以垃圾炭为原料制备高浓度co的系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于固体废弃物资源化处理的技术领域，涉及一种以垃圾炭为原料制备高浓度CO的系统。所述系统包括垃圾预处理装置、旋转床热解炉、破碎机、旋转床热解炉、节能脱硝装置、油气分离净化装置、CO2捕集装置和流化床气化炉，其中的旋转床热解炉、节能脱硝装置、油气分离净化装置、CO2捕集装置和流化床气化炉依次连接。本实用新型以垃圾炭为气化原料，从热解气中捕集的高浓度CO2作为气化剂气化制备高浓度CO，并将其应用于气基竖炉直接还原炼铁工艺，整个工艺，碳排放量低，环保效益好。
【专利说明】
以垃圾炭为原料制备高浓度CO的系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于固体废弃物资源化处理的技术领域，涉及一种以垃圾炭为原料制 备高浓度C0的系统。
【背景技术】
[0002] 我国正面临环境和能源的双重压力，随着经济和城市化进展的加速，全国能源消 耗巨大，同时多数大城市面临垃圾围城困境，通过技术手段将生活垃圾变为可利用资源，在 一定程度上可以缓解我国能源和环境危机。生活垃圾热解技术以其资源化利用率高，环境 污染小的优点越来越被人们所青睐。生活垃圾热解主要产物有以下几种:部分热解油通过 精制可作为燃料油使用；可作为燃料气使用的热解气包括一些低分子碳氢化合物如氢气、 甲烷、一氧化碳等;垃圾炭大部分以炭黑形式存在，但存在重金属等有毒有害物质，热值低， 市场销路差;如果作为固体燃料使用时，燃烧效果较差，且燃烧过程中会产生大量二次污染 物，环保效益较差。因此，大多数垃圾炭最终只能作为热解残渣进行填埋处理，占用土地资 源且造成能源的浪费。
[0003] 生活垃圾经热解后产生的热解气中含有30 %左右的C〇2，C〇2的存在会降低热解气 热值，降低其利用途径，经济效益较差。热解炭大部分以炭黑形式存在，是良好的气化原料， 如果采用热解气中的C0 2作为气化剂将其氧化成C0, 一方面可大大降低因焚烧热解炭所带 来的环境污染问题，另一方面，降低热解气中co2含量，提高C0含量，提高热解气热值。
[0004] 专利文献(专利号201420457702.8)公开一种生活垃圾热解资源化综合处理系统， 该系统将生活垃圾经过分选、破碎、烘干、成型等预处理后，在热解炉内热解得到高温油气 和垃圾炭，垃圾炭气化后生成气化可燃气，用以作为蓄热式燃气辐射管燃烧器的燃料。
[0005] 由于该系统采用预处理过程中产生的有臭味的空气和含水蒸汽的烟气作为垃圾 炭的气化剂，气化产生的可燃气热值低，利用价值低，同时气化气直接燃烧，没有收集烟气 中C0 2,炭排放量大，环境效益差。该系统采用气化技术将垃圾炭气化，实现垃圾炭资源化， 但产品中还原性气体浓度较低，不能直接应用于竖炉炼铁工艺。
[0006] 另一专利文献（专利号201210143133.5)的公布一种逆流廻转生活垃圾热解碳化 炉系统及垃圾处理工艺，该系统主要包括进料装置、垃圾炭化炉炉体、出渣螺旋器、热解气 焚烧炉、循环风机、空气预热器、鼓风机、管道阀门等设备，并结合与垃圾炭化炉炉体连接的 气、热循环装置进行完善，配合对垃圾炭化炉炉体温度、垃圾停留时间的控制，实现对生活 垃圾及有机固体废弃物进行处理，此专利得到的产品热解气直接进入焚烧炉燃烧产生850 °C_1100 °C的高温烟气，垃圾炭作为最终产品。
[0007] 上述实用新型是在加热无氧的条件下将生活垃圾及有机固废分解成可燃气体和 炭渣，可燃气直接燃烧，没有实现C02循环利用，具有炭排放量大，环境效益差的缺点。此外， 上述实用新型是将垃圾炭作为最终产品，由于垃圾炭热值较低，市场销路不畅，且含有重金 属等有毒有害物质，如果将垃圾炭作为最终产品，经济效益和环保效益都较差，技术推广比 较困难。
[0008] 综上所述，现有技术没有将生活垃圾热解气中的C02作为气化剂，垃圾炭作为气化 原料生产高浓度⑶，并将其应用于气基竖炉直接还原炼铁工艺，在实现垃圾炭资源化的同 时，既提高热解气热值又满足C0 2循环利用。 【实用新型内容】
[0009] 针对上述问题，本实用新型的主要目的是提供以垃圾炭为原料制备高浓度C0的系 统，将生活垃圾热解气中的C02作为气化剂，垃圾炭作为气化原料生产高浓度C0，并将其应 用在气基竖炉直接还原炼铁工艺。
[0010] 本实用新型提供一种以垃圾炭为原料制备高浓度C0的方法，其包括以下步骤：
[0011] 预处理:垃圾依次经过破袋、滚筛、分选和破碎处理，得到垃圾原料；
[0012] 垃圾热解:送入旋转床热解炉的所述垃圾原料经过干燥、热解和活化反应，得到的 物质包括热解炭、热解油气；
[0013] 破碎热解炭:经过破碎机破碎的所述热解炭粒径< 10mm;
[0014] 节能脱酸和分离净化:所述热解油气经过节能脱酸装置和油气分离净化装置处 理，得到热解气；
[0015] C02捕集:所述热解气经过C02捕集装置处理，分离出C02气体；
[0016] 流化床气化炉气化:所述分离出C02和破碎后的所述热解炭进入所述流化床气化 炉进行气化，流化床气化炉的气化温度为900-1100°C，产生气化气C0。
[0017] 在所述C02捕集步骤中，所述热解气进入C02捕集装置的吸收塔，在吸收塔内与醇胺 溶液接触，所述热解气中的C0 2被所述醇胺溶液吸收变为富液，所述富液经过富液栗送入解 吸塔，解吸后的混合气体和和贫液经冷却器降温冷却，冷却后的混合气体进入气液分离器， 分呙出C〇2气体。
[0018] 在流化床气化炉气化步骤中，产生的一部分所述气化气C0作为气基竖炉还原炼铁 的还原剂，产生的c〇2气体送入所述流化床气化炉；另一部分所述气化气C0送入所述旋转床 热解炉。
[0019] 垃圾热解后得到的所述热解油气通过所述节能脱酸的处理后，所述热解油气的温 度降至250°c-350°c，酸性气体体积浓度g 0.05% ;所述油气分离净化装置中的湿式除尘塔 采用70-80°C激冷循环水喷洒所述热解油气，实现除尘和热解油、热解气的分离，除尘后的 所述热解气在初冷器中冷却，然后送入电捕焦油器中脱焦油，再由鼓风机将热解气送至脱 硫塔和脱硝塔，产生纯净的热解气;所述初冷器用循环水和制冷水将所述热解油气冷却至 20-25°C，所述循环水和所述制冷水的温度分别为30-35°C和15-20°C。
[0020] 垃圾预处理后的所述垃圾原料的粒径<20mm，所述垃圾原料的含水率为20%-60% 〇
[0021] 本实用新型提供一种以垃圾炭为原料制备高浓度C0的系统，其包括：
[0022] 垃圾预处理装置：由破袋机构、滚筛机构、分选机构和破碎机构依次连接构成，所 述机构分别具有进料口和出料口；
[0023] 旋转床热解炉：由干燥区、热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区构成，每 个所述区的顶部有热解油气出口，每个所述区的辐射管有燃气进气口；所述干燥区的前端 有垃圾原料入口，所述热解反应三区的末端有热解炭出料口；
[0024] 破碎机的进料口与所述热解炭出料口相连，所述破碎机的储炭槽出口与流化床气 化炉的热解炭进料口相连；
[0025] 所述旋转床热解炉、节能脱硝装置、油气分离净化装置、C02捕集装置和所述流化 床气化炉依次连接。
[0026] 进一步地，所述节能脱硝装置的热解油气进气口与所述旋转床热解炉的热解油气 出口相连；
[0027] 所述油气分离净化装置由油热解气管道、湿式除尘塔、初冷器、电捕焦油器、鼓风 机、脱硫塔、脱硝塔依次连接构成;所述油热解气管道与所述节能脱硝装置的热解油气出口 相连。
[0028] 所述C02捕集装置由吸收塔、富液栗、解吸塔、再沸器、气液分离器、贫液栗及贫液 冷却器依次连接构成;所述吸收塔的进气口与所述节能脱硝装置的脱硝塔的出气口相连， 所述气液分离器的出气口与所述流化床气化炉的入气口相连。
[0029] 在所述C02捕集装置中，所述富液栗的入口与所述吸收塔底部的吸收塔第二出口 相连;所述富液栗的出口与所述解吸塔上部的解吸塔第一入口相连;所述贫液栗的入口与 所述解吸塔底部的解吸塔第一出口相连;所述再沸器的入口与所述解吸塔底部的解吸塔第 二出口相连，所述解吸塔第二入口与所述再沸器出口相连，所述解吸塔顶部的解吸塔第三 出口连通所述气液分离器入口，所述贫液栗出口与所述贫液冷却器的入口相连。
[0030]储气罐的进气口与所述流化床气化炉的气化气出口相连，所述储气罐的第一出气 口与所述旋转床热解炉的燃气进气口相连，所述储气罐的第二出气口与气基竖炉相连。
[0031] 在所述旋转床热解炉中，所述垃圾原料铺料厚度为50-250mm。所述流化床气化炉 的气化温度为900-1100°C。
[0032] 生活垃圾经热解后产生的热解气中含有30%左右的C02,由于C02是不可燃气体，其 存在会降低热解气的热值，产生的经济效益较差。垃圾炭大部分以炭黑形式存在，是良好的 气化原料。采用本实用新型的方法和系统，通过c〇 2捕集技术将热解气中的c〇2分离捕集，然 后作为气化剂气化垃圾炭制备高浓度C0气体，一部分C0可作为气基竖炉直接还原炼铁的还 原剂，副产品高浓度c〇 2，可返回至流化床气化炉作为气化剂。一部分C0可以做旋转床辐射 管补充燃料。本实用新型一方面可解决因焚烧垃圾炭所带来的环境污染问题，另一方面，分 离捕集热解气中c〇 2,提高热解气的热值，实现垃圾炭资源化，同时也可实现c〇2工艺内部循 环利用，降低炭排放量，有利于提高整个生活垃圾热解处理工艺的经济效益和环保效益。
[0033] 本实用新型的有益效果在于：
[0034] 采用旋转床热解炉作为生活垃圾热解油气和热解油气炭的设备，在同一个炉内完 成干燥、热解的过程，流程短，能源利用率高，同时易于实现规模化。
[0035] 从旋转床热解炉出来的热解油气经过节能脱酸装置，同时实现余热回收和酸性气 体的脱除，提高能量利用效率，减轻酸性气体对设备的腐蚀。
[0036] 以垃圾炭为气化原料，从热解气中捕集的高浓度C02作为气化剂气化制备高浓度 C0,并将其应用于气基竖炉直接还原炼铁工艺，整个工艺，碳排放量低，环保效益强；同时也 解决了垃圾炭热值低，市场销路不畅的问题，经济效益高。
[0037] 采用本实用新型，C02回收率达90%以上，纯度达98%以上。高纯度C02与垃圾炭在 常压、1200 °C下进行气化反应，炭转化率达97 %以上。气化气中C0纯度达98 %以上，可以满 足气基竖炉直接还原炼铁工艺要求。C02捕集后的热解气的热值升至5152Kcal/Nm3,大大提 高热解气的利用。
【附图说明】
[0038] 图1是本实用新型以垃圾炭为原料制备高浓度C0的系统示意图。
【具体实施方式】
[0039] 以下结合附图和实施例，对本实用新型的【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实用新型的方案以及各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方 式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。
[0040] 本实用新型以垃圾炭为原料制备高浓度⑶的方法包括生活垃圾预处理、垃圾热 解、破碎热解炭、热解油气的节能脱酸和分离净化、C0 2捕集和流化床气化炉气化等步骤。
[0041] 生活垃圾预处理是将垃圾依次经过破袋、滚筛、分选和破碎处理，将其中的大块无 机物，金属等分出并破碎至入料要求，垃圾预处理后的垃圾原料的粒径<20mm，所述垃圾原 料的含水率为20%-60%。
[0042]在垃圾热解步骤中，将垃圾原料均匀送入旋转床热解炉，铺料厚度为50-250mm，在 炉内经过阶段升温，经过干燥、热解和活化反应，反应时间（即旋转床旋转一周的时间）约为 lh，得到的物质包括热解炭、热解油气。
[0043 ] 热解炭经过破碎机破碎，热解炭的粒径< 10mm。500 °C热解油气经管道进入节能脱 酸装置完成余热回收和脱酸，温度降至350°C，酸性气体浓度降至0.05%。利用回收的余热 对惰性气体进行预热，预热温度可达210°C左右，预热后的惰性气体送入干燥工艺，可对生 活垃圾原料、渗滤液和热解污水等进行蒸发浓缩，实现惰性气体循环利用。
[0044] 处理后的热解油气进入油气分离净化装置实现油气的分离、热解气的除尘、脱硫、 脱硝等。具体地说，首先在湿式除尘塔中采用激冷循环水喷洒热解油气，实现除尘和热解 油、热解气的分离，热解气进入横管初冷器，初冷器用32°C循环水和16°C制冷水的两段冷却 水将热解气冷却至21°C左右。由初冷器下部排出的热解气进入两台并联同时操作的电捕焦 油器，完成气体中夹带的焦油工作。再由罗茨鼓风机将热解气送至脱硫脱硝塔，完成脱硫脱 硝，产生纯净的热解气。
[0045] C02捕集步骤中，经油气分离净化后的热解气经风机加压给入吸收塔，在吸收塔内 与吸收剂逆流接触，采用醇胺溶液作为吸收剂，热解气中的C0 2被吸收剂吸收，变为富液，富 液经富液栗给入解吸塔，解吸生成C02气体、蒸汽及雾沫的混合气体和贫液;解吸后的0) 2经 冷却器进行降温冷却，蒸汽和雾沫变成水和泡沫;冷却后的混合气体进入气液分离器，除去 混合气体内的水和泡沫，分离出的C0 2气体作为气化剂进入流化床气化炉。
[0046] 流化床气化炉气化:作为气化剂的C02和作为气化原料的破碎后热解炭进入所述 流化床气化炉进行气化，流化床气化炉的气化温度为1〇〇〇 °C左右，产生气化气C0。一部分气 化气C0作为气基竖炉直接还原炼铁工艺中的还原剂，一部分气化气C0作为辐射管的补充燃 料。
[0047] 在流化床气化炉气化步骤中，产生的一部分所述气化气C0经过气基竖炉处理，产 生的c〇 2气体送入所述流化床气化炉;另一部分所述气化气C0送入所述旋转床热解炉。
[0048] 气基竖炉包含还原段和冷却段，在气基竖炉还原炼铁的过程中，流化床气化炉气 化产生的高浓度C0从冷却段输送至气基竖炉内，以便使C0与冷却段内的海绵铁进行热交换 后进入还原段并进行还原反应，C0经热海绵铁预热后，温度达到850°C以上，可直接进行还 原反应，降低还原段的反应温度，能耗减少。预热后的C0上升进入还原段，并与下落的氧化 球团逆向接触发生还原反应，生成高温海绵铁和高浓度C0 2，C02由炉顶气出口排出并进入流 化床气化床作为气化剂使用，此过程实现了 C02循环利用，降低碳排放量。
[0049] 下面具体说明本实用新型实现以垃圾炭为原料制备高浓度C0的系统。
[0050] 如图1所示，根据处理工艺要求，垃圾预处理装置由破袋机构、滚筛机构、分选机构 和破碎机构依次连接构成，所述机构分别具有进料口和出料口；
[0051] 旋转床热解炉由干燥区、热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区构成，每个 区的顶部有热解油气出口，每个区的辐射管有燃气进气口；干燥区的前端有垃圾原料入口， 所述热解反应三区的末端有热解炭出料口；辐射管为旋转床热解炉的加热装置，其通过燃 烧为旋转床热解炉供热。
[0052] 破碎机的进料口与热解炭出料口相连，破碎机的储炭槽出口与流化床气化炉的热 解炭进料口相连；
[0053]旋转床热解炉、节能脱硝装置、油气分离净化装置、C02捕集装置、流化床气化炉依 次连接。
[0054]进一步地，节能脱硝装置包括惰性气体储气罐、惰性气体管道、热解油气管道、脱 酸-蓄热复合体，其中热解油气进气口与旋转床热解炉的热解油气出口相连。
[0055]油气分离净化装置由油热解气管道、湿式除尘塔、初冷器、电捕焦油器、鼓风机、脱 硫塔、脱硝塔依次连接构成，油热解气管道进气口与节能脱硝装置的热解油气出口相连;除 尘塔有进气口和出气口，除尘塔进气口与热解油气管道出气口相连，除尘塔出气口与脱硫 塔进气口相连，脱硫塔出气口与脱硝塔进气口相连。
[0056] C02捕集装置由吸收塔、富液栗、解吸塔、再沸器、气液分离器、贫液栗及贫液冷却 器依次连接构成；吸收塔的进气口与节能脱硝装置的脱硝塔的出气口相连，气液分离器的 出气口与流化床气化炉的C〇2进气口相连。
[0057]具体地，富液栗的入口与吸收塔底部的吸收塔第二出口相连；富液栗的出口与所 述解吸塔上部的解吸塔第一入口相连;贫液栗的入口与所述解吸塔底部的解吸塔第一出口 相连;再沸器的入口与解吸塔底部的解吸塔第二出口相连，解吸塔第二入口与再沸器出口 相连，解吸塔顶部的解吸塔第三出口连通所述气液分离器入口，贫液栗出口与贫液冷却器 的入口相连。
[0058] 流化床气化炉气化炉为垃圾炭气化装置，具有C02进气口、热解炭进料口、C0出口 和气化残渣出口，C0出口与储气罐进气口相连，热解炭进料口与储炭槽出口相连。
[0059] 在储气罐中，进气口与流化床气化炉的C0出口相连，储气罐的第一出气口与旋转 床热解炉的燃气进气口相连，储气罐的第二出气口与气基竖炉相连。
[0060] 气基竖炉设有进料口、排料口、还原气入口和炉顶气出口，炉顶气出口与流化床气 化炉的C02进气口相连，气基竖炉具有还原腔室和位于还原腔室下方的冷却室，其中，所述 还原腔室具有还原气进口，冷却腔室的冷却气进口与储气罐的第二出气口相连。
[0061 ] 实施例
[0062]采用某市生活垃圾为原料，原料成分组成如下面表1所示。
[0063] 表1生活垃圾成分组成(wt%)
[0064]
[0065] 进厂的垃圾经过简单分选去除大块无机物和金属，然后进行破碎，破碎得到的垃 圾热解原料粒径< 20mm;
[0066] 破碎的垃圾被均匀给入旋转床热解炉，布料厚度100mm，在炉内垃圾随炉底的转动 经过干燥区、热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区完成热解反应，其中干燥区温度 350°C，热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区温度800°C，反应时间2-3h。
[0067] 生活垃圾经过热解炉热解后的热解气成分和热值如下面表2所示。热解气中0)2含 量为28%，气体热值3962Kcal/Nm 3。
[0068] 表2热解气组成及热值
[0069]
[0070] 经过C〇2捕集装置处理后，C〇2回收率可达90 %以上，纯度可达98%以上。高纯度C〇2 与垃圾炭在常压、1200 °C下进行气化反应，炭转化率达97 %以上。气化气中C0纯度达98 %以 上，可满足气基竖炉直接还原炼铁工艺要求。捕集C02后的热解气性质如下面表3所示。热解 气的热值由3962Kcal/Nm 3升至5152Kcal/Nm3,提高热解气的利用途径。
[0071] 表3热解气组成及热值
[0072]
[0073] 生活垃圾热解产生大量的热解气，是热解产生经济价值的主要产物，但由于其中 含有30 %左右的C02，热解气热值较低，制约其使用途径，降低生活垃圾处理技术的经济效 益，使热解技术的推广和应用受到了极大的限制。本实用新型采用的C0 2捕集技术分离收集 C02，提高热解气的热值，收集后的C02可作为气化剂制备高浓度C0,实现C02资源化利用，降 低碳排放量，提高环保效益。
[0074] 垃圾炭中存在重金属等有毒有害物质，热值低，市场销路差，如果作为固体燃料使 用，燃烧效果较差，且燃烧过程中会产生大量的二次污染物，环境效益较差，因此大多数垃 圾炭只能作为热解残渣进行填埋处理，占用土地资源且造成能源的浪费，本实用新型采用 气化技术将垃圾炭制成高浓度C0，可作为气基竖炉直接还原炼铁还原剂，提高经济效益，同 时产出的高浓度c〇2作为气化剂返回流化床气化炉，实现c〇 2内部循环利用，使生活垃圾热解 技术在经济性和环保性方面都具有巨大的竞争力，极大地促进技术推广和应用。
[0075]最后应说明的是:显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例， 而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可 以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此 所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
【主权项】
1. 一种以垃圾炭为原料制备高浓度CO的系统，其包括： 垃圾预处理装置：由破袋机构、滚筛机构、分选机构和破碎机构依次连接构成，所述机 构分别具有进料口和出料口； 旋转床热解炉：由干燥区、热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区构成，每个所 述区的顶部有热解油气出口，每个所述区的辐射管有燃气进气口；所述干燥区的前端有垃 圾原料入口，所述热解反应三区的末端有热解炭出料口； 破碎机的进料口与所述热解炭出料口相连，所述破碎机的储炭槽出口与流化床气化炉 的热解炭进料口相连； 所述旋转床热解炉、节能脱硝装置、油气分离净化装置、c〇2捕集装置和所述流化床气化 炉依次连接。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述节能脱硝装置的热解油气进气口与所 述旋转床热解炉的热解油气出口相连； 所述油气分离净化装置由油热解气管道、湿式除尘塔、初冷器、电捕焦油器、鼓风机、脱 硫塔、脱硝塔依次连接构成;所述油热解气管道与所述节能脱硝装置的热解油气出口相连。3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述C02捕集装置由吸收塔、富液栗、解吸 塔、再沸器、气液分离器、贫液栗及贫液冷却器依次连接构成;所述吸收塔的进气口与所述 节能脱硝装置的脱硝塔的出气口相连，所述气液分离器的出气口与所述流化床气化炉的入 气口相连。4. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述富液栗的入口与所述吸收塔底部的吸 收塔第二出口相连;所述富液栗的出口与所述解吸塔上部的解吸塔第一入口相连;所述贫 液栗的入口与所述解吸塔底部的解吸塔第一出口相连;所述再沸器的入口与所述解吸塔底 部的解吸塔第二出口相连，所述解吸塔第二入口与所述再沸器出口相连，所述解吸塔顶部 的解吸塔第三出口连通所述气液分离器入口，所述贫液栗出口与所述贫液冷却器的入口相 连。5. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，储气罐的进气口与所述流化床气化炉的气 化气出口相连，所述储气罐的第一出气口与所述旋转床热解炉的燃气进气口相连，所述储 气罐的第二出气口与气基竖炉相连。6. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述旋转床热解炉中，所述垃圾原料铺 料厚度为50_250mm。7. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流化床气化炉的气化温度为900-1100 Γ。
【文档编号】C10J3/60GK205710621SQ201620557036
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】任浩华, 肖磊, 张安强, 贾懿曼, 刘璐, 蔡先明, 吴道洪
【申请人】北京神雾环境能源科技集团股份有限公司