CN110527560A - 一种有机固废清洁资源化处置方法 - Google Patents

Abstract

本发明名称为：一种有机固废清洁资源化处置方法，环境技术领域，在同一固废处置装置中同时采用低温热化学反应装置和高温热化学反应装置，通过添加高热值物质和调节这两种热化学反应装置所需要的含氧气化剂的方法，使低温热化学反应装置的产物在还原性气氛下完成高温熔渣气化并生产出高温煤气和熔融的炉渣，熔融的炉渣经过水冷却成为玻璃体炉渣作为建材，高温煤气回收热量后通过常规的化工方法脱除煤气中氯化氢、氨氮和硫化氢等易于产生环境污染的化合物并将其转化为化工原料成为清洁煤气。应用于有机固废的焚烧和热解焚烧装置的技术改造和各种有机固废的深度处置和资源化利用以及煤化工、焦化、IGCC、工业燃气和城市集中供暖等装置。

Description

一种有机固废清洁资源化处置方法

技术领域

本发明涉及环境技术领域。

背景技术

在环境技术领域，现有的生活垃圾、工业垃圾等有机固废、危废常采用焚烧、热解焚烧、热解气化焚烧等方法处置，能大大减容，并通过回收焚烧过程中产生的热能，实现有机固废低值化的部分资源利用，但有机固废焚烧或热解后再焚烧，固废中的氯化物、氮及其化合物、硫化物等主要成分在氧化性气氛条件下产生的烟气中含有二氧化硫、氮氧化物、氯化氢、二噁英等有毒有害物质，有机固废中的重金属以及化合物分布在固体炉渣和飞灰中，在进一步处置这些焚烧产物时，会产生大量的石膏、氨泄漏以及脱除二噁英、重金属飞灰所要使用的活性炭等固体危废，对环境造成严重污染，特别是二噁英和重金属飞灰对人体健康造成的危害很大，目前彻底处理难度较大。一些先进的纯氧直接熔渣气化有机固废的处置方法，大幅降低了二次污染的产生，但投资很大，有些甚至需要外加天然气才能实现正常生产。目前还没有一种低成本的有机固废的高值化、资源化的清洁处置方法。

发明内容

本发明是指在同一固废处置装置中同时采用低温热化学反应装置和高温热化学反应装置，首先将有机固废或危废通过低温热化学反应装置进行预处置，然后再将低温热化学反应装置所生产的气、固、液三相产物部分或全部送到高温热化学反应装置内进行高温熔渣气化，通过在高温热化学反应装置以前的任何部位添加高热值物质和调节这两种热化学反应装置所需要的含氧气化剂的加入量、氧气浓度的方法，使高温热化学反应装置在还原性气氛下完成高温熔渣气化，有机固废中的重金属和灰分在高温下形成熔融的炉渣，在水中被冷却成为玻璃体炉渣作为无害的建材使用，有机固废或危废中的碳、有机物以及易于形成气体的物质在高温还原性气氛下转化为含有多种成分复杂的高温煤气，通过常规公知的热回收方法回收煤气中的热量，再通过常规公知的化工方法脱除煤气中产生环境污染的化合物并将其转化为化工原料成为清洁煤气，清洁煤气在使用过程中再不会产生二噁英、氮氧化物、二氧化硫和重金属飞灰等有毒有害物质，从而实现有机固废的清洁资源化利用。主要针对环境技术领域有机固废焚烧或热解、气化后再焚烧产生的烟气中含有二氧化硫、氮氧化物、氯化氢、二噁英以及在固体炉渣和飞灰中存在二噁英和重金属等有毒有害物质，在进一步处置焚烧产物时产生大量的有机固废和危废，对环境造成严重污染和有机固废直接高温熔渣气化方法投资大、成本高的难题，发明了将有机固废首先通过低温热化学反应装置在温度低于有机固废灰熔点以下的条件下进行初步处置得到可燃的热解气、焦油和固体残渣，然后再将这些低温热化学反应装置的产物的一部分或全部产物通过气流床气固混合输送器输送到高温热化学反应装置，并生产出高温煤气和熔融的炉渣。有价值的焦油通过热解气的冷却分离或液体洗涤等化工手段分离出来并送到回收工序回收利用，没有回收价值的焦油送去高温气化，液相物质可通过加热蒸发成为蒸汽的方式进入气固混合输送器，或以单独的通道或以多元料浆的方式进入高温热化学反应器进行气化。通过调节进入低温、高温热化学反应装置所需要加入的含氧气化剂的加入量、氧气浓度和在进入高温热化学反应装置以前的任何工序加入高热值的煤炭、生物质或其他高热值物质的方法，实现高温热化学反应装置在在还原性气氛条件下完成热化学反应过程，控制高温热化学反应装置出口煤中的氧气浓度摩尔比小于0.5％至零，一氧化碳和氢气的总和占高温热化学反应炉出口煤气的摩尔比大于5％或更高，碳和有机物在高温下和气化剂反应转化为煤气，氧气在高温气化反应中几乎消耗殆尽，重金属和有机固废中的灰分在高温下成为熔融的炉渣，在水中被冷却成为玻璃体炉渣作为无害的建材使用，不再有重金属的污染。通过常规的化工方法将高温热化学反应器出口煤气中所含的氯化氢、氨和氮气、硫化氢等易于产生环境污染的化合物分离并转为氯化铵或氯化钙、氯化铵或液氨、硫磺作为化工原料，脱除氯化氢、氨和氮气、硫化氢等易于产生环境污染的化合物后的煤气成为清洁煤气，在降温和使用过程中不再会产生二噁英、石膏等有毒有害物质，实现有机固废的清洁资源化处置。固废中的硫从焚烧工艺烟气中的二氧化硫转变为本发明煤气中的硫化氢，通过栲胶脱硫、ADA脱硫等常规公知的化工脱除硫化氢的方法转化为工业原料硫磺。固废中的氮从焚烧工艺烟气中的氮氧化物转化为本发明煤气中的氮气和氨，通过水洗、精馏、蒸发等常规的化工方法获得氨、氯化铵作为化工原料或化肥。固废中卤素转化为氟化氢、氯化氢等卤化氢，通过水洗、碱洗、加入石灰等常规的化工方法从煤气中分离出来成为氯化钙以及其他卤化物，作为融雪剂或其他化工原料。固废中的重金属和灰分从焚烧工艺中的危废炉渣转变为本发明中的玻璃体炉渣而作为无害有用的建材。脱除氯化氢、氨和氮气、硫化氢等易于产生环境污染的化合物后的煤气成为清洁煤气，主要成分是一氧化碳、氢气、二氧化碳等，可用于生产化工产品，可用于生产高纯氢气作为氢能源，也可用于发电和采暖，不再有二噁英和重金属飞灰的污染问题。所述低温热化学反应装置是指反应最高温度低于所处理的物料灰熔点流动温度以下的各种热解炉、气化炉和焚烧炉，其中：热解炉是指采用外部提供的热源、不使用含氧气化剂等各种工业常用气化剂进行热化学反应的各种工业炉，包括各种旋转式热解炉、固定床热解炉、流化床热解炉和气流床热解炉等；气化炉是指通过外加含氧气化剂、水蒸气等气化剂和气化原料反应放热进行热化学反应的各种工业炉，包括各种旋转式气化炉、固定床气化炉、流化床气化炉、气流床气化炉、垃圾气化炉等；所述焚烧炉是指用于燃烧生活垃圾、工业垃圾、工业污泥、生活污泥等的各种工业焚烧炉，包括现有的链条炉、炉排炉、旋转式焚烧炉、固定床焚烧炉、流化床焚烧炉、气流床焚烧炉等各种工业焚烧炉。所述高温热化学反应装置是指反应最高温度高于所处理物料灰熔点流动温度以上的各种逆流气流床气化炉和并流气流床气化炉，其中：逆流气流床气化炉是指自热式煤气煤粉逆流气流床气化炉、多相物质内冷激气化炉等各种高温煤气和熔融的炉渣从不同的出口分别离开气化室的工业炉；并流气流床气化炉是指煤气煤粉并流气流床气化炉、多元料浆气化炉等各种高温煤气和熔融的炉渣采用同一出口离开气化室的工业炉。所述还原性气氛是指混合气体中的氧气摩尔浓度低于0.5％且一氧化碳和氢气的总和在混合气体中的摩尔浓度高于5％的气体混合物。所述高热值物质是指煤炭、天然气、石油、生物质等各种热值在3000kcal/kg以上的可燃物质。所述含氧气化剂是指空气、氧气浓度在21％～93％的富氧空气和氧气。所述气流床气固混合输送器是指化工单元操作中的气流输送固体物料的各种单元操作设备。

本方法可应用于生活垃圾、工业有机固废、有机污泥等各种含碳物质、有毒有害物质的焚烧装置的技术改造，也可以用于新建的各种有机固废的深度处置和资源化利用项目，还可用于煤气化、煤炭高效利用和清洁气化、IGCC、工业燃气和城市集中供暖等装置。

附图说明

图1是本发明的一种典型的工艺过程示意图。

具体实施方式

实施方式一：有机固废8经过处理后送到热解炉1，在热解炉1中被外来的热源加热，有机固废中的有机物进行蒸馏、裂解等热化学反应生产出热解气从热解炉的气相出口离开热解炉，有机固废中的灰分、重金属、裂解产生的炭以及未完成热解的有机固废成为热解残渣从热解炉的炉渣出口排出热解炉，从热解炉出来的热解残渣、需要外加的高热值物质17和热解气经过气流床气固混合输送器2通过烧嘴送到高温气化炉3中，和从烧嘴或气化剂通道来的水蒸气、空气或富氧空气或氧气等气化剂10混合进行高温熔渣气化反应生产出高温煤气和熔融的炉渣，熔融的炉渣被从冷激水系统送来的冷激水11冷却形成玻璃体炉渣12作为建材，高温煤气通过高温气体出口进入热回收工序4回收热量，回收热量后的煤气进入除尘工序5脱除飞灰13，然后进入水洗工序6脱除氨、氯化氢、各种卤化氢，再使用常规的化工方法获得氯化铵或氯化钙以及其他卤化物作为化工原料14。水洗后的煤气经过煤气压缩机或风机加压进入栲胶脱硫等常规脱硫工序7脱除煤气中的硫化氢，经再生获得工业硫磺15，经过脱硫后的煤气成为清洁煤气16，主要成分是一氧化碳、氢气、二氧化碳，清洁煤气可以作为化工原料生产化工产品，或用于生产高纯氢，或用于发电，或作为工业燃气，或用于燃烧采暖等，从除尘器分离出来的飞灰13再回到气流床气固混合输送器中进入高温气化炉重新气化。

为保证有机固废最终在高温还原性气氛下处置，高温气化炉所用含氧气化剂尽可能采用高浓度的富氧空气直至纯氧，或在气流床气固混合输送器中添加高热值物质，或前述两种方法同时使用。

如果热解炉渣已经达到环保和再利用要求，则只需将热解炉生产的热解气、焦油及热解气中的飞灰一起送到高温气化炉进行高温熔渣气化，后续处理工序和前述气化炉的后续处理工序相同。

实施方式二：有机固废8经过处理后送到低温气化炉1，在低温气化炉中和加入的空气或富氧空气以及水蒸气等气化剂9进行气化反应生产出粗煤气，粗煤气从低温气化炉的气相出口离开低温气化炉，有机固废中的灰分、重金属以及未完成气化的有机固废成为低温气化炉渣从低温气化炉的炉渣出口排出低温气化炉，从低温气化炉出来的粗煤气和低温气化炉渣以及需要添加的高热值物质17经过气流床气固混合输送器2混合通过烧嘴送到高温气化炉3中，和从烧嘴或气化剂通道来的水蒸气、空气或富氧空气或氧气等气化剂10混合进行高温熔渣气化反应生产出高温煤气和熔融的炉渣，熔融的炉渣被从冷激水系统送来的冷激水11冷却形成玻璃体炉渣12作为建材，从高温气化炉3出来的煤气通过高温煤气出口进入热回收工序4回收热量，回收热量后的煤气进入除尘工序5脱除飞灰13，然后进入水洗工序6脱除氨、氯化氢、各种卤化氢，再使用常规的化工手段进行回收、分离作为化工原料14。水洗后的煤气经过压缩机或风机加压进入栲胶脱硫或其他常规脱硫方法的脱硫工序7脱除煤气中的硫化氢，经再生获得工业硫磺15，经过脱硫后的煤气16成为清洁煤气。主要成分是一氧化碳、氢气、二氧化碳，清洁煤气可以作为化工原料生产化工产品，或用于生产高纯氢，或用于发电，或作为工业燃气，或用于燃烧采暖等，从除尘器分离出来的飞灰13再回到气流床气固混合输送器2中进入高温气化炉3重新气化。

为保证有机固废最终在高温还原性气氛下处置，对于有机固废热值低于1500kcal/kg采用空气气化的低温气化炉，低温气化炉需要将空气气化改为富氧空气气化，或在低温气化炉中添加高热值物质，或在气流床气固混合输送器中添加高热值物质，或三种方法同时使用。

如果气化炉渣已经达到环保和再利用要求，则只需将气化炉生产的粗煤气以及其中的飞灰一起送到高温气化炉进行高温熔渣气化，其他工序和前述气化炉的后续处理工序相同。

实施方式三：有机固废8经过常规处理后送到低温焚烧炉1，在焚烧炉中控制加入空气或富氧空气9的氧气浓度和加入量，使垃圾焚烧反应转变为气化反应生产粗煤气，粗煤气从垃圾焚烧炉的烟气出口离开焚烧炉，有机固废中的灰分、重金属以及未完成气化的有机固废成为焚烧炉渣从垃圾焚烧炉的炉渣出口排出气化炉，从垃圾焚烧炉出来的粗煤气和炉渣、需要添加的高热值物质17经过气流床气固混合输送器2混合通过烧嘴送到高温气化炉3中，和从烧嘴或气化剂通道来的水蒸气、富氧空气或氧气的等气化剂10混合进行高温熔渣气化反应，通过控制富氧空气中氧气的浓度和加入量或添加高热值物质使高温热化学反应装置处于还原性气氛下完成气化反应生产出高温煤气和熔融的炉渣，熔融的炉渣被从冷激水系统送来的冷激水11冷却形成玻璃体炉渣12作为建材，高温煤气通过高温煤气出口进入热回收工序4回收热量，回收热量后的煤气进入除尘工序5脱除飞灰13，然后进入水洗工序6脱除氨、氯化氢、各种卤化氢，再使用常规的化工手段进行分离、回收作为化工原料14，水洗后的煤气经过煤气压缩机或风机加压进入栲胶脱硫等常规脱硫工序7脱除煤气中的硫化氢，经再生工序获得工业硫磺15，经过脱硫后的煤气16成为清洁煤气，主要成分是一氧化碳、氢气、二氧化碳，清洁煤气可以作为化工原料生产化工产品，或用于生产高纯氢，或用于发电，或作为工业燃气，或用于燃烧采暖等，从除尘器分离出来的飞灰13再回到气流床气固混合输送器中进入高温气化炉3重新气化。

为保证有机固废最终在高温还原性气氛下处置，焚烧炉需要通过工艺调整，减少进入炉内的氧气量，将有机固废焚烧炉转变为有机固废气化炉，尽可能将空气改为富氧空气。对于热值低于1500kcal/kg的有机固废的处置，更需要将空气改为富氧空气，以减少粗煤气中氮气带走的热量，或在焚烧炉中添加高热值物质，提高粗煤气的热值，或在气流床气固混合输送器中添加高热值物质，或上述方法同时使用。

如果焚烧炉渣已经达到环保和再利用要求，则只需将焚烧炉生产的煤气以及其中的飞灰一起送到高温气化炉进行高温熔渣气化，后续处理工序和前述焚烧炉的后续处理工序相同。

实施方式四：对于焚烧炉改造困难的装置，焚烧炉工况基本不变，在烟气中加入高热值物质，然后再高温气化，使主要有毒有害物质在还原性气氛下进行处置。实施方式如下：

有机固废8经过常规处理后送到低温焚烧炉1，在焚烧炉中控制适当减少空气9加入量，从垃圾焚烧炉的出口出来的烟气及其重金属飞灰和从垃圾焚烧炉渣出口出来的炉渣以及经过处理的高热值物质17一起经过气流床气固混合输送器2混合通过烧嘴送到高温气化炉3中，和从烧嘴或气化剂通道来的水蒸气、空气或富氧空气或氧气的等气化剂10混合进行高温熔渣气化反应生产出高温煤气和熔融的炉渣，熔融的炉渣被从冷激水系统送来的冷激水11冷却形成玻璃体炉渣12作为建材，高温气化炉出口的煤气通过高温煤气出口进入热回收工序4回收热量，回收热量后的煤气进入除尘工序5脱除飞灰13，然后进入水洗工序6脱除氨、氯化氢、各种卤化氢，再使用常规的化工手段进行分离、回收作为化工原料14，水洗后的煤气经过煤气压缩机或风机加压进入栲胶脱硫等常规脱硫工序7脱除煤气中的硫化氢，经再生工序获得工业硫磺15，经过脱硫后的煤气16成为清洁煤气，主要成分是一氧化碳、氢气、二氧化碳，清洁煤气可以作为化工原料生产化工产品，或用于生产高纯氢，或用于发电，或作为工业燃气，或用于燃烧采暖等，从除尘器分离出来的飞灰13再回到气流床气固混合输送器2中进入高温气化炉3重新气化。

如果焚烧炉渣已经达到环保和再利用要求，则只需将焚烧炉出口的烟气和飞灰一起加入高热值物质后送到高温气化炉进行高温熔渣气化，后续处理工序和前述焚烧炉的后续处理工序相同。

Claims (4)

1.一种有机固废清洁资源化处置方法，其特征是：将有机固废首先通过低温热化学反应装置进行处置生产热解气或粗煤气、焦油和固体残渣，然后再将这些低温热化学处置的产物中的气相物质或气相和液相物质或气相和固相物质或液相和固相物质或气固液三相物质等低温热化学装置处置的产物一起通过气流床气固混合输送器混合输送到高温热化学反应装置进行高温熔渣气化，液相物质可通过加热蒸发成为蒸汽的方式进入气固混合输送器，或以单独的通道或以多元料浆的方式进入高温热化学反应器进行气化，通过分别调节低温和高温热化学反应装置所需要加入的含氧气化剂的加入量和氧气的浓度，或添加高热值的煤炭、生物质或其他高热值物质，或上述方法同时使用，实现低温热化学装置处置的产物在还原性气氛条件下完成高温热化学反应，并生产出高温煤气和熔融的炉渣，熔融的炉渣被冷激水冷却转化为玻璃体炉渣成为无害的建材，高温煤气经过热量回收后，通过常规公知的化工方法将煤气的中易于产生污染物氯化氢、氨氮、硫化氢分离出来并转化为化工原料成为清洁煤气，从而实现有机固废的清洁资源化利用，所述低温热化学反应装置是指最高反应温度低于所处理的物料灰熔点流动温度的各种热解炉、气化炉和焚烧炉，所述高温热化学反应装置是指最高反应温度高于所处理物料的灰熔点流动温度的各种逆流气流床气化炉和并流气流床气化炉，所述还原性气氛是指混合气体中的氧气摩尔浓度低于0.5％且一氧化碳和氢气的总和在混合气体中的摩尔浓度高于5％的气体混合物，所述高热值物质是指煤炭、天然气、石油、生物质等各种热值在3000kcal/kg以上的可燃物质，所述含氧气化剂是指空气、氧气浓度在21％～93％的富氧空气和氧气，所述气流床气固混合输送器是指化工单元操作中的气流输送固体物料的各种单元操作设备。

2.如权利要求1所述的有机固废清洁资源化处置方法，其特征在于，所述低温热化学反应装置包含各种空气气化炉，本发明要求将空气气化剂改为富氧空气，或在有机固废中加入高热值物质，或两种方法同时使用。

3.如权利要求1所述的有机固废清洁资源化处置方法，其特征在于，所述低温热化学反应装置包含各种焚烧炉，通过控制进入焚烧炉内的含氧气化剂中的氧气量，使有机固废焚烧炉转变为有机固废气化炉，将空气改为富氧空气，或在有机固废中加入高热值物质，或三种方法同时使用。

4.如权利要求1所述的有机固废清洁资源化处置方法，其特征在于，所述低温热化学反应装置包含各种焚烧炉，在焚烧炉出口的烟气、炉渣中加入高热值物质，然后再通过高温热化学反应装置进行高温热化学处置。