[發(fā)明專利]一種高塑惰性垃圾兩步催化熱解制備富氫合成氣的方法與裝置

在審

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• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111647442A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王凱軍;槐衍森;常風(fēng)民
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: C10J3/66
• 分類號: C10J3/66;C10J3/72;C10J3/84;C10B53/07;C01B3/40;C01B3/32;C01B3/26;C01B3/22
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發(fā)明提出了一種高塑惰性垃圾兩步催化熱解制備富氫合成氣的方法和裝置，本發(fā)明的兩步催化熱解制備富氫合成氣的方法，主要包括：1)將高塑垃圾通過連續(xù)密閉輸送系統(tǒng)輸送入一級熱解爐進(jìn)行中溫?zé)o氧熱解(450℃?600℃)，主要產(chǎn)生揮發(fā)性產(chǎn)物(冷凝和非冷凝性組分)；2)將揮發(fā)性產(chǎn)物直接通入填充有鈣/鈦礦復(fù)合催化劑的二級催化熱解反應(yīng)爐，揮發(fā)性產(chǎn)物中冷凝性組分、水蒸氣、CO₂等在復(fù)合催化劑表面發(fā)生催化轉(zhuǎn)化為富氫合成氣(H₂/CO)。本發(fā)明通過兩步催化熱解將高塑惰性垃圾轉(zhuǎn)化為富氫合成氣，重點(diǎn)解決餐廚/廚余垃圾中分選出的以輕質(zhì)塑料為主的惰性垃圾熱解液的能量利用及危害問題，減少高質(zhì)合成氣凈化投資和二次污染。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固廢處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及塑料材料含量較高的固體廢物資源化利用，特別涉及一種高塑惰性垃圾兩步催化熱解制備富氫合成氣的方法與裝置。

背景技術(shù)

垃圾分類過程中，常因后端處理設(shè)施能力不足，出現(xiàn)垃圾先分后混、廚余垃圾混合焚燒等問題，嚴(yán)重阻滯了垃圾分類的實(shí)施效果。其中，廚余垃圾的精細(xì)化處理與資源化提質(zhì)利用是垃圾分類順利實(shí)施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前垃圾分類處于初級階段，分類后的廚余垃圾中仍混有大量的塑料袋、餐盒等，在預(yù)處理和生物處理過程中分選出的這些以塑料為主的惰性垃圾處理處置成為難題。

高塑惰性垃圾在低中溫?zé)峤膺^程中會產(chǎn)生較大比例的液相燃料(俗稱焦油)，其是由數(shù)百種有機(jī)物組成的復(fù)雜混合物質(zhì)，熱值約為石油制品的50％左右，而且穩(wěn)定性不好，難以直接利用。同時(shí)這種焦油是一種酸性粘稠液體物質(zhì)，在實(shí)際工程運(yùn)行中，極易附著在管道和設(shè)備內(nèi)壁，造成管路的堵塞和設(shè)備的腐蝕，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。目前，對焦油裂解精制研究還存在諸多問題與瓶頸，距離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有一定距離。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，促進(jìn)高塑惰性垃圾熱解技術(shù)的應(yīng)用推廣，本發(fā)明的目的在于提供一種高塑惰性垃圾兩步催化熱解制備富氫合成氣的方法與裝置，可以實(shí)現(xiàn)密閉狀態(tài)下連續(xù)進(jìn)出料，把高塑惰性垃圾轉(zhuǎn)化為富氫合成氣。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種高塑惰性垃圾兩步催化熱解制備富氫合成氣的方法，其特征在于，包括：

1)將高塑惰性垃圾通過連續(xù)密閉輸送裝置輸送入一級中溫?zé)峤鉅t進(jìn)行450℃-600℃的中溫?zé)o氧熱解，產(chǎn)生以冷凝性和非冷凝性氣體為主要成分的揮發(fā)性產(chǎn)物；

2)將所得揮發(fā)性產(chǎn)物直接通入填充有鈣/鈦礦復(fù)合催化劑的二級高溫催化熱解爐進(jìn)行800℃-1000℃的催化熱解，揮發(fā)性產(chǎn)物中的冷凝性組分、水蒸氣以及CO₂在鈣/鈦礦復(fù)合催化劑表面發(fā)生催化轉(zhuǎn)化為富氫合成氣。

所述高塑惰性垃圾為富含塑料的惰性垃圾，尤其是餐廚/廚余垃圾在預(yù)處理或生物處理過程中分選出的以塑料袋、餐盒為主要成分的輕質(zhì)物料。

所述鈣/鈦礦復(fù)合催化劑為以鈣/鈦礦為主、配備微量Ni/Co的復(fù)合催化劑，促使揮發(fā)性產(chǎn)物中的冷凝性組分、水蒸氣、CO₂發(fā)生催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成富氫合成氣。

所述鈣/鈦礦復(fù)合催化劑中，Ni/Co的負(fù)載量為催化劑總質(zhì)量的6％～7％，其中，Ni摻雜比例為60％-80％，Co摻雜比例為20％-40％。

所述一級中溫?zé)峤鉅t中的反應(yīng)停留時(shí)間為30min-40min，二級高溫催化反應(yīng)停留時(shí)間一般不進(jìn)行控制，一級中溫?zé)峤鉅t中產(chǎn)生的冷凝性組分、水蒸氣、CO₂通入二級高溫催化熱解爐，通過混合燃燒發(fā)生蒸汽催化重整，反應(yīng)時(shí)間很短暫，一般小于10s，催化后富氫合成氣即排出。

本發(fā)明調(diào)節(jié)惰性垃圾含水率在15％以下，一級中溫?zé)峤猱a(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物中冷凝組分、水蒸氣、CO₂以適合比例催化轉(zhuǎn)化為所需要的合成氣。