一种综合处理垃圾与电石渣的系统和方法与流程

本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种综合处理垃圾与电石渣的系统和方法。

背景技术：

随着经济高速发展，城市化进程的不断加快，我国日产垃圾量约为400万吨，随之而来的生活垃圾问题也日趋严重。垃圾处理问题将会成为我国即将面对的最重要的问题以及亟待解决的问题之一。垃圾热解可将垃圾中蕴藏的有机质转化为油气产品提出出来，产生巨大的经济效益。但是，目前的垃圾热解技术基本处于基础研发或中试阶段，且普遍存在热解效率低的问题。同时，热解所得的热解固体中灰分含量高、热值低且重金属含量高，若将其直接燃烧依然会带来二噁英问题，若进一步气化则存在效率低的问题，若制备建筑材料存在重金属析出的使用安全问题。因此，提高目前垃圾热解的热效率，并为热解后固体提供一种高效的利用方式是目前垃圾热解亟待解决的问题。

同时，电石渣是电石制备乙炔过程中产生的固体废弃物。其中的水分含量在60-80％，主要成分是氢氧化钙，还含有氧化镁、氧化铝、硅铁等固体杂质以及溶解在水溶液中的少量乙炔、硫化氢及磷化氢等气体。据统计，年生产20万吨pvc的生产厂排放电石渣浆达360万吨/年，数量巨大，且散发恶臭气味，对周围环境产生恶劣影响。因此，电石渣的有效利用同样得到各方研究者的关注。

技术实现要素：

面临上述技术问题，本发明旨在利用绝氧热解炉对垃圾和电石渣所成混合球团进行共热解，得到的高温油气产品与压滤后电石渣进行直接接触，实现干燥电石渣，同时去除热解油气中的焦油、灰尘及co2，获得高品质合成气；且充分利用电石渣主要成分氧化钙对垃圾中重金属的固化作用，将热解后球团进行高温煅烧，制得安全、高性能的建筑陶粒，并对最终释放的高浓度co2进行集中处理，减少碳排放，实现垃圾及电石渣处理的“资源化、无害化、减量化”的目的。

为实现上述目的，本发明提出了一种综合处理垃圾与电石渣的系统，该系统包括电石渣处理单元、混合成型单元、球团热解单元以及高温焙烧单元；其中，

所述电石渣处理单元包括电石渣入口、荒煤气入口、合成气出口和干燥后电石渣出口；

所述混合成型单元包括干燥后电石渣入口、垃圾入口以及混合球团出口，所述干燥后电石渣入口和所述干燥后电石渣出口相连；

所述球团热解单元包括混合球团入口、烟气出口、荒煤气出口和高温热解球团出口，所述混合球团入口和所述混合球团出口相连，所述荒煤气出口和所述荒煤气入口相连；

所述高温焙烧单元包括高温热解球团入口、富co2气体出口以及焙烧陶粒出口，所述高温热解球团入口和所述高温热解球团出口相连。

进一步地，所述系统还包括垃圾预处理单元，所述垃圾预处理单元由破袋机构、滚筛机构、分选机构以及破碎机构依次连接构成，所述破碎机构连接所述混合成型单元。

具体地，所述球团热解单元使用的装置为由预热区、热解一区和热解二区构成的绝氧热解装置。

优选地，所述混合球团入口和所述混合球团出口通过输送装置连接，所述输送装置在靠近所述混合球团入口一侧设置有和所述烟气出口连接的烟气入口。

进一步地，所述电石渣处理单元包括相互连接的气流干燥床和气固分离装置；其中，所述电石渣入口和所述荒煤气入口设在所述气流干燥床，所述合成气出口和所述干燥后电石渣出口设在所述气固分离装置。

具体地，所述混合成型单元包括相互连接的混合装置和成型装置；其中，所述干燥后电石渣入口和所述垃圾入口设在所述混合装置，所述混合球团出口设在所述成型装置。

本发明还提出了一种利用上述任一系统综合处理垃圾与电石渣的方法，该方法包括：

a.电石渣处理：电石渣进入电石渣处理单元后，与垃圾热解后产生的荒煤气进行直接接触干燥，获得干燥后电石渣；与此同时，所述电石渣吸附所述荒煤气中的焦油、灰尘及co2，获得合成气；

b.混合成型：在混合成型单元将所述干燥后的电石渣与垃圾物料混合，并压制成型，得到混合球团；

c.球团热解：将所述混合球团送入所述球团热解单元，热解后得到荒煤气和高温热解球团；

d.高温焙烧：将所述高温热解球团直接输送至所述高温焙烧单元，煅烧后产生高浓度co2，并实现矿物质和焦渣对重金属的固化，得到建筑陶粒。

进一步地，所述方法还包括在混合成型之前，对所述垃圾物料进行预处理的步骤，该步骤包括：对原始垃圾依次进行破袋、滚筛、分选和破碎处理，得到所述垃圾物料。

优选地，所述垃圾物料的粒径被控制在≤15mm。

优选地，所述步骤b中，所述垃圾物料与所述干燥后的电石渣的质量比为0.8-1.2:1。

具体地，步骤c中，所述混合球团送入所述球团热解单元后依次经过预热区、热解一区、热解二区完成热解；其中，所述预热区温度350-500℃；所述热解一区温度700-800℃；所述热解二区温度750-850℃。

采用本发明的技术方案有如下优点：

(1)实现了城市生活垃圾和电石渣的资源化、无害化、减量化处理；

(2)采用绝氧热解装置配备蓄热式辐射管加热器处理垃圾与电石渣球团，实现垃圾的绝氧热解，杜绝二噁英产生，并提高了系统热效率；

(3)利用热解油气的显热对电石渣进行干燥，提高能量利用效率；同时，含水电石渣可除去热解油气中的焦油和灰尘，使其随电石渣循环热解，最终完全转化为热解气，提高原料利用率和产品附加值；

(4)氧化钙具有固co2作用，使co2集中到焙烧单元集中释放，不仅可以提高热解气中有效组分的含量，还可以实现高浓度co2集中处理，减少碳排放；

(5)垃圾热解固体与电石渣进行混合冶炼制备建筑陶粒，成本低；同时，电石渣具有较好固化重金属作用，降低了垃圾建筑材料中重金属含量，实现了热解固体的无害化高效利用；其次，通过挥发分和逸出的co2，可以有效提高陶粒的表面积，降低陶粒容重，实现制备的建筑陶粒低成本、高性能、高安全性。

(6)利用热解油气、即高温荒煤气的显热对电石渣进行干燥的同时实现热解油气的净化分离，获得的合成气中可燃性气体的含量大于92.9％。制备获得的建筑陶粒的表面积在104m²/g以上，其中铬和铅的浸出率分别在0.037mg/l和0.062mg/l以下。

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

图1为本发明的综合处理垃圾与电石渣的系统示意图；

1-垃圾预处理单元，2-电石渣处理单元，3-混合成型单元，4-球团热解单元，5-高温焙烧单元；

21-气流干燥床，22-气固分离装置；201-电石渣入口，202-荒煤气入口，203-合成气出口，204-干燥后电石渣出口；

31-混合装置，311-混合池，312-搅拌装置；32-成型装置，321-料斗和322-成型对辊；301-垃圾入口，302-干燥后电石渣入口，303-混合球团出口；

41-混合球团入口，42-烟气出口，43-荒煤气出口，44-高温热解球团出口；

51-高温热解球团入口，52-富co2气体出口，53-焙烧陶粒出口。

图2为本发明的综合处理垃圾与电石渣的工艺流程图。

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。

本发明的目的是将垃圾和电石渣成型后在绝氧热解装置进行绝氧热解，获取高附加值的油气产品和热解固体，利用热解油气的显热对电石渣进行干燥，实现热解油气的净化分离，通过电石渣主要成分氧化钙对垃圾中重金属的固化作用，将热解后球团进行高温煅烧，制得安全和高性能的建筑陶粒，并对最终释放的高浓度co2进行集中处理，减少碳排放。为此，本发明提出了一种综合处理垃圾与电石渣的系统，该系统包括电石渣处理单元2、混合成型单元3、球团热解单元4以及高温焙烧单元5；其中，

所述电石渣处理单元2包括电石渣入口201、荒煤气入口202、合成气出口203和干燥后电石渣出口204；

所述混合成型单元3包括干燥后电石渣入口302、垃圾入口301以及混合球团出口303，所述干燥后电石渣入口302和所述干燥后电石渣出口204相连；

所述球团热解单元4包括混合球团入口41、烟气出口42、荒煤气出口43和高温热解球团出口44，所述混合球团入口41和所述混合球团出口303相连，所述荒煤气出口43和所述荒煤气入口202相连；

所述高温焙烧单元5包括高温热解球团入口51、富co2气体出口52以及焙烧陶粒出口53，所述高温热解球团入口51和所述高温热解球团出口44相连。

进一步地，所述系统还包括垃圾预处理单元1，所述垃圾预处理单元1由破袋机构、滚筛机构、分选机构以及破碎机构依次连接构成，所述破碎机构连接所述混合成型单元3。

具体地，所述球团热解单元4使用的装置为由预热区、热解一区和热解二区构成的绝氧热解装置，所述绝氧热解装置的加热装置为内置外热式的蓄热式辐射管，热解过程无热载体加入，通过绝氧热解，能杜绝二噁英产生，提高系统热效率。其中，该蓄热式辐射管在所述预热区、所述热解一区、所述热解二区灵活安装，从而实现各区间分区精确控温。

优选地，所述混合球团入口41和所述混合球团出口303通过输送装置连接，所述输送装置在靠近所述混合球团入口41一侧设有烟气入口(图未示出)，所述烟气入口与所述烟气出口42相连接，所述输送装置中进入所述球团热解单元4的混合球团与烟气逆向运行，实现混合球团的干燥。

具体地，所述电石渣处理单元2包括相互连接的气流干燥床21和气固分离装置22；其中，所述电石渣入口201和所述荒煤气入口202设在所述气流干燥床21，所述合成气出口203和所述干燥后电石渣出口204设在所述气固分离装置22，所述合成气出口203后接气体净化装置及气罐；其中，该气固分离装置22可以是旋风分离器。

进一步地，所述系统还包括相互连接的压滤干燥机和乙炔发生器(图未示出)，所述压滤干燥机和所述电石渣入口201相连。

具体地，所述混合成型单元3包括相互连接的混合装置31和成型装置32；其中，所述干燥后电石渣入口302和所述垃圾入口301设在所述混合装置31，所述混合球团出口303设在所述成型装置32。进一步地，所述混合装置31包括混合池311和搅拌装置312。所述成型装置32包括料斗321和成型对辊322以及配套的动力装置。

本发明还提出了一种利用上述任一系统综合处理垃圾与电石渣的方法，其工艺参见图2，该方法包括：

a.电石渣处理：电石渣经过压滤后进入电石渣处理单元的气流干燥床，然后与垃圾热解后产生的荒煤气进行直接接触干燥，获得干燥后电石渣；与此同时，所述电石渣吸附所述荒煤气中的焦油、灰尘及co2，能够获得高品质的合成气；

b.混合成型：在混合成型单元将所述干燥后的电石渣与垃圾物料混合，并压制成型，得到混合球团；

c.球团热解：将所述混合球团送入所述球团热解单元，热解后得到荒煤气和高温热解球团；

d.高温焙烧：将所述高温热解球团直接输送至所述高温焙烧单元，煅烧后产生高浓度co2，并实现矿物质及焦渣对重金属的固化，降低了垃圾建筑材料中重金属带来的安全问题，实现了垃圾的无害化高效利用，得到高表面积、低容重、高安全性的建筑陶粒。

进一步地，所述方法还包括在混合成型之前，对所述垃圾物料进行预处理的步骤，该步骤包括：对原始垃圾依次进行破袋、滚筛、分选和破碎处理，得到所述垃圾物料。

其中，所述分选是指将垃圾中的大块无机物、金属等分出；

所述破碎是指将垃圾中的大块进行破碎，以满足垃圾原料的充分热解，其中，所述垃圾物料的粒径被控制在≤15mm；优选地，该垃圾物料含水量控制在40-60％。

优选地，所述步骤b中，所述垃圾物料与所述干燥后的电石渣的质量比为0.8-1.2:1。

具体地，步骤c中，所述混合球团送入所述球团热解单元后依次经过预热区、热解一区、热解二区完成热解；其中，所述预热区温度350-500℃；所述热解一区温度700-800℃；所述热解二区温度750-850℃；进一步地，热解时间共为30-120min；炉膛内氧气含量控制在≤0.3％。

进一步地，所述步骤d中，焙烧温度为1200-1300℃。

下面结合具体实施例对本发明综合处理垃圾与电石渣的工艺作进一步地具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例1

将空干基垃圾(10t/h)依次经过破袋处理、滚筛处理后再经过分选和破碎，使垃圾的粒度≤15mm，含水量为40％；之后将处理后垃圾与电石渣干燥单元获得的粉状电石渣(5t/h)按照1:0.5质量比进行混合，并在高压压球机内压制成型；将所得球团输送至绝氧热解装置的料板上，料厚为80mm；球团在炉内依次经过预热区、热解一区和热解二区完成绝氧热解，获得高附加值的荒煤气和高温热解球团，其中预热区温度为400℃，热解一区温度为750℃，热解二区温度为800℃，热解时间为90min；高温热解球团直接输送至高温煅烧炉内在1100℃下进行煅烧，产生高浓度co2，并实现热解固体中矿物质和焦渣对重金属的固化，得到建筑陶粒。所得建筑陶粒的表面积为119m²/g，其中铬和铅的浸出率分别为0.024mg/l和0.054mg/l；热解产生的700-750℃高温荒煤气进入气流干燥器，与加入的压滤后电石渣进行直接接触干燥，使电石渣含水量降至19.7％；同时，电石渣吸附热解油气中的焦油、灰尘及co2，对荒煤气进行净化，获得可燃性气体含量为92.9％的合成气，储存备用。

实施例2

本实施例综合处理垃圾与电石渣的工艺和实施例1步骤相同，但工艺参数不同，具体如下：

将空干基垃圾依次经过破袋处理、滚筛处理后再经过分选和破碎，使垃圾的粒度≤15mm，含水量为40％；之后将处理后垃圾与电石渣干燥单元获得的粉状电石渣按照1.2:1质量比进行混合，并在高压压球机内压制成型；将所得球团输送至绝氧热解装置的料板上，料厚为80mm；球团在炉内依次经过预热区、热解一区和热解二区完成绝氧热解，获得高附加值的荒煤气和高温热解球团，其中预热区温度为400℃，热解一区温度为750℃，热解二区温度为800℃，热解时间为60min；高温热解球团直接输送至高温煅烧炉内在1200℃下进行煅烧，产生高浓度co2，并实现热解固体中矿物质及焦渣对重金属的固化，得到建筑陶粒。所得建筑陶粒的表面积为104m²/g，其中铬和铅的浸出率分别为0.037mg/l和0.062mg/l；热解产生的700-750℃高温荒煤气进入气流干燥器，与加入的压滤后电石渣进行直接接触干燥，使电石渣含水量降至21.0％；同时，电石渣吸附热解油气中的焦油、灰尘及co2，对荒煤气进行净化，获得可燃性气体含量为93.6％的合成气，储存备用。

实施例3

本实施例综合处理垃圾与电石渣的工艺和实施例1步骤相同，但工艺参数不同，具体如下：

将空干基垃圾依次经过破袋处理、滚筛处理后再经过分选和破碎，使垃圾的粒度≤15mm，含水量为45％；之后将处理后垃圾与电石渣干燥单元获得的粉状电石渣按照0.8:1质量比进行混合，并在高压压球机内压制成型；将所得球团输送至绝氧热解装置的料板上，料厚为70mm；球团在炉内依次经过预热区、热解一区和热解二区完成绝氧热解，获得高附加值的荒煤气和高温热解球团，其中预热区温度为500℃，热解一区温度为800℃，热解二区温度为850℃，热解时间为30min；高温热解球团直接输送至高温煅烧炉内在1100℃下进行煅烧，产生高浓度co2，并实现热解固体中矿物质及焦渣对重金属的固化，得到建筑陶粒。所得建筑陶粒的表面积为121m²/g，其中铬和铅的浸出率分别为0.029mg/l和0.053mg/l；热解产生的700-750℃高温荒煤气进入气流干燥器，与加入的压滤后电石渣进行直接接触干燥，使电石渣含水量降至20.4％；同时，电石渣吸附热解油气中的焦油、灰尘及co2，对荒煤气进行净化，获得可燃性气体含量为94.2％的合成气，储存备用。

实施例4

本实施例综合处理垃圾与电石渣的工艺和实施例1步骤相同，但工艺参数不同，具体如下：

将空干基垃圾依次经过破袋处理、滚筛处理后再经过分选和破碎，使垃圾的粒度≤15mm，含水量为60％；之后将处理后垃圾与电石渣干燥单元获得的粉状电石渣按照1:1质量比进行混合，并在高压压球机内压制成型；将所得球团输送至绝氧热解装置的料板上，料厚为75mm；球团在炉内依次经过预热区、热解一区和热解二区完成绝氧热解，获得高附加值的荒煤气和高温热解球团，其中预热区温度为350℃，热解一区温度为700℃，热解二区温度为750℃，热解时间为120min；高温热解球团直接输送至高温煅烧炉内在1300℃下进行煅烧，产生高浓度co2，并实现热解固体中矿物质及焦渣对重金属的固化，得到建筑陶粒。所得建筑陶粒的表面积为122m²/g，其中铬和铅的浸出率分别为0.031mg/l和0.049mg/l；热解产生的700-750℃高温荒煤气进入气流干燥器，与加入的压滤后电石渣进行直接接触干燥，使电石渣含水量降至20.6％；同时，电石渣吸附热解油气中的焦油、灰尘及co2，对荒煤气进行净化，获得可燃性气体含量为93.6％的合成气，储存备用。

上述实施例中，通过将垃圾和电石渣成型后在绝氧密闭热解装置进行绝氧热解，得到高附加值的油气产品和热解固体，且避免二噁英的产生；然后，利用热解油气、即高温荒煤气的显热对电石渣进行干燥的同时实现热解油气的净化分离；最后，充分利用电石渣主要成分氧化钙对垃圾中重金属的固化作用，将热解后球团进行高温煅烧，制得安全、高性能的建筑陶粒，并对最终释放的高浓度co2进行集中处理，减少碳排放，真正实现了垃圾和电石渣处理的“资源化、无害化、减量化”。

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。