CN115044622A - 一种工业有机固体废弃物综合利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工业有机固体废弃物综合利用方法，属于工业有机固体废弃物综合利用技术领域。技术方案是：将低温裂解废弃物进入低温裂解釜进行裂解，温度200‑450℃，高温裂解废弃物进入高温裂解釜进行裂解，温度500‑700℃；低温裂解炉和高温裂解炉产生的裂解气一起进入气体裂解釜进行超高温裂解，温度1000‑1200℃，产生的高温裂解气除尘、降温、加压后进入厌氧发酵罐参与发酵，用裂解气提高甲烷浓度，提纯沼气。本发明对工业有机固体废弃物进行分类处理，精准裂解，节能环保，采用最高1200℃的高温裂解，避免了低温裂解时产生二噁英等污染环境的物质，保护环境，保护人类健康，提高沼气热值，达到生物天然气水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业有机固体废弃物综合利用方法，属于工业有机固体废弃物综合利用技术领域。
背景技术
随着工业、农业的发展和人类生活水平提高，产生的固体废弃物越来越多。其中，工业有机固体废弃物占有比例较高，例如：废弃塑料、废弃橡胶、纺织碎料、中成药厂的药渣等。处理这些废物一般方法是填埋、焚烧、裂解。如果只是简单的填埋，会滋生大量致病菌、产生高浓度渗滤液，影响人类健康、造成环境污染。焚烧会产生大量有害物质，例如废弃塑料和轮胎都含有碳、氢、氧、氯，在燃烧烟气温度在400-600℃时会产生二噁英，二噁英是一种严重的致癌物质。裂解是当今普遍认可的有机固体废物无害化处理的有效方法。但目前的一些裂解设备还存在污染无法解决、耗能高、安全隐患多等问题。
自然环境下厌氧发酵产生的沼气一般甲烷含量在60%左右，提高甲烷含量可以产生热值更高的沼气，但是，目前的吸收法、低温冷凝法、膜分离法还存在成本高、技术不成熟等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种工业有机固体废弃物综合利用方法，对工业有机固体废弃物进行分类处理，精准裂解，节能环保，采用最高1200℃的高温裂解，避免了低温裂解时产生二噁英等污染环境的物质，保护环境，保护人类健康，用裂解气提高沼气中的甲烷含量，提高沼气热值，达到生物天然气水平，解决已有技术存在的上述技术问题。
本发明的技术方案是：
一种工业有机固体废弃物综合利用方法，对工业有机固体废弃物预先处理，切碎后测试其裂解温度和裂解时间，分为两类：裂解温度在450℃以下的为低温裂解废弃物，裂解温度大于等于450℃的为高温裂解废弃物；将低温裂解废弃物进入低温裂解釜进行裂解，温度200-450℃，高温裂解废弃物进入高温裂解釜进行裂解，温度500-700℃；根据测试的裂解时间，确定低温裂解废弃物在低温裂解釜中驻留时间达到其测试的裂解时间，确定高温裂解废弃物在高温裂解釜中驻留时间达到其测试的裂解时间；低温裂解釜和高温裂解釜产生的裂解气一起进入气体裂解釜进行超高温裂解，温度1000-1200℃，产生的裂解气通过除尘、降温、加压后进入厌氧发酵罐参与发酵，用裂解气给厌氧发酵罐内的噬氢产甲烷菌提供氢气，噬氢产甲烷菌吸收氢气和沼气中的二氧化碳合成甲烷和水，降低沼气中二氧化浓度，提高甲烷浓度，提纯沼气。提纯后的沼气含甲烷浓度可达85%以上。
利用畜禽粪污厌氧发酵生产沼气和有机肥是成熟的已有技术。厌氧发酵产生沼气的生化反应过程是：首先有机物被酸化细菌分解成有机酸、氢气和二氧化碳；然后有机酸被嗜酸产甲烷菌分解为甲烷和水；氢气和二氧化碳被噬氢产甲烷菌合成甲烷和水。但是，自然厌氧发酵中二氧化碳含量高达40%，氢气的含量不到1%，沼气质量不高。
本发明对需要处理的工业有机固废预先分类、切碎成粒径10mm的颗粒，预先测试其裂解温度和裂解时间，根据测试结果决定使用低温裂解釜还是高温裂解釜，根据测试结果决定裂解的时间，确定在裂解釜的驻留时间。气体裂解釜的裂解温度最高达到1200℃，所有低温、高温裂解出来的气体被再次裂解，成为小分子气体和碳粉，气体主要成份是H2 ，占体积分数的85%以上，其余是CO、CO2、CH4和少量的HCl、H2S，不含大分子成份，如致癌物质二噁英等，HCl、H2S可使用专用设备除去。
本发明具体实施步骤：
所述工业有机固体废弃物，切碎成粒径为10mm的颗粒。
所述裂解气快速通过气体裂解釜，在气体裂解釜驻留时间为0.5秒，使裂解气化气体再次裂解为小分子气体，除去焦油等大分子可冷凝气体，提高气体收得率。
所述气体裂解釜产生的高温裂解气，通过旋风除尘器进行除尘，通过吸收塔进行去除HCl的净化处理，经冷却塔冷却后，加压机加压输入到厌氧发酵罐底部。
所述低温裂解釜、高温裂解釜和气体裂解釜，产生的剩余物为炭渣，排放到炭渣收集槽中。
所述冷却塔的余热用于保持厌氧发酵罐的温度为38℃。
所述厌氧发酵罐出料到干湿分离机，分离出的沼液做液体有机肥，分离出沼渣做固体有机肥。
本发明有益效果：对工业有机固体废弃物进行分类处理，精准裂解，节能环保，采用最高1200℃的高温裂解，避免了低温裂解时产生二噁英等污染环境的物质，保护环境，保护人类健康，用裂解气提高沼气中的甲烷含量，提高沼气热值，达到生物天然气水平。
附图说明
图1为本发明实施例系统示意图；
图中：原料预处理1、原料分类2、低温裂解釜3、高温裂解釜4、气体裂解釜5、旋风除尘器6、炭渣收集槽7、HCl吸收塔8、冷却塔9、废水处理系统10、加压机11、预处理池12、厌氧发酵罐13、搅拌泵14、气囊15、脱硫系统16、干湿分离机17、好氧池18。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
一种工业有机固体废弃物综合利用方法，对工业有机固体废弃物预先处理，切碎后测试其裂解温度和裂解时间，分为两类：裂解温度在450℃以下的为低温裂解废弃物，裂解温度大于等于450℃的为高温裂解废弃物；将低温裂解废弃物进入低温裂解釜3进行裂解，温度200-450℃，高温裂解废弃物进入高温裂解釜4进行裂解，温度500-700℃；根据测试的裂解时间，确定低温裂解废弃物在低温裂解釜3中驻留时间达到其测试的裂解时间，确定高温裂解废弃物在高温裂解釜4中驻留时间达到其测试的裂解时间；低温裂解釜3和高温裂解釜4产生的裂解气一起进入气体裂解釜5进行超高温裂解，温度1000-1200℃，产生的裂解气通过除尘、降温、加压后进入厌氧发酵罐13参与发酵，用裂解气给厌氧发酵罐13内的噬氢产甲烷菌提供氢气，噬氢产甲烷菌吸收氢气和沼气中的二氧化碳合成甲烷和水，降低沼气中二氧化浓度，提高甲烷浓度，提纯沼气。提纯后的沼气含甲烷浓度可达85%以上。
所述工业有机固体废弃物，切碎成粒径为10mm的颗粒。
所述裂解气快速通过气体裂解釜5，在气体裂解釜5驻留时间为0.5秒，使裂解气再次裂解为小分子气体，除去焦油等大分子可冷凝气体，提高气体收得率。
所述气体裂解釜5产生的高温裂解气，通过旋风除尘器6进行除尘，通过吸收塔进行去除HCl的净化处理，经冷却塔9冷却后，加压机11加压输入到厌氧发酵罐13底部。
所述低温裂解釜3、高温裂解釜4和气体裂解釜5，产生的剩余物为炭渣，排放到炭渣收集槽7中。
所述冷却塔9的余热用于保持厌氧发酵罐13的温度为38℃。
所述厌氧发酵罐13出料到干湿分离机17，分离出的沼液做液体有机肥，分离出沼渣做固体有机肥。
在实施例中，各设备选型如下：
低温裂解釜3：容积2m3，不锈钢制成，中间有保温层，设计最高450℃，40kW电加热，工作压力10kPa，隔绝空气。
高温裂解釜4：容积2m3，不锈钢制成，中间有保温层，设计最高700℃，50kW电加热。工作压力10kPa，隔绝空气。
气体裂解釜5：容积0.5m3 ，不锈钢制成，内衬陶瓷内胆，高压电极加热10kW。设计最高1200℃。 工作压力10kPa，隔绝空气。
旋风除尘器6、炭渣收集槽7、加压机11、厌氧发酵罐13、搅拌泵14、气囊15、干湿分离机17向设备厂家定制。
预处理池12：水泥结构，长8m，宽4m，深2.5m。土建施工单位完成。
好氧池18：水泥结构，长8m，宽4m，深1.5m。土建施工单位完成。
HCl吸收塔8、废水处理系统10、脱硫系统16：向环保设备厂定制。
实施例中的具体工艺：
工业有机固体废物进行原料预处理1：工业有机固体废物首先除去铁、铝的金属杂质；按主要成份，如塑料、橡胶、化纤等分类存放；待生产时，切碎成粒径10mm颗粒。
原料分类2：对相同的原料取样分析，在第一次裂解时测定裂解气化温度和持续时间，根据实验结果确定使用低温裂解釜3或高温裂解釜4。
低温裂解釜3：最高温度在450℃，适合裂解：橡胶废物和部分化纤废物。
高温裂解釜4：最高温度在700℃，适合裂解：塑料废物和部分化纤废物。
低温裂解釜3或高温裂解釜4均采用电加热方式，原料加入裂解釜后，封闭进口，隔绝空气，缓慢升温。随着低温裂解釜3或高温裂解釜4温度的升高裂解开始，产生裂解气，低温裂解釜3或高温裂解釜4压力升高，当压力达到10kPa时，裂解气体进入气体裂解釜5。裂解气成份是大分子碳氢化合物和少量CH4、CO2，裂解完成后炭渣倒入炭渣收集槽7中。
气体裂解釜5：由高压电极加热，在0.5秒内把裂解气加热到1200℃，将裂解气中几乎所有碳氢化合物裂解为小分子气体：CO、CO2、CH4、H2以及少量HCl气体以及少量碳粉。裂解完成后，碳粉倒入炭渣收集槽7中。
裂解后的小分子气体经旋风除尘器6除去裂解时产生的炭粉，碳粉倒入炭渣收集槽7中。然后进入HCl吸收塔8，在HCl吸收塔8中除去HCl，以免对后续设备腐蚀。气体进入冷却塔9，产生的废水进入废水处理系统10，经处理后循环使用。
气体经过冷却塔9降温到60℃，进入加压机11，冷却塔9的余热分别给预处理池12和厌氧发酵罐13加热。
气体经加压机11加压至 1 MPa，从厌氧发酵罐13底部压入厌氧发酵罐13内。
人畜禽粪污在预处理池12内，用沼液、水配比成含固率12%左右的浆料，与裂解气一起输送到厌氧发酵罐13底部。
搅拌泵14从厌氧发酵罐13底部抽取发酵浆料，从顶部气囊15抽取沼气混合打入厌氧发酵罐13中部，实现发酵浆料的搅拌。参与混合搅拌的还有裂解气，裂解气中含有大量氢气，因此，厌氧发酵罐13中除了产甲烷菌消化有机物产生甲烷的生化反应外，还存在噬氢菌合成甲烷的如下反应：
3H2+CO=CH4+H2O
4H2+CO2=CH4+2H2O
发酵产生的沼气储存到厌氧发酵罐13顶部的气囊15中，气囊15中的气体经脱硫供用户使用。
发酵剩余物经干湿分离机17，沼渣可作为固体有机肥销售；沼液大部分返回预处理池12用作稀释剂，少部分可作为液体有机肥销售。
低温裂解釜3、高温裂解釜4、气体裂解釜5和旋风除尘器6排出的炭渣主要成份是活性炭，进入炭渣收集槽7中，可作为土壤改良剂。
Claims (7)
1.一种工业有机固体废弃物综合利用方法，其特征在于：对工业有机固体废弃物预先处理，切碎后测试其裂解温度和裂解时间，分为两类：裂解温度在450℃以下的为低温裂解废弃物，裂解温度大于等于450℃的为高温裂解废弃物；将低温裂解废弃物进入低温裂解釜（3）进行裂解，温度200-450℃，高温裂解废弃物进入高温裂解釜（4）进行裂解，温度500-700℃；根据测试的裂解时间，确定低温裂解废弃物在低温裂解釜（3）中驻留时间达到其测试的裂解时间，确定高温裂解废弃物在高温裂解釜（4）中驻留时间达到其测试的裂解时间；低温裂解炉和高温裂解炉产生的裂解气一起进入气体裂解釜（5）进行超高温裂解，温度1000-1200℃，产生的裂解气通过除尘、降温、加压后进入厌氧发酵罐（13）参与发酵，用裂解气给厌氧发酵罐（13）内的噬氢产甲烷菌提供氢气，噬氢产甲烷菌吸收氢气和沼气中的二氧化碳合成甲烷和水，降低沼气中二氧化浓度，提高甲烷浓度，提纯沼气。
2.根据权利要求1所述的一种工业有机固体废弃物综合利用方法，其特征在于：所述裂解气快速通过气体裂解釜（5），在气体裂解釜（5）驻留时间为0.5S。
3.根据权利要求1或2所述的一种工业有机固体废弃物综合利用方法，其特征在于：所述工业有机固体废弃物，切碎成粒径为10mm的颗粒。
4.根据权利要求1或2所述的一种工业有机固体废弃物综合利用方法，其特征在于：所述气体裂解釜（5）产生的高温裂解气，通过旋风除尘器（6）进行除尘，通过吸收塔进行去除HCl的净化处理，经冷却塔（9）冷却后，加压机（11）加压输入到厌氧发酵罐（13）底部。
5.根据权利要求1或2所述的一种工业有机固体废弃物综合利用方法，其特征在于：所述低温裂解釜（3）、高温裂解釜（4）和气体裂解釜（5），产生的剩余物为炭渣，排放到炭渣收集槽（7）中。
6.根据权利要求4所述的一种工业有机固体废弃物综合利用方法，其特征在于：所述冷却塔（9）的余热用于保持厌氧发酵罐（13）的温度为38℃。
7.根据权利要求1或2所述的一种工业有机固体废弃物综合利用方法，其特征在于：所述厌氧发酵罐（13）出料到干湿分离机（17），分离出的沼液做液体有机肥，分离出沼渣做固体有机肥。
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