CN106190334A - 具有内置除尘装置的有机垃圾催化热解气化的***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有内置除尘装置的有机垃圾催化热解气化的***和方法。本发明的***包括反应器、旋风分离器、一级换热器，反应器中产生的热解油气进入旋风分离器，产生的热解炭进入一级换热器；反应器中具有沿高度方向布置的隔板，将反应器分隔为热解区和除尘区，且两区域底部相通，热解区顶部有催化剂喷入装置，反应器具有相对布置的侧壁a和侧壁a＇，其中，除尘区包括相对布置的侧壁a和隔板，并且，在侧壁a和隔板上布置有多个斜板，斜板具有端部b和端部b＇，其中端部b固定在隔板或侧壁a上，端部b＇悬空，两个相邻的斜板的端部b分别固定在隔板和侧壁a上，使得两个相邻的斜板交叉设置。本发明处理规模大，能源利用效率高，除尘效果显著。

Description

具有内置除尘装置的有机垃圾催化热解气化的***和方法
技术领域
本发明涉及化工领域，尤其涉及一种具有内置除尘装置的有机垃圾催化热解气化的***和方法。
背景技术
随着生活水平的不断提高，生活垃圾的产量也与之俱增，垃圾处理已经成为了一个亟待解决的问题。
目前，有机垃圾的处理方式主要以焚烧、堆肥、填埋、回收利用等为主。其中，垃圾焚烧会产生剧毒物二噁英，二噁英去除成本极高，焚烧法不仅造成一定的环境和健康问题，还造成一定的经济损失；垃圾堆肥主要适用于餐厨垃圾，由于我国垃圾未进行分类，并且垃圾堆肥处理时间较长，只能缓解垃圾问题；垃圾填埋会改变土壤性质，产生地热，进而导致土壤无法生长植物。
将有机垃圾进行热解处理，是实现有机垃圾资源化、无害化、减量化最有效的方式，同时还无二噁英产生，具有一定的经济效益。然而，目前垃圾热解技术普遍存在处理量低、含尘量高、能耗高的问题。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明旨在提供一种具有内置除尘装置的有机垃圾催化热解气化的***和方法。该***及方法可有效提取有机垃圾中的能源物质，并降低热解产物的含尘量，具有较高的能源利用效率。
本发明公开了一种具有内置除尘装置的有机垃圾催化热解气化的***，所述***包括：反应器、旋风分离器、一级换热器；
所述反应器具有有机垃圾入口、热解气出口、热解炭出口；
所述旋风分离器具有热解气入口，该热解气入口用于接收由所述反应器的热解气出口排出的热解气；
所述一级换热器具有热解炭入口，该热解炭入口用于接收由所述反应器的热解炭出口排出的热解炭；
其中，所述反应器中具有沿所述反应器高度方向布置的隔板，所述隔板将所述反应器分隔为热解区和除尘区；所述热解区和所述除尘区底部相通；
所述热解区顶部设置有催化剂喷入装置；
所述反应器具有相对布置的侧壁a和侧壁a＇，其中，所述除尘区包括相对布置的所述侧壁a和所述隔板；并且，在所述侧壁a和所述隔板上布置有多个斜板；
所述斜板具有端部b和端部b＇，其中端部b固定在所述隔板或所述侧壁a上，端部b＇悬空；两个相邻的斜板的端部b分别固定在所述隔板和所述侧壁a上，使得所述两个相邻的斜板交叉设置。
进一步的，所述反应器中的斜板与水平方向的夹角为45°～75°。
进一步的，所述斜板在水平方向的投影为所述除尘区宽度的4/5～9/10；
所述斜板的端部b＇与相对侧的所述隔板或所述侧壁a的垂直距离为所述除尘区宽度的1/10～1/5。
进一步的，所述两个相邻的斜板之间的夹角为30°～90°。
进一步的，所述除尘区横截面积为所述热解区横截面积的1/32～1/4。
上述的***中，所述隔板的下部设置有料位计；所述料位计与所述隔板下端的垂直距离为100～500㎜；
所述催化剂喷入装置的上部设置有进料螺旋；所述进料螺旋与所述催化剂喷入装置的垂直距离为200～500㎜；
所述热解区中自上而下设置有辐射管；所述辐射管与燃气入口和烟气出口连接。
上述的***中，进一步包括热解气单元、热解炭单元、烟气单元；
所述热解气单元包括依次连接的反应器、旋风分离器、二级换热器、二级干燥器、净化装置、气柜、燃气进口；
所述热解炭单元包括依次连接的反应器、一级换热器、熄焦室；
所述烟气单元包括依次连接的反应器、一级换热器、二级换热器、一级干燥器。
本发明还公开了一种利用上述***处理有机垃圾的方法，所述方法包括以下步骤：
将有机垃圾经由所述有机垃圾入口运送至所述反应器中，同时启动所述催化剂喷入装置，进行催化热解反应得到高温热解炭和热解气，所述热解气进入所述除尘区进行除尘，得到初步除尘的热解气；
所述初步除尘的热解气经过所述热解气单元处理后，得到除尘热解气；
所述高温热解炭经过所述热解炭单元处理后，得到低温热解炭。
上述处理有机垃圾的方法中，所述有机垃圾的粒径为0.1～10㎜；
所述催化剂喷入装置向所述热解区中喷入的催化剂为CaO、MgO、Na2CO3、K2CO3中的一种或几种；
所述喷入的催化剂占所述有机垃圾的百分比为5wt％～20wt％。
上述处理有机垃圾的方法中，所述高温热解炭的温度为500～800℃；所述低温热解炭的温度为200～350℃。
本发明的***和方法可有效提取有机垃圾中的能源物质，采用内置除尘装置，可有效降低热解气的含尘量，大大简化了后续处理工序。本发明可利用***内部显热，对有机垃圾进行干燥处理，能源利用效率高。
催化剂喷入装置可在向反应器中喷入催化剂与有机垃圾均匀混合的同时，帮助有机垃圾实现均匀布料。
本发明处理规模大，有利于工业应用。
附图说明
图1是本发明实施例中具有内置除尘装置的有机垃圾催化热解气化的***流程示意图。
图2是本发明实施例中热解反应器的装置示意图。
附图中的附图标记如下：
1、一级回转窑干燥器；
2、二级回转窑干燥器；
3、料仓；
4、进料螺旋；
5、热解反应器；5a、热解区；5b、除尘区；5-1、辐射管；5-2、燃气进口；5-3、热解气出口；5-4、斜板；5-5、隔板；5-6、烟气出口；5-7、料位计；
6、催化剂喷入装置；
7、旋风旋风分离器；
8、灰室；
9、出料螺旋；
10、一级换热器；
11、二级换热器；
12、熄焦室；
13、净化装置；
14、气柜。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
根据图1所示的流程示意图，可以将本发明具有内置除尘装置的有机垃圾催化热解气化的***分为三个单元：热解气单元、热解炭单元、烟气单元。
以下分别结合该三个单元的流程图对本发明的***和方法进行详细的介绍。
①热解气单元包括依次连接的反应器、旋风分离器、二级换热器、二级干燥器、净化装置、气柜、燃气进口。
本发明实施例中，上述装置分别为热解反应器5、旋风分离器7、二级换热器11、二级回转窑干燥器2、净化装置13、气柜14、燃气进口5-2。
ⅰ本文首先对热解反应器5进行了介绍：
由图2可见，热解反应器5为方形立式结构，并且顶部和底部的主视剖面图均为梯形。
热解反应器5中设置有隔板5-5，其沿反应器的高度方向布置，将反应器纵向分隔为两个区域：热解区5a和除尘区5b。并且，热解区5a和除尘区5b的底部是连通的。
本发明实施例的反应器中具有侧壁a和侧壁a＇。并且，侧壁a和侧壁a＇相对布置，侧壁a和隔板5-5相对布置，隔板5-5和侧壁a＇也相对布置。即在本发明的方形立式反应器中，侧壁a、隔板5-5、侧壁a＇相互平行。
并且，除尘区5b包括侧壁a和隔板5-5，热解区5a包括隔板5-5和侧壁a＇。
在除尘区5b的侧壁a和隔板5-5上，自下而上均匀布置有多个斜板5-4。其在侧壁a和隔板5-5上的数量分别为m和n。此处，m和n所代表的数值可以相同也可以不同。
每个斜板5-4都有两个端部，分别命名为端部b和端部b＇。其中，端部b固定在侧壁a或隔板5-5上，端部b＇悬空在除尘区5b中。并且，当斜板5-4的端部b固定在侧壁a上时，其相邻的斜板5-4的端部b均固定在隔板5-5上，使得每两个相邻的斜板5-4呈现交叉设置的方式。
本发明实施例中，除尘区5b的宽度为W，除尘区5b横截面积为热解区5a横截面积的1/32～1/4。
本实施例中，斜板5-4与水平方向的夹角均为45°～75°。并且，斜板5-4在水平方向的投影均为4/5W～9/10W。
斜板5-4的端部b＇与相对侧的隔板5-5或侧壁a的垂直距离为1/10W～1/5W。
每两个相邻的斜板5-4之间的夹角的范围均为30°～90°。
在侧壁a上布置的最上端的斜板5-4之上，设置有热解油气出口5-3。
热解区5a中设置有多个辐射管5-1，其在热解区5a中自上而下分层分布。辐射管5-1的两端分别与燃气进口5-2和烟气出口5-6连接，并且燃气进口5-2设置在热解区5a一侧，而烟气出口5-6设置在除尘区5b一侧，且位于底部。
本发明实施例中，热解反应器5包括料仓3、进料螺旋4、催化剂喷入装置6。其中催化剂喷入装置6位于热解区5a的顶部。进料螺旋4位于催化剂喷入装置6的正上方、料仓3的下端，与有机垃圾入口连接。进料螺旋4与催化剂喷入装置6之间的垂直距离为200～500㎜。同时，料仓3依次与二级回转窑干燥器2、一级回转窑干燥器1连接。
热解区5a底部的梯形部分设置有料位计5-7，其与隔板5-5下端的垂直距离H为100～500㎜。料位计5-7下部设置有出料螺旋9，出料螺旋9与热解反应器5底部的热解炭出口连接。并且，烟气出口5-6位于出料螺旋9之上。
ⅱ热解反应器5中进行的热解反应过程如下：
有机垃圾原料的粒径为0.1～10㎜，并且含水率低于50％，将其依次运送至一级回转窑干燥器1、二级回转窑干燥器2中，进行干燥至含水率低于15％。然后将干燥后的有机垃圾运送至料仓3中，在进料螺旋4的作用下通过有机垃圾入口输送至热解区5a中，其中辐射管的温度为650～800℃。同时，开启催化剂喷入装置6，向热解区5a中喷入催化剂。有机垃圾进行催化热解气化反应，得到高温热解炭和热解气。
本发明实施例中，由催化剂喷入装置6向热解区5a中喷入的催化剂为CaO、MgO、Na2CO3、K2CO3中的一种或几种。并且催化剂的量占有机垃圾的百分比为5wt％～20wt％(wt％为质量百分比)。催化剂采用喷入的方式，可以实现催化剂与有机垃圾的均匀混合。并且，可以帮助有机垃圾在经由进料螺旋4下落时，实现在热解区5a中的均匀布料。
热解气的温度为450～550℃，其经热解区5a和除尘区5b底部相通的位置经由热解区5a运行至除尘区5b中。热解气不断的与除尘区5b中的斜板5-4发生碰撞，其中的粉尘就会降落至热解反应器5底部，从而可对热解气进行初步的除尘。
热解反应器5中内置的除尘区5b对热解气的除尘效率≥85wt％。
初步除尘的热解气经由热解气出口5-3排出，并运送至旋风分离器7中，进行进一步的分离除尘。沉积在底部的粉尘排出至灰室8中。
上层除尘后的热解气经由旋风分离器7上部的出气口排出至二级换热器11中，与其中的烟气进行换热。
换热后的热解气经由二级换热器11的出气口被运送至二级回转窑干燥器2中，对其中的有机垃圾原料进行二级干燥。同时，有机垃圾原料还可以对热解气进行过滤处理。
然后，热解气由二级回转窑干燥器2的出气口被运送至净化装置13中。净化后的热解气储存在气柜14中，可经由燃气进口5-2被运送至辐射管5-1中，为热解反应器5提供热量。
由于热解气温度较高并且具有腐蚀性，因此，斜板5-4的材料选择的是耐高温且耐腐蚀的不锈钢。同时，隔板5-5是由耐热且易传热的不锈钢材料制作而成的，使得热解区5a的热量可以传递到除尘区5b中，避免热解气在除尘区5b中冷凝。
②热解炭单元包括依次连接的反应器、一级换热器、熄焦室。
本发明实施例中，上述各装置分别为热解反应器5、一级换热器10、熄焦室12。
上述①中热解反应得到的高温热解炭温度为500～800℃，随着热解反应的进行逐渐堆至热解反应器5底部。当堆积的高温热解炭高度达到料位计5-7上部时，启动出料螺旋9；直到高温热解炭高度降低至料位计5-7下部时，关闭出料螺旋9，停止出料。
高温热解炭经由出料螺旋9出料后，被运送至一级换热器10中，并且与其中的低温烟气进行换热，导致高温热解炭温度降低，得到200～350℃的低温热解炭，然后储存在熄焦室12中。
③烟气单元包括依次连接的反应器、一级换热器、二级干燥器、一级干燥器。
本发明实施例中，上述装置分别为热解反应器5、一级换热器10、二级换热器11、一级回转窑干燥器1。
由辐射管5-1的烟气出口5-6排出的低温烟气温度为80～150℃。低温烟气依次被运送至一级换热器10、二级换热器11中，分别与一级换热器10中的高温热解炭和二级换热器11中的热解气进行换热，得到升温后烟气，其温度为150～210℃。
然后，将升温后烟气输送至回一级转窑干燥器1中对其中的有机垃圾原料进行一级干燥处理。
实施例
选用粒径≤3㎜、含水率为48wt％的有机垃圾作为原料，将有机垃圾依次运送到一级回转窑干燥器1、二级回转窑干燥2中进行干燥，干燥后的有机垃圾含水率为15wt％。
将干燥后的有机垃圾输送至料仓3中，由进料螺旋4运送至热解区5a中，其中辐射管5-1的温度为700℃。同时，开启催化剂喷入装置6向热解区5a中喷入CaO粉末，喷入量占有机垃圾量的10wt％。有机垃圾进行催化热解气化反应，得到高温热解炭和热解气。
高温热解炭堆积至热解反应器5底部，通过料位计5-7控制出料，由出料螺旋9排出至一级换热器10中。
热解气温度为550℃，由热解区5a运行至除尘区5b中进行初步除尘，然后依次经由旋风分离器7、二级换热器11、二级回转窑干燥器2、净化装置13处理，得到的热解气储存在气柜14中。热解气可经由燃气进口5-2运送至辐射管5-1中，用于提供热量。
辐射管5-1排出的温度为120℃的低温烟气，依次被运送至一级换热器10、二级换热器11中，分别与其中高温热解炭、热解气进行换热升温，得到升温后烟气，温度为200℃。高温热解炭经换热降温后储存在熄焦室12中。
升温后烟气运送至一级回转窑干燥器1中对有机垃圾进行一级干燥。热解气用于在二级回转窑干燥器2中，对经过一级干燥的有机垃圾进行二级干燥。
该实施例取得的有益效果见如下各表。
表1产物分布
热解气/％ 热解炭/％ 热解水/％
50.8 26.5 22.7
(备注：％为质量百分数)
表2除尘前后热解气含尘量对比
除尘前热解气含尘量 除尘后热解气含尘量
144g/Nm3 15g/Nm3
由表1和表2可知，本发明实施例可有效提取有机垃圾中的能源物质，并且具有较优的除尘效果。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种具有内置除尘装置的有机垃圾催化热解气化的***，其特征在于，所述***包括：反应器、旋风分离器、一级换热器；
所述反应器具有有机垃圾入口、热解气出口、热解炭出口；
所述旋风分离器具有热解气入口，该热解气入口用于接收由所述反应器的热解气出口排出的热解气；
所述一级换热器具有热解炭入口，该热解炭入口用于接收由所述反应器的热解炭出口排出的热解炭；
其中，所述反应器中具有沿所述反应器高度方向布置的隔板，所述隔板将所述反应器分隔为热解区和除尘区；所述热解区和所述除尘区底部相通；
所述热解区顶部设置有催化剂喷入装置；
所述反应器具有相对布置的侧壁a和侧壁a＇，其中，所述除尘区包括相对布置的所述侧壁a和所述隔板；并且，在所述侧壁a和所述隔板上布置有多个斜板；
所述斜板具有端部b和端部b＇，其中端部b固定在所述隔板或所述侧壁a上，端部b＇悬空；两个相邻的斜板的端部b分别固定在所述隔板和所述侧壁a上，使得所述两个相邻的斜板交叉设置。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述反应器中的斜板与水平方向的夹角为45°～75°。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，
所述斜板在水平方向的投影为所述除尘区宽度的4/5～9/10；
所述斜板的端部b＇与相对侧的所述隔板或所述侧壁a的垂直距离为所述除尘区宽度的1/10～1/5。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述两个相邻的斜板之间的夹角为30°～90°。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述除尘区横截面积为所述热解区横截面积的1/32～1/4。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，
所述隔板的下部设置有料位计；所述料位计与所述隔板下端的垂直距离为100～500㎜；
所述催化剂喷入装置的上部设置有进料螺旋；所述进料螺旋与所述催化剂喷入装置的垂直距离为200～500㎜；
所述热解区中自上而下设置有辐射管；所述辐射管与燃气入口和烟气出口连接。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述***包括热解气单元、热解炭单元、烟气单元；
所述热解气单元包括依次连接的反应器、旋风分离器、二级换热器、二级干燥器、净化装置、气柜、燃气进口；
所述热解炭单元包括依次连接的反应器、一级换热器、熄焦室；
所述烟气单元包括依次连接的反应器、一级换热器、二级换热器、一级干燥器。
8.一种利用权利要求1-7之一所述的***处理有机垃圾的方法，所述方法包括以下步骤：
将有机垃圾经由所述有机垃圾入口运送至所述反应器中，同时启动所述催化剂喷入装置，进行催化热解反应得到高温热解炭和热解气，所述热解气进入所述除尘区进行除尘，得到初步除尘的热解气；
所述初步除尘的热解气经过所述热解气单元处理后，得到除尘热解气；
所述高温热解炭经过所述热解炭单元处理后，得到低温热解炭。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述有机垃圾的粒径为0.1～10㎜；
所述催化剂喷入装置向所述热解区中喷入的催化剂为CaO、MgO、Na2CO3、K2CO3中的一种或几种；
所述喷入的催化剂占所述有机垃圾的百分比为5wt％～20wt％。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述高温热解炭的温度为500～800℃；所述低温热解炭的温度为200～350℃。
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