我国工业化和城市化的逐步推进，城市生活垃圾为主的固废处理问题越来越受到人们的关注。当前，我国城市垃圾每年产生量已经超过2亿吨，平均每人每年生产垃圾量约300公斤，而且增长势头不减，近几年来基本上是以10％的增速在增长。诸多资料显示，我国的大中型城市中约有三分之二被垃圾所“包围”，影响人们生活质量。
目前生活垃圾等有机废弃物的处理方式主要有焚烧和填埋二种，焚烧技术源于19世纪末，实践证明，在焚烧技术和工艺中，仍存在许多问题，是典型的先污染后治理的工艺技术路线：
1、需进一步提高焚烧效果，使燃烧更加充分，以减少生活垃圾焚烧过程中污染物二噁英的生成量。二噁英的毒性极大，具有致畸、致癌、致遗传基因突变的危害，同时具有影响生殖机能、肌体免疫等危害。
2、还需要研究、开发经济有效的NOX、重金属离子及有机类污染物的净化技术和工艺，进一步完善烟气净化技术和工艺。飞灰中的二噁英和重金属离子含量很高，处理要按危害固体废弃物标准执行，代价巨大。
焚烧处理减量较彻底、处理速度快，但焚烧处理产生的二噁英及含重金属离子的飞灰和炉渣严重地污染环境，环保难达标，不能实现小型化处理，投资和运行费用大。
卫生填埋法存在的最大问题是场地选择困难，不是所有城市近郊都能找到合适的填埋场地，再寻找合适的填埋场地也是越来越困难的，并且远离城市的填埋场将增加更多的运输费用。另外随着填埋处置标准的提高，卫生填埋法的处理成本也会越来越高。
填埋处置的主要的问题是：(1)、有机物进入填埋场，填埋场成了污水加工厂；(2)、垃圾容重不一，加上地基沉降难免，在如此量大面广的情况下，防渗膜难免不破坏，渗滤水污染地下水时有发生。
生活垃圾和有机固体危废的焚烧和填埋处置行为，已使整个社会付出了巨大的环境成本，危及人类的生存和发展，在环境保护日益重视和发展的今天，改变生活垃圾和有机固体危废的处置方式，积极开发高效低成本小型化的无害化处理新技术已成当务之急。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种固废无氧处理方法及其处理系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种有机固废无氧裂解碳化处理方法，其包括如下步骤：
将固废处理物在加热的条件下进行脱水干燥和裂解，得到炭粉和裂解气；
将所述裂解气进行分离精制，得到裂化油、水和可燃气。
作为优选方案，所述裂解的温度为300～900℃，压力为10～80KPa。
作为优选方案，还包括出碳处理，即采用真空吸料装置将裂解碳化反应完成后得到的固体部分炭粉吸出，并进行装袋。
一种用于前述的固废无氧裂解处理方法的固废处理系统，其包括中央控制单元以及依次连通的间歇式裂解反应釜、裂解气分离精制装置和可燃气储柜，所述中央控制单元分别控制间歇式裂解反应釜、裂解气分离精制装置和可燃气储柜的运行。
作为优选方案，所述裂解气分离精制装置包括油蒸汽冷凝器，所述油蒸汽冷凝器的裂解气进口处的管道的内壁和外壁均设有在线除焦装置，所述在线除焦装置由中央控制单元控制。
中央控制单元的除焦模块根据温度传感器送来的油蒸汽冷凝器裂解气进口处管道内壁和外壁的温度差，自动判断是否有积焦和炭积灰，通过安装在输送水蒸气、或空气、或纯氧气管道上的气动式流量调节阀调节喷入油蒸汽冷凝器的裂解气进口处的水蒸气、或空气、或纯氧气的数量，高温态的炭焦和炭灰与精准计量的水蒸气、或空气、或纯氧气发生反应，从而达到在线自动精准除焦和除炭灰的作用。
作为优选方案，所述间歇式裂解碳化反应釜包括裂解气出口，所述裂解气出气的内壁设有在线除焦装置，所述在线除焦装置由中央控制单元控制。
中央控制单元的除焦模块根据温度传感器送来的间歇式裂解碳化反应釜的裂解气出气管道的内壁和外壁的温度差，自动判断是否有积焦和炭积灰，通过安装在输送水蒸气、或空气、或纯氧气管道上的气动式流量调节阀调节喷入间歇式裂解碳化反应釜的裂解气出气管道处的水蒸气、或空气、或纯氧气的数量，高温态的炭焦和炭灰与精准计量的水蒸气、或空气、或纯氧气发生反应，从而达到在线自动精准除焦和除炭灰的作用。
一种基于前述的固废处理系统的在线自动除焦方法，其包括如下步骤：
通过热电偶测温装置和温度传感器测量出待测部位内壁和外壁的温度；
除焦模块计算出待测部位的内壁和外壁的温度差，并根据所述温度差自动判断待测部位的结焦和炭灰颗粒的积灰程度；
待测部位在加热的条件下喷入纯氧、空气或水蒸气，进行燃烧或水煤气反应，完成除焦；
所述待测部位为油蒸汽冷凝器的裂解气进口处的管道及间歇式裂解碳化反应釜的裂解气出气管道。
作为优选方案，所述待测部位为油蒸汽冷凝器的裂解气进口处的管道时，加热温度为450～750℃。
作为优选方案，所述待测部位为间歇式裂解碳化反应釜的裂解气出气管道时，加热温度为500～900℃。
作为优选方案，所述纯氧、空气和水蒸气的喷入量均由除焦模块根据油蒸汽冷凝器单元裂解气进口处管道内壁的结焦和炭灰颗粒的积灰程度计算得到。除1公斤积焦和炭积灰将喷入2.7公斤的纯氧、或喷入12.7公斤空气、或喷入1.5公斤的水蒸气。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明采用间歇式处理方法，能够实现1～10吨/日的小型化处理，处理流程简单，设备少，成本低，生活垃圾等废物不需要前端的分拣和粉碎，尤其是装有病毒病菌医疗危废的密封塑料袋或塑料盒，直接放入间隙式裂解碳化反应釜就可以裂解转化为“油”、“气”、“炭”，处理过程全程密闭，不仅没有污染对环境排放，还在防止医疗危废最终处理时病毒病菌的传播和扩散上具有安全性上的明显优势；
2、在易结焦部位设置了温度传感器和热电偶测温装置，结合中央控制单元的除焦模块，在固废处理的同时对沉积的结焦和炭灰进行在线处理，防止对管路的堵塞，保证了工艺流程的正常进行。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的固废无氧处理方法的工艺流程简图；
图2为本发明中的固废处理系统的结构示意图；
图3为本发明中分离精制模块除焦的原理框图；
图4为本发明中裂解碳化反应釜除焦的原理框图；
图中：1、间歇式裂解碳化反应釜；2、裂解气分离精制装置；3、可燃气储柜；4、出气管转动密封器；5、除焦装置；6、电动机；7、真空吸料装置；8、热水锅炉；9、地面燃烧器；10、中央控制单元；11、窑门；12、裂解气出口；13、烟道气出口；14、可燃气燃烧加热口；21、进气口；22、可燃气出口；23、冷却水进口；24、出水口；25、出油口；26、冷却水出口；27、储油罐；28、储水罐；31、储柜可燃气进口；32、储柜可燃气出口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供的一种有机固废无氧裂解碳化处理方法的工艺流程如图1所示，具体包括如下步骤：
S1、将计量后不需粉碎等前端处理的固废处理物用人工或机械方式直接放入间隙式裂解碳化反应釜，控制反应釜的转速为0.3～8转/分。使用来自于可燃气储柜的燃料气进行加热，低温阶段蒸发的气体和水蒸汽及高温阶段裂解碳化产生的裂解气(油蒸汽、水蒸气、可燃气混合物)送裂解气分离精制模块，间隙式裂解碳化反应釜的出口处有温度和压力检测及远程传送元件，温度控制在常温～900℃，压力控制在10～80KPag，有机物在300～900℃和10～80kPa的高温微正压下发生裂解和缩合反应，生成可燃气、裂化油和裂解炭。如果处理的物料是有机固废和富含重金属离子的污泥和铬渣类危废的混合物，则裂解碳化过程完成后需要通入水蒸气，使水蒸气与高温炭发生水煤气反应，生成氢气和一氧化碳及少量二氧化碳，氢气在高温下与固体废弃物中的重金属离子发生还原反应，重金属离子被氢气置换从离子态还原成对环境无害的重金属元素态。
本发明提供的固废处理系统，如图2所示，包括中央控制单元10以及依次连通的间歇式裂解反应釜1、裂解气分离精制装置2和可燃气储柜3，中央控制单元10分别控制间歇式裂解反应釜1、裂解气分离精制装置2和可燃气储柜3的运行。
其中，间隙式裂解碳化反应釜1的两端分别设有窑门11和裂解气出口12，间歇式裂解碳化反应釜1的顶部和底部分别设有烟道气出口13和可燃气燃烧加热口14，裂解气分离精制装置2的两端分别设有进气口21和冷却水进口23，裂解气分离精制装置2 的顶部设有冷却水出口26和可燃气出口22，裂解气分离精制装置2的底部设有出油口 25和出水口24，可燃气储柜3的顶部和侧面分别设有储柜可燃气进口31和储柜可燃气 32出口，间隙式裂解碳化反应釜1的裂解气出口12与裂解气分离精制装置2的进气口 21相连通，裂解气分离精制装置2的可燃气出口22与可燃气储柜3的储柜可燃气进口 31相连通，储柜可燃气出口32与可燃气燃烧加热口14相连通。
裂解气出口12与进气口21之间还设有出气管转动密封器4。
裂解气出口12和进气口21处还各设有一个除焦装置5。
在窑门11处设有用于将有机固废抽入间歇式裂解碳化反应釜的真空吸料装置7，真空吸料装置7由电动机6控制，电动机6由中央控制单元控制。
出油口25的底部连接有一个储油罐27，出水口24的底部连接有一个储水罐28。
储柜可燃气出口32还连通有一个热水锅炉8和一个地面燃烧器9，热水锅炉8和一个地面燃烧器9均由中央控制单元10控制。
所述裂解气分离精制装置包括油蒸汽冷凝器，所述油蒸汽冷凝器的裂解气进口处的管道的内壁和外壁均设有热电偶测温装置和温度传感器，所述热电偶测温装置和温度传感器电连接，所述中央控制单元设置有除焦模块，所述除焦模块与温度传感器电连接。
所述间歇式裂解碳化反应釜包括裂解气出口，所述裂解气出气的内壁设有热电偶测温元件及温度传感器，间歇式裂解碳化反应釜的裂解气出气管道的外壁设有红外线式非接触型测温元件及温度传感器。
有机物受热分解后产生的焦油会覆着在裂解碳化反应釜裂解气出气管道内壁，会堵塞裂解气出气管道，去除裂解碳化反应釜裂解气出气管道内壁的结焦和炭灰颗粒是实现裂解碳化技术能够连续正常并保证长周期稳定运行的核心关键，本发明开创性的将在线自动精准清焦清炭积灰技术运用于无氧裂解碳化生产工艺过程。
如图3所示，在线自动精准清焦清炭积灰技术的实现方法是：在转窑式裂解碳化反应釜裂解气出气管道内壁安装热电偶测温元件及温度传感器，在转窑式裂解碳化反应釜裂解气出气管道外部安装红外线式非接触型测温元件及温度传感器，将裂解气出气管内壁和外壁的温度信号远传至中央控制室内的DCS计算机集散控制系统，DCS计算机系统根据反应釜裂解气出气管内壁和外壁的温度及温度差自动判断裂解气出气管内壁的结焦和炭灰颗粒积灰程度，在反应釜内部温度为500～800℃的条件下，在反应釜裂解气出口管内壁部位自动喷入经过计算机计算所需要的一定量的空气或纯氧，燃烧后达到除焦和炭灰颗粒的目的；或在反应釜裂解气出口管内壁部位自动喷入经过计算机计算所需要的一定量的水蒸汽，使焦和炭灰颗粒与水蒸气发生水煤气反应，从而达到除焦的目的。
炭在高温下的主要反应式分别如下：
C+空气‐‐>CO2+H2O+NOx；
C+氧气‐‐>CO2+H2O
炭在高温下与水发生水煤气反应，主要反应式如下：
C+H2O‐‐>CO+H2；
S2、在裂解气分离精制模块中用循环冷却水将油蒸汽冷凝为液体油，油作为产品出装置；水蒸气冷凝为水，如果处理物为生活垃圾等固废得到的水对环境有害，必须送污水处理装置进行无害化处置；循环冷却水夏天的进水温度最高为30℃。
裂解气中的焦油和炭灰颗粒会覆着在裂解气分离精制模块油蒸汽冷凝器单元裂解气进口处的管道内壁，堵塞裂解气输送管道，去除油蒸汽冷凝器单元裂解气进口管道内壁处的结焦和炭灰颗粒是实现裂解碳化技术能够连续正常并保证长周期稳定运行的关键，本发明将在线自动精准清焦清炭积灰技术还运用于裂解气的分离精制工艺过程。
如图4所示，在线自动精准清焦清炭积灰技术的实现方法是：在裂解气分离精制模块油蒸汽冷凝器单元裂解气进口处的管道内壁安装热电偶测温元件及温度传感器，在裂解气分离精制模块油蒸汽冷凝器单元裂解气进口处的管道外壁安装热电偶测温元件及温度传感器，将裂解气分离精制模块油蒸汽冷凝器单元裂解气进口处管道的内壁和外壁温度信号远传至中央控制室内的DCS计算机集散控制系统，DCS计算机系统根据裂解气分离精制模块油蒸汽冷凝器单元裂解气进口处管道内壁和外壁的温度及温度差自动判断裂解气分离精制模块油蒸汽冷凝器单元裂解气进口处管道内壁的结焦和炭灰颗粒积灰程度，在裂解气分离精制模块油蒸汽冷凝器单元裂解气进口处管道内部温度为 450～750℃的条件下，在裂解气分离精制模块油蒸汽冷凝器单元裂解气进口管道的内壁处自动喷入经过计算机计算所需要的一定量的空气或纯氧，燃烧后达到除焦和炭灰颗粒的目的；或在裂解气分离精制模块油蒸汽冷凝器单元裂解气进口管道的内壁处自动喷入经过计算机计算所需要的一定量的蒸汽，使焦和炭灰颗粒与水蒸气发生水煤气反应，从而达到除焦的目的。
炭在高温下的主要反应式分别如下：
C+空气‐‐>CO2+H2O+NOx；
C+氧气‐‐>CO2+H2O
炭在高温下与水发生水煤气反应，主要反应式如下：
C+H2O‐‐>CO+H2；
S3、精制后的可燃气送可燃气储柜。如果处理过程可燃气有富余，可燃气储柜中的可燃气送燃气发电机或蒸汽锅炉，通过发电或产蒸汽消耗多余的可燃气体。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种有机固废无氧裂解碳化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将固废处理物直接放入间隙式裂解碳化反应釜；
步骤2：将固废处理物在无氧环境下进行加热处理，经过脱水干燥和裂解碳化，得到炭粉和裂解气；
步骤3：将所述裂解气进行分离精制，得到裂化油、水和可燃气。
2.如权利要求1所述的固废无氧裂解碳化处理方法，其特征在于，所述裂解的温度为300～900℃，压力为10～80kPa。
3.如权利要求1所述的固废无氧裂解碳化处理方法，其特征在于，还包括出碳处理，即采用真空吸料装置将裂解碳化反应完成后得到的固体部分炭粉吸出，并进行装袋。
4.一种用于权利要求1所述的有机固废无氧裂解碳化处理方法的固废处理系统，其特征在于，包括中央控制单元以及依次连通的间歇式裂解反应釜、裂解气分离精制装置和可燃气储柜，所述中央控制单元分别控制间歇式裂解反应釜、裂解气分离精制装置和可燃气储柜的运行。
5.如权利要求4所述的固废处理系统，其特征在于，所述裂解气分离精制装置包括油蒸汽冷凝器，所述油蒸汽冷凝器的裂解气进口处的管道的内壁和外壁均设有在线除焦装置，所述在线除焦装置由中央控制单元控制。
6.如权利要求4所述的固废处理系统，其特征在于，所述间歇式裂解碳化反应釜包括裂解气出口，所述裂解气出气的内壁设有在线除焦装置，所述在线除焦装置由中央控制单元控制。
7.一种基于权利要求5或6所述的固废处理系统的在线自动除焦方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过热电偶测温装置和温度传感器测量出待测部位内壁和外壁的温度；
除焦模块计算出待测部位的内壁和外壁的温度差，并根据所述温度差自动判断待测部位的结焦和炭灰颗粒的积灰程度；
待测部位在加热的条件下喷入纯氧、空气或水蒸气，进行燃烧或水煤气反应，完成除焦；
所述待测部位为油蒸汽冷凝器的裂解气进口处的管道及间歇式裂解碳化反应釜的裂解气出气管道。
8.如权利要求7所述的固废处理系统的在线自动清焦方法，其特征在于，所述待测部位为油蒸汽冷凝器的裂解气进口处的管道时，加热温度为450～750℃。
9.如权利要求7所述的固废处理系统的在线自动清焦方法，其特征在于，所述待测部位为间歇式裂解碳化反应釜的裂解气出气管道时，加热温度为500～900℃。
10.如权利要求7所述的在线自动清焦方法，其特征在于，所述纯氧、空气和水蒸气的喷入量均由除焦模块根据间歇式裂解碳化反应釜的裂解气出气管道及油蒸汽冷凝器单元裂解气进口处管道内壁的结焦和炭灰颗粒的积灰程度计算得到，其中，纯氧的喷入量Q氧气＝2.7x，空气的喷入量Q空气＝12.7x，水蒸汽的喷入量Q水蒸汽＝1.5x，x为积焦和炭积灰的总重量，单位为公斤。
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