[發(fā)明專利]一種有機固廢熱解耦合化學鏈燃燒脫除污染物的方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110654553.9
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113188129B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設計）人: 黃振;林延;袁浩然;魏國強;鄭安慶;趙坤;趙增立;李海濱
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: F23G5/027
• 分類號: F23G5/027;F23G5/12;F23G5/16;F23G5/44;F23G5/46
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 方燕;莫瑤江

本發(fā)明公開了一種有機固廢熱解耦合化學鏈燃燒脫除污染物的方法及裝置。該裝置，包括空氣反應器、燃料反應器和熱解氣化器，熱解氣化器套設于燃料反應器的外部，空氣反應器與燃料反應器通過U型返料器連接，空氣反應器頂端與頂部輸送管的一端連通，頂部輸送管另一端與第一旋風分離器的頂端連通，第一旋風分離器的底端與設置在燃料反應器頂端的載氧體返料器連接，空氣反應器底部設置有空氣入口，燃料反應器下部設置有流化氣噴嘴和若干個射流器。本發(fā)明提出的裝置相比化學鏈燃燒裝置，通過將化學鏈燃燒中的熱解過程解耦出來，形成熱解+化學鏈燃燒雙級反應單元，避免了有機固廢復雜灰分與載氧體的接觸，提高了載氧體的使用壽命。

技術領域

本發(fā)明涉及環(huán)保及能源利用技術領域，尤其涉及一種有機固廢熱解耦合化學鏈燃燒脫除污染物的方法及裝置。

背景技術

有機固體廢棄物是指人類在生產(chǎn)、消費、生活和其他活動中產(chǎn)生的固態(tài)、半固態(tài)有機廢棄物質(zhì)。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，有機固體廢棄物(下稱“有機固廢”)的產(chǎn)量日益增加，如果不妥善處理，將會嚴重危害生態(tài)環(huán)境和人體健康。

目前，有機固廢處理處置的方式主要有填埋、堆肥和焚燒。大量研究表明，衛(wèi)生填埋和堆肥化兩種方法不僅需要占用大量的土地、耗用時間長，而且廢棄物的滲透液會對附近的生態(tài)環(huán)境造成嚴重的破壞。焚燒是目前最廣泛采用的有機固廢處置手段，它可使廢棄物中的毒性有機物和致病微生物經(jīng)過高溫分解而失去毒性，具有減容、減重率高，處理方法快等優(yōu)點，同時通過回收焚燒過程中產(chǎn)生的熱量實現(xiàn)垃圾的能源化利用。總體來看，焚燒技術是最適合處置有機固廢的方式，該技術不僅能回收能量，還能實現(xiàn)徹底的無害化和減量化。然而，有機固廢焚燒煙氣中含有大量的SO_x、NO_x和二噁英及重金屬顆粒等有害物質(zhì)，容易對環(huán)境造成污染，同時污泥焚燒設備初期投資大，焚燒廢氣處理費用高、難度大。

熱解氣化技術是一種新興的有機固廢處置技術，它是指在一定的溫度和壓力條件下，在無氧或缺氧環(huán)境下，通過一系列的熱化學反應，將固體廢棄物中的有機物轉(zhuǎn)化為含有H₂、CH₄、CO、C_nH_m等可燃性氣體、焦油和灰渣的過程。與焚燒相比，熱解氣化后產(chǎn)生SO₂和NO_x，等有害氣體排放量少，大部分重金屬被固定在灰渣中，浸出毒性低，處理成本相對較低。但由于有機固廢具有很高的揮發(fā)分，從而在熱解氣化過程中會產(chǎn)生一定量的焦油及N/S/Cl等污染物，造成一定的環(huán)境風險。

化學鏈燃燒(Chemical Looping Combustion,CLC)是一種新穎的燃燒技術(如圖1所示)，它是通過鏈式反應利用金屬氧化物載氧體(MeO)中的晶格氧在燃料反應器中將燃料完全氧化成CO₂和H₂O，反應后的還原態(tài)載氧體(Me)在空氣反應器中被空氣重新氧化恢復晶格氧循環(huán)使用的過程。在燃料反應器的惰性氛圍中，燃料首先發(fā)生熱解釋放還原態(tài)N/S/Cl污染物及焦油(具有一定的還原性)。脫除還原態(tài)污染物比脫除氧化態(tài)污染物要更容易實現(xiàn)，如HCN和NH₃在化學鏈燃燒過程中就能被載氧體氧化為為無害的N₂，而NO_x則需要更為復雜的SNCR/SCR系統(tǒng)才能有效脫除。此外，通過將外源金屬離子負載于載氧體上，調(diào)控金屬離子種類及負載量，可在燃料反應器中實現(xiàn)焦油及N/S/Cl污染物的一體化脫除。與傳統(tǒng)焚燒相比，化學鏈燃燒極大降低了污染物的脫除難度，但有機固廢中常含有成分復雜的灰分，容易引起載氧體的燒結(jié)和腐蝕，降低載氧體的循環(huán)反應活性和壽命。因此，探索和開發(fā)一種初期投資少、運行成本低，污染物排放低的有機固廢處置技術，是緩解我國日益嚴峻的固廢處置形勢的重要舉措。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種有機固廢熱解耦合化學鏈燃燒脫除污染物的方法及裝置，與傳統(tǒng)焚燒技術相比具有初期投資小，焚燒廢氣處理費用低、難度小等優(yōu)勢，與熱解氣化技術相比具有焦油及N/S/Cl污染物一體化脫除的特點，處理流程簡單，成本低。