专利名称：一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料的方法和设备；具体地，属于生活垃圾与高温烟气直接接触传热在无氧条件下进行干馏制取燃料(燃油或/和燃气)的方法和设备。
背景技术：
随着社会的发展和人们生活水平的提高，生活垃圾以及垃圾中有机物成份含量不断提高，并对人类的生存环境产生严重危害。有效地处理这些废弃物使其无害化、资源化已成为全球普遍重视和研究的课题。生活垃圾成份复杂，现有生活垃圾(或包括医疗垃圾)的热处理技术设备，如气化焚烧法、直接·焚烧法等都存在尾气含有二噁英的缺陷；气化焚烧法是将生活垃圾中的有机废弃物在500-900V还原区和裂解区高温分解成了商业价值低的含有氮气的低热值(5000KJ/Nm3左右)的燃气(CO、CH4, C2-C5, N2, H2, CO2);目前，世界上最先进的燃气发电的热利用率最多是33%，剩余的热量从燃气发电机排出的高温烟气中损失掉了，而直接焚烧法是将生活垃圾中的有机废弃物全部焚烧至烬，产生的高温烟气作为蒸汽锅炉的热源产生水蒸汽，而水蒸气驱动的汽轮发电机的热利用转化率只有22%左右，大量的能量被损耗，不能回收利用，导致垃圾的资源化利用率低；现有技术已公开了一些解决这方面问题的技术方案；本发明人在USP6，133,491，USP6, 270, 630B1和ZL98117823. 5中，公开了用生活垃圾和/或有机废弃物制取烃类的方法和设备，公开了利用钢制反应设备将同一原料采用低、高两种不同温度的第一级和第二级热裂解和催化裂解的处理方法；然而，要使生活垃圾中的各种有机物质彻底分解，必须达到800-1100°C的高温环境，但单一的钢质旋转反应釜长期处于高温环境下易变形，不能旋转，裂解反应无法进行到底，导致裂解反应的残渣中还剩有一定量的有机高分子物质不能完全地彻底分解，不能实施生活垃圾的彻底的减量化和无害化；本发明人在ZL200710130127. 5中，公开了一种连续化处理生活垃圾的方法，将不含水的固体垃圾输送到密闭的热解设备中，在无氧条件下间接地给钢制设备加热发生原料的热裂解；然而，间接加热的热效率低、耗能高、热解时间长，垃圾处理的成本高；公知地，单一的生活垃圾焚烧炉通常是卧式或立式，如马丁焚烧炉、沸腾焚烧炉、往复式炉排焚烧炉，各类立式或卧式焚烧炉、流化床焚烧炉....等等，炉体庞大，散热面积大，热的综合利用率低，且投资大，利润回报率低、不适合经济不发达国家以及中小城镇采用，推广应用价值低；特别地，随着焚烧炉排的传动，生活垃圾从干燥区(低中温区)移向燃烧区(高温区)的过程中，必须要经过500-700°C温度区域，在此温度区域，生活垃圾中所含的食盐或含氯塑料(PVC)等含氯物质与C和H元素和空气中的氧气O2结合成有害的二噩因(PCDFs)，造成了对环境的严重污染和危害，这是无法避免的客观实事。在ZL201120082883. 7中公开了《一种有效遏制二噁英的垃圾干馏热解气化装置》，和在ZL201110073735. 3中公开了《一种有效遏制二噁英的垃圾综合处理和利用方法》，上述二种生活垃圾的干馏或分解设备均属于常规的气化焚烧炉，这种气化炉结构和特性是炉体的底部是高温焚烧区，焚烧区的上部是裂解区；它属于一种“气化一焚烧”相联合的生物质产气炉，生活垃圾原料从炉体上部加入炉内，不断向下移动直至炉的底部变成灰烬，生活垃圾向下移动到裂解区(500-700°C)或还原区(850°C左右)时，受向上流动空气的涡流或踹流作用，生活垃圾中包含的一部分食盐或含氯塑料等含氯物质与空气中的氧发生反应，将不可避免地和客观地产生相当量的二噁英(P⑶Fs);特别地，如果利用这种气化焚烧炉作为生活垃圾的热解设备，则生活垃圾中含有的大量的可以资源化的能产生高价值商品的有机烃类物质(如塑料或橡胶)在高温850-1100°C的还原区和燃烧区被烧掉，只有小部分转化成含有大量40-50% (V%)氮气的低热值的可燃气体，不能更好的实施生活垃圾的资源化利用；
发明内容
本发明的目的是提供一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料(燃油或/和燃气)的方法和设备；具体地说，本发明涉及采用高温气体作为热源，将高温气体热源引入到立式热处理设备内，使热源与生活垃圾原料在立式热处理设备中直接接触发生传热和给原料加热，原料受热后发生热裂解反应，回收和利用裂解后的气相产物，并将热裂解反应后的固体残渣产物进行焚烧至烬；焚烧产生的高温烟气被引入到所述的立式热处理设备内给原料加热的方法和设备；按本发明的一个方面，提供了一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料(燃油或/和燃气)的方法，更具体地说，本发明涉及一种先将生活垃圾与高温烟气直接接触，发生热传递，进行热裂解反应，回收和利用裂解的气相产物转化成燃料(燃油或/和燃气)，然后将裂解反应产生的残渣进行高温焚烧，用焚烧产生的高温烟气给热裂解反应供热的方法。按本发明的另一方面，提供了一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料(燃油或/和燃气)的设备，它主要包括将生活垃圾进行干燥和热裂解的立式热处理设备、将裂解反应产生的残渣进行高温焚烧的设备，以及气相产物的收集和利用设备。按本发明的方法包括如下步骤1.将经过常规的预处理(包括磁选除去金属)、破碎、脱水或/和干燥至水分为50% (wt%)以下，尺寸不大于30厘米的生活垃圾原料从密闭的立式热处理设备的顶部或上部加料到立式热处理设备内；i1.将高温气体(如高温烟气)作为热源从立式热处理设备的下部、中部或/和上部的侧壁通入到立式热处理设备内，使向上流动的高温气体(如高温烟气)与向下移动的原料进行对流的直接接触，发生热传递或用高温气体给原料直接加热；在立式热处理设备中，如果属于用原料制取燃油，温度控制在250-450°C，如果属于用原料制取燃气，温度控制在150-800°C ;在立式热处理设备内，物料从进料至排出的热处理时间为O. 2-4小时，操作压力为负压、常压或稍高于常压；物料受热后发生热裂解反应，裂解反应产生气相产物和残渣，并按公知的方法收集和利用热裂解反应产生的气相产物；ii1.将裂解反应残渣排出立式热处理设备，送到焚烧炉中焚烧至烬；同时地，将高温烟气引入到立式热处理设备中给原料的裂解反应供热；iv.从焚烧炉中排出并处置焚烧后的灰渣；所述的生活垃圾原料，进一步包含一种或多种下列物质医疗垃圾、污泥、废塑料、废橡胶、油泥、污泥、稻杆、稻壳、废纸、植物、棉、布、纱、木、叶、莖、壳、枝、草、木屑、含油植物、油籽、油果、粪便等；本发明优选的将立式热处理设备排出的裂解气相产物先经过脱除焦油后再进行气体的收集或利用；即，裂解产生的气相产物先进行螺旋除焦器的网状旋转锥的转动和离心力的分离，除去气相物质中的大量高沸点的焦油和胶质，不让焦油等高沸点的重质有机物离开立式热裂解设备，促使焦油等重质有机物在立式热处理设备内进行强制性的往下流入到裂解区进行热裂解或分解，提高燃油或燃气的商品产率，特别地，防止气相产物中的焦油等重质有机物堵塞管道、冷凝器和其它设备，有利于生产的正常运行；在加料前，所述的生活垃圾原料经过粉碎或不粉碎，要求原料的尺寸不大于30厘米；在加料过程中应尽量避免热处理设备中产生的气相产物不外泄；所述的加料是指可以采用下列任何一种方式进行加料(I)连续化加料采用常规的螺旋进料器或往复式推进器，进行连续化的加料；(2)间歇式加料采用储料仓，利用储料仓顶部阀门的加料和底部阀门的卸料的上下阀门交替打开或关闭的切换，进行间歇式加料；特别地，打开加料阀门之前，先用水蒸气或惰性气体驱赶储料仓内的气体返回至热处理设备中；或将储料仓内的气体驱赶至焚烧炉中焚烧或进行冷凝、气液分离，并将不凝结气体输入到储气柜中缓存备用；所述的按公知的方法收集和利用热裂解反应产生的气相产物，是指将气相产物进行冷凝、气液分离、得到的液态产物和燃气；进一步对液态产物进行加热、固-气二相催化反应、分馏、冷凝、油水分离、精制、调配等过程，制取汽油柴油产品；将燃气引入到焚烧炉中燃烧，燃烧产生高温烟气，用高温烟气给热裂解反应供热；或将燃气用于发电、供热、锅炉产汽等;立式热处理设备内原料的干燥和裂解所需的热量由焚烧炉产生的高温烟气与原料直接接触供应；高温烟气或热源与原料直接接触提高了热传递的效率和传热速度，加速了原料的干燥和热裂解 ；特别地，克服和避免了常规技术设备的物料间接受热而导致的传热效率低、钢制热处理设备容易受高温变形或反应物易结焦的缺陷；焚烧炉所需的燃料或热源可以由燃油、燃气、煤、或/和裂解反应残渣的燃烧来提供，所说的燃油和燃气可以是从热裂解反应产生的气体产物中获得的。所述的热裂解残渣在焚烧炉内在850-1300°C下经焚烧，使其中的可燃物燃烧至烬，也使其它物质彻底无害化；裂解和焚烧操作的压力可为负压、常压或稍高于常压。裂解反应残渣排出立式热处理设备的步骤或热量利用，按如下方法进行即先将热裂解的残渣储备在立式热处理设备下部的储灰区，堆积到排灰渣机的螺旋输送料槽的上部，并不断地将热裂解的残渣输送到焚烧炉中进行焚烧；特别地，当立式热处理设备内的温度高于工艺设计的所需温度时，调节或降低排灰渣机的裂解残渣输送量，或控制降低单位时间内的焚烧炉的燃料(包括燃气或燃油)添加量；当立式热处理设备内的温度低于工艺设计的所需温度时，调节或加大排灰渣机的裂解残渣输送量，或控制增加单位时间内的焚烧炉的燃料(包括燃气或燃油)添加量；经过焚烧后的灰渣排出焚烧炉，冷却后经分筛，将未被灰化的固体物质如固体无机物和金属与灰分分开，分别做进一步的处理；无机物可以作为建材原料，如制砖；特别地,鼓风机鼓入的空气流量与储气柜经过弓I风机向外抽出的燃气流量基本一致；本发明的焚烧炉内的燃烧氧化反应，属于不含氯元素(CL)不含氢(H)元素的无机残炭燃料的燃烧，没有氯和氢等元素参加燃烧反应、没有形成二噁因(多氯二苯并-对-二n惡英，或PCDFs)的条件,不会发生如下反应
权利要求
1. 一种遏制ニ噁英生成的生活垃圾制取燃料的方法，包括如下步骤 1.将经过常规的预处理、破碎、脱水或/和干燥至水分为50%(wt% )以下，尺寸不大于30厘米的生活垃圾原料从密闭的立式热处理设备的顶部或上部加料到立式热处理设备内； i1.将高温气体，如高温烟气作为热源从立式热处理设备的下部、中部或/和上部的侧壁通入到立式热处理设备内，使向上流动的高温气体与向下移动的原料进行对流的直接接触，发生热传递或用高温气体给原料直接加热；在立式热处理设备中，如果属于用原料制取燃油，温度控制在250-450°C，如果属于用原料制取燃气，温度控制在150-800°C ;在立式热处理设备内，物料从进料至排出的热处理时间为0. 2-4小时，操作压カ为负压、常压或稍高于常压；物料受热后发生热裂解反应，裂解反应产生气相产物和残渣，并按公知的方法收集和利用热裂解反应产生的气相产物； ii1.将裂解反应残渣排出立式热处理设备，送到焚烧炉中焚烧至烬；同时地，将高温烟气引入到立式热处理设备中给原料的的干燥和裂解反应供热； iv.从焚烧炉中排出并处置焚烧后的灰渣。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述的生活垃圾原料，进ー步包含ー种或多种下列物质医疗垃圾、污泥、废塑料、废橡胶、油泥、污泥、秸杆、稻壳、废纸、植物、棉、布、纱、木、叶、莖、売、枝、草、木屑、含油植物、油籽、油果、粪便。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于所述的加料是指可以采用下列任何ー种方式进行加料 连续化加料采用常规的螺旋进料器或往复式推进器，进行连续化的加料； 间歇式加料采用储料仓，利用储料仓顶部阀门的加料和底部阀门的卸料的上下阀门交替打开或关闭的切換，进行间歇式加料；特别地，打开加料阀门之前，先用水蒸气或惰性气体驱赶储料仓内的气体返回至热处理设备中；或将储料仓内的气体驱赶至焚烧炉中焚烧或进行冷凝、气液分离，并将不凝结气体输入到储气柜中缓存备用。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于所述的收集和利用热裂解反应产生的气相产物是指；将气相产物进行脱除焦油、冷凝、气液分离、得到的液态产物和不凝结性燃气；进一歩对液态产物进行加热、固-气二相催化反应、分馏、冷凝、油水分离、精制、调配等过程，制取汽油柴油产品；将燃气引入到焚烧炉中燃烧，燃烧产生高温烟气，用高温烟气给原料的干燥和热裂解反应供热；或将燃气用于发电、供热、锅炉产汽。
5.实施ー种遏制ニ噁英生成的生活垃圾制取燃料的设备，其特征在于设备包括依次连接的进料输送机、加料仓、立式密闭的热处理设备、排灰渣机、螺旋脱焦油器、气相产物的收集利用装置、焚烧炉、以及烃油收集装置。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在干所述的进料输送机(3)，属于常规的螺旋进料机、液压往复式进料机，以及其它常规的固体进料机；通过法兰(5)，将进料输送机(3)的出料ロ与立式热处理设备⑴壳体⑵的上部侧面的进料ロ联通；所述的排灰渣机(19)，属于常规技术制造的螺旋输送机，也可以采用其它的常规灰渣输送机。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在干所述的立式密闭的热处理设备(1)，包括长圆筒形或长方体的壳体(2)，温度计(10、14、50)，能够调节物料向下移动的活动炉蓖(11、15)，高温气体(或高温烟气)的进ロ(12、16)，气相产物的排出ロ(6)，干燥区(52)，热裂解区(51)，储灰区(18)等；具体地，长圆筒形或长方体的壳体(2)，壳体顶部是封头或平顶形状，壳体(2)的底部是封头、锥形或平底；壳体(2)顶部或上部的气相产物出口与螺旋脱焦油器的进气口(44)联通；壳体(2)的上部侧面的原料进口与进料输送机(3)的出料口用法兰(5)连接相通；壳体(2)顶部的原料进口与储料仓(43)的卸料阀(6)相接相通； 壳体(2)的原料进口的下部是原料的干燥区(52)，壳体(2)的干燥区(52)的侧面配置温度计(10)，壳体(2)干燥区(52)的底面配置常规市售的活动排炉渣炉蓖(11);壳体干燥区 (52)的折叠式活动炉蓖(11)下部配置有给干燥区(52)供热的高温气体热源(或高温烟气)的进口(12);所述的给干燥区(52)供热的高温气体进口(12)的下部是壳体(2)中的热裂解区(51)，壳体热裂解区(51)的侧面配置温度计(14)，壳体热裂解区(51)的底面配置常规市售的活动排炉渣炉蓖(15)，壳体热裂解区(51)的活动炉蓖(15)下部配置有给热裂解区(51)供热的高温气体热源(或高温烟气)的进口(16);所述的给热裂解区(51)供热的高温气体进口(16)的下部是壳体(2)中的储灰区(18)，壳体储灰区(18)的侧面配置温度计(50);壳体储灰区(18)的下部是排灰渣机(19);排灰渣机(19)的卸料口 (20)与焚烧炉(22)的焚烧炉储料仓的残渣加料口(21)相连通。
8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于所述的螺旋脱焦油器(53)，包括调速电机，网状旋转锥(55)、气相产物进口(44)，脱焦后的净化气体出口(54)，属于公知的 “气——固”二相分离器商品；螺旋脱焦油器(53)配置在所述的立式热处理设备(I)的顶部或上部，螺旋脱焦油器(53)的进气口(44)与立式热处理设备(I)的气相产物出口相通； 螺旋脱焦油器(53)的排气口(54)与气相产物的收集利用装置的空气换热器(9)的气相产物进口(7)联通；所述的间歇式加料仓(43)，包括构成加料仓的圆筒形壳体或矩形的壳体、壳体的上部或顶部配置加料口阀门(45)、壳体的底部配置卸料口阀门￠)、壳体配置水蒸汽或惰性气体的进口阀门(57)和排气口阀门(49)，壳体配置压力表(56);间歇式加料仓 (43)配置在立式热处理设备(I)的上方，间歇式加料仓(43)的卸料口阀门(6)的出料口与立式热处理设备(I)的顶部加料口相通；所述的焚烧炉(22)，包括供焚烧的卧式矩形壳体 (46)、壳体(46)上部配置有储料仓(20)的残渣焚烧的燃料入口(21)，配置有与烃油收集装置相连的不凝结性燃气的燃气喷嘴(48)、液体烃油的燃烧喷嘴(58)、燃烧获得的高温烟气出口(59)、用于焚烧的热空气进口(25)，壳体(46)下部的排炉渣机(24)，以及壳体(46) 内供固体物质焚烧用的炉排(23);具体地，高温烟气出口(59)分别与阀门(13、17)的进气口联通，阀门(13)的出气口与高温烟气进口(12)联通，阀门(17)的出气口与高温烟气进口 (16)联通。
9.根据权利要求5所述的设备，其特征在于所述的气相产物的收集利用装置，包括 空气加热的换热器(9)、冷凝器(38)、气——液二相分离器(37)、水封罐(40)、储气柜(39)、 引风机(47)等；具体地，螺旋脱焦油器(53)的气体出口(54)与空气换热器(9)的气相产物进口(7)联通，空气换热器(9)的气体产物出口与冷凝器(38)的气体物料进口联通，冷凝器(38)的气体物料出口与气——液分离器(37)的上部一端联通，气一一液分离器(37) 的上部另一端与水封罐(40)的液下插入管相联通，水封罐(40)的顶部气体出口与储气柜 (39)的进气管联联通；储气柜(39)的上部排气管与阀门(42)的进气口联通，阀门(42)的出气口与引风机(47)的进气口联通；储气柜(39)的上部排气管经过阀门(41)联通焚烧炉 (22)的燃气喷嘴(48);其中，气-液分离器(37)的下部燃油出口联通油泵(36)的进料口，油泵(36)的出料口经阀门(60)与焚烧炉(22)的燃油喷嘴(58)相连通；鼓风机⑶的排气口联通空气换热器(9)的室温空气的进口，空气换热器(9)的 热的空气出口联通焚烧炉 (22)的热空气进口(25);所述的烃油收集装置，进一步包括烃油的加热、固-气二相的催化固定床(34)、柴油汽提塔(32)、汽油储罐(28)、柴油储罐(28)、分馏塔(33)、汽油冷凝器 (31)、柴油冷凝器(29)、重油加热器(35)、油泵(36)、油水分离器(30)、水封罐(26)。
全文摘要
本发明涉及一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料的方法和设备；采用高温气体作为热源，将热源引入到立式热处理设备内，使热源与生活垃圾在立式热处理设备中直接接触发生传热，原料受热后发生热裂解反应，回收和利用裂解后的气相产物，并将热裂解后产生的残渣进行焚烧至烬，焚烧产生的高温烟气被引入到热处理设备内给原料加热；本发明提供了一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料的设备，主要包括生活垃圾的干燥和热裂解的立式热处理设备、裂解的残渣进行焚烧的设备，以及气相产物的收集和利用设备；本发明具有设备结构简单、能够实现生活垃圾处理的规模化、连续化、资源化和减量化等诸多方面的优点。
文档编号C10K1/00GK103045273SQ20121042464
公开日2013年4月17日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者周鼎力, 邢力 申请人:周鼎力, 邢力