本发明涉及固体废弃物资源化处理领域，具体涉及一种热解处理固体废弃物、同时催化裂解焦油的装置和方法。
背景技术：
随着经济的飞速发展和人民生活水平的提高，我国正面临着严重的能源和环境问题。目前，我国能源主要依靠煤炭、石油以及天然气等化石能源，均具有不可再生性，并且在不断枯竭。然而，生物质作为一种可再生能源逐渐受到高度重视。
目前，我国生活垃圾的年产量已经达到2.6亿吨，而且正以5％的速度增长，全国约有2/3的大城市正面临“垃圾围城”的困境。传统的垃圾处理方式主要包括填埋和焚烧等技术。其中，垃圾填埋处理对厂址要求较高，占地面积较大，容易造成周围空气和地下水的二次污染。垃圾焚烧技术虽在我国得到了一定程度的推广，但是焚烧过程中不可避免会产生毒性较大的二噁英。因此，寻求无害化、资源化、减量化处理垃圾的方法迫在眉睫。
生物质中的有机固体废弃物进行热解，能够实现垃圾的无害化处理，有望解决上述能源和环境问题。然而，热解气中焦油含量较高，影响热解气的进一步利用，并且会导致下游管路堵塞，限制了该工艺的进一步推广。因此，降低并去除热解气中焦油的含量具有重要的研究意义和应用价值。
技术实现要素：
鉴于现有技术提出的问题，本发明旨在提供一种装置和方法，能够热解处理固体废弃物，同时催化裂解粗热解气中的焦油，降低热解气中焦油的含量，避免下游管路堵塞，并且，本发明能够实现催化剂的原位再生活化，提高催化剂的使用寿命，适用于大规模工业化生产。
本发明首先提出了一种热解处理固体废弃物并催化裂解焦油的装置，包括由炉顶、炉墙、炉底围成的炉膛。
所述炉墙、炉顶包括外层的钢结构层和内层的保温层，所述炉膛中设置有多孔板、物料板、传动装置、加热装置、水封装置，所述炉顶上设置有出气口；
所述传动装置包括第一传动装置和第二传动装置；其中，所述第一传动装置包括第一驱动器、第一连接杆、刮板器，所述第一连接杆的一端固定在所述炉顶上，另一端与所述刮板器连接，所述第一驱动器驱动所述炉顶相对所述炉墙转动；所述第二传动装置包括第二驱动器和第二连接杆，所述第二连接杆的一端固定在所述炉底上，另一端与所述物料板连接，所述第二驱动器驱动所述炉底相对所述炉墙转动；
所述水封装置包括第一组水封装置和第二组水封装置；所述第一组水封装置设置在所述炉顶下方，实现所述炉顶与所述炉墙的密封；所述第二组水封装置设置在所述炉底下方，实现所述炉底与所述炉墙的密封；
所述多孔板水平放置，并固定在所述炉墙上，在所述多孔板上方的炉墙上设置有第一进料螺旋；所述物料板水平放置，所述物料板上方的炉墙上设置有第二进料螺旋；
所述多孔板位于所述刮板器下方，所述物料板位于所述多孔板下方，所述加热装置位于所述物料板下方。
进一步的，所述刮板器与所述第一连接杆的连接处设置有调节机构，用于调节所述刮板器与所述多孔板的距离。
进一步的，所述多孔板下方的炉墙上设置有进气口，所述进气口上设置有阀门。
优选的，所述水封装置包括水封槽和水封刀，其中，所述水封槽包括外环水封槽和内环水封槽，分别固定在所述两侧炉墙内壁上；
所述水封刀呈环形，包括同心依次排列的外环水封刀、中环水封刀、内环水封刀；
所述炉顶下方和所述炉底下方分别固定有一组中环水封刀，并且所述中环水封刀的两端向下弯折，靠近内侧炉墙的弯折端形成中环内水封刀，靠近外侧炉墙的弯折端形成中环外水封刀；所述外环水封刀的一端与所述外侧炉墙内壁连接，另一端向下弯折；所述内环水封刀的一端与所述内侧炉墙内壁连接，另一端向下弯折；
所述外环水封刀和内环水封刀向下弯折的端部，以及中环内水封刀、中环外水封刀均插入所述水封槽中，其中，所述外环水封刀向下弯折的端部与所述中环外水封刀插入所述外环水封槽中配合密封，所述内环水封刀向下弯折的端部与所述中环内水封刀插入所述内环水封槽中配合密封。
优选的，所述多孔板下端面与所述物料板上端面的垂直距离为60～80cm。
优选的，所述多孔板上均匀布置有孔径为1～3cm的气孔。
本发明还提出了一种根据上述装置热解处理固体废弃物并催化裂解焦油的方法，所述方法包括步骤：
a、将催化剂经由所述第一进料螺旋送入所述多孔板上，启动所述第一驱动器，驱动所述炉顶转动，并带动所述第一连接杆转动进而带动所述刮板器转动，使得所述催化剂均匀分散在所述多孔板上，形成催化剂层；
b、启动所述第二驱动器，驱动所述炉底转动，并带动所述第二连接杆转动进而带动所述物料板转动，并将固体废弃物原料经由所述第二进料螺旋送入所述物料板上，形成物料层；c、启动所述加热装置，所述物料层发生热解反应，产生的粗热解气经由所述多孔板的气孔进入所述催化剂层中，所述粗热解气中的焦油发生催化裂解反应，得到热解气，然后经由所述出气口排出所述装置。
优选的，所述催化剂为直径6～20cm的球形颗粒或棒状颗粒；所述催化剂层的厚度为20～60cm；所述物料层的厚度为10～20cm。
优选的，所述热解反应的温度为600～950℃，时间为1～2h。
进一步的，还包括步骤：通过所述多孔板下方的进气口鼓入热空气，使得所述催化剂实现原位再生活化。
本发明所提供的装置简单，设备费用低，解决了目前热解气化焦油裂解系统过于复杂、设备投资费用较高的问题。
本发明在物料板上方设置多孔板，用于放置催化剂，多孔板上均匀布置的气孔能够保证物料热解产生的粗热解气顺利进入催化剂层，使得粗热解气中的焦油发生催化裂解反应，降低热解气中的焦油含量，避免焦油对下游管路造成堵塞，并得到高品质的热解气，便于热解气的进一步利用。本发明装置中设置的刮板器，能够保证催化剂的均匀分散。
并且，针对热解处理固体废弃物过程中易产生飞灰导致催化剂积碳失活的缺陷，装置中设置了热空气进口鼓入热空气，能够实现催化剂的原位活化再生，节省了催化剂的拆卸成本，适于大规模工业化处理固体废弃物。
本发明的装置在处理固体废弃物时，对原料的适应性广，可用于处理生活垃圾，也可处理生物质、废旧轮胎、油漆渣以及其他有机固体废弃物。
附图说明
图1为本发明实施例中热解处理固体废弃物并催化裂解焦油的装置的剖面结构示意图。
附图中附图标记如下：
1-钢结构层；2-保温层；3-催化剂层；4-多孔板；5-物料板；6-水封刀；7-第二连接杆；8-水封槽；9-辐射管；10-物料层；11-进气口；12-刮板器；13-出气口；14-第一连接杆。
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。
基于现有技术在热解处理固体废弃物过程中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种热解装置，该装置可热解处理固体废弃物，同时降低热解产生的热解气中焦油的含量，本发明的装置优选无热载体蓄热式转动床反应器。
本发明的装置具有炉顶、炉墙、炉底，以及由炉顶、炉墙、炉底围成的炉膛，使得该装置形成封闭体系。
本发明的装置中，炉膛中设置有多孔板、物料板、传动装置、加热装置、水封装置。其中，加热装置优选辐射管。传动装置包括第一传动装置和第二传动装置。
其中，炉顶、炉墙、炉底，以及多孔板、物料板、水封装置均为环形。并且，炉顶、炉底、多孔板以及物料板均能绕环形中心轴进行转动。
如图1所示，为本发明提供的装置的环形结构剖面示意图，具体的，如下：
本发明的装置中，炉膛为双层的封闭式结构，包括外层的钢结构层1和内层的保温层2，对整个装置起到支撑和保温的作用。
炉膛中设置有多孔板4，用于放置催化剂，形成催化剂层3。优选的，多孔板4上均匀布置有孔径为1～3cm的气孔。多孔板4在炉膛中水平设置，其端部固定在保温层2的内壁上，即固定在炉墙内壁上，实现多孔板4与炉体的直接固定连接。在多孔板4上方的炉墙上设置有第一进料螺旋(图中未示出)，用于向多孔板4上输入催化剂。
多孔板4下方的炉墙上设置有进气口11，用于向炉膛中鼓入热空气。进气口11上设置有阀门，控制进气口11的打开或闭合。随着炉膛中反应的进行，多孔板4上的催化剂会发生不同程度的积碳失活，严重影响其催化活性。此时，通过进气口11向炉膛中通入热空气，热空气通过气孔与催化剂充分接触，能够实现催化剂的原位活化、再生。本发明不限制进气口11的数量。
第一传动装置包括第一驱动器(图中未示出)、第一连接杆14、刮板器12。其中，第一连接杆14的一端固定连接在炉顶上，另一端与刮板器12固定连接。第一驱动器驱动炉顶进行转动，从而控制第一连接杆14转动，进而带动刮板器12进行转动。优选的，在第一连接杆14与刮板器12的连接处设置有调节机构，使得刮板器12相对于第一连接杆14可上下调变。并且，刮板器12位于多孔板4的上方，用于刮动多孔板4上放置的催化剂，使得催化剂均匀分散。通过调节刮板器12距离多孔板4上端面的距离，能够控制催化剂层3的厚度。
物料板5用于放置固体废弃物原料，形成物料层10。物料板5在炉膛中水平设置，在其上方的炉墙上设置有第二进料螺旋(图中未示出)，用于向物料板5上输送固体废弃物原料。优选的，第二进料螺旋上连接有刮板，用于刮动固体废弃物原料使得其在物料板5上均匀分散。
第二传动装置包括第二驱动器(图中未示出)、第二连接杆7。第二连接杆7的一端固定连接在炉底上，另一端与物料板5的下端面固定连接。第二驱动器驱动炉底进行转动，从而带动第二连接杆7进行转动，进而使得物料板5转动。
其中，多孔板4位于物料板5的下方，使得物料板5上固体废弃物热解产生的粗热解气向上游动经多孔板4的气孔进入催化剂层3中。优选的，多孔板4下端面与物料板5上端面的垂直距离为60～80cm。
炉膛中，在物料板5下方的炉墙上设置有加热装置，加热装置优选辐射管9。辐射管9用于为物料板5上固体废弃物的热解提供热量，并采用间接加热的方式，保证炉膛内的绝氧气氛。
炉顶上设置有出气口13，粗热解气经催化裂解焦油后通过出气口13排出装置。
本发明的装置中，设置有水封装置，用于保证炉膛内为绝氧气氛。水封装置包括第一组水封装置和第二组水封装置。作为本发明优选的实施例，水封装置均包括水封槽8和水封刀6，并且，每一组水封装置均设置有两个水封槽，分别为内环水封槽和外环水封槽，每一组水封装置的两个水封槽分别固定在两侧的炉墙内壁上。
其中，第一组水封装置的两个水封槽分别固定在炉顶下方的两侧炉墙内壁上，第二组水封装置的两个水封槽分别固定在炉底下方的两侧炉墙内壁上。
水封刀呈环形，包括位于炉膛中并同心依次排列的外环水封刀、中环水封刀、内环水封刀。
本发明中，令第一组水封装置的水封刀分别为炉顶外环水封刀、炉顶中环水封刀、炉顶内环水封刀。
炉顶中环水封刀包括两个，分别固定连接于炉顶并向下弯折，并靠近两侧炉墙。其中，靠近内侧炉墙的为炉顶中环内水封刀，靠近外侧炉墙的为炉顶中环外水封刀。
炉顶内环水封刀背离炉顶中环水封刀的一端与内侧炉墙内壁固定密封连接，邻近炉顶中环水封刀的一端向下弯折。
炉顶外环水封刀背离炉顶中环水封刀的一端与外侧炉墙内壁固定密封连接，邻近炉顶中环水封刀的一端向下弯折。
其中，炉顶内环水封刀向下弯折的端部与炉顶中环内水封刀均插入内环水封槽中配合密封，炉顶外环水封刀向下弯折的端部与炉顶中环外水封刀均插入外环水封槽中配合密封，当炉顶相对于炉墙进行转动时，实现炉顶和炉墙的密封，保证炉膛为绝氧密封的环境。
本发明中，令第二组水封装置的水封刀分别为炉底外环水封刀、炉底中环水封刀、炉底内环水封刀。
炉底中环水封刀包括两个，分别固定连接于炉底并向下弯折，并靠近两侧炉墙。其中，靠近内侧炉墙的为炉底中环内水封刀，靠近外侧炉墙的为炉底中环外水封刀。优选的，炉底中环水封刀由炉底两端向下弯折形成，其中，炉底内侧向下弯折端形成炉底中环内水封刀，炉底外侧向下弯折端形成炉底中环外水封刀。
炉底内环水封刀背离炉底中环水封刀的一端与内侧炉墙内壁固定密封连接，邻近炉底中环水封刀的一端向下弯折。
炉底外环水封刀背离炉底中环水封刀的一端与外侧炉墙内壁固定密封连接，邻近炉底中环水封刀的一端向下弯折。
其中，炉底内环水封刀向下弯折的端部与炉底中环内水封刀均插入内环水封槽中配合密封，炉底外环水封刀向下弯折的端部与炉底中环外水封刀均插入外环水封槽中配合密封，当炉底相对于炉墙进行转动时，实现炉底和炉墙的密封，保证炉膛为绝氧密封的环境。
基于上述装置，本发明还提出了一种热解处理固体废弃物并催化裂解焦油的方法，包括如下步骤：
a、将催化剂经由第一进料螺旋送入多孔板4上，启动第一驱动器，炉顶转动，从而第一连接杆14转动，并带动刮板器12进行转动，刮板器12刮动催化剂均匀分散在多孔板4上，形成催化剂层3。作为本发明优选的实施例，催化剂层3的厚度控制为20～60cm。并且，通过调节刮板器12距离多孔板4上端面的距离，可控制催化剂层3的厚度。
本发明中，催化剂选用白云石催化剂、生物热解炭催化剂、分子筛类催化剂、碱金属类催化剂、金属负载类催化剂以及其他具有裂解焦油作用的催化剂。具体的，分子筛类催化剂优选zsm-5、y、mcm-22、zsm-11；碱金属类催化剂优选cao、mgo以及二者的复合物；金属负载类催化剂优选ni-al2o3、ni-ceo2、rh-al2o3、pt-分子筛。
催化剂的直径为6～20cm，呈球形颗粒或棒状颗粒，可保证催化剂在多孔板4上不掉落的条件下，使得粗热解气顺利通过气孔与催化剂充分接触，粗热解气中的焦油发生催化裂解反应，得到焦油含量显著降低、高品质的热解气。
b、启动第二驱动器，炉底转动，从而第二连接杆7转动，并带动物料板5进行转动，并将固体废弃物原料经由第二进料螺旋送入物料板5上，形成物料层10。作为本发明优选的实施例，物料层10的厚度控制为10～20cm。
本发明受原料的影响较小，既可用于处理生活垃圾，也可用于处理生物质、废旧轮胎、油漆渣以及其他有机固体废弃物原料。
c、启动加热装置，炉膛内温度逐渐升高，直至物料层10发生热解反应，产生焦油含量较高的粗热解气。产生的粗热解气经由多孔板4的气孔进入催化剂层3中，粗热解气中的焦油发生催化裂解反应，得到热解气。该步骤可得到焦油含量显著降低、高品质的热解气，可经由出气口排出装置。
本发明中，根据热解处理的物料不同，所需控制的热解温度不同，热解温度控制为600～950℃，热解时间控制为1～2h。优选的，热解温度控制为800～950℃。
d、随着步骤c的进行，催化剂会发生一定程度的积碳失活，可通过多孔板4下方的进气口11鼓入热空气，热空气能够经由气孔与催化剂层3充分接触，从而实现催化剂的原位活化、再生。
该步骤节省了将催化剂自多孔板4卸除进行单独活化的费用，能够显著增长催化剂的使用寿命，降低了成本。
在上述反应过程中，通过水封装置保证炉膛内的绝氧气氛。
实施例1
以生活垃圾作为原料，进行绝氧热解处理，具体的，如下：
(1)将氯化铁溶液与焙烧后的白云石等体积浸渍、烘干、破碎后，得到粒径为6～20cm的白云石催化剂，将白云石催化剂均匀布置在多孔板上，厚度为20～40cm。
(2)生活垃圾经分选、磁选、粉碎、堆滤后送入物料板上，厚度为10～20cm。
(3)启动辐射管，将温度升高至850℃，生活垃圾发生热解反应，热解时间为1.5h。
(4)热解反应产生的粗热解气经多孔板的气孔与白云石催化剂接触，粗热解气中的焦油发生催化裂解反应进行脱除，得到的热解气经出气口排出装置。粗热解气中焦油含量从1200mg/nm3降低至114mg/nm3，焦油脱除率为90.5％。
实施例2
以生活垃圾作为原料，进行绝氧热解处理，具体的，如下：
(1)将氯化铁溶液与生物热解炭等体积浸渍、滚球成型、破碎后，得到粒径为10～20cm的生物热解炭催化剂，并均匀布置在多孔板上，厚度为20～40cm。
(2)生活垃圾经分选、磁选、粉碎、堆滤后送入物料板上，厚度为10～20cm。
(3)启动辐射管，将温度升高至950℃，生活垃圾发生热解反应，热解时间为1h。
(4)热解反应产生的粗热解气经多孔板的气孔与生物热解炭催化剂接触，粗热解气中的焦油发生催化裂解反应进行脱除，得到的热解气经出气口排出装置。粗热解气中焦油含量从1005mg/nm3降低至78mg/nm3，焦油脱除率为92.2％。
实施例3
以泸州老窖酒糟为原料，进行绝氧热解处理，具体的，如下：
(1)将氯化铁溶液与焙烧后的白云石等体积浸渍、烘干、破碎后，得到粒径为10～20cm的白云石催化剂，将白云石催化剂均匀布置在多孔板上，厚度为20～40cm。
(2)泸州老窖酒糟经堆滤后送入物料板上，厚度为10～20cm。
(3)启动辐射管，将温度升高至850℃，泸州老窖酒糟发生热解反应，热解时间为1.5h。
(4)热解反应产生的粗热解气经多孔板的气孔与白云石催化剂接触，粗热解气中的焦油发生催化裂解反应进行脱除，得到的热解气经出气口排出装置。粗热解气中焦油含量从1050mg/nm3降低至89.3mg/nm3，焦油脱除率为91.5％。
实施例4
以油漆渣为原料，进行绝氧热解处理，具体的，如下：
(1)将氯化铁溶液与生物热解炭等体积浸渍、滚球成型、破碎后，得到粒径为10～20cm的生物热解炭催化剂，并均匀布置在多孔板上，厚度为40～60cm。
(2)油漆渣经堆滤后送入物料板上，厚度为10～20cm。
(3)启动辐射管，将温度升高至800℃，油漆渣发生热解反应，热解时间为2h。
(4)热解反应产生的粗热解气经多孔板的气孔与生物热解炭催化剂接触，粗热解气中的焦油发生催化裂解反应进行脱除，得到的热解气经出气口排出装置。粗热解气中焦油含量从1500mg/nm3降低至160.5mg/nm3，焦油脱除率为89.3％。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，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发明的保护范围之中。