本发明涉及固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种固体废弃物热解过程中，可利用不同类型的催化剂降低热解气中焦油含量的装置和方法。
背景技术：
随着经济的飞速发展和人民生活水平的提高，我国正面临着严重的能源和环境问题。目前，我国能源主要依靠煤炭、石油以及天然气等化石能源，均具有不可再生性，并且在不断枯竭。然而，生物质作为一种可再生能源逐渐受到高度重视。
其中，对有机固体废弃物进行热解处理，能够使得生物质能源得到广泛利用，并实现垃圾的无害化处理，有望解决我国能源和环境存在的双重问题。然而，热解过程产生的焦油在一定程度上限制了该工艺的进一步推广。其中，热解气中焦油含量较高，不仅影响热解气的进一步利用，还导致下游管路堵塞。因此，降低和去除热解过程产生的焦油具有重要的研究意义和应用价值。
通过催化裂解反应能够降低焦油的含量，从而避免下游管路堵塞。其中，不同类型的催化剂在热解气催化净化、降低热解气中焦油含量的过程中具有不同的催化性能和特点。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种固体废弃物热解处理装置和方法，固体废弃物热解过程中采用不同类型催化剂复合使用来催化裂解焦油，充分发挥不同催化剂的性能优势，有效降低了热解过程产生的热解气中焦油的含量，具有较好的应用前景。
本发明提出了一种固体废弃物热解处理装置，包括由炉顶、炉墙、炉底围成的炉膛，所述炉膛内壁为保温层，外壁为钢结构层，所述炉膛中设置有多孔板、物料板、转动装置、加热装置、水封装置，所述炉墙上设置有出气口。
所述多孔板上端面设置有依次连接的n个区域，所述n为大于1的整数，其上方的炉墙上设置有第一进料螺旋。所述物料板位于所述多孔板下方，所述物料板上方的炉墙上设置有第二进料螺旋。所述加热装置设置在所述物料板下方。
所述水封装置设置有三组，分别位于所述炉顶下方、多孔板下方、炉底下方，分别实现所述炉顶、多孔板、炉底与所述炉墙的密封。
所述转动装置包括第一转动装置和第二转动装置。其中，所述第一转动装置包括第一驱动器、第一连接杆，所述第一连接杆一端固定在所述炉顶上，另一端与所述多孔板连接，所述第一驱动器驱动所述炉顶转动。所述第二转动装置包括第二驱动器、第二连接杆，所述第二连接杆一端固定在所述炉底上，另一端与所述物料板连接，所述第二驱动器驱动所述炉底转动。
优选的，所述多孔板下方的炉墙上设置有进气口，所述进气口上设置有阀门。
优选的，所述水封装置包括水封刀和水封槽，其中，所述水封槽包括外环水封槽和内环水封槽，分别固定在所述两侧炉墙内壁上。
所述水封刀呈环形，包括同心依次排列的外环水封刀、中环水封刀、内环水封刀。
所述炉顶下方和所述多孔板下方和所述炉底下方分别固定有一组中环水封刀，并且所述中环水封刀的两端向下弯折，靠近内侧炉墙的弯折端形成中环内水封刀，靠近外侧炉墙的弯折端形成中环外水封刀。所述外环水封刀的一端与所述外侧炉墙内壁连接，另一端向下弯折。所述内环水封刀的一端与所述内侧炉墙内壁连接，另一端向下弯折。
所述外环水封刀和内环水封刀向下弯折的端部，以及中环内水封刀、中环外水封刀均插入所述水封槽中，其中，所述外环水封刀向下弯折的端部与所述中环外水封刀插入所述外环水封槽中配合密封，所述内环水封刀向下弯折的端部与所述中环内水封刀插入所述内环水封槽中配合密封。
优选的，所述多孔板上端面依次分为面积比为1：2：3的三个区域，用于放置不同的催化剂。
进一步的，所述多孔板上均匀布置有孔径为1～3cm的气孔。
优选的，所述多孔板下端面与所述物料板上端面的垂直距离为60～80cm。
本发明还提出了一种根据上述装置进行固体废弃物热解处理的方法，包括步骤：
a、启动所述第一驱动器，所述炉顶转动，带动所述第一连接杆转动，进而使得所述多孔板进行转动，并将不同的催化剂分别经由所述第一进料螺旋放置在所述多孔板的n个不同的区域上，形成催化剂层；
b、启动所述第二驱动器，所述炉底转动，带动所述第二连接杆转动，进而使得所述物料板进行转动，并将固体废弃物经由所述第二进料螺旋送入所述物料板上形成物料层；
c、启动所述加热装置，所述物料层发生热解反应，产生的粗热解气经由所述多孔板的气孔进入所述催化剂层中，所述粗热解气中的焦油发生催化裂解反应，得到热解气，然后经由所述出气口排出。
优选的，所述催化剂选用镍负载型催化剂、分子筛催化剂、白云石催化剂、碱金属催化剂。所述催化剂为直径6～20cm的球形颗粒或棒状颗粒。
优选的，所述热解反应的温度为600～950℃，时间为1～2h。
优选的，上述方法还包括步骤：通过所述多孔板下方的进气口鼓入热空气，使得所述不同的催化剂实现原位再生活化。
本发明用于热解处理固体废弃物的装置简单，设备费用低，解决了目前热解气化焦油裂解系统过于复杂、设备投资费用较高的问题。
本发明采用不同类型的催化剂，与不同区域产生的粗热解气接触，使得粗热解气中的焦油发生不同类型的催化裂解反应，最大程度降低焦油的含量，得到高品质的热解气。从而有效避免焦油含量较高时，对下游管道造成堵塞的问题。
并且，针对热解处理固体废弃物过程中易产生飞灰导致催化剂积碳失活的缺陷，装置中设置了热空气进口鼓入热空气，能够实现催化剂的原位活化再生，适于大规模工业化处理固体废弃物。
本发明的装置在处理固体废弃物时，对原料的适应性广，既可用于处理生活垃圾，也可处理生物质、废旧轮胎、油漆渣以及其他有机固体废弃物。
附图说明
图1为本发明的固体废弃物热解处理装置的剖面结构示意图。
附图中的附图标记如下：
1-钢结构层；2-保温层；3-催化剂层；4-多孔板；5-进气口；6-物料板；7-辐射管；8-物料层；9-水封槽；10-出气口；11-水封刀；12-第一连接杆；13-第二连接杆。
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。
本发明首先提出了一种固体废弃物的处理装置，该装置具有炉顶、炉墙、炉底，以及由炉顶、炉墙、炉底围成的炉膛，使得该装置形成封闭体系。本发明中，优选无热载体蓄热式双层转动床反应器。
本发明的装置中，炉膛中设置有多孔板、物料板、转动装置、加热装置、水封装置。其中，加热装置优选辐射管。转动装置包括第一转动装置和第二转动装置。
其中，炉顶、炉墙、炉底，以及多孔板、物料板、水封装置均为环形。并且，炉顶、炉底、多孔板以及物料板均能绕环形中心轴进行转动。
图1示出了固体废弃物处理装置的环形结构的剖面示意图，具体的，如下：
炉膛为双层封闭式结构，包括外层的钢结构层1和内层的保温层2，对整个装置起到支撑和保温作用。
炉膛中，多孔板4用于放置不同的催化剂，形成催化剂层3。多孔板4与第一种转动装置连接，第一转动装置包括第一连接杆12和第一驱动器(图中未示出)。其中，第一连接杆12一端固定连接在炉顶上，另一端与多孔板4上端面固定连接。第一驱动器用于驱动炉顶转动，同时带动第一连接杆12转动，从而使得多孔板4进行转动。
优选的，在多孔板4上端面的中间设置有直径略大于第一连接杆12直径的孔，使得第一连接杆12能够与多孔板4固定连接，从而支撑多孔板4，并控制多孔板4进行不同转速的转动。
多孔板4的上端面被分为依次连接的n个区域，n为大于1的整数。优选的，n取3。进一步的，三个区域的面积占比为1：2：3，分别用于放置不同的催化剂。优选的，多孔板4上均匀布置有孔径为1～3cm的气孔。
物料板6用于放置待热解的固体废弃物物料，形成物料层8。物料板6与第二转动装置连接，第二转动装置包括第二连接杆13和第二驱动器(图中未示出)。其中，第二连接杆13一端固定连接在炉底上，另一端与物料板6固定连接。第二驱动器用于驱动炉底转动，同时带动第二连接杆13转动，从而使得物料板6进行转动。
优选的，在物料板6的下端面的中间设置有直径略大于第二连接杆13直径的孔，使得第二连接杆13能够与物料板6固定连接，从而支撑物料板6，并控制物料板6进行不同转速的转动。
多孔板4位于物料板6的上方，便于物料层8热解产生的粗热解气向上游动经由多孔板4的气孔进入催化剂层3中。本发明中，多孔板4和物料板6分别与两个转动装置连接，即在不同动力源的驱动下以不同的转速转动，通过调整转速使得物料层8中不同反应区域产生的粗热解气与不同区域的不同催化剂充分接触，利用不同催化剂的特点，粗热解气中的焦油发生不同的催化裂解反应，实现粗热解气中焦油含量的最低化。优选的，多孔板4下端面与物料板6上端面的垂直距离为60～80cm。
作为本发明优选的实施例，在多孔板4下方的炉墙上设置有进气口5，进气口5设置有阀门，用于控制进气口的打开或闭合。本发明中，进气口5用于向炉膛中通入热空气，热空气会向上游动，并通过多孔板4的气孔与催化剂层3接触。因为，随着反应的进行，催化剂会出现不同程度的失活，热空气可以有效实现失活催化剂的原位活化、再生，从而节省催化剂的使用成本和催化剂的拆卸费用。当催化剂完全失活后，可通过装置后端的出料设备完成出料。本发明中，不限制进气口5的数量。
本发明中，在多孔板4上方的炉墙上设置有第一进料螺旋(图中未示出)，用于分别向多孔板4上送入不同的催化剂。在物料板6上设置有第二进料螺旋(图中未示出)，用于向物料板6上送入待热解的固体废弃物原料。优选的，第一进料螺旋上设置有刮板器，用于在多孔板4转动时均匀分散催化剂物料。同理，第二进料螺旋上也设置有刮板器，用于在物料板6转动时均匀分散固体废弃物原料。
物料板6下方的炉墙上设置有加热装置，加热装置优选辐射管7，为物料层8的热解反应提供热量。本发明中，不限制辐射管7的数量。
本发明装置的炉墙上设置有出气口10，用于排出经催化裂解净化的热解气，进入下一步处理工序。
本发明的装置中，设置有水封装置，用于保证炉膛内为绝氧气氛。水封装置设置有三组，分别为第一组水封装置、第二组水封装置、第三组水封装置。作为本发明优选的实施例，水封装置均包括水封槽9和水封刀11，并且，每一组水封装置均设置有两个水封槽，分别为内环水封槽和外环水封槽，每一组水封装置的两个水封槽分别固定在两侧的炉墙内壁上。
其中，第一组水封装置的两个水封槽分别固定在炉顶下方的两侧炉墙内壁上，第二组水封装置的两个水封槽分别固定在多孔板4下方的两侧炉墙内壁上，第三组水封装置的两个水封槽分别固定在炉底下方的两侧炉墙内壁上。
水封装置中，水封刀呈环形，水封刀包括位于炉膛中并同心依次排列的外环水封刀、中环水封刀、内环水封刀。
①令第一组水封装置的水封刀分别为第一外环水封刀、第一中环水封刀、第一内环水封刀。
第一中环水封刀包括两个，分别固定连接于炉顶并向下弯折，并靠近两侧炉墙。其中，靠近内侧炉墙的为第一中环内水封刀，靠近外侧炉墙的为第一中环外水封刀。
第一内环水封刀背离第一中环水封刀的一端与内侧炉墙内壁固定密封连接，邻近第一中环水封刀的一端向下弯折。
第一外环水封刀背离第一中环水封刀的一端与外侧炉墙内壁固定密封连接，邻近第一中环水封刀的一端向下弯折。
其中，第一内环水封刀向下弯折的端部与第一中环内水封刀均插入内环水封槽中配合密封，第一外环水封刀向下弯折的端部与第一中环外水封刀均插入外环水封槽中配合密封，当炉顶相对于炉墙进行转动时，实现炉顶和炉墙的密封，保证炉膛为绝氧密封的环境。
②令第二组水封装置的水封刀分别为第二外环水封刀、第二中环水封刀、第二内环水封刀。
第二中环水封刀包括两个，分别固定连接于多孔板4下端面并向下弯折，并靠近两侧炉墙。其中，靠近内侧炉墙的为第二中环内水封刀，靠近外侧炉墙的为第二中环外水封刀。
第二内环水封刀背离第二中环水封刀的一端与内侧炉墙内壁固定密封连接，邻近第二中环水封刀的一端向下弯折。
第二外环水封刀背离第二中环水封刀的一端与外侧炉墙内壁固定密封连接，邻近第二中环水封刀的一端向下弯折。
其中，第二内环水封刀向下弯折的端部与第二中环内水封刀均插入内环水封槽中配合密封，第二外环水封刀向下弯折的端部与第二中环外水封刀均插入外环水封槽中配合密封，当多孔板4转动时，可有效保证炉膛为绝氧密封的环境，并保证粗热解气顺利有效的通过多孔板4与催化剂接触。。
③令第三组水封装置的水封刀分别为第三外环水封刀、第三中环水封刀、第三内环水封刀。
第三中环水封刀包括两个，分别固定连接于炉底并向下弯折，并靠近两侧炉墙。其中，靠近内侧炉墙的为第三中环内水封刀，靠近外侧炉墙的为第三中环外水封刀。优选的，第三中环水封刀由炉底两端向下弯折形成，其中，炉底内侧向下弯折端形成第三中环内水封刀，炉底外侧向下弯折端形成第三中环外水封刀。
第三内环水封刀背离第三中环水封刀的一端与内侧炉墙内壁固定密封连接，邻近第三中环水封刀的一端向下弯折。
第三外环水封刀背离第三中环水封刀的一端与外侧炉墙内壁固定密封连接，邻近第三中环水封刀的一端向下弯折。
其中，第三内环水封刀向下弯折的端部与第三中环内水封刀均插入内环水封槽中配合密封，第三外环水封刀向下弯折的端部与第三中环外水封刀均插入外环水封槽中配合密封，当炉底相对于炉墙进行转动时，实现炉底和炉墙的密封，保证炉膛为绝氧密封的环境。
基于上述装置，本发明还提出了一种固体废弃物热解处理的方法，包括如下步骤：
a、启动第一驱动器，炉顶转动，并带动第一连接杆12转动，从而使得多孔板4进行转动，并经由第一进料螺旋将催化剂送入多孔板4上，形成催化剂层3。
进料过程中，分别经由第一进料螺旋向多孔板4的n个不同区域上输送不同的催化剂，使得不同的催化剂分别放置在不同区域上。优选的，第一进料螺旋上的刮板器刮动催化剂，使得催化剂均匀分散在多孔板4上。
本发明中，催化剂选用镍负载型催化剂、分子筛催化剂、白云石催化剂、碱金属催化剂以及其它可催化裂解焦油的催化剂。具体的，分子筛催化剂优选zsm-5、y、mcm-22、zsm-11；碱金属催化剂优选cao、mgo以及二者的复合物。
本发明优选的实施例中，催化剂为直径6～20cm的球形颗粒或棒状颗粒，大于多孔板4上粒径为1～3cm的气孔，可以保证催化剂不掉落的情况下使得粗热解气从气孔进入催化剂层3中。并且，催化剂层3的厚度为20～60cm。
b、启动第二驱动器，炉底转动，并带动第二连接杆13转动，从而使得物料板6转动。并经由第二进料螺旋将固体废弃物原料送入物料板6上，形成物料层8。优选的，第二进料螺旋上的刮板器对固体废弃物原料进行刮动，使得其能够在物料板6上均匀分散。控制物料层的厚度为10～20cm。
本发明进行热解处理过程中，受到固体废弃物原料的影响较小，既可用于处理生活垃圾，也可用于处理生物质、废旧轮胎、油漆渣等不同类型的有机固体废弃物。
c、启动加热装置，炉膛内温度升高，物料层8发生热解反应，热解过程中会逐渐产生焦油含量较高的粗热解气。
根据不同物料性质以及物料在不同温度下产生的粗热解气组成不同，对多孔板4和物料板6的转动速度进行调整，使得粗热解气经由气孔能够与多孔板4不同类型的催化剂进行接触，保证粗热解气中的焦油最大程度的催化裂解，实现焦油含量的最低化，从而避免热解气中焦油含量较高时造成下游管路堵塞。
其中，根据热解处理的物料不同，所需控制的热解温度不同，热解温度控制为600～950℃，热解时间控制为1～2h。优选的，热解温度控制为800～950℃。
并且，物料板6转动一圈即完成热解反应，即热解反应的时间即为物料板6的转速。
粗热解气中的焦油在催化剂层3发生催化裂解反应之后，能够得到焦油含量较低、品质较高的热解气，并经由出气口10排出装置。
d、随着反应的进行，多孔板4上不同的催化剂会发生不同程度的积碳失活，此时，可通过多孔板4下方的进气口5向炉膛中鼓入热空气，使得催化剂原位活化、再生。因此，本发明无需将催化剂自多孔板4卸除，就能够实现原位活化、再生，有效提高了催化剂的使用寿命，降低了成本。
当催化剂完全失活后，可通过装置后端设置的出料设备排出。
在上述反应过程中，通过水封装置保证炉膛内的绝氧气氛。
综上，使用本发明的装置就可实现固体废弃物的热解处理，避免了复杂设备的费用。
实施例1
对生活垃圾进行隔绝氧气热解处理，具体的，如下：
(1)将多孔板分为三个区域，其中1/6放置镍负载型催化剂、1/3放置分子筛催化剂、1/2放置白云石催化剂，各不同类型催化剂的大小为6～10cm，催化剂层的厚度为20～40cm。。
(2)生活垃圾经分选、磁选、粉碎、堆滤后送入物料板上，厚度为10～20cm。
(3)多孔板转速为每圈0.5h，物料板转速为每圈1.5h。
(4)启动辐射管，将温度升高至850℃，生活垃圾发生热解反应，热解时间为1.5h。
(5)热解反应产生的含焦油粗热解气经气孔与不同催化剂接触，然后经出气口排出装置。
并且，粗热解气中焦油含量从1200mg/nm3降低至105mg/nm3，焦油脱除率为91.3％。
实施例2
对生活垃圾进行隔绝氧气热解处理，具体的，如下：
(1)将多孔板分为三个区域，其中1/6放置镍负载型催化剂、1/3放置分子筛催化剂、1/2放置白云石催化剂，各不同类型催化剂的大小为6～10cm，催化剂层的厚度为20～40cm。
(2)生活垃圾经分选、磁选、粉碎、堆滤后送入物料板上，厚度为10～20cm。
(3)多孔板转速为每圈1h，物料板转速为每圈1.5h。
(4)启动辐射管，将温度升高至900℃，生活垃圾发生热解反应，热解时间为1.5h。
(5)热解反应产生的含焦油粗热解气经气孔与不同催化剂接触，然后经出气口排出装置。
并且，粗热解气中焦油含量从1110mg/nm3降低至83mg/nm3，焦油脱除率为92.5％。
实施例3
以四川泸州老窖酒糟为原料，进行隔绝氧气热解处理，具体的，如下：
(1)将多孔板分为三个区域，其中1/6放置镍负载型催化剂、1/3放置分子筛催化剂、1/2放置白云石催化剂，各不同类型催化剂的大小为10～20cm，催化剂层的厚度为20～60cm。
(2)泸州老窖酒糟经堆滤后送入物料板上，厚度为10～20cm。
(3)多孔板转速为每圈1h，物料板转速为每圈1.5h。
(4)启动辐射管，将温度升高至850℃，泸州老窖酒糟发生热解反应，热解时间为1.5h。
(5)热解反应产生的含焦油粗热解气经气孔与不同催化剂接触，然后经出气口排出装置。
并且，粗热解气中焦油含量从1050mg/nm3降低至62mg/nm3，焦油脱除率为94.1％。
实施例4
以废旧轮胎为原料，进行隔绝氧气热解处理，具体的，如下：
(1)将多孔板分为三个区域，其中1/6放置镍负载型催化剂、1/3放置分子筛催化剂、1/2放置白云石催化剂，各不同类型催化剂的大小为10～20cm，催化剂层的厚度为20～60cm。
(2)废旧轮胎经破碎、磁选后送入物料板上，厚度为10～20cm。
(3)多孔板转速为每圈0.8h，物料板转速为每圈2h。
(4)启动辐射管，将温度升高至800℃，废旧轮胎发生热解反应，热解时间为2h。
(5)热解反应产生的含焦油粗热解气经气孔与不同催化剂接触，然后经出气口排出装置。
并且，粗热解气中焦油含量从2000mg/nm3降低至128mg/nm3，焦油脱除率为93.6％。
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。