[發明專利]一種城市生活垃圾熱裂解處理裝置及使用該處理裝置進行城市生活垃圾熱裂解的方法

在審

• 申請號: 201610099920.2
• 申請日: 2016-02-24
• 公開（公告）號: CN105733619A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 黃邦霖
• 申請（專利權）人: 亞鼎沃環?？萍加邢薰?/a>
• 主分類號: C10B53/00
• 分類號: C10B53/00;C10K1/00;C10K1/04
• 代理公司: 上海世貿專利代理有限責任公司 31128
• 代理人: 葉克英

技術領域

本發明涉及城市生活垃圾無害化處理技術領域，尤其是涉及一種城市生活垃圾熱裂解處理裝置及使用該處理裝置進行城市生活垃圾熱裂解的方法。

背景技術

目前對于城市生活垃圾有三種較可靠的處理方式，即衛生填埋、焚燒發電和堆肥。衛生填埋投資低，但有大氣污染、土壤污染，并有地表水污染和地下水污染的可能，占地大，選址困難。在一些大中城市，所采用的是在填埋場的場底輔設聚乙烯隔膜防滲，垃圾壓實后再采用覆膜掩蓋的處理方式，并有收集處理滲濾液、填埋氣、防治土壤污染的一整套措施。但實際上上述這些塑料膜材料仍存在著在未來填埋垃圾時出現滲漏，污染地下水等隱患，并且這種填埋場的建造成本和運營費用也相當高，讓普通中小城市望而生畏。堆肥技術投資適中，選址較易但需避開居民密集區，有輕微氣味影響，且重金屬污染是最大隱患。由于堆肥質量差、缺乏應用市場，運營商壓力很大。相比較而言，焚燒發電占地小而選址容易，可靠近市區，垃圾減容減量十分明顯，僅有10%的殘渣需要處理，在防止地表水、地下水和土壤污染方面較前兩者有優勢。一般認為,有氯和金屬元素存在條件下的有機物燃燒均會產生二惡英。通過分析發現,城市生活垃圾中含有大量的有機氯化物(如聚氯乙烯塑料、氯苯等)和無機氯化物(如氯化鈉、氯化鎂等),其中有機物的含量達到20%～50%,這促使城市生活垃圾焚燒過程中產生大量的二惡英。城市生活垃圾焚燒中產生二惡英有兩種成因：一是二惡英類物質混入垃圾，在燃燒過程中未完全破壞或分解，繼續在固體殘渣和煙氣中存在；二是焚燒爐在燃燒垃圾過程中產生二惡英。有關研究認為，焚燒垃圾時，二惡英的形成機理如下：高溫合成；即高溫氣相生成二惡英。它與合適的前驅物有關，是氣相中的氯苯和氯酚等氯代前驅物在溫度500～800℃時的熱解重排結果。在垃圾進入焚燒爐內初期干燥階段，除水分外含碳氫成分的低沸點有機物揮發后與空氣中的氧反應生成水和二氧化碳，使部分有機物同氯化氫(HCl)反應，生成前驅物。從頭合成；在低溫(250～350℃)條件下大分子碳(殘碳)與飛灰基質中的有機或無機氯生成二惡英。殘碳氧化時,有65%～75%轉變為一氧化碳,約1%轉變為二惡英，飛灰中碳的氣化率越高,二惡英的生成量也越大。氧氣是從頭合成反應的基本要素。現代垃圾焚燒發電廠對二惡英的控制是采用“3T”（turbulence、temperature、time）技術，其一是二惡英的產生溫度在360℃-820℃之間，若保持焚燒爐內溫度大于850度，并控制煙氣在爐內停留2秒以上，即可使二惡英得到完全分解，其二是煙氣通過半干式反應塔系統+活性炭噴射+布袋除塵器，用活性炭吸附二惡英，用布袋截留灰塵，減少二惡英排放載體，從而將單位二惡英排放控制在0.1納克以內。近年來許多數據表明垃圾本身只含有痕量的二惡英，對實際垃圾焚燒廠二惡英的質量平衡試驗證實，焚燒爐燃燒產生的二惡英遠高于垃圾本身帶有量，并且二惡英的異構體分布也不同，即二惡英主要是在垃圾焚燒后重新生成。本技術領域的有關專家認為不管焚燒排放控制多好，二惡英總會有，即使是按照歐盟標準0.1納克（10的-9次方克）排放，其累積效應都很可觀的。城市生活垃圾大部分是由紙制品、破布及各種紡織品、破皮革制品、廢木材及木制品、果蔬廢棄物、魚肉廢棄物、餐余垃圾等生物質組成。其中還有少量的廢塑料、廢橡膠、碎玻璃、廢金屬制品和塵土。生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體，即一切有生命的可以生長的有機物質通稱為生物質。生物質是地球上最廣泛存在的物質，它包括所有動物、植物和微生物以及由這些有生命物質派生、排泄和代謝的許多有機質。各種生物質都具有一定能量。以生物質為載體、由生物質產生的能量便是生物質能。生物質能是太陽能以化學能形式貯存在生物中的一種能量形式，直接或間接來源于植物的光合作用。既然城市生活垃圾中的大部分是生物質，所以本發明應當將生物質熱裂解技術用于城市生活垃圾的處理。城市生活垃圾大部分是生物質又不全是生物質，所以要成功將熱裂解技術應用于城市生活垃圾的處理必須考慮其他物質對熱裂解過程的影響。生物質熱裂解（又稱熱解或裂解），通常是指在無氧或低氧環境下，生物質被加熱升溫引起分子分解產生焦炭、可冷凝液體和氣體產物的過程，是生物質能的一種重要利用形式。所謂生物質是指一切直接或間接利用綠色植物光合作用形成的有機物質。包括除化石燃料外的植物、動物和微生物及其排泄與代謝物等。城市生活垃圾中的大部分是生物質。正是由于生物質熱裂解是在無氧或低氧環境下進行的，不會發生垃圾燃燒，所以避免了二惡英的產生?？刂茻崃呀鈼l件（反應溫度、升溫速率、添加助劑等）可以得到不同熱裂解產物。生物質熱解工藝根據反應溫度和加熱速度的不同，可分為慢速、常規、快速或閃速熱裂解。慢速裂解工藝具有幾千年的歷史，是一種以生成木炭為目的的炭化過程，低溫和長期的慢速裂解可以得到30%的焦炭產量；低于600℃的中等溫度及中等反應速率（0.1～1℃/s）的常規熱裂解可制成相同比例的氣體、液體和固體產物；快速熱裂解大致在10～200℃/s的升溫速率，小于5s的氣體停留時間；閃速熱裂解相比于快速熱裂解的反應條件更為嚴格，氣體停留時間通常小于1s，升溫速率要求大于103℃/s，并以102～103℃/s的冷卻速率對產物進行快速冷卻。生物質快速熱解過程中，生物質原料在缺氧的條件下，被快速加熱到較高反應溫度，從而引發了大分子的分解，產生了小分子氣體和可凝性揮發分以及少量焦炭產物?？赡該]發分被快速冷卻成可流動的液體，稱之為生物油或焦油。中國發明專利CN102816575A“生物質干餾裂解處理的裝置及工藝方法”其熱裂解反應釜均為中空圓柱形結構，該熱裂解反應釜內沿軸向設置有一個通過傳動軸驅動的垃圾推進機構，熱裂解反應釜是不轉動的，屬于固定床熱裂解反應釜，這種熱裂解反應釜的熱傳導是不均勻的，其中間傳動的螺旋狀或階梯狀傘葉結構的垃圾推進機構很容易形成要么與釜壁的間隙過小而發生刮擦甚至堵轉，要么間隙過大在釜壁和垃圾推進機構之間形成滯留區，熱量必須通過這層滯留區才能傳導到正常向前運動的垃圾。該生物質干餾裂解處理裝置包括由4個上下相連的反應釜相連，一個流程處理時間長達4個小時以上。其3個熱裂解反應釜均為中空圓柱形結構，上述熱裂解反應釜內沿軸向設置有一個通過傳動軸驅動的垃圾推進機構。由于是利用前期儲存的裂解氣或液化石油氣燃燒加熱最后一個熱裂解反應釜，所以熱裂解工藝的前期初始化需要暖爐，以保證熱裂解反應釜在受熱后緩慢變形。這樣會帶來二個問題，一是局部加熱固定床熱裂解反應釜，其受熱不均勻，變形是必然的，長期穩定運行將會出現問題；二是初始化不去排除熱裂解反應釜內的氧氣，勢必在最初產生的生物氣中含有二惡英成分。中國發明專利CN101113817A“生質裂解轉化處理裝置及煉制轉化工藝技術”以及其分案申請的中國發明專利CN101845310A“一種生物質裂解轉化處理的煉制轉化工藝技術”對反應釜的結構作了詳細的說明，所述的生物質轉化處理高效濕熱釜采用城市生活垃圾隨熱裂解反應釜的轉動向前運動，外部熱源通過穿過熱裂解反應釜中心的熱源循環管以熱輻射的形式向城市生活垃圾供熱。這種方式的效率比較低下，結果是熱裂解反應釜內溫度的升溫速率也比較低。上述專利因其熱裂解反應釜與燃燒室均處于分離狀態，且處理方法不盡人意，故導致城市生活垃圾的熱裂解不充分。