一种固体垃圾等离子气化裂解再生转化方法与流程

本发明涉及垃圾处理技术领域，具体涉及一种固体垃圾等离子气化裂解再生转化方法。

背景技术：

我国生活垃圾处理方式主要是填埋和焚烧。填埋不仅侵占大量土地，还污染地下水，是不得已而为之的选择。尽管如此，对于土地资源紧张的地区已没有多少场地可供填埋使用。焚烧法虽然减容比高，并能回收能量，但却因二噁英等污染问题遭到公众强烈反对，急需发展新一代的绿色环保、节能降耗的替代焚烧技术。

等离子体是物质第四态，具有许多异于固态、液态和气态的独特的物理化学性质，如温度和能量密度都很高、可导电和发光、化学性质活泼并能加强化学反应等，环保性能优良。

等离子体废物处理技术始于1970年代初期，最初主要用于低放射性废物、化学武器和常规武器销毁，于1990年代进入民用。由于等离子体设备技术含量高，投资巨大，运行成本高，多用于销毁多氯联苯(pcbs)、pops、废农药、焚烧飞灰和医疗废物等危险废物。近十年来，随着技术的发展，成本逐渐得到控制，且政府对垃圾处理问题的重视和公众环保意识的提高，等离子体处理生活垃圾的技术也逐渐成为国内外的研究热点。

目前全球从事等离子体废物处理技术研究的单位有二十余家，技术还处于商业化的门槛阶段，多数未达到实用化阶段。现阶段所使用的技术都是采用等离子体炬对垃圾进行直接的高温气化，通过电弧放电产生高达7000℃的等离子体，将垃圾加热至很高的温度，从而迅速有效地摧毁废物。可燃的有机成分充分裂解气化，转化成可燃性气体，可以用于发电或作为可燃气，一般称为“合成气”(主要成分是co+h2)。不可燃的无机成分经等离子体高温处理后成为无害的渣体。

然而现阶段的等离子垃圾气化技术尚有许多不足之处，首先，用等离子体炬直接气化垃圾需要极大地功率，其耗电率可达其产电能力的30％～45％，由于耗电过高导致运营成本大大增加，使其不具备商业运行的价值。其二，该方法气化垃圾，虽然相较于焚烧能有效去除大量二噁英，但事实上在合成气体冷凝的过程中又会由少量二噁英在氯化氢的作用下复合，导致最后产生的气体不能完全称之为无害气体。

技术实现要素：

针对以上技术问题，本发明提供一种固体垃圾等离子气化裂解再生转化方法。

本发明的技术方案为：一种固体垃圾等离子气化裂解再生转化方法，具体包含以下步骤：

（1）垃圾分拣预处理：将固体垃圾中尺寸大于30cm有回收价值的垃圾人工筛捡出来，剩余小尺寸固体垃圾使用传送带以0.5-1.2m/s的速度通过涡流磁选机分离出金属物质和非金属物质，将非金属物质通过破碎机破碎成粒径为1-3cm的固体颗粒，所述固体颗粒经挤压机分段挤压成直径为20cm，长度为30cm的圆柱状料块；

（2）等离子气化裂解：所述的圆柱状料块进入等离子气化炉的预热区，将料块烘干脱水至含水量小于10%，投入质量比为10-30%的助燃混合物，使物料的综合热值不低于3000kcal/kg、固定碳量不低于12%，进入等离子气化炉的热解区，等离子热解区的温度为5000-7000℃，然后收集裂解产生的合成气和残渣；

（3）气体净化：在所述的合成气冷凝过程中通过高压粉末喷洒器向管道中喷洒二噁英抑制剂，为防止二噁英在低温区复合，所述二噁英抑制剂的喷洒量为100-200g/m3，再经所述管道末端的过滤吸附装置吸附过滤少量有害气体，得到co、h2、ch4的净化合成气体；

（4）能源再生：将净化后的合成气体进行分离分装，作为清洁能源再利用，将所述残渣冷却至室温（25℃）后研磨成粒径为200-300nm的纳米玻璃粉或添加发泡剂、添加剂制作成微孔径隙为0.3-3mm的发泡玻璃。

进一步的，步骤（1）所述的涡流磁选机主要筛选含铁磁性金属和铜铝非磁性金属，磁系磁场强度在200-2500gs，涡流磁选相较于单一的磁选性能更加优越，能筛选出60%以上铜铝等废磁性金属，使得回收利用率提高，同时也避免金属过多吸收热量从而耗费电能。

进一步的，步骤（2）所述的等离子气化炉配套建有发电设备，所述发电设备利用等离子气化炉气化裂解出的清洁能源气体进行发电，所产生的电能再反供回等离子气化炉，所述的清洁能源气体可以进行发电或出售，即弥补了等离子气化炉的高耗电的不足还保护了环境，同时还能增加收益。

进一步的，步骤（2）所述的助燃混合物是由以下重量份的物质组成：40-60份焦炭、20-25份木屑、30-35份秸秆、20-30份稻壳、5-7份粘合剂、8-10份助燃剂，添加助燃混合物的目的是为了提高固体垃圾的综合热值和固定碳量，加快分解，减少耗电量。

进一步的，步骤（3）所述的二噁英抑制剂是由20-30份氧化钙、15-18份氢氧化钙、21-26份碳酸氢钠、10-13份膨润土、7-9份植物纤维、6-8份动物骨粉或壳粉组成，将上述组分物质混合烘干后研磨成100-120目粉末，所述二噁英抑制剂在合成气体通过的管道入口开始喷洒，目的是为了消除混杂的氯化氢气体防止诱使二噁英在低温区复合。

进一步的，步骤（3）所述的高压粉末喷洒器利用脉冲电磁阀压缩空气进行喷洒二噁英抑制剂粉末，脉冲电磁阀的脉冲频率为20-30hz，喷洒时间间隔为5-10s，脉冲喷洒可控制时间和喷洒量，在达到目的同时节约用料。

进一步的，步骤（3）所述的过滤吸附装置分为微孔滤膜层和吸附介质层，所述微孔滤膜层在所述吸附介质层的上方，优选的所述微孔滤膜层采用的是聚酰胺微孔滤膜，所述微孔滤膜下垫有孔径为80-100目的尼龙网支撑，所述吸附介质层由活性炭和微孔泡沫玻璃以重量比为1:1组成，所述微孔泡沫玻璃可由所述的残渣制备而成，微孔滤膜主要过滤掉使用过的二噁英抑制剂粉末，所述吸附剂介质过滤少量残余有毒气体，得到净化后的合成气体。

进一步的，所述的聚酰胺微孔滤膜在使用前先用蒸馏水或去离子水正反两面浸泡清洗5-10min，然后用蒸馏水或去离子水从微孔滤膜正面（反光强的一面）到反面（反光弱的一面）预过滤3-5次。

进一步的，所述方法所用到的一体化设备主要是由涡流磁选机、破碎机、挤压机、等离子气化炉、合成气冷凝装置、过滤吸附装置、气体分离装置、研磨装置、发泡玻璃制造区组成，所述涡流磁选机的出料口连接至所述破碎机的进料口，所述破碎机的出料了连接至所述挤压机的进料口，所述挤压机的出料口连接至所述等离子气化炉的物料入口，所述等离子气化炉分为等离子气化炉的预热区和等离子气化炉的热解区，所述等离子气化炉的预热区位于等离子气化炉的上部，且与所述物料入口相通，所述等离子气化炉的热解区位于等离子气化炉的下部，在所述等离子气化炉的热解区的上方设有两个燃料入口，在所述等离子气化炉的热解区内设有加热装置，在所述加热装置上连接有气体入口，所述加热装置的中间部位设有放热板，在所述等离子气化炉的右上部分设有合成气体出口，在所述等离子气化炉的左下部设有残渣排出口，所述合成气体出口的管路上设有所述合成气冷凝装置，所述合成气冷凝装置再连接至所述过滤吸附装置，所述过滤吸附装置再连接至所述气体分离装置，所述残渣排出口连接至所述研磨装置，研磨装置再连接至所述发泡玻璃制造区。

与现有技术相比本发明的有益效果为：本发明利用涡流磁选机筛选出大部分金属物质，提高了回收利用率又避免了金属气化时的耗能，通过添加助燃混合物的方法提高固体垃圾的平均综合热值和固定碳量，以此降低所需热能从而间接降低等离子气化裂解过程中的耗电量，同时和发电站联动抵消后期一部分甚至全部的电能，降低其运营成本，配合后期能源再生可逐步实现盈利化。利用脉冲电磁阀在合成气管道喷洒二噁英抑制剂，防止二噁英在低温区复合，配合后期的过滤吸附装置彻底净化气体，最后气化产生的残渣可制作微孔泡沫玻璃作为吸附介质，实现资源的循环利用。本发明回收利用率高、无有毒气体和物质排放，绿色环保、经济效益良好。

附图说明

图1是本发明一体化设备的结构示意图；

其中，1-涡流磁选机、2-破碎机、3-挤压机、4-物料入口、5-等离子气化炉、6-等离子气化炉的预热区、7-等离子气化炉的热解区、8-加热装置、9-气体入口、10-放热板、11-合成气冷凝装置、12-过滤吸附装置、13-气体分离装置、14-燃料入口、15-研磨装置、16-发泡玻璃制造区。

具体实施方式

实施例1：

一种固体垃圾等离子气化裂解再生转化方法，具体包含以下步骤：

（1）垃圾分拣预处理：将固体垃圾中尺寸大于30cm有回收价值的垃圾人工筛捡出来，剩余小尺寸固体垃圾使用传送带以0.5m/s的速度通过涡流磁选机分离出金属物质和非金属物质，将非金属物质通过破碎机破碎成粒径为1cm的固体颗粒，所述固体颗粒经挤压机分段挤压成直径为20cm，长度为30cm的圆柱状料块；其中，所述的涡流磁选机主要筛选含铁磁性金属和铜铝非磁性金属，磁系磁场强度在200gs，涡流磁选相较于单一的磁选性能更加优越，能筛选出60%以上铜铝等废磁性金属，使得回收利用率提高，同时也避免金属过多吸收热量从而耗费电能。

（2）等离子气化裂解：所述的圆柱状料块进入等离子气化炉的预热区，将料块烘干脱水至含水量小于10%，投入质量比为10%的助燃混合物，使物料的综合热值不低于3000kcal/kg、固定碳量不低于12%，进入等离子气化炉的热解区，等离子热解区的温度为5000℃，然后收集裂解产生的合成气和残渣；其中，所述的等离子气化炉配套建有发电设备，所述发电设备利用等离子气化炉气化裂解出的清洁能源气体进行发电，所产生的电能再反供回等离子气化炉，所述的清洁能源气体可以进行发电或出售，即弥补了等离子气化炉的高耗电的不足还保护了环境，同时还能增加收益。其中，所述的助燃混合物是由以下重量份的物质组成：40份焦炭、20份木屑、30份秸秆、20份稻壳、5份粘合剂、8份助燃剂，添加助燃混合物的目的是为了提高固体垃圾的综合热值和固定碳量，加快分解，减少耗电量。

（3）气体净化：在所述的合成气冷凝过程中通过高压粉末喷洒器向管道中喷洒二噁英抑制剂，为防止二噁英在低温区复合，所述二噁英抑制剂的喷洒量为100g/m3，再经所述管道末端的过滤吸附装置吸附过滤少量有害气体，得到co、h2、ch4的净化合成气体；其中，所述的二噁英抑制剂是由20份氧化钙、15份氢氧化钙、21份碳酸氢钠、10份膨润土、7份植物纤维、6份动物骨粉或壳粉组成，将上述组分物质混合烘干后研磨成100目粉末，所述二噁英抑制剂在合成气体通过的管道入口开始喷洒，目的是为了消除混杂的氯化氢气体防止诱使二噁英在低温区复合。其中，所述的高压粉末喷洒器利用脉冲电磁阀压缩空气进行喷洒二噁英抑制剂粉末，脉冲电磁阀的脉冲频率为20hz，喷洒时间间隔为5s，脉冲喷洒可控制时间和喷洒量，在达到目的同时节约用料。其中，所述的过滤吸附装置分为微孔滤膜层和吸附介质层，所述微孔滤膜层在所述吸附介质层的上方，优选的所述微孔滤膜层采用的是聚酰胺微孔滤膜，所述微孔滤膜下垫有孔径为80目的尼龙网支撑，所述的聚酰胺微孔滤膜在使用前先用蒸馏水或去离子水正反两面浸泡清洗5min，然后用蒸馏水或去离子水从微孔滤膜正面（反光强的一面）到反面（反光弱的一面）预过滤3次。所述吸附介质层由活性炭和微孔泡沫玻璃以重量比为1:1组成，所述微孔泡沫玻璃可由所述的残渣制备而成，微孔滤膜主要过滤掉使用过的二噁英抑制剂粉末，所述吸附剂介质过滤少量残余有毒气体，得到净化后的合成气体。

（4）能源再生：将净化后的合成气体进行分离分装，作为清洁能源再利用，将所述残渣冷却至室温（25℃）后研磨成粒径为200nm的纳米玻璃粉或添加发泡剂、添加剂制作成微孔径隙为0.3mm的发泡玻璃。

实施例2：

一种固体垃圾等离子气化裂解再生转化方法，具体包含以下步骤：

（1）垃圾分拣预处理：将固体垃圾中尺寸大于30cm有回收价值的垃圾人工筛捡出来，剩余小尺寸固体垃圾使用传送带以0.8m/s的速度通过涡流磁选机分离出金属物质和非金属物质，将非金属物质通过破碎机破碎成粒径为2cm的固体颗粒，所述固体颗粒经挤压机分段挤压成直径为20cm，长度为30cm的圆柱状料块；其中，所述的涡流磁选机主要筛选含铁磁性金属和铜铝非磁性金属，磁系磁场强度在1500gs，涡流磁选相较于单一的磁选性能更加优越，能筛选出60%以上铜铝等废磁性金属，使得回收利用率提高，同时也避免金属过多吸收热量从而耗费电能。

（2）等离子气化裂解：所述的圆柱状料块进入等离子气化炉的预热区，将料块烘干脱水至含水量小于10%，投入质量比为20%的助燃混合物，使物料的综合热值不低于3000kcal/kg、固定碳量不低于12%，进入等离子气化炉的热解区，等离子热解区的温度为6000℃，然后收集裂解产生的合成气和残渣；其中，所述的等离子气化炉配套建有发电设备，所述发电设备利用等离子气化炉气化裂解出的清洁能源气体进行发电，所产生的电能再反供回等离子气化炉，所述的清洁能源气体可以进行发电或出售，即弥补了等离子气化炉的高耗电的不足还保护了环境，同时还能增加收益。其中，所述的助燃混合物是由以下重量份的物质组成：50份焦炭、22份木屑、32份秸秆、25份稻壳、6份粘合剂、9份助燃剂，添加助燃混合物的目的是为了提高固体垃圾的综合热值和固定碳量，加快分解，减少耗电量。

（3）气体净化：在所述的合成气冷凝过程中通过高压粉末喷洒器向管道中喷洒二噁英抑制剂，为防止二噁英在低温区复合，所述二噁英抑制剂的喷洒量为150g/m3，再经所述管道末端的过滤吸附装置吸附过滤少量有害气体，得到co、h2、ch4的净化合成气体；其中，所述的二噁英抑制剂是由25份氧化钙、17份氢氧化钙、24份碳酸氢钠、12份膨润土、8份植物纤维、7份动物骨粉或壳粉组成，将上述组分物质混合烘干后研磨成110目粉末，所述二噁英抑制剂在合成气体通过的管道入口开始喷洒，目的是为了消除混杂的氯化氢气体防止诱使二噁英在低温区复合。其中，所述的高压粉末喷洒器利用脉冲电磁阀压缩空气进行喷洒二噁英抑制剂粉末，脉冲电磁阀的脉冲频率为25hz，喷洒时间间隔为7s，脉冲喷洒可控制时间和喷洒量，在达到目的同时节约用料。其中，所述的过滤吸附装置分为微孔滤膜层和吸附介质层，所述微孔滤膜层在所述吸附介质层的上方，优选的所述微孔滤膜层采用的是聚酰胺微孔滤膜，所述微孔滤膜下垫有孔径为90目的尼龙网支撑，所述的聚酰胺微孔滤膜在使用前先用蒸馏水或去离子水正反两面浸泡清洗7min，然后用蒸馏水或去离子水从微孔滤膜正面（反光强的一面）到反面（反光弱的一面）预过滤4次。所述吸附介质层由活性炭和微孔泡沫玻璃以重量比为1:1组成，所述微孔泡沫玻璃可由所述的残渣制备而成，微孔滤膜主要过滤掉使用过的二噁英抑制剂粉末，所述吸附剂介质过滤少量残余有毒气体，得到净化后的合成气体。

（4）能源再生：将净化后的合成气体进行分离分装，作为清洁能源再利用，将所述残渣冷却至室温（25℃）后研磨成粒径为250nm的纳米玻璃粉或添加发泡剂、添加剂制作成微孔径隙为1.5mm的发泡玻璃。

实施例3：

一种固体垃圾等离子气化裂解再生转化方法，具体包含以下步骤：

（1）垃圾分拣预处理：将固体垃圾中尺寸大于30cm有回收价值的垃圾人工筛捡出来，剩余小尺寸固体垃圾使用传送带以1.2m/s的速度通过涡流磁选机分离出金属物质和非金属物质，将非金属物质通过破碎机破碎成粒径为3cm的固体颗粒，所述固体颗粒经挤压机分段挤压成直径为20cm，长度为30cm的圆柱状料块；其中，所述的涡流磁选机主要筛选含铁磁性金属和铜铝非磁性金属，磁系磁场强度在2500gs，涡流磁选相较于单一的磁选性能更加优越，能筛选出60%以上铜铝等废磁性金属，使得回收利用率提高，同时也避免金属过多吸收热量从而耗费电能。

（2）等离子气化裂解：所述的圆柱状料块进入等离子气化炉的预热区，将料块烘干脱水至含水量小于10%，投入质量比为30%的助燃混合物，使物料的综合热值不低于3000kcal/kg、固定碳量不低于12%，进入等离子气化炉的热解区，等离子热解区的温度为7000℃，然后收集裂解产生的合成气和残渣；其中，所述的等离子气化炉配套建有发电设备，所述发电设备利用等离子气化炉气化裂解出的清洁能源气体进行发电，所产生的电能再反供回等离子气化炉，所述的清洁能源气体可以进行发电或出售，即弥补了等离子气化炉的高耗电的不足还保护了环境，同时还能增加收益。其中，所述的助燃混合物是由以下重量份的物质组成：60份焦炭、25份木屑、35份秸秆、30份稻壳、7份粘合剂、10份助燃剂，添加助燃混合物的目的是为了提高固体垃圾的综合热值和固定碳量，加快分解，减少耗电量。

（3）气体净化：在所述的合成气冷凝过程中通过高压粉末喷洒器向管道中喷洒二噁英抑制剂，为防止二噁英在低温区复合，所述二噁英抑制剂的喷洒量为00g/m3，再经所述管道末端的过滤吸附装置吸附过滤少量有害气体，得到co、h2、ch4的净化合成气体；其中，所述的二噁英抑制剂是由30份氧化钙、18份氢氧化钙、26份碳酸氢钠、13份膨润土、9份植物纤维、8份动物骨粉或壳粉组成，将上述组分物质混合烘干后研磨成120目粉末，所述二噁英抑制剂在合成气体通过的管道入口开始喷洒，目的是为了消除混杂的氯化氢气体防止诱使二噁英在低温区复合。其中，所述的高压粉末喷洒器利用脉冲电磁阀压缩空气进行喷洒二噁英抑制剂粉末，脉冲电磁阀的脉冲频率为30hz，喷洒时间间隔为10s，脉冲喷洒可控制时间和喷洒量，在达到目的同时节约用料。其中，所述的过滤吸附装置分为微孔滤膜层和吸附介质层，所述微孔滤膜层在所述吸附介质层的上方，优选的所述微孔滤膜层采用的是聚酰胺微孔滤膜，所述微孔滤膜下垫有孔径为100目的尼龙网支撑，所述的聚酰胺微孔滤膜在使用前先用蒸馏水或去离子水正反两面浸泡清洗10min，然后用蒸馏水或去离子水从微孔滤膜正面（反光强的一面）到反面（反光弱的一面）预过滤5次。所述吸附介质层由活性炭和微孔泡沫玻璃以重量比为1:1组成，所述微孔泡沫玻璃可由所述的残渣制备而成，微孔滤膜主要过滤掉使用过的二噁英抑制剂粉末，所述吸附剂介质过滤少量残余有毒气体，得到净化后的合成气体。

（4）能源再生：将净化后的合成气体进行分离分装，作为清洁能源再利用，将所述残渣冷却至室温（25℃）后研磨成粒径为300nm的纳米玻璃粉或添加发泡剂、添加剂制作成微孔径隙为3mm的发泡玻璃。

以上3个实施例所用到的一体化设备，如图1所示，主要是由涡流磁选机1、破碎机2、挤压机3、等离子气化炉5、合成气冷凝装置11、过滤吸附装置12、气体分离装置13、研磨装置15、发泡玻璃制造区16组成，涡流磁选机1的出料口连接至破碎机2的进料口，破碎机2的出料了连接至挤压机3的进料口，挤压机3的出料口连接至等离子气化炉5的物料入口4，等离子气化炉5分为等离子气化炉的预热区6和等离子气化炉的热解区7，等离子气化炉的预热区6位于等离子气化炉5的上部，且与物料入口4相通，等离子气化炉的热解区7位于等离子气化炉5的下部，在所述等离子气化炉的热解区7的上方设有两个燃料入口14，在等离子气化炉的热解区7内设有加热装置8，在加热装置8上连接有气体入口9，加热装置8的中间部位设有放热板10，在等离子气化炉5的右上部分设有合成气体出口，在等离子气化炉5的左下部设有残渣排出口，合成气体出口的管路上设有合成气冷凝装置11，合成气冷凝装置再连接至过滤吸附装置12，过滤吸附装置12再连接至气体分离装置13，残渣排出口连接至研磨装置15，研磨装置15再连接至发泡玻璃制造区16。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。