一種固體垃圾無氧催化熱裂解方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及垃圾處理的工藝方法，尤其涉及一種固體垃圾無氧催化熱裂解達到無害排放的處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人類活動必然會產(chǎn)生各種垃圾，包括生活垃圾、工業(yè)垃圾、農(nóng)林垃圾、電子垃圾和醫(yī)療垃圾等等。絕大部分垃圾以混合物形式存在，其中對人類健康和環(huán)境影響較大的是有機物質(zhì)一類，品種十分廣泛。主要包括自然界難以降解的人工合成高分子材料，如塑料、粘合劑、纖維、油漆等等；另外也包括自然可降解的生物質(zhì)，如食物、秸桿、紙制品、木制品等；第三部分是含有貴金屬、重金屬、特定化學品的工業(yè)垃圾，如電鍍污泥、電子垃圾、特種化工廢料。以上三類可歸納為不可降解有機物、可降解生物質(zhì)和化工電子垃圾。
[0003]隨著人類生活水平的提高，垃圾產(chǎn)量也在不斷上升。僅生活垃圾，年增長率均在5%_8%，少數(shù)大城市垃圾的年增長率達到8%_10%，人均日產(chǎn)垃圾量已超過I千克。我國城市垃圾2015產(chǎn)生量就達2.6億噸，接近中等發(fā)達工業(yè)國家水平，且增長越來越快的趨勢。
[0004]垃圾的大量產(chǎn)生和處理技術(shù)的不完善，已經(jīng)對國家的經(jīng)濟發(fā)展、人民的生活質(zhì)量和自然環(huán)境造成了日益嚴峻的負面影響。世界各國在充分認識到這一發(fā)展瓶頸的同時，正積極集中力量開發(fā)可實現(xiàn)無害化和資源化處置垃圾的有效技術(shù)。
[0005]傳統(tǒng)的垃圾填埋技術(shù)，雖仍然是全世界垃圾處理的主要手段之一，但因是轉(zhuǎn)移性處置、永久性占用土地資源、存在對地下水的和大氣污染的潛在風險，且填埋后需要長期維護、最終仍然需要徹底處理，這一技術(shù)方法已顯現(xiàn)出長期環(huán)境危害憂患，已逐漸成為過渡性方法，勢必會被取代。
[0006]焚燒垃圾的危害在于氧化過程新生成許多復雜又還污染物，如果凈化不嚴格，就會造成二次污染。焚燒作為取代填埋的手段，相關(guān)技術(shù)也在不斷提高，改進后的多段焚燒爐，包括流化床焚燒爐，雖然提高了燃燒效率，一定程度地降低了污染物排放，但仍需附加設(shè)備和高運行來清除焚燒所產(chǎn)生的有害物質(zhì)，且垃圾的資源化程度和效率仍然很低。
[0007]生物降解法是對可降解一類物質(zhì)的處理方法，首先要求源頭分類，再就是只能處理可降解部分，處理周期過長，因此這種方法不具備廣泛應用的基礎(chǔ)。厭氧發(fā)酵法可一定程度地利用產(chǎn)生的沼氣做為資源化產(chǎn)物，但伴隨生成硫化物和氮化物仍需嚴格凈化，沼渣作為有機肥須在垃圾源頭沒有污染的前提下，局限性很大。好氧發(fā)酵雖然可縮短處理周期，但除沼渣外，沒有多少克利用的產(chǎn)物，其過程大量排放二氧化碳，需解決碳排放問題。
[0008]廣泛使用的爐排爐和流化床爐，和傳統(tǒng)的焚燒爐相比，燃燒更加充分，爐溫得到提高，新增的多段或多室燃燒結(jié)構(gòu)，使得燃燒也更加充分，也可以控制主燒室貧氧或少氧燃燒，達到部分氣化或部分裂解的作用。在垃圾不分類的前提條件下，燃燒條件控制困難，工作狀態(tài)不穩(wěn)定。由于垃圾的不均勻和成分的變化，爐溫等工藝條件變化幅度較大，工況波動使得操作十分困難。部分裂解或氣化所產(chǎn)生的氣體，其熱值很低，難以直接采用燃氣機發(fā)電，而廣泛使用的蒸汽渦輪發(fā)電效率不高，使得垃圾處置資源化水平受到限制。通過冷凝脫水和噴淋，雖然消除了一些污染物，減少了后期的腐蝕和排放，但氣體熱值沒有明顯改善。
[0009]目前存在的轉(zhuǎn)窯式塑料、橡膠裂解煉油技術(shù)，通過外加熱方法，達到裂解目的。其工藝和設(shè)備，對于單一的塑料或者橡膠可以在較低溫度下裂解，生成以液體為主的產(chǎn)物，不適合其它材料的或者復雜混合物質(zhì)，例如生活垃圾。
[0010]秸桿等干餾碳化工藝，針對秸桿等特殊的單一物料，采用反應釜，批次裂解和碳化生成燃氣和碳，燃氣熱值偏低，碳質(zhì)量也不高。整體資源化水平低，能耗較高，不適合混合物的處置。
[0011]如何采取一種連續(xù)、高效和環(huán)保的處理固體垃圾的方法，是業(yè)界亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有固體垃圾處理存在的技術(shù)問題，提出一種連續(xù)、高效和環(huán)保的固體垃圾無氧催化熱裂解方法。
[0013]本發(fā)明提供的固體垃圾無氧催化熱裂解方法，其包括如下步驟:
步驟1:垃圾預處理
將外運垃圾放入垃圾池除去廢水后，依次進行粗破、脫水、粉碎成小于3厘米的垃圾顆粒;再利用余熱和再生可燃氣和/或外加熱來加熱所述的垃圾顆粒，通過蒸發(fā)和風干將垃圾顆粒的水分含量降低到10~30%范圍內(nèi)，得到干燥垃圾顆粒；
步驟2:垃圾裂化分解
將所述的干燥垃圾顆粒投入流化裂解爐，在無氧的條件下，利用余熱和再生可燃氣和/或外加熱來加熱所述的流化裂解爐，使得裂解的溫度和升溫速度達到工藝設(shè)計要求，并添加催化劑，使得干燥垃圾顆粒中的有機物質(zhì)分解成無機物、可燃氣、生物碳和液體化合物；步驟3:裂化分解后的產(chǎn)物再加工
將所述的無機物、可燃氣、生物碳和液體化合物，通過工藝分離、凈化、合成加工成建材、燃氣、成品肥料、燃油。
[0014]本發(fā)明在中低溫(400-850攝氏度)、催化、完全沒有氧氣條件下，可以處理復雜的混合垃圾，如未分選的生活垃圾，連續(xù)進料，實現(xiàn)高效熱裂解，產(chǎn)生燃氣和碳等，同時，對產(chǎn)生的焦油進行二次裂解，消除管道堵塞和提高燃氣熱值等。
[0015]本發(fā)明可以實現(xiàn)不分類垃圾的無害化資源化處置，可對幾乎所有含有機物質(zhì)的垃圾進行無害化處理。連續(xù)處理，操作簡單，自動化程度高，無需人工參與分選或者直接接觸垃圾。工藝無需采用外加惰性氣體保護。整個系統(tǒng)完整、簡潔，效率高。系統(tǒng)優(yōu)化，單位能耗低，無二次污染物生成或排出。產(chǎn)品裂解氣熱值高，焦油含量很低，可直接接內(nèi)燃機發(fā)電。產(chǎn)品碳結(jié)構(gòu)可控，活性高。
[0016]本發(fā)明物料垃圾無需分類分選，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理簡捷，單位能耗低。可用于幾乎所有固體廢棄物的無氧裂解，達到無害化資源化處置的目的。產(chǎn)物碳和裂解氣質(zhì)量高、可控，有更大的產(chǎn)品開發(fā)空間。產(chǎn)品碳具有廣泛的應用市場，可進一步加工。整個過程無污染物生成，可做到近零排放。
【附圖說明】
[0017]圖為本發(fā)明較佳實施例的工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明采用的是一種固體廢棄物無氧裂解技術(shù)，該技術(shù)是一將有機固體廢棄物在無氧條件下加熱分解的過程。該過程是一個復雜的化學反應還原過程。包括大分子的鍵斷裂，異構(gòu)化和小分子的聚合等反應，最后生成各種較小的分子，主要包括:(I)以氫氣、一氧化碳、甲烷等低分子碳氫化合物為主的可燃性氣體；(2)在常溫下為液態(tài)的包括乙酸丙酮等化合物在內(nèi)的有機類；(3)固體生物碳、玻璃、金屬、土砂等。結(jié)果就是將所有的有機物，包括塑料、人造纖維、紙張、動植物垃圾等，均被分解成水、類似液化氣燃料和特種碳。
[0019]如圖1所示為本發(fā)明一較佳實施例的工藝流程。所述固體垃圾無氧催化熱裂解方法，其包括如下步驟:
步驟1:垃圾預處理
將外運垃圾放入垃圾池除去廢水后，依次進行粗破、回收金屬、機械脫水、粉碎成小于3厘米的垃圾顆粒。再由干燥系統(tǒng)利用余熱和再生可燃氣和/或外加熱來加熱