矿化垃圾裂解油加氢裂化的方法及装置与流程

本公开属于矿化垃圾回收利用领域，涉及一种回收矿化垃圾筛分、热解和加氢裂化组合处理的方法及装置。具体地说，涉及一种集成破碎机、螺旋进料机、流化床热解器、沸腾床反应器与固定床反应器串联加氢实现油品回收的方法，以及实施该方法所用的装置。

背景技术：

随着我国经济的飞速发展，城市化进程不断加快，生活垃圾数量也在不断攀升。据国家环保部公布《2017年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报》，2016年，214个大、中城市生活垃圾产生量18850.5万吨，处置量18684.4万吨，处置率达99.1％。214个大中城市中，城市生活垃圾产生量最大的是上海市，产生量为879.9万吨，其次是北京、重庆、广州和深圳，产生量分别为872.6万吨、692.9万吨、688.4万吨和572.3万吨。前10位城市产生的城市生活垃圾总量为5651.2万吨，占全部信息发布城市产生总量的30％。填埋处理仍然是我国城市生活垃圾处置的最主要方式，辅之以焚烧、堆肥等其它处置方法，具有省时、省钱、省力等优势。随着国内卫生填埋场的大量建设，填埋库区所填垃圾量也越来越大，相应的矿化垃圾量也越来越大。

矿化垃圾是指垃圾填埋龄在8-10年以上(北方地区10-15年以上)、表面沉降量小于10mm/年、垃圾中有机质含量小于10％、易降解物质完全或接近完全降解、且垃圾自身几乎不再产生渗滤液、填埋气和异味、垃圾填埋场达到稳定状态即无害化状态，此时的垃圾称为矿化垃圾。矿化垃圾具有空隙率高、表面积大、营养物质含量高、微生物丰富等优点。对垃圾填埋场矿化垃圾的开采和资源化利用不仅可以回收可资源化的组分，还可以腾出填埋空间实现填埋场库容的动态循环。按照我国垃圾填埋场的规模，矿化垃圾的储存量是巨大的，因此矿化垃圾的开采对于解决垃圾出路，减少填埋垃圾占用土地资源等有着重大的意义。

目前，矿化垃圾分选主要采用农业、矿业等领域的传统分选技术，利用风力、振动筛分选技术和滚筒筛分选技术对矿物质中优势矿种进行提纯。由于生活垃圾具有组分复杂，含水率高等特点，使得垃圾中的可回收组分达不到较好的分离效果，而国外的一些设备对我国的垃圾具有不适应性。

中国专利申请cnl01376834公开了一种沸腾床组合工艺。美国专利申请us6620311介绍了一种沸腾床加氢、分离、加氢脱硫、催化裂化分步骤加工石油馏分的组合工艺。美国专利申请us6447671介绍了一种沸腾床加氢-催化剂固体分离-固定床加氢组合工艺。上述专利申请虽然取得了一定效果，但普遍存在着后续固定床反应器加氢条件难保证、能量利用和实际工业应用价值不合理等顽疾。

总之，由于现有技术存在各种各样的问题，至今为止尚未有科学、合理地处理矿化垃圾的成熟体系和技术方法，远远不能满足矿化垃圾工业化的期望与要求。因此，针对上述现有技术的缺陷，本领域迫切需要开发出能量利用合理且工艺流程紧凑的矿化垃圾裂解油加氢裂化的方法及装置。

技术实现要素：

本申请提供了一种新颖的高效环保型矿化垃圾裂解油加氢裂化的方法及装置，解决了目前我国矿化垃圾储存量巨大的问题，为矿化垃圾的处理和减少矿化垃圾焚烧对环境的污染提供了一种新的思路。对农村矿化垃圾的资源化利用不仅可以回收可资源化的组分，还可以腾出空间种植农作物，形成良好的动态循环。

本申请解决了现有技术中存在的一些问题，使得多年来由于焚烧矿化垃圾而受到污染的环境得到改善，在带来极其可观的经济效益的同时，极大地提高了环境效益和社会效益，对土地资源的再利用有着重要的意义。对矿化垃圾开发利用的研究也符合我国可持续发展技术的重要内容。

一方面，本申请提供了一种矿化垃圾裂解油加氢裂化的方法，它包括以下步骤：

(a)对矿化垃圾破碎及热解，得到芳烃和烷烃前驱体生物质油；

(b)对步骤(a)中得到的芳烃和烷烃前驱体生物质油加氢，得到的加氢裂化产物分离得到芳烃和烷烃；以及

(c)对步骤(b)中得到的芳烃和烷烃提纯回收优化，并深加工，以生产出石脑油、航煤、轻柴油和重柴油。

在一个优选的实施方式中，在步骤(a)中，所述矿化垃圾为固体产物占有机质含量的9～15重量％、离子交换容量为50～150meq/100g干垃圾和ph值为6～8的稳定矿化垃圾。

在另一个优选的实施方式中，在步骤(a)中，矿化垃圾经破碎机破碎回收的生物质颗粒经螺旋进料机进入流化床热解器，热解后轻相从流化床热解器顶部排出，再经过气固旋流器气固分离，气体从气固旋流器溢流口排出，热解残碳经加热炉加热后供热。

在另一个优选的实施方式中，步骤(a)处理可回收45％的纯度达97％以上的可堆腐物、20％的含量达70重量％～80重量％的可堆腐物和25％的纯度达80％以上的塑料。

在另一个优选的实施方式中，从气固旋流器溢流口排出的气体经急冷塔冷却液化生成烷烃和芳烃前驱体生物质油。

在另一个优选的实施方式中，在步骤(b)中，加氢采用沸腾床反应器和固定床反应器串联组合方式进行。

在另一个优选的实施方式中，在步骤(b)中，得到的加氢裂化产物经高分、低分分离生成烷烃和芳烃。

在另一个优选的实施方式中，在步骤(c)中，步骤(b)中得到的烷烃和芳烃经高分、低分提纯回收优化后，再经加热炉至精馏塔深加工以生成石脑油、航煤油、轻柴油和重柴油。

另一方面，本公开提供了一种矿化垃圾裂解油加氢裂化的装置，它包括：

破碎机，以及与破碎机连接的流化床热解器，用于进行步骤(a)：对矿化垃圾破碎及热解，得到芳烃和烷烃前驱体生物质油；

与流化床热解器连接的沸腾床反应器，以及与沸腾床反应器连接的两级固定床反应器，用于进行步骤(b)：对步骤(a)中得到的芳烃和烷烃前驱体生物质油加氢，得到的加氢裂化产物分离得到芳烃和烷烃；以及

与两级固定床反应器连接的冷高分，与冷高分连接的冷低分，以及与冷低分连接的精馏塔，用于进行步骤(c)：对步骤(b)中得到的芳烃和烷烃提纯回收优化，并深加工，以生产出石脑油、航煤、轻柴油和重柴油。

在一个优选的实施方式中，该装置还包括：物料罐，其上方与破碎机连接，下方通过螺旋进料机与流化床热解器连接，用于收集经破碎的矿化垃圾，其中，所述螺旋进料机的安装角度设为4.3°～6.0°，转速与极限转速之比为0.4～0.6；

与流化床热解器连接的气固旋流器，用于对流化床热解器热解后的轻相进行气固分离；与气固旋流器上方连接的急冷塔，用于对从气固旋流器溢流口排出的气体进行冷却液化生成烷烃和芳烃前驱体生物质油；以及与气固旋流器下方连接的分离罐，用于收集热解残碳；

与分离罐下方连接的加热炉，用于加热热解残碳和与之连接的压缩机送来的不凝性气体，以向与之连接的流化床热解器供热，其中，急冷塔上方通过压缩机与加热炉连接，急冷塔冷却液化生成的烷烃和芳烃前驱体生物质油送入与之连接的沸腾床反应器进行加氢反应；

与沸腾床反应器连接的热高分和加热炉，热高分和加热炉相互连接，与热高分连接的空冷器，与空冷器连接的冷高分，与冷高分和加热炉连接的压缩机，与热高分和冷高分连接的冷低分，与冷低分连接的换热器，该热高分、冷高分和冷低分用于对沸腾床反应器得到的加氢裂化产物进行分离得到芳烃和烷烃；该加热炉用于加热沸腾床反应器的循环油；

设置在两级固定床反应器之间的加热炉，换热器分别与两级固定床反应器连接，与换热器连接的空冷器，空冷器与冷高分连接，冷高分连接加热炉和冷低分，冷高分通过加热炉与两级固定床反应器连接；以及

置于冷低分与精馏塔之间的加热炉。

有益效果：

本申请的矿化垃圾裂解油加氢裂化的方法及装置的优点在于：

a)易维护，无任何废弃物产生，运行费用低，工艺流程十分紧凑；

b)可靠性高，使用寿命长；整体设备可以连续长时间运行，设备寿命长；

c)装置结构简单，占地面积小，故障率低，压力损失小，分离效率高，容易实施，操作方便，适合长周期运转；以及

d)垃圾筛分可回收效率高，催化剂和加氢过量氢气的循环利用，提高了整个工艺中催化剂和氢气的综合利用率，大幅降低了投资成本与能耗，节能减排效果明显，技术经济效果明显；不仅实现了矿化中可用成分的高效回收，同时也能达到回收油品满足使用要求，充分实现了矿化排放的综合高效利用。

与现有技术相比，本发明不但能裂解不可降解的塑料制品，同时对塑料、橡胶、化纤、生物质具有很好的热裂解性，本发明的装置无二次污染，运行稳定且易于操作，综合经济效益好。

附图说明

附图是用以提供对本发明的进一步理解的，它只是构成本说明书的一部分以进一步解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1是根据本发明的一个优选实施方式的矿化垃圾裂解油加氢裂化的工艺流程图。

具体实施方式

本申请的发明人经过广泛而深入的研究后发现，现有矿化垃圾分选主要采用农业、矿业等领域的传统分选技术，传统分选技术利用风力、振动筛分选技术和滚筒筛分选技术对矿物质中优势矿种进行提纯，而由于生活垃圾具有组分复杂，含水率高等特点，使得垃圾中的可回收组分达不到较好的分离效果，而国外的一些设备对我国的垃圾具有不适应性。

针对上述现有技术的缺陷，本申请的方法将开采矿化垃圾经过破碎机、流化床、旋风分离器等得到芳烃、烷烃前驱体裂解油；采取沸腾床和固定床串联组合方式强化加氢工艺实现生物质油加氢，经高分、低分得到芳烃、烷烃；同时利用精馏塔分离油渣；最后通过高分罐和低分罐提纯回收高品质优化，并通过精馏塔酌情适当深加工，以生产出石脑油、航煤、轻柴油和重柴油，从而能有效地提高垃圾的综合利用率，逐步退换垃圾存储占据的大量土地资源，技术经济效益明显，极大提高了环境效益和社会效益。

本申请的矿化垃圾裂解渣油加氢裂化的装置可广泛应用于矿化垃圾裂解渣油加氢裂化应用中，其可以有效解决矿化垃圾的不断积累，在确保可观回收经济效益的同时，更能逐步退换矿化垃圾存储占据的大量土地资源，具有重要的战略意义。

本发明的技术构思如下：

首先，从破碎机中筛分出的可裂解组分经过流化床热解器生成裂解组分，裂解组分经塔顶由选用的气固旋流器进一步净化分离，难降解渣分由塔底排出回收。整套矿化垃圾裂解油加氢裂化工艺流程中，可裂解组分经过预热处理送至流化床热解器裂解是关键，沸腾床与固定床加氢串联组合实现油分与灰分分离是核心。旋流分离初步净化后的渣油经过精馏塔分离出油相。在沸腾床反应器中反应后进入固定床反应器，反应完全后进入热高分罐实现油分与渣分分离，加氢反应后过量氢气循环利用，提高了整个工艺中催化剂和氢气的综合利用率，大幅降低了投资成本与能耗。热高分罐顶的油品后续继续经过冷高分和冷低分继续深度处理，而罐底渣分视品质循环加氢或回收并根据裂解炉进料品质选择，以提高矿化垃圾的综合利用率。

本发明的上述技术构思可通过以下方式实现：

加氢工艺采用沸腾床反应器和固定床反应器串联组合方式强化加氢，且沸腾床外排催化剂采用微旋流干燥还原方法净化和回收；

旋流分离器体积小、重量轻、处理速度快，是一种新颖、高效、节能、适合长周期运行而又经济的分离设备，可将流化床热解器塔顶的裂解组分进一步净化分离；

适用于本发明的实验装置并没有特别的限制，其具体结构可以依据工艺总体要求而定，其中，所述旋流分离器可以为气固旋流器、重力沉降罐等，优先采用气固旋流器；所述微旋流分离芯管的数量可以是单个或多个的组合。

本发明的矿化垃圾裂解油加氢裂化工艺和装置还可以用于其他含可堆腐物、塑料、橡胶和化纤等可回收组分的物料的循环回收利用中。

在本公开的第一方面，提供了一种矿化垃圾裂解油加氢裂化的方法，该方法包括：

(a)开采矿化垃圾经过破碎机、流化床热解得到芳烃、烷烃前驱体生物质油；

(b)采取沸腾床与固定床串联组合加氢工艺实现生物质油加氢，经高分、低分得到芳烃、烷烃；以及

(c)通过高分罐和低分罐提纯回收高品质优化，并通过精馏塔酌情适当深加工，以生产出石脑油、航煤、轻柴油和重柴油。

较佳地，该方法包括：

从市场购置的矿化垃圾经过适当时间的自然晾晒后，再结合垃圾板结程度适当破碎后送至料仓筛分分选木质纤维等可裂解组分；

通过快速热解方法将可回收垃圾组分气化，并通过旋流分离将产物中的固体残渣脱除；

采取沸腾床与固定床串联组合加氢工艺实现渣油加氢；以及

反应完全后进入热高分罐实现油分与渣分分离，加氢过量氢气循环利用，热高分罐顶的油品后续继续经过冷高分和冷低分深度处理，而罐底渣分视品质循环加氢或回收并根据裂解炉进料品质选择。

在本公开中，矿化垃圾为固体产物占有机质含量的9～15重量％、离子交换容量为50～150meq/100g干垃圾和ph值为6～8的稳定矿化垃圾。

在本公开中，在步骤(a)中，矿化垃圾经破碎机破碎回收的生物质颗粒经螺旋进料机进入流化床热解器，热解后轻相可在鼓风机作用下从流化床热解器顶部排出，再经过气固旋流器气固分离，气体从气固旋流器溢流口排出，热解残碳经加热炉加热后供热。

在本公开中，在步骤(a)中，垃圾筛分可回收约45％的纯度达97％以上的可堆腐物、20％的含量达70重量％～80重量％的可堆腐物、以及25％的纯度达80％以上的塑料。

较佳地，在对可裂解组分进行加氢反应之前，采用气固旋流器进行初步分离净化，以保证后续加氢反应效果。

在本公开中，在步骤(a)中，从气固旋流器溢流口排出的混合气体经急冷塔冷却液化生成烷烃和芳烃前驱体。

在本公开中，在步骤(b)中，加氢采用沸腾床反应器和固定床反应器串联组合方式进行。

在本公开中，在步骤(b)中，经过沸腾床反应器和固定床反应器的加氢裂化产物经高分、低分分离生成烷烃和芳烃。

在本公开中，在步骤(c)中，烷烃和芳烃经高分、低分深度优化后，再经加热炉至精馏塔深加工以生成石脑油、航煤油、轻柴油和重柴油。

在本公开的第二方面，提供了一种矿化垃圾裂解油加氢裂化的装置，它包括：

破碎机，以及与破碎机连接的流化床热解器，用于进行上述步骤(a)；

与流化床热解器连接的沸腾床反应器，以及与沸腾床反应器连接的两级固定床反应器，用于进行上述步骤(b)；以及

与两级固定床反应器连接的冷高分，与冷高分连接的冷低分，以及与冷低分连接的精馏塔，用于进行上述步骤(c)。

较佳地，该装置包括：

用于回收矿化垃圾可利用成分的破碎机，经破碎后的矿化垃圾收集至物料罐后由螺旋进料机送入用于有机质碳化的流化床热解器，热解后收集的固定炭与灰分落入分离罐，分离后的热解炭与压缩机输送来的不凝性气体一同送入加热炉燃烧，燃烧热量给流化床热解器供热；热解后轻相组分送入气固旋流器，所得气相经急冷塔后得到烷烃、芳烃前驱体，其和稀释油一同进入沸腾床反应器进行加氢反应，沸腾床反应后的三相经三相分离器分离后，反应产物进入热高分、空冷器、冷高分、冷低分分出已部分加氢的芳烃和烷烃，循环油经热高分后与压缩机来的循环氢一同至加热炉加热后回到沸腾床反应器中；部分加氢的芳烃和烷烃经换热器换热后依次进入两级固定床反应器再进行加氢裂化反应，两级固定床反应器间设置加热炉，反应产物经换热器后至空冷器，然后进入冷高分、冷低分、加热炉后进入精馏塔分离得出石脑油、航煤、轻柴油和重柴油，冷高分出来的循环氢经加热炉加热后循环至固定床反应器循环使用。

在本公开中，与所述螺旋进料机连接的流化床热解器用以通过快速高温方法将可回收垃圾组分高温流化，并通过气固旋流器将产物中的固体残渣经加热炉燃烧给流化床供热。

在本公开中，与所述旋流器连接的急冷塔冷却旋流器溢流出来的气相，经泵、换热器加热送入沸腾床反应器，急冷塔的上出口不凝气经压缩机引入流化床的底部入口。

在本公开中，与所述换热器连接的沸腾床反应器用以实现生物质油加氢裂解，沸腾床内三相分离器的溢流产物经热高分、冷高分、冷低分形成芳烃、烷烃。

在本公开中，与所述热高分连接的加热炉加热沸腾床的循环油，优化加氢工艺。

在本公开中，与所述冷低分连接的固定床反应器所生成的油相和气相经高分、低分深化处理加热后精馏产出石脑油、航煤、轻柴油和重柴油。

在本公开中，所述螺旋进料机的安装角度设为4.3°～6.0°，转速与极限转速之比为0.4～0.6。

在本公开中，加氢油品选用热高压分离罐和精馏塔实现轻质相与重油渣分分离。

以下参看附图。

图1是根据本发明的一个优选实施方式的矿化垃圾裂解油加氢裂化的工艺流程图。如图1所示，矿化垃圾经破碎机1破碎后收集至物料罐2后由螺旋进料机3送入用于有机质碳化的流化床热解器4，热解后收集的固定炭与灰分落入分离罐6，分离后的热解炭与压缩机9输送来的不凝性气体一同送入加热炉7燃烧，燃烧热量给流化床热解器4供热；热解后轻相组分送入气固旋流器5，所得气相经急冷塔8后得到烷烃、芳烃前驱体，其和稀释油一同进入沸腾床反应器10进行加氢反应，沸腾床反应后的三相经三相分离器分离后反应产物进入热高分11、空冷器13、冷高分14、冷低分15分出已部分加氢的芳烃和烷烃，循环油经热高分11后与压缩机16来的循环氢一同至加热炉12加热后回到沸腾床反应器10中；部分加氢的芳烃和烷烃经换热器20换热后依次进入两级固定床反应器17、19再进行加氢裂化反应，两级固定床反应器间设置加热炉18，反应产物经换热器20后至空冷器21，然后进入冷高分22、冷低分24提纯回收高品质优化后送入加热炉25加热，然后进入精馏塔26分离得出石脑油、航煤、轻柴油和重柴油，冷高分22出来的循环氢经加热炉23加热后循环至固定床反应器循环使用。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

实施例1：1万吨/天的矿化垃圾处理工艺与装置

在一个年处理能力1万吨/天的矿化垃圾处理装置中，设置了一套如图1所示的矿化垃圾裂解渣油加氢裂化处理装置，其具体运作过程及效果描述如下：

开采回收的矿化垃圾经过适当时间的自然晾晒后，矿化垃圾经破碎机破碎后收集至物料罐后由螺旋进料机送入用于有机质碳化的流化床热解器，热解后收集的固定炭与灰分落入分离罐，分离后的热解炭与压缩机输送来的不凝性气体一同送入加热炉燃烧，燃烧热量给流化床热解器供热；热解后轻相组分送入气固旋流器，所得气相经急冷塔后冷却液化得到烷烃、芳烃前驱体，其和稀释油一同进入沸腾床反应器进行加氢反应，沸腾床反应后的三相经三相分离器分离后反应产物进入热高分、空冷器、冷高分、冷低分分离出已部分加氢的芳烃和烷烃，循环油经热高分后与压缩机来的循环氢一同至加热炉加热后回到沸腾床反应器中；部分加氢的芳烃和烷烃经换热器换热后依次进入两级固定床反应器再进行加氢裂化反应，两级固定床反应器间设置加热炉，反应产物经换热器后至空冷器，然后进入冷高分、冷低分提纯回收高品质优化后送入加热炉加热，然后进入精馏塔分离得出石脑油、航煤、轻柴油和重柴油，冷高分出来的循环氢经加热炉加热后循环至固定床反应器循环使用。

对矿化垃圾裂解渣油加氢裂化装置中的生活垃圾填埋按照国家标准《生活垃圾填埋污染控制标准》gb16889-1997规定进行垃圾污染控制。同时对生活垃圾样品和沸腾床与固定床串联组合加氢装置周围环境空气质量按照gb/t14678-93空气质量监控标准取样分析，分别测定填埋场周围环境中的臭气、氨和氢气的强度与含量，测定结果证明达到实验运行的要求。

针对该生活垃圾填埋场，结合其历年矿化垃圾处理量，设计垃圾裂解渣油加氢裂化装置的矿化垃圾处理能力为一万吨/天，垃圾筛分可回收约45％的纯度达97％以上的可堆腐物、20％的含量达70重量％～80重量％的可堆腐物、以及25％的纯度达80％以上的塑料，通过流化床热解器与沸腾床与固定床串联组合加氢装置最终实现油品的回收。

裂解油中组分包括：烷烃、芳烃、烯烃、苯酚、醇、酮、醚、酯、酸、醛，组分复杂；经加氢提质后，组分以芳烃(46.44％)、烷烃(35.09％)、苯酚(8.56％)为主。

裂解油经过初步加氢提质后，液相产品汽油馏分收率为55.02％，柴油馏分收率为44.98％，汽油馏分具有较高的辛烷值，可作为调和油使用。

由此可见，采用本发明的方法，比较完善地解决了垃圾中可用成分的高效回收，同时也能使回收油品满足使用需求。本发明装置运行平稳、操作方便、易于控制，达到并满足了工业生产和环境协调的要求。加氢工艺采用沸腾床和固定床串联组合方式强化加氢，同时沸腾床外排催化剂采用微旋流萃洗方法净化和回收，大幅提高了催化剂的重复利用率，避免了资源的浪费。既减少生活垃圾的污染，达到良好的社会效益；也能逐步退换垃圾存储占据的大量土地资源，提高了土地资源的高效利用；亦能加氢裂化获得油相，为企业取得良好的经济效益。

上述所列的实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依据本发明申请专利范围的内容所作的等效变化和修饰，都应为本发明的技术范畴。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。