CN113757672A - 一种废轮胎热解与生活垃圾炉耦合燃烧的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废轮胎热解与生活垃圾炉耦合燃烧以控制二噁英生成，提高能源利用效率的方法。该方法将废轮胎热解过程中产生的高热值热解油、气引入生活垃圾焚烧炉中混合燃烧，优化垃圾燃烧过程，利用废轮胎热解油、气中的含硫化合物燃烧生成的二氧化硫抑制前驱物“氯气”的形成和使催化剂“铜”中毒，从而间接抑制二噁英的生成。该方法在提高燃烧效率的同时可抑制燃烧过程中二噁英的形成，提高了能源整体利用效率，同时降低生活垃圾焚烧尾气中二噁英的排放。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物处置的技术领域，具体涉及一种采用废轮胎热解产物耦合生活垃圾焚烧以优化燃烧过程、抑制垃圾焚烧过程中二噁英生成的工艺方法。
背景技术
垃圾焚烧发电技术可以实现生活垃圾的无害化、资源化、减量化处理，目前已经成为各个发达国家生活垃圾处理的主要方式。然而，目前生活垃圾燃烧发电技术存在原料热值低、垃圾量不足而导致燃烧不稳定的问题。同时，生活垃圾在焚烧过程中不可避免地会产生二次污染物，包括多环芳烃、氯化氢、二噁英等。其中，二噁英是氯化多核芳香化合物的总称，是生活垃圾焚烧过程中产生的主要污染物之一，具有很强的毒性。我国《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)规定，生活垃圾焚烧过程中二噁英的排放限值为0.1ngTEQ/m3。垃圾焚烧烟气中二噁英排放控制方法主要有三种，分别为源头控制、过程控制和末端控制，其中过程控制是指在炉内加入抑制剂或优化垃圾焚烧过程参数以抑制二噁英生成的方法，近年来收到广泛关注与研究。含硫化合物、含氮化合物和碱性化合物是三类主要的抑制剂，目前已被广泛地应用于垃圾焚烧炉中，具有优异的二噁英抑制效果。其中，含硫化合物通过抑制前驱物氯气的形成和使催化剂铜中毒的途径，间接抑制了二噁英的生成，从而降低了尾气中二噁英的浓度。
废旧轮胎属于高分子热固性聚合物，主要由碳、氢两种元素组成，并含有少量氧、氮、硫等元素，其分子结构稳定、难以自然降解，原料组成复杂、往往含有多种添加剂，具有很强的抗热、抗生物、抗机械性，直接焚烧会释放出大量的有毒致癌污染物，严重污染大气。在众多废轮胎处理方法中，热解技术被认为是资源化利用程度最高、环境污染小、可持续性最强的处理方法。废轮胎热解是指惰性气氛下通过加热的方式破坏橡胶的交联结构和化学键，将其分解成可燃气、热解油及热解炭和钢丝等产品的过程。热解所得的三相产物均有不同程度的利用价值，其中热解气的主要成分为氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯和硫化氢等小分子气体，热解油主要成分为碳氢化合物及少量含硫氮的化合物，二者均具有高热值，是良好的燃料。
通过将废轮胎裂解产物送往垃圾焚烧炉与生活垃圾耦合燃烧的方法，可回收利用热解产物中的能量，解决富余裂解产物无法利用造成能源资源浪费的问题，同时热解气及热解油中的含硫化合物可作为二噁英抑制剂，有效抑制生活垃圾焚烧过程中二噁英的形成。
发明内容
本发明的目的是提供一种废轮胎热解与生活垃圾炉耦合焚烧的工艺方法。该方法在解决废轮胎热解过程中产能过剩问题的同时，也为垃圾焚烧过程中二噁英的控制提供了新方法，具有广阔的应用前景。
发明原理描述：
(1)耦合燃烧以优化燃烧过程原理：目前垃圾焚烧过程中存在垃圾量不足、垃圾热值低而导致燃烧不稳定的问题；而废轮胎热解技术存在产能过剩，产物无法利用的问题。由于废轮胎热解气及热解油具有高热值，将其引入垃圾炉进行燃烧，可提供一部分热量，解决生活垃圾热值低的问题，以提高垃圾焚烧炉的燃烧效率，从而提高发电产出。
(2)耦合燃烧以抑制二噁英生成原理：在垃圾焚烧过程中，低温异相催化反应被认为是二噁英生成的主要来源。该催化反应有两个关键因素，分别为前驱物“氯气”和催化剂“二价铜”。硫在二噁英生成过程中起的作用有两方面：第一，硫燃烧生成的二氧化硫可与氯气、水反应生成氯化氢，从而减少氯化作用，抑制二噁英的生成；第二，二氧化硫可使催化剂铜中毒，即与铜反应生成活性较小的硫酸铜，从而降低铜的催化活性，间接抑制二噁英的生成。硫化是轮胎制造过程中必不可少的步骤之一，其目的是形成分子间的交联结构，强化轮胎性能。废轮胎在热解反应后，部分硫元素进入热解气及热解油中。在热解油、气与生活垃圾混烧过程中，含硫化合物燃烧生成的二氧化硫可有效抑制二噁英的生成。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
(1)在隔绝空气的惰性气氛环境中，将废轮胎颗粒连续送入热解炉中进行热解，热解反应后得到热解炭黑、热解油及热解气三种产物。热解炭由重力作用落入收集袋中，热解油通过冷凝装置冷凝后收集，热解气通过抽气泵抽出热解装置，实现三相产物的分离。
(2)将废轮胎热解得到的热解油及热解气引入垃圾焚烧炉中，与生活垃圾混合燃烧，热量以高参数蒸汽的方式输出，进行高效发电。废轮胎热解产物与生活垃圾燃烧产生的尾气一同集中处置，以减少废气排放。
本发明的技术方案利用废轮胎热解产生的热解油、气与生活垃圾耦合燃烧发电，具有独特优势：一方面，废轮胎热解产物具有高热值，其与生活垃圾混合燃烧可优化燃烧过程，提高垃圾炉的燃烧效率，提高垃圾焚烧炉的发电产出；另一方面，废轮胎热解产物中含有一定量的含硫化合物，其与生活垃圾混合燃烧可有效抑制尾气中二噁英的形成。
优选的方案，所述废轮胎热解炉结构采用推进式的螺杆装置，可实现废轮胎的高效连续热解。
优选的方案，所述废轮胎热解温度选择500℃，该热解温度下可实现废轮胎的完全热解，获得高品质热解气，同时避免温度过高而浪费能耗。
优选的方案，所述焚烧炉类型选择炉排炉，该炉型为目前常用的生活垃圾焚烧炉型，可与废轮胎热解气良好耦合进行燃烧。
优选的方案，所述热解气和热解油分别通过二次风机及炉膛后墙引入炉排炉进行混合燃烧。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
(1)本发明解决了废轮胎热解富余的热解产物无法利用造成能源资源浪费的问题，实现能源的梯级利用，提高了能源的整体利用效率。
(2)本发明耦合了废轮胎热解产物和生活垃圾的燃烧，利用热解产物中的含硫化合物抑制生活垃圾焚烧过程中二噁英的生成，降低尾气中二噁英的排放。
附图说明
图1为本发明废轮胎热解与垃炉耦合燃烧的工艺流程图。
图中序号说明：1进料斗；2热解炉；3料仓；4循环油罐；5冷却风机；6一级换热器；7集油罐；8循环油泵；9二级换热器；10稳压罐；11热解油；12热解气；13吊机；14一次风机；15二次风机；16炉排；17炉膛后墙；18水冷壁；19废轮胎热解系统；20垃圾焚烧炉系统。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步描述：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例
将废轮胎破碎至颗粒粒径小于1厘米，通过进料斗1连续送入热解炉2中进行热解，热解炉2的温度设定为500℃。热解完成后，热解炭黑落入料仓3中收集；热解挥发分经过一级换热器6和二级换热器9后被冷凝，冷凝下的热解油11收集于集油罐7中，通过炉膛后墙17送入垃圾焚烧炉中混合燃烧；热解气12被抽气泵抽出热解系统，储存于稳压罐10中，并通过二次风机15送入垃圾焚烧炉中混合燃烧。为了实现生活垃圾焚烧炉的污染物控制及稳定运行，入炉热解气和热解油的量随入炉垃圾量及其热值而变化。当入炉垃圾量减少或垃圾热值降低时，增加投入的热解气和热解油补燃；当入炉垃圾量增加或垃圾热值提高时，减少投入的热解油和热解气，使垃圾焚烧炉保持稳定高效运行。
该工艺中，热解气中的硫以硫化氢的形式存在，热解油中的硫以硫醚、噻吩等有机物的形式存在，完全燃烧后均生成二氧化硫。
二氧化硫在垃圾焚烧过程中发生以下两种反应：
反应(1)将氯气转化为氯化氢，而氯气是生成二噁英的重要前驱物之一，该反应通过减少氯气的含量间接抑制了二噁英的生成；反应(2)将催化活性高的氧化铜转化为活性较低的硫酸铜，通过使催化剂中毒的方式间接抑制了二噁英的形成。
Claims (8)
1.一种废轮胎热解与生活垃圾炉耦合燃烧以优化燃烧过程、抑制垃圾焚烧二噁英生成的工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)在隔绝空气的惰性气氛环境中，将废轮胎颗粒连续送入热解炉中进行热解，热解反应后得到热解炭黑、热解油及热解气三种产物。热解炭由重力作用落入收集袋中，热解油通过冷凝装置冷凝后收集，热解气通过抽气泵抽出热解装置，实现三相产物的分离。
(2)将废轮胎热解得到的热解油及热解气引入垃圾焚烧炉中，与生活垃圾混合燃烧，利用热解油气中的硫抑制垃圾焚烧过程中二噁英的生成，产生的热量以高参数蒸汽的方式输出，进行高效发电。废轮胎热解产物与生活垃圾燃烧产生的尾气一同集中处置，以减少污染物排放。
2.根据权利要求1所述的废轮胎热解与生活垃圾炉耦合燃烧的工艺方法，其特征在于：所述热解装置为中空螺杆驱动，内外同时加热。
3.根据权利要求1所述的废轮胎热解与生活垃圾炉耦合燃烧的工艺方法，其特征在于：所述热解温度为500℃。
4.根据权利要求1所述的废轮胎热解与生活垃圾炉耦合燃烧的工艺方法，其特征在于：所述垃圾焚烧炉类型为炉排炉。
5.根据权利要求1所述的废轮胎热解与生活垃圾炉耦合燃烧的工艺方法，其特征在于：所述含热解气和热解油分别通过二次风机及炉膛后墙引入炉排炉进行混合燃烧。
6.根据权利要求1所述的废轮胎热解与生活垃圾炉耦合燃烧的工艺方法，其特征在于：所述含硫化合物为无机物硫化氢及有机物硫醚、噻吩等。
7.根据权利要求1所述的废轮胎热解与生活垃圾炉耦合燃烧的工艺方法，其特征在于：所述二氧化硫抑制二噁英生成的前驱物“氯气”生成的反应机理为：
8.根据权利要求1所述的废轮胎热解与生活垃圾炉耦合燃烧的工艺方法，其特征在于：所述二氧化硫使二噁英生成催化剂“铜”中毒的反应机理为：
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|---|---|---|---|---|
| TWI840236B (zh) | 2023-05-29 | 2024-04-21 | 劉杉浦 | 直接應用垃圾焚化產生熱能源提供給裂解廢輪胎燃料之處理系統 |
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