专利名称：以生活垃圾热解处理后的残渣为原料生产水煤气的方法
技术领域：
本发明涉及一种水煤气的生产方法，尤其是涉及一种以生活垃圾热解处理后的残渣为原料生产水煤气的方法。
背景技术：
随着社会经济的发展，人口数量大幅增长，生活垃圾的生成量成倍增加，垃圾滋生已成为继能源、交通、工业所排放的三废之后又一重大环保难题。由于受到技术水平的限制，国内生活垃圾处理产业化水平很低。各地都希望能找到一种比现行的填埋、堆肥和焚烧更为有效和经济的办法来解决这一令人头疼的问题。生活垃圾热解技术应运而生。在无氧或缺氧条件下，垃圾受热分解，产生气、液、固三种状态的产物。气态的有氢、甲烷、一氧化碳；液态的有甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等；固态则为含有一定量的碳残渣。对于前两种，目前都有较好的应用，但是对于固态残渣，因其成分复杂，含有C、0、N、 S、Si, Fe等多种元素，并且多以惰性组分存在(如玻璃、氧化硅等)，颗粒程度不一，表面性质难以考察，一直缺乏有效的方法来利用其中有价值的物料，只能堆积，不仅占用了大量场地，而且也造成一定的粉尘污染。研发工艺简单、效果明显、成本低廉的方法是非常有意义的。利用煤生产水煤气已经是一种成熟的常见方法。水煤气可作为燃料，或者作为合成氨、 合成石油、氢气制造的原料，在工业上具有广泛的用途。以此为参考，同样含有碳元素的残渣也可用于生产水煤气。中国专利C拟811297公开一种用烟煤生产水煤气的装置，其生产水煤气的装置的炉体分为A、B两个炉腔体，两个炉腔上部相连通；整个炉体呈η型结构形状；η型炉体的两肩顶部各设置有自动给煤机，给煤机通过加料管与炉体连通，加料管一侧有蒸汽补充阀；炉体中顶部设有停炉放气排空阀；炉体的两底部各设置炉篦；炉体的下部设置上吹蒸汽阀； 空气总阀及Α、Β炉风阀；Α、Β炉下行阀，放空阀，吹风燃烧阀，煤气总阀；在原固定层煤气发生炉的基础上加以改造后，拓宽利用烟煤，半烟煤地方煤炭为原料，使得烟煤转化率在90% 以上，生产的化工合成气体质量好，生产成本降低，设备投资小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能充分利用生活垃圾热解后的残渣，得到的水煤气产率和热值较高，生产设备简单，生产时间短，生产过程清洁的以生活垃圾热解处理后的残渣为原料生产水煤气的方法。本发明包括以下步骤1)垃圾热解后的固体残渣(下称残渣)破碎将大颗粒的非可燃物，如石块、玻璃块等用分离筛去除，利用细破机将固体产物进行破碎，水洗后烘干，得残渣；在步骤1)中，所述破碎后可再次过筛，得到颗粒度<0. 5mm的残渣；所述水洗可至少水洗1次。
2)残渣前处理将由步骤1)得到的残渣放入瓷舟，送入石英玻璃管中，将玻璃管两端用密封圈封住，通入惰性气体后加热，再降温后取出；在步骤幻中，所述加热，可采用管式炉进行加热，加热的温度可为700 1000°C， 最好为900°C，加热的时间可为0. 5 2h，最好为lh。3)制备水煤气将由步骤1)和幻处理的残渣和水分别装入瓷舟，一起送入石英玻璃管中，将石英玻璃管两端用密封圈封住，通入惰性气体后加热，进行水煤气反应，收集水煤气。在步骤3)中，所述加热，可采用管式炉进行加热，加热的温度可为700 1000°C， 最好为900°C，加热的时间可为0. 5 2h，最好为lh，所述残渣和水的质量比可为O 5) 1，所述残渣和水的质量比最好为4 1 ；所述收集水煤气，可采用储气罐或气球收集水煤气。所制得的水煤气和反应后的残渣可通过气相色谱检测各物质含量，残渣可通过热重仪或元素分析进行碳含量的检测，考察碳的利用率。本发明利用生活垃圾热解后的残渣生产水煤气，在高温及惰性环境条件下，残渣中的碳与水反应，生成氢气和一氧化碳，即水煤气。该方法突破性地对残渣进行了二次利用，化垃圾残渣为能源，解决了一直困扰热解垃圾产业的残渣处理问题。将残渣中的碳从固态转化为气态，彻底地利用了残渣中的碳，各种不同碳含量的残渣都可以使用该方法产生的水煤气。得到的水煤气热值大，且能存储运输。该方法的生产工艺简单，对设备投资资金要求不高，同时具有生产时间短、效率高、生产过程清洁等优点。经水煤气反应后残渣由黑色变为灰黄色，可直接用于路基的填埋。本方法完善了生活垃圾热解的流程，将原来难以利用的残渣高效转化为气体能源，使“残渣”真正成为残渣，并且能够适用于工业化生产，使垃圾处理向产业链发展的目标靠近。
图1为本发明实施例所使用的碳渣的EDS图。在图1中，横坐标的单位为KeV。图2为本发明实施例所使用的未经任何处理的残渣的TG图。在图2中，横坐标为温度Temperature (°C )，纵坐标质量百分比Weight (%)。图3为本发明实施例反应前后残渣对比图。
具体实施例方式以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。实施例11)对垃圾热解后的残渣进行破碎。将大颗粒的非可燃物，如石块、玻璃块等去除。 利用细破机将固体产物进行破碎至颗粒度约为0. 5mm，水洗后在50°C下烘干。2)固体产物前处理。将固体产物2g放入瓷舟，送入耐高温石英玻璃管中。将石英玻璃管两端用密封圈封住，通入氩气，石英玻璃管腔体内形成惰性状态，利用管式炉加热至 900°C，持续lh，待降至室温后取出，称量。3)制备水煤气。将经过前处理的残渣放入石英玻璃管中，将水IOmL装入瓷舟也放入石英玻璃管中，将石英玻璃管两端用密封圈封住，通入氩气，石英玻璃管腔体内形成惰性状态，利用管式炉加热至900°C，维持Ih降至室温，连同瓷舟一起取出，称量。4)收集气体。石英玻璃管出气一端，套上气球，收集气体。5)检测。将收集到的水煤气，利用气相色谱进行检测，对反应后的产物进行元素分析或热重分析，检验碳的减少量。由图1知未经过任何处理的残渣含有多种元素，例如碳、氧、钠、镁、铁等，定性了解残渣的组成。经过步骤1处理，从图2可知其能够挥发和燃烧的组分约为40%，其中以 350 700°C温度段失去的重量，可以判断其中碳的大致含量为30%。结合残渣经过前处理后，质量由2g减少至1. 6g左右，减少的质量主要来自干馏出的油状物和易挥发物质或分解后挥发物质。将此瓷舟再次放入玻璃管中制备水煤气，反应完全后，收集到的气体体积约 2. 5L，质量减少0. 5g左右。由图3可看到反应前后残渣颜色的变化，从黑色变为灰黄色，表明残渣中的碳已基本反应完全。利用元素分析检测可知其碳含量小于0.3%。利用气相色谱进行分析，可得到气体的具体成分比例，氢气含量为52. 1 %，一氧化碳44. 1 %，二氧化碳 2. 7%，甲烷 11%。实施例21)垃圾热解后的残渣进行破碎。将大颗粒的非可燃物，如石块、玻璃块等去除，利用细破机将固体产物进行破碎至颗粒度约为0. 5mm，水洗后在50°C下烘干。2)固体产物前处理。将固体产物2g放入瓷舟，送入耐高温石英玻璃管中，将石英玻璃管两端用密封圈封住，通入氩气，石英玻璃管腔体内形成惰性状态，利用管式炉加热至 700 0C，持续池，然后降至室温取出，称量。3)制备水煤气。将经过前处理的残渣放入石英玻璃管中，将水IOmL装入瓷舟也放入石英玻璃管中，将石英玻璃管两端用密封圈封住，通入氩气，石英玻璃管腔体内形成惰性状态，利用管式炉加热至1000°C，维持0.证降至室温，连同瓷舟一起取出，称量。4)收集气体。石英玻璃管出气一端，套上气球，收集气体。5)检测。将收集到的水煤气，利用气相色谱进行检测，对反应后的产物进行元素分析或热重分析，检验碳的减少量。实施例31)垃圾热解后的残渣进行破碎。将大颗粒的非可燃物，如石块、玻璃块等去除，利用细破机将固体产物进行破碎至颗粒度约为0. 5mm，水洗后在50°C下烘干。2)固体产物前处理。将固体产物2g放入瓷舟，送入耐高温石英玻璃管中。将石英玻璃管两端用密封圈封住，通入氩气，石英玻璃管腔体内形成惰性状态，利用管式炉加热至 IOOO0C，持续0. 5h,然后降至室温取出，称量。3)制备水煤气。将经过前处理的残渣放入石英玻璃管中，将水IOmL装入瓷舟也放入石英玻璃管中，将石英玻璃管两端用密封圈封住，通入氩气，石英玻璃管腔体内形成惰性状态，利用管式炉加热至900°C，维持0.紐降至室温，连同瓷舟一起取出，称量。4)收集气体。石英玻璃管出气一端，套上气球，收集气体。5)检测。将收集到的水煤气，利用气相色谱进行检测，对反应后的产物进行元素分析或热重分析，检验碳的减少量。实施例4
1)垃圾热解后的残渣进行破碎。将大颗粒的非可燃物，如石块、玻璃块等去除。利用细破机将固体产物进行破碎至颗粒度约为0. 5mm，水洗后在50°C下烘干。2)固体产物前处理。将固体产物2g放入瓷舟，送入耐高温石英玻璃管中。将石英玻璃管两端用密封圈封住，通入氩气，石英玻璃管腔体内形成惰性状态，利用管式炉加热至 900°C，持续lh，然后降至室温取出，称量。3)制备水煤气。将经过前处理的残渣放入石英玻璃管中，将水IOmL装入瓷舟也放入石英玻璃管中，将石英玻璃管两端用密封圈封住，通入氩气，石英玻璃管腔体内形成惰性状态，利用管式炉加热至7oo°c，维持池降至室温，连同瓷舟一起取出，称量。4)收集气体。石英玻璃管出气一端，套上气球，收集气体。5)检测。将收集到的水煤气，利用气相色谱进行检测，对反应后的产物进行元素分析或热重分析，检验碳的减少量。实施例51)垃圾热解后的残渣进行破碎。将大颗粒的非可燃物，如石块、玻璃块等去除。利用细破机将固体产物进行破碎至颗粒度约为0. 5mm，水洗后在50°C下烘干。2)固体产物前处理。将固体产物2g放入瓷舟，送入耐高温石英玻璃管中，将石英玻璃管两端用密封圈封住，通入氩气，石英玻璃管腔体内形成惰性状态，利用管式炉加热至 900°C，持续lh，然后降至室温取出，称量。3)制备水煤气。将经过前处理的残渣放入石英玻璃管中，将水4mL装入瓷舟也放入石英玻璃管中，将石英玻璃管两端用密封圈封住，通入氩气，石英玻璃管腔体内形成惰性状态，利用管式炉加热至900°C，维持Ih降至室温，连同瓷舟一起取出，称量。4)收集气体。石英玻璃管出气一端，套上气球，收集气体。 5)检测。将收集到的水煤气，利用气相色谱进行检测，对反应后的产物进行元素分析或热重分析，检验碳的减少量。实施例61)垃圾热解后的残渣进行破碎。将大颗粒的非可燃物，如石块、玻璃块等去除。利用细破机将固体产物进行破碎至颗粒度约为0. 5mm，水洗后在50°C下烘干。2)固体产物前处理。将固体产物2g放入瓷舟，送入耐高温石英玻璃管中。将石英玻璃管两端用密封圈封住，通入氩气，石英玻璃管腔体内形成惰性状态，利用管式炉加热至 800°C，持续1.证，然后降至室温取出，称量。3)制备水煤气。将经过前处理的残渣放入石英玻璃管中，将水6mL装入瓷舟也放入石英玻璃管中，将石英玻璃管两端用密封圈封住，通入氩气，石英玻璃管腔体内形成惰性状态，利用管式炉加热至800°C，维持Ih降至室温，连同瓷舟一起取出，称量。4)收集气体。石英玻璃管出气一端，套上气球，收集气体。5)检测。将收集到的水煤气，利用气相色谱进行检测，对反应后的产物进行元素分析或热重分析，检验碳的减少量。在上述实施例中，将产物放入石英玻璃管中进行前处理是为了去除固体产物中的易挥发物质，以及干馏出少量的油状物，以便能够确定参与水煤气反应的碳的质量。
权利要求
1.以生活垃圾热解处理后的残渣为原料生产水煤气的方法，其特征在于包括以下步骤1)垃圾热解后的固体残渣破碎将大颗粒的非可燃物，如石块、玻璃块等用分离筛去除，利用细破机将固体产物进行破碎，水洗后烘干，得残渣；2)残渣前处理将由步骤1)得到的残渣放入瓷舟，送入石英玻璃管中，将玻璃管两端用密封圈封住， 通入惰性气体后加热，再降温后取出；3)制备水煤气将由步骤1)和幻处理的残渣和水分别装入瓷舟，一起送入石英玻璃管中，将石英玻璃管两端用密封圈封住，通入惰性气体后加热，进行水煤气反应，收集水煤气。
2.如权利要求1所述的以生活垃圾热解处理后的残渣为原料生产水煤气的方法，其特征在于在步骤1)中，所述破碎后再次过筛，得到颗粒度< 0. 5mm的残渣。
3.如权利要求1所述的以生活垃圾热解处理后的残渣为原料生产水煤气的方法，其特征在于在步骤1)中，水洗至少1次。
4.如权利要求1所述的以生活垃圾热解处理后的残渣为原料生产水煤气的方法，其特征在于在步骤幻中，所述加热，是采用管式炉进行加热，加热的温度为700 1000°C，加热的时间为0. 5 2h。
5.如权利要求4所述的以生活垃圾热解处理后的残渣为原料生产水煤气的方法，其特征在于所述加热的温度为900°C，加热的时间为lh。
6.如权利要求1所述的以生活垃圾热解处理后的残渣为原料生产水煤气的方法，其特征在于在步骤幻中，所述加热，是采用管式炉进行加热，加热的温度为700 1000°C，加热的时间可为0. 5 2h。
7.如权利要求6所述的以生活垃圾热解处理后的残渣为原料生产水煤气的方法，其特征在于所述加热的温度为900°C，加热的时间为lh。
8.如权利要求1所述的以生活垃圾热解处理后的残渣为原料生产水煤气的方法，其特征在于在步骤3)中，所述残渣和水的质量比为2 5 1。
9.如权利要求8所述的以生活垃圾热解处理后的残渣为原料生产水煤气的方法，其特征在于所述残渣和水的质量比为4 1。
全文摘要
以生活垃圾热解处理后的残渣为原料生产水煤气的方法，涉及一种水煤气的生产方法。提供一种能充分利用生活垃圾热解后的残渣，得到的水煤气产率和热值较高，生产设备简单，生产时间短，生产过程清洁的以生活垃圾热解处理后的残渣为原料生产水煤气的方法。将大颗粒的非可燃物，如石块、玻璃块等用分离筛去除，利用细破机将固体产物进行破碎，水洗后烘干，得残渣；将残渣放入瓷舟，送入石英玻璃管中，将玻璃管两端用密封圈封住，通入惰性气体后加热，再降温后取出；将残渣和水分别装入瓷舟，一起送入石英玻璃管中，将石英玻璃管两端用密封圈封住，通入惰性气体后加热，进行水煤气反应，收集水煤气。
文档编号C10J3/60GK102154033SQ20111006053
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月11日 优先权日2011年3月11日
发明者方晓亮, 李悦, 田成波, 谢素原, 郑兰荪, 黄荣彬 申请人:厦门大学