CN109530386B - 一种基于熔盐多级提质混合有机固体废弃物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于熔盐多级提质混合有机固体废弃物的方法。该方法利用熔盐优良的蓄热传热性能，较低的粘度，稳定的化学性能和一定的催化特性，解决混合有机固体废弃物分离难度大、利用价值低和污染物浓度高等问题。其步骤包括：热熔盐的引入和灌透；加热、曝气及酸碱调制；逐级冷却及热塑性有机固体废弃物样品的析出；熔盐的排出及残留物的熔盐淋洗脱除杂质。提质有机固体废弃物分离效果好，回收率高，均质化程度和燃料特性得到提高；同时在熔盐中实现一定的脱除N，Cl，S污染物和脱灰效果。工序相对简单，反应条件易于控制，时间短、效率高，可实现混合有机固体废弃物的有效分离，提质和脱除污染物。
Description
技术领域
本发明属于有机固体废弃物资源化利用技术领域，更具体地，涉及一种基于熔盐多级提质混合有机固体废弃物的方法。
背景技术
人类日常生活和农业生产过程中会产生大量的固体废弃物，其中的有机固体废弃物含有大量的碳氢有机类物质，潜在利用价值很大。但是有机固体废弃物种类繁多且经常混合在一起，例如城市生活垃圾中的生物质类组分和塑料类组分，农业固体废弃物中的植物性废弃物和生产所用的塑料膜等。组分复杂的固体废弃物处理难度较大，且混杂组分中常含有一定的高S、高Cl或高N组分，不利于有机固体废弃物的高质化利用。公开号为CN104607387 A的发明专利，公开了一种垃圾分选装置，利用鼓风机将轻质和重质垃圾分离；公开号为CN 103567143 A的发明专利公开了一种分选装置和系统，利用机械运动分离混合垃圾，但类似的基于机械动力分选的方法，很难实现复杂组分的深度分离和提质。
近年来，烘焙或低温热解技术借助外界能量的输入来实现复杂组分的预处理。公开号为CN 106590702 A的专利公开了一种生活垃圾低温热解发电系统及方法，垃圾在450℃-550℃的环境下进行低温热解，生产的黑炭、燃料油、热解气分别回收，净化并加以利用。提高了有机固体废弃物的能量品位，且一定程度上降低了组分中的污染物含量。然而，复杂有机固体混合物组分之间常含有大量空隙，不利于低温下的热传递；且热处理过程中N，S，Cl等污染物的释放需要妥善控制，另一方面该类低温热处理方法在提高燃料特性的同时使处理后的产物中灰分含量增加，尤其是碱金属的富集不利于后续的焚烧处理。
为了实现有机固体废弃物的高温清洁利用，公开号为CN 105948040 A的专利利用熔盐作为热载体和催化介质，对竹材热解资源化利用。过程中熔盐可以避免传热不均的问题，又作为活化剂对竹炭进行活化，同时可调整竹醋液组分，去除竹醋液的颜色和刺激性烟熏味。然而过高的温度对设备和材料的要求较高，使得该项技术的处理成本较高，且不利于产物的分级利用。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于熔盐多级提质混合有机固体废弃物的方法，利用熔盐做热载体和催化介质的优点，对混合有机固体废弃物进行分离和提质。本发明通过以下技术方案实现上述目的，其特征在于，包括以下步骤：
(1)混合有机固体废弃物干燥：混合有机固体废弃物加热到100～110℃使其含水率低于25％。
(2)热熔盐的引入和灌透：混合有机固体废弃物送入熔盐中，并保证液态熔盐浸透到混合有机固体废弃物中。
(3)加热、曝气及酸碱调制：通过外部热源加热熔盐，并通过程序控制熔盐内部反应温度高于其自身熔点50℃且低于350℃；向熔盐内部添加酸碱调节剂同时通入反应所需气体。
(4)混合有机固体废弃物分级：热塑性有机固体废弃物融化后，利用不同固体废弃物的不同流动性，使融化后的热塑性有机固体废弃物漂浮在熔盐上层，其他固体废弃物降落至反应器底部。
(5)逐级冷却及热塑性有机固体废弃物样品的析出：达到提质时间后，控制熔盐温度高出其自身熔点10℃～20℃，使漂浮在熔盐上层的热塑性有机固体废弃物自然冷却凝固。
(6)熔盐的排出及残留物的熔盐淋洗脱除杂质：取出上层的热塑性有机固体废弃物；然后将熔盐和底部的其他固体废弃物一并排出，过滤后熔盐重复利用，水洗固体废弃物去除表面凝固的盐，过滤烘干。
优选地步骤(1)中所述混合有机固体废弃物为纸质废弃物、针织废弃物、庭院废弃物、木竹废弃物中至少一种与塑料废弃物的混合物。
步骤(2)所述熔盐为硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、亚硝酸钠中的至少一种。
步骤(3)所述酸碱调节剂为NaOH和/或Ca(OH)2中，添加比例为熔盐总质量的5％-15％。
步骤(3)所述提质反应气氛空气和水蒸气的混合物，其中水蒸气所占比例为0％-20％。
步骤(5)所述提质反应时间为30min-60min。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)利用塑料类有机固体废弃物的热塑性和流动性在熔盐中与其他固体废弃物分离，达到多级提质的目的，便于后续有针对性的高值化利用。提质固体产物分离效果好，回收率高，均质化程度和燃料特性得到提高；同时在熔盐中实现一定的脱除N，Cl，S污染物和脱灰效果，从而实现混合有机固体废弃物的有效预处理。
(2)分离后的有机固体废弃物物理性质改善，快速实现减容减重和均质，易磨性提高。
(3)提质处理可以使固体产物中的C含量增加，O所占比例减少，燃料特性增强同时使能量密度得以提高。
(4)在熔盐中实现一定的脱除N，Cl，S污染物和脱灰效果，减少后续焚烧或其他利用过程中NOx，SOx，二噁英等污染物的生成。
(5)可溶性的熔盐和生成物可容易地分离，并且可重复利用；多级提质温度较低，时间短，效率高，实现对有机混合固体废弃物的高效综合资源化利用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
(1)混合有机固体废弃物干燥：将梧桐树皮，聚丙烯(PP)的混合物置于110℃烘箱中直到含水率降为20％。
(2)热熔盐的引入和灌透：熔盐由NaNO3-KNO3-NaNO2按质量分数7％-53％-40％混合(熔点为142℃)，加热熔融后得到。将步骤(1)中所获得的混合有机固体废弃物送入熔盐中，并保证液态熔盐浸透到混合有机固体废弃物中。
(3)加热、曝气及酸碱调制：通过外部热源加热熔盐，并通过程序控制熔盐内部反应温度维持在350℃；向熔盐内部添加酸碱调节剂15％NaOH同时通入反应所需气氛即空气+5％水蒸气。
(4)混合有机固体废弃物分级：PP融化后，利用可上下移动的筛板将梧桐树皮压到反应器底部，PP漂浮在熔盐上层。
(5)逐级冷却及热塑性有机固体废弃物样品的析出：达到提质时间30min后，控制熔盐温度为152℃，使漂浮在熔盐上层的PP自然冷却凝固。
(6)熔盐的排出及残留物的熔盐淋洗脱除杂质：取上层的PP；然后将熔盐和底部的梧桐树皮一并排出，过滤后熔盐重复利用，水洗固体废弃物去除表面凝固的盐，过滤烘干。
此本实施例中，混合有机固体废弃物提质前后元素分析(C,H,O,N,S)，Cl含量、热值、灰分含量见表1。
表1提质处理前后混合有机固体废弃物性质变化表
实施例2
(1)混合有机固体废弃物干燥：将一次性木筷，A4纸，聚氯乙烯(PVC)的混合物置于100℃烘箱中直到含水率降为25％。
(2)热熔盐的引入和灌透：熔盐由KNO3-LiNO3-Ca(NO3)2按质量分数50％～80％-0％～25％-10％～45％混合(熔点低于80℃)，加热熔融后得到。将步骤(1)中所获得的混合有机固体废弃物送入熔盐中，并保证液态熔盐浸透到混合有机固体废弃物中。
(3)加热、曝气及酸碱调制：通过外部热源加热熔盐，并通过程序控制熔盐内部反应温度维持在250℃；向熔盐内部添加酸碱调节剂10％NaOH+5％CaOH，同时通入反应所需气氛即空气。
(4)混合有机固体废弃物分级：PVC融化后，利用可上下移动的筛板将梧桐树皮压到反应器底部，PVC漂浮在熔盐上层。
(5)逐级冷却及热塑性有机固体废弃物样品的析出：达到提质时间60min后，控制熔盐温度为100℃，使漂浮在熔盐上层的PVC自然冷却凝固。
(6)熔盐的排出及残留物的熔盐淋洗脱除杂质：取上层的PVC；然后将熔盐和底部的一次性木筷，A4纸一并排出，过滤后熔盐重复利用，水洗这些固体废弃物去除表面凝固的盐，过滤烘干。
此本实施例中，混合有机固体废弃物预处理前后元素分析(C,H,O,N,S)，Cl含量，热值，灰分含量见表2。
表2提质处理前后混合有机固体废弃物性质变化表
实施例3
(1)混合有机固体废弃物干燥：将快递纸盒，旧衣物，聚乙烯(PE)的混合物置于105℃烘箱中直到含水率降为22％。
(2)热熔盐的引入和灌透：熔盐由Na-NO3-KNO3-Li NO3-Na NO2按质量分数14.2％-50.5％-17.5％-17.8％混合(熔点为99℃)。将步骤(1)中所获得的混合有机固体废弃物送入熔盐中，并保证液态熔盐浸透到混合有机固体废弃物中。
(3)加热、曝气及酸碱调制：通过外部热源加热熔盐，并通过程序控制熔盐内部反应温度维持在150℃；向熔盐内部添加酸碱调节剂5％CaOH，同时通入反应所需气氛即空气+20％水蒸气。
(4)混合有机固体废弃物分级：PE融化后，利用可上下移动的筛板将梧桐树皮压到反应器底部，PE漂浮在熔盐上层。
(5)逐级冷却及热塑性有机固体废弃物样品的析出：达到提质时间40min后，控制熔盐温度为109℃，使漂浮在熔盐上层的PE自然冷却凝固。
(6)熔盐的排出及残留物的熔盐淋洗脱除杂质：取上层的PE；然后将熔盐和底部的快递纸盒，旧衣物一并排出，过滤后熔盐重复利用，水洗这些固体废弃物去除表面凝固的盐，过滤烘干。
此本实施例中，混合有机固体废弃物预处理前后元素分析(C,H,O,N,S)，Cl含量，热值，灰分含量见表3。
表3提质处理前后混合有机固体废弃物性质变化表
在上述实施例中，所选熔盐体系熔点低于塑料类有机固体废弃物的软化/熔融温度，因而在冷却过程中可以使得塑料类有机固体废弃物凝固而熔盐保持液态和内部温度的稳定；便于其他类有机固体废弃物的分离和取出，以及熔盐的循环利用。实施例中塑料类和其他类有机固体废弃物分离彻底，提质后C含量可提高5％以上，同时降低了O含量、灰分以及易生成污染物的N、S、Cl元素的含量。部分挥发分的析出和C、H、O元素含量的变化使有机固体废弃物的热值升高，灰分及污染元素的脱除更利于其无害化处理。
总体而言，该方法操作方便，熔盐体系稳定循环性能好，对混合有机固体废弃物提质效果理想。
对于上述的本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识未作过多描述；各实施例采用递进的方式描述，各实施例中所涉及到的技术特征在彼此之间不构成冲突的前提下可以相互组合，各实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于熔盐多级提质混合有机固体废弃物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)混合有机固体废弃物干燥：混合有机固体废弃物加热到100～110℃使其含水率低于25％；
(2)热熔盐的引入和灌透：混合有机固体废弃物送入熔盐中，并保证液态熔盐浸透到混合有机固体废弃物中；
(3)加热、曝气及酸碱调制：通过外部热源加热熔盐，并通过程序控制熔盐内部反应温度高于其自身熔点50℃且低于350℃；向熔盐内部添加酸碱调节剂同时通入反应所需气体；
(4)混合有机固体废弃物分级：热塑性有机固体废弃物融化后，利用不同有机固体废弃物的不同流动性，使融化后的热塑性有机固体废弃物漂浮在熔盐上层，其他固体废弃物降落至反应器底部；
(5)逐级冷却及热塑性有机固体废弃物样品的析出：达到提质时间后，控制熔盐温度高出其自身熔点10℃～20℃，使漂浮在熔盐上层的热塑性有机固体废弃物自然冷却凝固；
(6)熔盐的排出及残留物的熔盐淋洗脱除杂质：取出上层的热塑性有机固体废弃物；然后将熔盐和底部的其他固体废弃物一并排出，过滤后熔盐重复利用，水洗固体废弃物去除表面凝固的盐，过滤烘干。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述混合有机固体废弃物为纸质废弃物、针织废弃物、庭院废弃物、木竹废弃物中的至少一种与塑料废弃物的混合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔盐为硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、亚硝酸钠中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸碱调节剂为NaOH和\或Ca(OH)2，且添加比例为熔盐总质量的5％-15％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通入熔盐的反应气体为空气和水蒸气的混合物，其中水蒸气所占比例为0％-20％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提质反应时间为30min-60min。
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