处理有机固废物的方法、系统及应用

1.本发明涉及有机固废物处理领域，具体涉及一种处理有机固废物的方法、系统及应用。


背景技术：

2.我国每年产生的有机固废量极其庞大，目前很大比例有机固废未得到资源化处理，浪费能源且危害环境。有机固废的资源化无害化减量化处理是实现可持续发展的必然要求。有机固废在预处理热解和气化的同时也会生成可作为燃料利用的热解油气，目前采用传统空气燃烧利用热解油气的方法弊端较大，直接以空气作为助燃气体，空气中的氮气对燃烧过程毫无益处，因其没有发射和吸收辐射的能力，会削弱炉内传热效果；同时，燃烧产生的高温氮气随烟气排出会造成很大的热损失，燃烧炉效率较低。除此以外，油气和空气高温燃烧过程中生成的热力型no
x
还会导致环境污染的问题。目前实际工程中对烟气的处理也普遍比较常规。通常在烟道中设置换热器来预热空气，这仅回收利用了部分烟气余热，热量损失较大；一般采用适当的除尘、脱硝措施降低烟气中固体颗粒、氮氧化物等污染物含量，但仍有大量的co2排放至大气中，加剧全球大气温室效应。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了克服现有技术存在的燃烧效率低、烟气利用率低以及环境污染的问题，提供一种处理有机固废物的方法、系统及应用，该方法通过将烟气梯级利用，并调整低温烟气和氧气的比例，使得氧气的浓度不低于85vol％，充分提高热解油气的燃烧效率以及烟气的利用率，并且将产生的二氧化碳进行捕集，减少排放。
4.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种处理有机固废物的方法，其特征在于，所述方法包括：
5.s1、将所述有机固废物进行热解，生成固态燃料和热解油气；
6.s2、在氧气的存在下，将所述热解油气进行燃烧处理，得到高温烟气和灰分；
7.s3、所述高温烟气的一部分返回至步骤s1中作为热解用热源，所述高温烟气的另一部分进行换热处理，得到低温烟气；
8.s4、将所述低温烟气返回步骤s2与氧气混合，用于热解油气的燃烧处理，其中，返回至步骤s2的低温烟气的用量使得低温烟气和氧气的混合气体中，氧气的浓度不低于85vol％；
9.其中，所述燃烧处理的条件包括：温度不低于1000℃。
10.本发明第二方面提供一种处理有机固废物的系统，其特征在于，所述系统包括：预处理热解汽化炉1、燃烧炉4和余热利用装置7；
11.所述预处理热解汽化炉1用于将有机固废物进行热解，得到固态燃料和热解油气；
12.所述燃烧炉4的入口与所述预处理热解汽化炉1的出口连通，用于来自所述预处理热解汽化炉1的热解油气在氧气中进行燃烧，得到高温烟气和灰分；所述高温烟气的一部分
返回至所述预处理热解汽化炉1，用于提供热解所需热源；
13.所述余热利用装置7与所述燃烧炉4连通，用于将来自燃烧炉4的部分高温烟气进行降温处理，得到低温烟气，并将部分所述低温烟气返回至所述燃烧炉4与氧气混合，用于热解油气的燃烧；
14.其中，返回至所述燃烧炉4的低温烟气的用量使得燃烧炉4中，以低温烟气和氧气的总含量为基准，所述氧气的浓度不低于85vol％。
15.本发明第三方面提供一种第一方面所述的方法和第二方面所述的系统在有机固废物处理中的应用。
16.通过上述技术方案，本发明提供的处理有机固废物的方法、系统及应用获得以下技术效果：
17.1、高温烟气进行换热处理得到低温烟气，充分回收利用高温烟气余热，降低热损耗；利用低温烟气与氧气的混合气代替空气作为油气燃烧的助燃剂，炉内辐射换热增强，提高燃烧强度，加快燃烧速度，提高燃烧效率，节省燃料，污染物生成少；
18.2、降低no
x
排放，并显著降低烟气排放量，从而降低热损失更加高效地实现有机固废物的资源化利用；
19.3、所述高温烟气的一部分作为热解用热源，无需外部热源，节约成本；热解固废产生的焦炭具有热值，能作为燃料售卖，产生附加值，经济性好。
20.4、根据需求调节氧气的用量，分别匹配高温烟气和低温烟气，方便地调节控制燃烧炉和热解气化炉温度，使系统的适用性更广，灵活处理不同种类的物料。
附图说明
21.图1是本发明实施例1的处理有机固废物的系统流程示意图。
22.附图标记说明
23.1、预处理热解汽化炉；2、储料仓；3、高温防堵风机；4、燃烧炉；5、高温输送动力装置；6、温度传感器；7、余热利用装置；8、引风机；9、烟气净化装置；10、高压气体输送装置；11、二氧化碳捕集与封存装置；12、低温烟气循环风机；13、小型空分装置；14、焦炭回收装置；15、水冷壁；16、智能控制单元。
具体实施方式
24.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
25.本发明第一方面提供一种处理有机固废物的方法，其特征在于，所述方法包括：
26.s1、将所述有机固废物进行热解，生成固态燃料和热解油气；
27.s2、在氧气的存在下，将所述热解油气进行燃烧处理，得到高温烟气和灰分；
28.s3、所述高温烟气的一部分返回至步骤s1中作为热解用热源，所述高温烟气的另一部分进行换热处理，得到低温烟气；
29.s4、将所述低温烟气返回步骤s2与氧气混合，用于热解油气的燃烧处理，其中，返
回至步骤s2的低温烟气的用量使得低温烟气和氧气的混合气体中，氧气的浓度不低于85vol％；
30.其中，所述燃烧处理的条件包括：温度不低于1000℃。
31.本发明中，对一部分高温烟气进行换热处理得到低温烟气，能够充分回收利用高温烟气的余热，降低热损耗。
32.进一步地，利用低温烟气与氧气的混合气代替空气作为油气燃烧的助燃剂，并调整低温烟气和氧气的混合气体中，氧气的浓度不低于85vol％，使得炉内辐射换热增强，提高燃烧强度，加快燃烧速度，提高燃烧效率。
33.本发明中，所述有机固废物的来源没有特别的限定，例如可以是人们在生产建设、日常生活活动中产生的固态、半固态有机物。
34.根据本发明，返回至步骤s2的低温烟气的用量使得低温烟气和氧气的混合气体中，氧气的浓度为85-90vol％。
35.优选地，所述燃烧处理的条件包括：温度为1200-1500℃。
36.根据本发明，所述热解过程中还包括通入氧气。
37.本发明中，当所述高温烟气作为热源供热不足时，将所述热解过程中通入氧气能够大幅度提高炉内温度，能够起到显著稳定燃烧的效果。
38.进一步地，返回至步骤s1中作为热解用热源的一部分高温烟气和所述氧气的用量使得热解温度不低于800℃，优选为800-1000℃。
39.根据本发明，所述固态燃料为焦炭，所述热解油气中含有60-70vol％的可燃性气体和30-40vol％的液态油。
40.根据本发明，所述可燃性气体含有h2、ch4和co中至少一种的低分子气体。
41.进一步地，所述液态油为焦油。
42.本发明中，所述焦油中还含有少量芳香烃、有机酸等。
43.根据本发明，所述氧气的用量、返回至步骤s2的低温烟气的用量以及所述热解油气的用量使得所述高温烟气的温度为800-850℃。
44.本发明中，所述高温烟气的温度满足上述范围，能够保证部分高温烟气作为热解用热源，免去额外的预处理供热装置，节约成本。
45.根据本发明，所述高温烟气含有70-75vol％co2、15-20vol％h2o和5-10vol％的酸性气体。
46.进一步地，所述酸性气体包括no
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和/或so2。
47.根据本发明，对所述低温烟气进行除杂、干燥得到干烟气，所述干烟气中二氧化碳含量不小于80vol％，更易实现co2的捕集封存。
48.本发明第二方面提供一种处理有机固废物的系统，其特征在于，所述系统包括：预处理热解汽化炉1、燃烧炉4和余热利用装置7；
49.所述预处理热解汽化炉1用于将有机固废物进行热解，得到固态燃料和热解油气；
50.所述燃烧炉4的入口与所述预处理热解汽化炉1的出口连通，用于来自所述预处理热解汽化炉1的热解油气在氧气中进行燃烧，得到高温烟气和灰分；所述高温烟气的一部分返回至所述预处理热解汽化炉1，用于提供热解所需热源；
51.所述余热利用装置7与燃烧炉4连通，用于将来自燃烧炉4的部分高温烟气进行降
温处理，得到低温烟气，并将部分所述低温烟气返回至所述燃烧炉4与氧气混合，用于热解油气的燃烧；
52.其中，返回至所述燃烧炉4的低温烟气的用量使得燃烧炉4中，以低温烟气和氧气的总含量为基准，所述氧气的浓度不低于85vol％。
53.根据本发明，所述系统还包括高温防堵风机3、高温输送动力装置5、低温烟气循环风机12；
54.所述高温防堵风机3用于将来自所述预处理热解汽化炉1的热解油气送入所述燃烧炉4；
55.所述高温输送动力装置5用于将所述高温烟气的一部分通过返回至所述预处理热解汽化炉1；
56.所述低温烟气循环风机12用于将低温烟气返回至所述燃烧炉4。
57.根据本发明，所述系统还包括储料仓2、温度传感器6、烟气净化装置9、二氧化碳捕集与封存装置11、小型空分装置13、焦炭回收装置14、水冷壁15和智能控制单元16；
58.所述储料仓2与所述预处理热解汽化炉1连通，用于将有机固废物送入预处理热解气化炉1内进行热解；
59.所述焦炭回收装置14与所述预处理热解汽化炉1的出口连通，用于将固态燃料进行回收；
60.所述烟气净化装置9和/或所述焦炭回收装置14与所述余热利用装置7连通，用于将低温烟气进行净化回收，得到干烟气；
61.所述二氧化碳捕集与封存装置11与所述烟气净化装置9和/或所述焦炭回收装置14，用于储存所述干烟气；
62.所述小型空分装置13分别与预处理热解气化炉1和燃烧炉4的入口连通，用于供给氧气；
63.所述燃烧炉4中设有水冷壁15，用于控制燃烧炉4出口处高温烟气的温度；
64.所述燃烧炉4的出口设有温度传感器6，用于监测燃烧炉4出口处高温烟气的温度；
65.所述燃烧炉4的出口还设有智能控制单元16，用于接收温度传感器6的信号并控制预处理热解汽化炉1所需的热量；
66.进一步地，所述系统还包括：引风机8和高压气体输送装置10；
67.所述引风机8用于将所述低温烟气输送至所述烟气净化装置9或所述焦炭回收装置14；
68.所述高压气体输送装置10用于将所述二氧化碳或所述低温烟气输送至所述二氧化碳捕集与封存装置11。
69.根据本发明一种具体的实施方式，如图1所示，所述储料仓2与所述预处理热解汽化炉1连通，用于将有机固废物送入预处理热解气化炉1内进行热解；
70.所述预处理热解汽化炉1用于将有机固废物进行热解，得到固态燃料和热解油气；
71.所述焦炭回收装置14与所述预处理热解汽化炉1的出口连通，用于将固态燃料进行回收；
72.所述燃烧炉4的入口经高温防堵风机3与所述预处理热解汽化炉1的出口连通，用于来自所述预处理热解汽化炉1的热解油气在氧气中进行燃烧，得到高温烟气和灰分；所述
高温烟气的一部分经控制阀门6和高温输送动力装置5返回至所述预处理热解汽化炉1，用于提供热解所需热源；
73.所述燃烧炉4中设有水冷壁15，用于控制燃烧炉4出口处高温烟气的温度；
74.所述小型空分装置13的出口分别与预处理热解气化炉1和燃烧炉4的入口连通，用于供给氧气；
75.所述余热利用装置7与燃烧炉4连通，用于将来自燃烧炉4的部分高温烟气进行降温处理，得到低温烟气，并将部分所述低温烟气经低温烟气循环风机12返回至所述燃烧炉4与氧气混合，用于热解油气的燃烧；
76.所述烟气净化装置9经引风机8与所述余热利用装置7连通，用于将低温烟气进行净化回收，得到二氧化碳；
77.或者，所述焦炭回收装置14经引风机8与所述余热利用装置7连通，用于将低温烟气进行过滤吸收，得到二氧化碳；
78.所述二氧化碳捕集与封存装置11的经高压气体输送装置10与所述烟气净化装置9连通，用于将二氧化碳进行储存；
79.或者，所述二氧化碳捕集与封存装置11经高压气体输送装置10与所述焦炭回收装置14连通，用于将二氧化碳进行储存；
80.其中，返回至所述燃烧炉4的低温烟气的用量使得燃烧炉4中，以低温烟气和氧气的总含量为基准，所述氧气的浓度不低于85vol％。
81.利用本发明提供的方法和系统，能够稳定处理有机固废物30-50吨/天。
82.优选在本发明提供的方法和系统中，所述系统能够稳定处理有机固废物40-50吨/天。
83.本发明中，所述水冷壁布置在燃烧炉4四周壁表面，能够使高温烟气冷却均匀，提高效率。
84.本发明中，所述系统能够高效地实现有机固废物的资源化利用，并且实现烟气的梯级利用，使设备的体积最小化，减小占地，降低处理成本。
85.本发明第三方面提供一种第一方面所述的方法和第二方面所述的系统在有机固废物处理中的应用。
86.以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
87.高温烟气：组成75vol％co2、20vol％h2o和3vol％no
x
、2vol％so2；
88.有机固废物的来源为石油化工生产过程中产生的有机固体废物；
89.固态燃料：焦炭；
90.热解油气：65vol％可燃气体，35vol％的液态油。
91.实施例1
92.如图1所示，所述储料仓2与所述预处理热解汽化炉1连通，用于将有固废物送入预处理热解气化炉1内进行热解；
93.所述预处理热解汽化炉1用于将有机固废物进行热解，得到固态燃料和热解油气；
94.所述焦炭回收装置14与所述预处理热解汽化炉1的出口连通，用于将固态燃料进行回收；
95.所述燃烧炉4的入口经高温防堵风机3与所述预处理热解汽化炉1的出口连通，用
于来自所述预处理热解汽化炉1的热解油气在氧气中进行燃烧，得到高温烟气和灰分；所述高温烟气的一部分经控制阀门6和高温输送动力装置5返回至所述预处理热解汽化炉1，用于提供热解所需热源，使得热解温度为800℃；
96.所述燃烧炉4中设有水冷壁15，用于控制燃烧炉4出口处高温烟气的温度为850℃；
97.所述小型空分装置13的出口与燃烧炉4的入口连通，用于供给氧气；
98.所述余热利用装置7与燃烧炉4连通，用于将来自燃烧炉4的部分高温烟气进行降温处理，得到低温烟气，并将部分所述低温烟气经低温烟气循环风机12返回至所述燃烧炉4与氧气混合得到混合气，使得混合气中氧气浓度为87vol％，并用于热解油气的燃烧，所述燃烧温度为1300℃；
99.所述烟气净化装置9经引风机8与所述余热利用装置7连通，用于将低温烟气进行净化回收，并将所述低温烟气进行干燥，得到干烟气，所述干烟气中二氧化碳含量为90vol％；
100.所述二氧化碳捕集与封存装置11的经高压气体输送装置10与所述烟气净化装置9连通，用于将二氧化碳进行储存。
101.上述系统在一天内能够稳定处理50吨有机固废物。
102.实施例2
103.与实施例1的方法一致，不同的是，所述余热利用装置7将来自燃烧炉4的部分高温烟气进行降温处理后得到的低温烟气通入焦炭回收装置14，并且焦炭回收装置14出口与二氧化碳捕集与封存装置11连通，将由焦炭回收装置14处理过的二氧化碳进行储存。
104.最终，干烟气中二氧化碳含量为87vol％，上述系统在一天内能够稳定处理48吨有机固废物。
105.实施例3
106.与实施例1的方法一致，不同的是，返回至步骤s2的低温烟气的用量使得低温烟气和氧气的混合气体中，氧气的浓度为90vol％。
107.最终，干烟气中二氧化碳含量为95vol％，上述系统在一天内能够稳定处理50吨有机固废物。
108.实施例4
109.与实施例1的方法一致，不同的是，调控高温烟气通入预处理热解汽化炉1的流量，使得热解温度为350℃。
110.最终，干烟气中二氧化碳含量为80vol％，上述系统在一天内能够稳定处理42吨有机固废物。
111.实施例5
112.与实施例1的方法一致，不同的是，所述小型空分装置13的出口与预处理热解气化炉1和燃烧炉4的入口连通，用于在热解炉1中通入氧气，使得热解温度为900℃
113.最终，干烟气中二氧化碳含量为95vol％，上述系统在一天内能够稳定处理50吨有机固废物。
114.实施例6
115.与实施例1的方法一致，不同的是，调整氧气的用量、返回至步骤s2的低温烟气的用量以及所述热解油气的用量使得所述高温烟气的温度为600℃。
116.最终，干烟气中二氧化碳含量为80vol％，上述系统在一天内能够稳定处理40吨有机固废物。
117.实施例7
118.与实施例1的方法一致，不同的是，燃烧处理时的温度为1500℃。
119.最终，干烟气中二氧化碳含量为95vol％，上述系统在一天内能够稳定处理50吨有机固废物。
120.对比例1
121.与实施例1的方法一致，不同的是，返回至步骤s2的低温烟气的用量使得低温烟气和氧气的混合气体中，氧气的浓度为80vol％。
122.最终，干烟气中二氧化碳含量为70vol％，上述系统在一天内能够稳定处理38吨有机固废物。
123.对比例2
124.与实施例1的方法一致，不同的是，燃烧处理时的温度为800℃。
125.最终，干烟气中二氧化碳含量为50vol％，上述系统在一天内能够稳定处理35吨有机固废物。
126.对比例3
127.与实施例1的方法一致，不同的是，将燃烧时的低温烟气和氧气的混合物替换为空气。
128.最终，干烟气中二氧化碳含量为15vol％，上述系统在一天内能够稳定处理30吨有机固废物。
129.通过实施例1-7和对比例1-3的结果可以看出，采用本发明提供的处理有机固废的方法和系统，能够获得很好的技术效果，通过调控氧气和低温烟气的比例使得燃烧效率提高，减少no
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的产生，干燥后的低温烟气中二氧化碳浓度均为80vol％及以上，且该系统能稳定处理40吨及以上的有机固废。
130.进一步满足本发明优选的技术方案的实施例1、3、5和7获得更好的技术效果，干燥后的低温烟气中二氧化碳浓度均不低于90vol％，且二氧化碳被集中捕集，减少了二氧化碳的排放，系统能够稳定处理50吨/天的有机固废物，具有较高的处理效率。
131.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。