一种垃圾处理耦合还原炼铁的系统及方法与流程

本发明属于固体废弃物资源化处理领域，具体涉及一种垃圾处理耦合还原炼铁的系统及方法。

背景技术：

垃圾处理问题目前已经成为我国继能源危机、水污染治理、工业废物处理后所面临的又一项严峻的环境问题。垃圾热解处理是目前公认的相对于垃圾焚烧更好的处理方式，不仅能够清洁实现垃圾的减量化处理，环境友好性强，而且可获得价值更高的油、气和固体炭，从原理上避免了二噁英的生成，同时大部分的重金属在热解过程中融入灰渣，减少了排放量。

气基竖炉技术是利用氢气等还原性气体与铁矿石进行反应，生成海绵铁产品的过程。

现有技术中，一些垃圾热解工艺获得的热解气热值较低，难以作为产品出售，经济性差。一些气基竖炉还原炼铁工艺所用的还原性气体主要来自煤炭气化，而煤气化耗水量大，污染严重，在应用中受到很多制约。

技术实现要素：

本发明的目的是针对垃圾热解工艺中能耗较大、热解气热值低、热解产品难以有效利用等问题，以及还原炼铁工艺中污染物排放量大、能耗高、成本高、还原剂难以解决等问题，提供一种清洁、高效的垃圾处理耦合还原炼铁的工艺。

本发明首先提供了一种垃圾处理耦合还原炼铁的系统，所述系统包括：

蓄热式旋转床，具有原料入口、燃料气入口、烟气出口、热解水出口、热解油气混合物出口、热解炭出口；

油气分离装置，具有热解油气混合物入口、焦油出口、热解气出口，所述热解油气混合物入口与所述蓄热式旋转床的热解油气混合物出口相连；

净化装置，具有热解气入口、净化热解气出口，所述热解气入口与所述油气分离装置的热解气出口相连；

变压吸附装置，具有净化热解气入口、氢气出口和燃料气出口，所述净化热解气入口与所述净化装置的净化热解气出口相连；

气基竖炉，具有氢气入口、铁矿石入口、海绵铁出口、烟气出口，所述氢气入口与所述变压吸附装置的氢气出口相连。

在本发明的一些实施例中，所述变压吸附装置的燃料气出口与所述蓄热式旋转床的燃料气入口相连。

在本发明的一些实施例中，所述系统还包括熄焦装置，所述熄焦装置具有热解炭入口、灰渣出口、熄焦水入口，所述热解炭入口与所述蓄热式旋转床的热解炭出口相连。

在本发明的一些实施例中，所述蓄热式旋转床包括干燥区和热解区；所述热解水出口布置于所述干燥区末端的侧壁，所述热解油气混合物出口布置于所述热解区末端的顶部。

此外，本发明还提供了一种利用上述系统处理垃圾及还原铁的方法，所述方法包括如下步骤：

准备垃圾；

将所述垃圾送入所述蓄热式旋转床内进行热解，制得热解油气混合物；

将所述热解油气混合物依次送入所述油气分离装置和所述净化装置，制得干净的热解气；

将所述热解气送入所述变压吸附装置进行分离，得到氢气和燃料气；

将所述氢气送入所述气基竖炉，用以还原铁矿石。

在本发明的一些实施例中，将所述热解气分离得到的燃料气作为燃料送入所述蓄热式旋转床热解所述垃圾。

在本发明的一些实施例中，所述铁矿石为含铁量≤30％的低品位铁矿石。

在本发明的一些实施例中，所述垃圾的平均粒径≤100mm。

在本发明的一些实施例中，在0.5MPa-2.5MPa的压力下对所述热解气进行分离，制备氢气和燃料气。

在本发明的一些实施例中，在700℃-1000℃的温度下热解所述垃圾。

本发明采用采用蓄热式旋转床对垃圾进行热解，将热解气进行变压吸附分离出还原性气体氢气及甲烷等燃料气，并将氢气用以还原铁矿石，整个工艺成本低、无二噁英产生，环保效益好，获得的海绵铁品质高，解决了垃圾处理困难及还原炼铁高能耗等问题。

此外，本发明工艺简单、产品经济效益好，易于实现工业化和规模化。

附图说明

图1为本发明实施例中的一种垃圾处理耦合还原炼铁的系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中的一种利用上述系统热解垃圾及还原铁的工艺流程图。

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。

参见图1，本发明提供的垃圾处理耦合还原炼铁的系统包括：分选装置1、破碎装置2、蓄热式旋转床3、油气分离装置4、净化装置5、变压吸附装置6、气基竖炉7、熄焦装置8。

分选装置1包括磁选、筛分等设备，以便分选出垃圾中的金属、渣土等无机物。

分选装置1和破碎装置2是垃圾的预处理装置，可根据垃圾原料的具体性质，选择是否在系统中布置。

蓄热式旋转床3具有原料入口、燃料气入口、烟气出口、热解水出口、热解油气混合物出口、热解炭出口。蓄热式旋转床3的原料入口与破碎装置2的出料口相连。蓄热式旋转床3用于对垃圾进行热解处理，制备热解油气和热解炭。

蓄热式旋转床3包括干燥区和热解区。热解水出口布置于干燥区末端的侧壁，以便在热解水刚产生时就进行收集，降低系统能耗；热解油气混合物出口布置于热解区末端的顶部，以便得到高品质的热解油气；热解炭出口布置于热解区末端的底部，以便出料。

油气分离装置4具有热解油气混合物入口、焦油出口、热解气出口，热解油气混合物入口与蓄热式旋转床3的热解油气混合物出口相连。油气分离装置4用于分离热解油和热解气。

净化装置5具有热解气入口、净化热解气出口，热解气入口与油气分离装置4的热解气出口相连。净化装置5用于除去热解气中的杂质，以获得较为干净的热解气，提高产品的经济效益。

变压吸附装置6具有净化热解气入口、氢气出口和燃料气出口，净化热解气入口与净化装置5的净化热解气出口相连。变压吸附装置6用于分离热解气，制备氢气和燃料气。

变压吸附装置6分离出来的燃料气的热值较高，图1所示的系统中，变压吸附装置6的燃料气出口与蓄热式旋转床3的燃料气入口相连，分离出的燃料气直接送入了蓄热式旋转床3，用以热解垃圾。这样布置有利于降低系统的运行成本。当然，燃料气也可收集储存，外卖或另作他用。

气基竖炉7具有氢气入口、铁矿石入口、海绵铁出口、烟气出口，氢气入口与变压吸附装置6的氢气出口相连。气基竖炉7为铁矿石的反应装置，用氢气还原铁矿石以炼铁。

熄焦装置8具有热解炭入口、灰渣出口、熄焦水入口，热解炭入口与蓄热式旋转床3的热解炭出口相连。熄焦装置8用于冷却热解炭，当然，热解炭也可采用其他方式进行处理。

图2为本发明实施例中的一种处理垃圾及还原铁的工艺流程图，包括如下步骤：

准备垃圾；

将垃圾送入蓄热式旋转床3内进行热解，制得热解油气混合物；

将热解油气混合物依次送入油气分离装置4和净化装置5，制得干净的热解气；

将热解气送入变压吸附装置6进行分离，得到氢气和燃料气；

将氢气送入气基竖炉7，用以还原铁矿石。

本发明制得的热解气和焦油热值较高。其中，焦油可以作为锅炉燃料油使用，热解气可作为蓄热式旋转床3的燃料使用，能降低系统的运行成本。

气基竖炉直接还原炼铁工艺还原速度快、产品质量稳定、自动化程度高、单机产能大。铁矿石的含铁量越少，越难还原炼铁。而本发明所用的气基竖炉能处理含铁量≤30％的低品位铁矿石。

进入蓄热式旋转床3的垃圾的平均粒径最好≤100mm，粒径太大，垃圾的热解效果不好。

经过大量的实验发现，本发明中，变压吸附分离热解气时，优选在0.5MPa-2.5MPa的压力下对热解气进行分离，制备氢气和燃料气。压力太小，氢气的得率低；压力太大，设备的损耗大。变压吸附所用的催化剂为常规催化剂。

由于垃圾经过分选和破碎后就直接进行热解了，因此最好将蓄热式旋转床3干燥区的温度设置得高一些，以便能有效的除去垃圾中的水分，提高后续热解效果。优选地，将蓄热式旋转床3干燥区的蓄热式辐射管的温度设置为500℃-700℃。

垃圾的成分很多，优选地，将蓄热式旋转床3热解区的蓄热式辐射管的温度设置为700℃-1000℃。在此温度下，垃圾能被完全热解。当然，也可根据垃圾的原料成分，适当地调整热解温度。

本发明制得的热解炭大部分为无机物残渣，经过熄焦处理后，可直接送至填埋场进行处理。

上述系统中各装置的有益效果和上述利用该系统热解垃圾及还原铁的方法的有益效果有部分重叠，为了更加简洁，并未过多叙述。

本发明实现了垃圾热解和还原炼铁工艺的高效结合，不仅降低了运行成本，提高了整个工艺的清洁性，还增加了经济效益，且易于工业化推广。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。

实施例1

本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺路线对垃圾进行处理。所用垃圾的含水率为36％，其具体成分如表1所示，具体处理流程如下：

将含水率36％的垃圾送入分选装置1，去除玻璃、金属等无机物，再进入破碎设备2，选取平均粒径小于100mm的垃圾原料。将垃圾原料送入蓄热式旋转床3，在干燥区蓄热式辐射管的温度为550℃，热解区蓄热式辐射管的温度为1000℃。垃圾在旋蓄热式旋转床3中依次经过干燥、热解制气等过程，最后得到的热解水从蓄热式旋转床3干燥区末端炉膛侧壁(热解水出口)流至污水处理站处理，热解油气混合物在蓄热式旋转床3热解区的末端顶部(热解油气混合物出口)排出，进入油气分离装置4，将其分离为热解气和焦油；热解炭在旋转床末端底部(热解炭出口)通过螺旋输送装置排出，送至熄焦装置8中处理后，直接运至填埋场进行处置。净化后的热解气送入气基竖炉7中与含铁量28％的铁矿石进行反应，制备海绵铁。气基竖炉7的操作压力为2.5MPa。

最终制得的氢气的产率为35％(相对于入炉垃圾)。经过冷却、破碎、磁选后的海绵铁的含铁量为95％。

实施例2

本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺路线对垃圾进行处理。所用垃圾的含水率为35％，其具体成分如表1所示，具体处理流程如下：

将含水率35％的垃圾送入分选装置1，去除玻璃、金属等无机物，再进入破碎设备2，选取平均粒径小于100mm的垃圾原料。将垃圾原料送入蓄热式旋转床3，在干燥区蓄热式辐射管的温度为600℃，热解区蓄热式辐射管的温度为700℃。垃圾在旋蓄热式旋转床3中依次经过干燥、热解制气等过程，最后得到的热解水从蓄热式旋转床3干燥区末端炉膛侧壁(热解水出口)流至污水处理站处理，热解油气混合物在蓄热式旋转床3热解区的末端顶部(热解油气混合物出口)排出，进入油气分离装置4，将其分离为热解气和焦油；热解炭在旋转床末端底部(热解炭出口)通过螺旋输送装置排出，送至熄焦装置8中处理后，直接运至填埋场进行处置。净化后的热解气送入气基竖炉7中与含铁量30％的铁矿石进行反应，制备海绵铁。气基竖炉7的操作压力为0.5MPa。

最终制得的氢气的产率为32％(相对于入炉垃圾)。经过冷却、破碎、磁选后的海绵铁的含铁量为94％。

表1垃圾各组分百分含量(wt％)

从上述实施例可知，上述实施例制得的氢气的产率大于了30％，本发明将其分离，用以还原炼铁，提高了产品的经济价值。

此外，上述实施例所使用的铁矿石的含铁量小于30％，而制得的海绵铁的含铁量高于94％，证明本发明的经济性好。

综上，本发明采用采用蓄热式旋转床对垃圾进行热解，将热解气进行变压吸附分离出还原性气体氢气及甲烷等燃料气，并将氢气用以还原铁矿石，整个工艺成本低、无二噁英产生，环保效益好，获得的海绵铁品质高，解决了垃圾处理困难及还原炼铁高能耗等问题。

此外，本发明工艺简单、产品经济效益好，易于实现工业化和规模化。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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。