CN109355071A - 城市生活垃圾处理方法及处理*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种城市生活垃圾处理方法及处理***，所述城市生活垃圾处理方法包括以下步骤：对生活垃圾进行堆滤处理，以降低生活垃圾的含水率；对经过堆滤处理后的生活垃圾进行分选，以筛选出生活垃圾中的无机物和金属；将无机物和金属破碎至预定粒度；对破碎至预定粒度的无机物和金属进行绝氧热解，得到热解油气和热解炭；对热解油气进行脱氯处理；将经过脱氯处理后的热解油气与气化剂混合发生氧化反应，并与热解炭接触发生还原反应，以降低焦油含量。根据本发明的城市生活垃圾处理方法，产生的洁净燃气焦油含量低，热解气热值较高。而且，通过提前脱除热解油气中含氯气体，有效避免了后期气化氧化反应中生成二噁英等产物，不带来二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及热解技术领域，尤其是涉及一种城市生活垃圾处理方法及处理***。
背景技术
随着人类生活水平的提高，城市生活垃圾如：纸类、塑料、织物、玻璃、金属等产量也呈现急剧增长的态势，我国生活垃圾年产量已达到2.5亿吨，且每年还在以5％左右的速度增长。垃圾造成的环境污染问题已经引起了全世界的广泛关注，但其处理仍然是世界级难题。
我国常见的生活垃圾处置技术有填埋、焚烧等。早期多采用填埋技术，已暴露出占地大、存在环境污染风险、资源化利用率低等诸多缺陷，现如今的焚烧技术也始终无法摆脱二噁英、重金属飞灰等二次污染问题。生活垃圾热解是目前较为热门的研究和发展方向，即生活垃圾在无氧状态下热裂解为具有高附加值的热解气、热解油和热解炭产品的过程。现有研究已表明，热解法有利于解决二噁英、重金属和飞灰等二次污染物排放难题，可进一步提高生活垃圾的“无害化、减量化、资源化”水平，将热解技术应用于生活垃圾处置领域潜力巨大。但是，目前热解处理技术仍存在着垃圾热解焦油品质较低，利用价值不高，热解气中焦油难以有效去除等问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种城市生活垃圾处理方法，产生的燃气焦油含量低。
本发明的另一个目的在于提出一种城市生活垃圾处理***。
根据本发明第一方面实施例的城市生活垃圾处理方法，包括以下步骤：对生活垃圾进行堆滤处理，以降低所述生活垃圾的含水率；对经过堆滤处理后的生活垃圾进行分选，以筛选出所述生活垃圾中的无机物和金属；将所述无机物和所述金属破碎至预定粒度；对破碎至所述预定粒度的所述无机物和所述金属进行绝氧热解，得到热解油气和热解炭；对所述热解油气进行脱氯处理；将经过脱氯处理后的热解油气与气化剂混合发生氧化反应，并与所述热解炭接触发生还原反应，以降低焦油含量。
根据本发明第一方面实施例的城市生活垃圾处理方法，产生的洁净燃气焦油含量低，能够满足后续工段如内燃机发电、民用燃气燃烧对热解气的要求，热解气热值较高。而且，通过提前脱除热解油气中含氯气体，从而有效避免了后期气化氧化反应中生成二噁英等产物，整个工艺环境具有清洁性，不带来二次污染。
根据本发明的一些实施例，将经过脱氯处理后的热解油气与气化剂混合发生氧化反应并与所述热解炭接触发生还原反应是在气化氧化塔内进行的。
根据本发明的一些实施例，所述热解油气在所述气化氧化塔内的下部与所述气化剂进行气化反应，然后在所述气化氧化塔内的上部与所述热解炭接触发生还原反应。
根据本发明的一些实施例，所述热解油气与所述气化剂的体积比为1:0.1～1:0.5。
根据本发明的一些实施例，所述热解油气与所述气化剂的反应温度为900℃～1300℃。
根据本发明的一些实施例，对所述无机物和所述金属进行绝氧热解是在热解炉内进行的，对所述热解油气进行脱氯处理是在脱氯塔内进行的，
从所述热解炉内排出的温度为500℃～800℃的所述热解油气直接进入所述脱氯塔内。
根据本发明的一些实施例，在与所述热解炭接触发生还原反应之后，还包括步骤：去除与所述热解炭接触发生还原反应后得到的热解气中的颗粒；对去除颗粒后的所述热解气进行冷却并回收所述热解气中的能量。
根据本发明第二方面实施例的城市生活垃圾处理***，包括：堆滤装置，所述堆滤装置适于降低所述生活垃圾的含水率；分选装置，所述分选装置设在所述堆滤装置的下游，所述分选装置用于分选出所述生活垃圾中的无机物和金属；破碎装置，所述破碎装置设在所述分选装置的下游，所述破碎装置用于将所述无机物和所述金属破碎至预定粒度；热解反应器，所述热解反应器设在所述破碎装置的下游，所述热解反应器具有热解油气出口和热解固体出口，破碎至所述预定粒度的所述无机物和所述金属适于在所述热解反应器内进行热解；脱氯塔，所述脱氯塔具有脱氯进口和脱氯出口，所述脱氯进口与所述热解油气出口相连；气化氧化塔，所述气化氧化塔与所述热解固体出口和所述脱氯出口分别相连；除尘装置，所述除尘装置设在所述气化氧化塔的下游；换热器，所述换热器设在所述除尘装置的下游。
根据本发明的一些实施例，所述气化氧化塔包括塔体和设在所述塔体内的料板，所述料板上形成有多个气流通孔，所述塔体上形成有热解油气进口、气化剂进口、热解炭进口和燃气出口，所述热解油气进口和气化剂进口位于所述料板的下方，且所述热解炭进口和所述燃气出口位于所述料板的上方，其中所述热解油气进口与所述热解油气出口相连，所述热解炭进口与所述热解固体出口相连。
根据本发明的一些实施例，所述脱氯塔内设有碱性金属氧化物。
根据本发明的一些实施例，所述碱性金属氧化物为氧化钙或氧化铁。
根据本发明的一些实施例，所述除尘装置为旋风分离器。
根据本发明的一些实施例，所述换热器为间壁式换热器。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的城市生活垃圾处理方法的工艺流程图；
图2是根据本发明实施例的气化氧化塔的示意图。
附图标记：
100：城市生活垃圾处理***；
1：堆滤装置；2：分选装置；
3：破碎装置；4：热解反应器；5：脱氯塔；
6：气化氧化塔；61：塔体；62：料板；
611热解油气进口；612：气化剂进口；
613：热解炭进口；614：燃气出口；
7：除尘装置；8：换热器。
具体实施方式
下面参考图1-图2描述根据本发明实施例的城市生活垃圾处理方法及处理***。
如图1所示，根据本发明第一方面实施例的城市生活垃圾处理方法，包括以下步骤：
对生活垃圾进行堆滤处理，以降低生活垃圾的含水率；
对经过堆滤处理后的生活垃圾进行分选，以筛选出生活垃圾中的无机物和金属；
将无机物和金属破碎至预定粒度；
对破碎至预定粒度的无机物和金属进行绝氧热解，得到热解油气和热解炭；
对热解油气进行脱氯处理；
将经过脱氯处理后的热解油气与气化剂混合发生氧化反应，并与热解炭接触发生还原反应，以降低焦油含量。
根据本发明的其中一个示例，可以将生活垃圾堆滤3～4天，使生活垃圾中的含水率降低至30％～45％之间；然后，通过分选工序，筛选出含水率降低至30％～45％之间的生活垃圾中的无机物和金属；接着，将上述无机物和金属破碎至10mm～100mm。可以理解的是，生活垃圾在上述处理过程中，堆滤的天数、含水率的大小以及破碎的实际粒度可以根据实际情况(例如，热解工艺)进行调整，以更好地满足实际应用。
然后，将破碎至10mm～100mm的无机物和金属在无氧环境中进行热解，得到热解油气和热解炭；接着，对热解油气进行脱氯处理，例如，脱除热解油气中的含氯气体，这样可以防止后期在与气化剂混合发生氧化反应、并与热解炭接触发生还原反应中生成二噁英等产物，不带来二次污染，保证了整个工艺环境的清洁性，而且，能充当热解焦油催化裂解反应催化剂，能催化裂解焦油成小分子碳氢化合物，提高热解气热值。之后，将脱氯后的热解油气与气化剂进行混合，热解油气因发生氧化反应而释放出大量热量，然后与热解炭接触发生还原反应，热解炭中的碱金属成分对焦油起到催化作用，从而极大限度地降低了热解气中的焦油含量，同时，热解油气通过热解炭层与碳发生还原反应生成CO等气体，进一步提高了热解气热值。
根据本发明实施例的城市生活垃圾处理方法，产生的洁净燃气焦油含量低，能够满足后续工段如内燃机发电、民用燃气燃烧对热解气的要求，热解气热值较高。而且，通过提前脱除热解油气中含氯气体，从而有效避免了后期气化氧化反应中生成二噁英等产物，整个工艺环境具有清洁性，不带来二次污染。
根据本发明的一些实施例，参照图1和图2，将经过脱氯处理后的热解油气与气化剂混合发生氧化反应并与热解炭接触发生还原反应是在气化氧化塔6内进行的。
进一步地，热解油气在气化氧化塔6内的下部与气化剂进行气化反应，然后在气化氧化塔6内的上部与热解炭接触发生还原反应。由此，可以降低焦油含量，实现气化与部分氧化反应，提高气体热值。
可选地，热解油气与气化剂的体积比为1:0.1～1:0.5(包括端点值)。由此，可以有效保证热解油气与气化剂充分混合，保证热解油气因发生氧化反应而释放出大量热量，在后续与热解炭接触发生还原反应，可以有效保证进一步降低焦油含量。
可选地，热解油气与气化剂的反应温度为900℃～1300℃(包括端点值)。在此温度条件下，热解焦油一部分与气化剂反应生成CO、H2、CO2等气体，另一方面发生二次热裂解反应生成小分子碳氢化合物。
根据本发明的进一步实施例，对无机物和金属进行绝氧热解是在热解炉内进行的，对热解油气进行脱氯处理是在脱氯塔5内进行的，从热解炉内排出的温度为500℃～800℃(包括端点值)的热解油气直接进入脱氯塔5内。也就是说，从热解炉内排出的具有上述温度的热解油气不予降温直接进入脱氯塔5。由此，在上述反应温度条件下能催化裂解焦油成小分子碳氢化合物，提高热解气热值。
根据本发明的一些实施例，在与热解炭接触发生还原反应之后，城市生活垃圾处理方法还包括步骤：
去除与热解炭接触发生还原反应后得到的热解气中的颗粒；
对去除颗粒后的热解气进行冷却并回收热解气中的能量。
由此，通过去除热解气中的颗粒，可以得到更为洁净的热解气。通过对去除颗粒后的热解气进行冷却并回收热解气中的能量，可以降低热解气的温度，并产生低压蒸汽用于后续工段需求，从而提高了整个工艺流程热利用率，不产生废水等二次污染。
可选地，气化剂为氧气与水蒸气的混合气。但不限于此。
根据本发明实施例的城市生活垃圾处理方法，在对垃圾热解的同时，可以去除热解过程中产生的焦油，且可以尽可能地降低热解气中的焦油含量并增加其热值。
如图1所示，根据本发明第二方面实施例的城市生活垃圾处理***100，包括堆滤装置1、分选装置2、破碎装置3、热解反应器4、脱氯塔5、气化氧化塔6、除尘装置7以及换热器8。
具体而言，堆滤装置1适于降低生活垃圾的含水率。分选装置2设在堆滤装置1的下游，分选装置2用于分选出生活垃圾中的无机物和金属。破碎装置3设在分选装置2的下游，破碎装置3用于将无机物和金属破碎至预定粒度。热解反应器4设在破碎装置3的下游，热解反应器4具有热解油气出口和热解固体出口，破碎至预定粒度的无机物和金属适于在热解反应器4内进行热解。脱氯塔5具有脱氯进口和脱氯出口，脱氯进口与热解反应器4的热解油气出口相连。气化氧化塔6与热解反应器4的热解固体出口和脱氯塔5的脱氯出口分别相连。除尘装置7设在气化氧化塔6的下游。换热器8设在除尘装置7的下游。
例如，生活垃圾可以经过储堆滤装置1例如料坑堆滤3～4天，使含水率降低至30～45％之间；然后通过分选工序，筛选出生活垃圾里的无机物及金属成分；然后，将垃圾破碎至10～100mm(可根据热解工艺进行调整)进入热解反应器4。
垃圾在热解反应器4中发生绝氧热解，热解温度在600～900℃，热解油气可以由引风机引出，然后进入脱氯塔5脱除含氯气体。垃圾热解产生的热解炭可以经过出料螺旋装置进入气化氧化塔6。热解油气进入气化氧化塔6与气化剂进行混合，热解油气因发生氧化反应而释放出大量热量，然后在气化氧化塔6内与热解炭接触发生还原反应，进一步降低焦油含量。之后，热解气进入除尘装置7，去除热解气中存在的细小颗粒，然后利用换热器8对热解气进行冷却并回收热解气中能量。
根据本发明实施例的城市生活垃圾处理***100，通过脱氯塔5提前脱除热解油气中含氯气体，从而有效避免了后期气化氧化反应中生成二噁英等产物，整个工艺环境具有清洁性，不带来二次污染。而且，产生的洁净燃气焦油含量低，能够满足后续工段如内燃机发电、民用燃气燃烧对热解气的要求，热解气热值较高。
根据本发明的一些实施例，参照图2，气化氧化塔6包括塔体61和设在塔体61内的料板62，料板62上形成有多个气流通孔，塔体61上形成有热解油气进口611、气化剂进口612、热解炭进口613和燃气出口614，热解油气进口611和气化剂进口612位于料板62的下方，且热解炭进口613和燃气出口614位于料板62的上方，其中热解油气进口611与热解反应器4的热解油气出口相连，热解炭进口613与热解反应器4的热解固体出口相连。由此，生活垃圾热解油气脱氯后在气化氧化塔6内的下部进行气化反应，然后在气化氧化塔6的上部与热解炭接触发生还原反应，从而可以很好地降低焦油含量，实现气化与部分氧化反应，提高气体热值
根据本发明的一些实施例，脱氯塔5内设有碱性金属氧化物。可选地，碱性金属氧化物为氧化钙或氧化铁等。碱性金属氧化物的存在一能脱除热解油气中的含氯气体，防止后期在气化氧化塔6中与氧气反应生成二噁英带来二次污染；二能充当热解焦油催化裂解反应催化剂，在该反应温度条件下能催化裂解焦油成小分子碳氢化合物，提高热解气热值。
可选地，除尘装置7为旋风分离器。由此，除尘效果好。
可选地，换热器8为间壁式换热器8。由此，冷却降低热解气温度，并产生低压蒸汽用于后续工段需求，从而提高了整个工艺流程热利用率，不产生废水等二次污染。
下面结合根据本发明上述实施例的城市生活垃圾处理***100来具体描述对生活垃圾的处理。
某地生活垃圾堆滤4天，含水率降低至34％，后经分选、破碎，筛选出生活垃圾里的无机物及金属成分至粒度为30～50mm后进入热解反应器4。
粒度为30～50mm的无机物及金属成分在热解反应器4中发生绝氧热解，热解温度为800℃，热解时间为1.5h，热解油气由引风机引出直接进入脱氯塔5，进入脱氯塔5的热解油气温度约为680℃，脱氯塔5装填物为粒径大于等于5mm的氧化钙。热解油气经过脱氯塔5后进入气化氧化塔6与气化剂混合反应，气化剂为氧气与水蒸气的混合气(氧气与水蒸气摩尔比为3:1，气化剂与热解油气体积比为0.15:1)，热解油气经过气化氧化塔6发生氧化反应，控制反应温度高于900℃，后进入气化氧化塔6上部与来自热解反应器4的热解炭进行接触发生还原反应，反应温度约为750℃。经过气化氧化塔6后经检测，热解气焦油含量降至18mg/Nm3，能够满足后续工段如内燃机、工业锅炉对热解气回用的要求。
洁净燃气经旋风分离器后温度约为600℃，然后利用间壁式水冷换热器8对热解气进行降温，回收热解气中热量并产生低压蒸汽，热解气温度经过换热器8后温度降低至室温后进入储气罐回收利用，热解气热值为2581kcal/Nm3。
根据本发明实施例的城市生活垃圾处理***100，在提高热解气的品质的同时，能尽可能地降低焦油中的含量。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (13)
1.一种城市生活垃圾处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
对生活垃圾进行堆滤处理，以降低所述生活垃圾的含水率；
对经过堆滤处理后的生活垃圾进行分选，以筛选出所述生活垃圾中的无机物和金属；
将所述无机物和所述金属破碎至预定粒度；
对破碎至所述预定粒度的所述无机物和所述金属进行绝氧热解，得到热解油气和热解炭；
对所述热解油气进行脱氯处理；
将经过脱氯处理后的热解油气与气化剂混合发生氧化反应，并与所述热解炭接触发生还原反应，以降低焦油含量。
2.根据权利要求1所述的城市生活垃圾处理方法，其特征在于，将经过脱氯处理后的热解油气与气化剂混合发生氧化反应并与所述热解炭接触发生还原反应是在气化氧化塔内进行的。
3.根据权利要求2所述的城市生活垃圾处理方法，其特征在于，所述热解油气在所述气化氧化塔内的下部与所述气化剂进行气化反应，然后在所述气化氧化塔内的上部与所述热解炭接触发生还原反应。
4.根据权利要求2所述的城市生活垃圾处理方法，其特征在于，所述热解油气与所述气化剂的体积比为1:0.1～1:0.5。
5.根据权利要求2所述的城市生活垃圾处理方法，其特征在于，所述热解油气与所述气化剂的反应温度为900℃～1300℃。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的城市生活垃圾处理方法，其特征在于，对所述无机物和所述金属进行绝氧热解是在热解炉内进行的，对所述热解油气进行脱氯处理是在脱氯塔内进行的，
从所述热解炉内排出的温度为500℃～800℃的所述热解油气直接进入所述脱氯塔内。
7.根据权利要求1所述的城市生活垃圾处理方法，其特征在于，在与所述热解炭接触发生还原反应之后，还包括步骤：
去除与所述热解炭接触发生还原反应后得到的热解气中的颗粒；
对去除颗粒后的所述热解气进行冷却并回收所述热解气中的能量。
8.一种城市生活垃圾处理***，其特征在于，包括：
堆滤装置，所述堆滤装置适于降低所述生活垃圾的含水率；
分选装置，所述分选装置设在所述堆滤装置的下游，所述分选装置用于分选出所述生活垃圾中的无机物和金属；
破碎装置，所述破碎装置设在所述分选装置的下游，所述破碎装置用于将所述无机物和所述金属破碎至预定粒度；
热解反应器，所述热解反应器设在所述破碎装置的下游，所述热解反应器具有热解油气出口和热解固体出口，破碎至所述预定粒度的所述无机物和所述金属适于在所述热解反应器内进行热解；
脱氯塔，所述脱氯塔具有脱氯进口和脱氯出口，所述脱氯进口与所述热解油气出口相连；
气化氧化塔，所述气化氧化塔与所述热解固体出口和所述脱氯出口分别相连；
除尘装置，所述除尘装置设在所述气化氧化塔的下游；
换热器，所述换热器设在所述除尘装置的下游。
9.根据权利要求8所述的城市生活垃圾处理***，其特征在于，所述气化氧化塔包括塔体和设在所述塔体内的料板，所述料板上形成有多个气流通孔，所述塔体上形成有热解油气进口、气化剂进口、热解炭进口和燃气出口，所述热解油气进口和气化剂进口位于所述料板的下方，且所述热解炭进口和所述燃气出口位于所述料板的上方，其中所述热解油气进口与所述热解油气出口相连，所述热解炭进口与所述热解固体出口相连。
10.根据权利要求8所述的城市生活垃圾处理***，其特征在于，所述脱氯塔内设有碱性金属氧化物。
11.根据权利要求10所述的城市生活垃圾处理***，其特征在于，所述碱性金属氧化物为氧化钙或氧化铁。
12.根据权利要求8所述的城市生活垃圾处理***，其特征在于，所述除尘装置为旋风分离器。
13.根据权利要求8所述的城市生活垃圾处理***，其特征在于，所述换热器为间壁式换热器。
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