一种低焦油抑制二噁英生成的生活垃圾热解系统和方法与流程

本发明属于垃圾处理领域，具体涉及一种低焦油抑制二噁英生成的生活垃圾热解系统和方法。

背景技术：

目前我国垃圾围城现象随着城市经济发展越来越严重，垃圾焚烧技术凭借减量化、与资源化程度高的优势，在中国大中型城市得到广泛的应用。然而，采用焚烧处理生活垃圾将不可避免地产生二噁英。二噁英是一类三环芳香族有机化合物，分别为多氯代二苯并二噁英(pcdd，polychlorinated-dibenzodioxins)和多氯代二苯并呋喃(pcdf，polychlorinateddibenzofurans)。人体受pcdd污染后，可引起皮肤痤疮、头痛、失眠等症状，长期污染将损伤染色体、心力衰竭、促畸变、致突变和致癌，最终致死。据研究表明城市垃圾燃烧是二噁英排放的主要来源，约占总量80％。二噁英控制已成为推广垃圾焚烧处置技术的最大制约因素之一。据中科院报道，19个调查的垃圾焚烧发电厂中仅有6个的二噁英排放浓度控制到了0.1ngteq/m³以下。焚烧从根本上很难严格控制二噁英及重金属的排放，而世界各国又都在倡导零排放技术，尤其是二噁英类物质的近零排放，垃圾热解技术以可以有效避免二噁英的产生，成为国际上关注的重点。

在前面提交的专利cn106838917a中提出一种垃圾的绝氧热解系统，包含预处理单元，热解装置，固体热载体炉，净化装置，中间料仓等，在绝氧环境下采用高温固体热载体循环加热热解生活垃圾避免二噁英的生成，热解原理如下：垃圾中较大的纤维素、木质素、半纤维、塑料等成份，在加热环境中发生裂解，产生co、co2、h2o、ch4等小气态分子，同时又产生大量的焦油。其中垃圾热解产生的焦油随着热解气温度降低而形成的焦油雾含有大量直径小于1μm的液滴，成分复杂性，易与水、焦炭、灰尘等粘结、冷凝而形成黏稠的液体物质，附着于管道及燃气设备的壁面上，严重时将引起管道堵塞、设备故障，而且传统煤气焦油分离工艺采取水洗分离的方法，这种方法产生大量的废水，这种废水处理难度高，二次污染严重，而且焦油容易造成系统堵塞。

本专利在cn106838917a基础上对工艺进行了优化，采用三重连续料封实现热解反应器的绝氧环境，实现垃圾连续绝氧热解，同时对热解气中hcl进行脱除，避免热解和燃烧过程中二噁英产生，采用具有催化作用的固体颗粒如橄榄石，半焦等作为固体热载体，与垃圾物料的直接接触加热热解垃圾颗粒，减少热解焦油的产生，催化剂在循环过程中由于表面的积碳会被高温烧掉，重而实现了固体热载体的活化和重新加热。热解产生的高温热解油气进一步进入装填白云石或者石灰石等催化剂的焦油裂解反应器进一步减少焦油的生成。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种防止二恶英同时减少焦油的垃圾热解系统和方法。

本发明的技术方案如下：

一种低焦油抑制二噁英生成的生活垃圾热解系统，包括垃圾进料斗、变频给料机、变频电动推杆、热解装置、半焦灰斗、半焦给料调节、旋风分离料封装置、料位控制器、气流输送炉、旋风除尘器、焦油裂解反应器、脱氯塔、脱硫塔、焦油聚结器和鼓风机；

所述的垃圾料斗下端的出口与变频给料机上端的进口相连接，变频给料机下端的出口与热解装置的垃圾进料口相连；

所述的变频电动推杆安装于垃圾进料斗的内部，保证垃圾进料颗粒顺利进入热解装置的内部；

所述的旋风分离料封装置下端的出口与料位控制器上端的进口相连，料位控制器下端的出口与热解装置的热载体进料口相连；

所述热解装置下部的半焦出口与半焦灰斗上端的进口相连，半焦灰斗下端的出口与半焦给料调节的进口相连，半焦给料调节的出口与气流输送炉底部的进口相连；

所述的热解装置的热解气出口与旋风除尘器的进口连接；

旋风除尘器、焦油裂解反应器、脱氯塔、脱硫塔、焦油聚结器顺次连接；

所述的鼓风机的出口与气流输送炉的助燃风进口连接。

进一步的，如上所述的一种低焦油抑制二噁英生成的生活垃圾热解系统，所述的垃圾进料斗、变频给料机和变频电动推杆组成系统的第一重料封，用于利用电动推杆往返运动实现垃圾挤压，将垃圾推至变频给料机，通过调节变频给料机的频率实现垃圾热解的顺利进料，同时在变频给料机与热解装置连接管道中形成一定的致密垃圾颗粒高度以实现热解装置与外界的隔绝；

所述半焦灰斗、半焦给料调节组成热解装置的第二重料封；半焦给料调节将产生的半焦和降温后的固体热载体送至气流输送炉；热解装置生成的半焦送入下方半焦灰斗进行暂存，产生的半焦通过半焦给料调节输送给至气流输送炉在炉内燃烧，再次加热固体热载体，高温固体热载体通过气流输送返回旋风分离料封装置；通过调节半焦给料调节的频率，维持半焦灰斗内半焦颗粒高度实现热解装置与气流输送炉隔绝；

所述的旋风分离料封装置、料位控制器组成了热解装置的第三重料封；旋风分离料封装置将来自气流输送炉的高温固体热载体与烟气分离，分离后固体热载体通过料位控制器的调节维持旋风分离料封装置内的颗粒高度，建立起系统的第三重料封；分离后的固体热载体返回热解装置作为热解热源，实现热解装置与气流输送炉隔绝；

通过上述的三重料封实现热解装置与外界环境和气流输送炉的隔绝，保证热解在还原气氛下进行，破坏热解过程中二噁英的生成条件。

进一步的，如上所述的一种低焦油抑制二噁英生成的生活垃圾热解系统，所述的热解装置内的固体热载体为具有催化作用的固体颗粒。

进一步的，如上所述的一种低焦油抑制二噁英生成的生活垃圾热解系统，所述的热解装置内的固体热载体为橄榄石、半焦中的一种，降低热解过程中的焦油生成量，减少产生的焦油堵塞后续管道和设备影响系统的连续稳定运行。

进一步的，如上所述的一种低焦油抑制二噁英生成的生活垃圾热解系统，所述的焦油裂解反应器，内部装填催化剂，催化剂为白云石、石灰石中的一种。

进一步的，如上所述的一种低焦油抑制二噁英生成的生活垃圾热解系统，通过外置电加热、烟气加热两种加热方式之一，控制焦油裂解反应器内部温度。

进一步的，如上所述的一种低焦油抑制二噁英生成的生活垃圾热解系统，控制焦油裂解反应器内部维持温度为700℃～850℃。

进一步的，如上所述的一种低焦油抑制二噁英生成的生活垃圾热解系统，所述的气流输送炉燃烧产生的半焦重新加热固体热载体，提供热解装置中垃圾颗粒热解所需的热量，将固体热载体上的积碳烧掉重新活化固体热载体的催化作用。

进一步的，如上所述的一种低焦油抑制二噁英生成的生活垃圾热解系统，所述的垃圾进料斗、变频给料机和变频电动推杆组成系统的第一重料封，用于利用电动推杆往返运动实现垃圾挤压，将垃圾推至变频给料机，通过调节变频给料机的频率实现垃圾热解的顺利进料，同时在变频给料机与热解装置连接管道中形成一定的致密垃圾颗粒高度以实现热解装置与外界的隔绝；

所述半焦灰斗、半焦给料调节组成热解装置的第二重料封；半焦给料调节将产生的半焦和降温后的固体热载体送至气流输送炉；热解装置生成的半焦送入下方半焦灰斗进行暂存，产生的半焦通过半焦给料调节输送给至气流输送炉在炉内燃烧，再次加热固体热载体，高温固体热载体通过气流输送返回旋风分离料封装置；通过调节半焦给料调节的频率，维持半焦灰斗内半焦颗粒高度实现热解装置与气流输送炉隔绝；

所述的旋风分离料封装置、料位控制器组成了热解装置的第三重料封；旋风分离料封装置将来自气流输送炉的高温固体热载体与烟气分离，分离后固体热载体通过料位控制器的调节维持旋风除尘器内的颗粒高度，建立起系统的第三重料封；分离后的固体热载体返回热解装置作为热解热源，实现热解装置与气流输送炉隔绝；

通过上述的三重料封实现热解装置与外界环境和气流输送炉的隔绝，保证热解在还原气氛下进行，破坏热解过程中二噁英的生成条件；

所述的热解装置内的固体热载体为具有催化作用的固体颗粒；

所述的热解装置内的固体热载体为橄榄石、半焦中的一种，降低热解过程中的焦油生成量，减少产生的焦油堵塞后续管道和设备影响系统的连续稳定运行；

所述的焦油裂解反应器，内部装填催化剂，催化剂为白云石、石灰石中的一种；

通过外置电加热、烟气加热两种加热方式之一，控制焦油裂解反应器内部维持温度为700℃～850℃；

所述的气流输送炉燃烧产生的半焦重新加热固体热载体，提供热解装置中垃圾颗粒热解所需的热量，将固体热载体上的积碳烧掉重新活化固体热载体的催化作用。

一种基于所述的低焦油抑制二噁英生成的生活垃圾热解系统的生活垃圾热解方法，包括以下步骤：

步骤一，原生垃圾通过分选出无机物，破碎，熟化脱水后送至垃圾进料斗、中、利用电动推杆往返运动将垃圾颗粒推入调节变频给料机，通过调节变频给料机的频率将垃圾送入热解装置中；由三重料封提供热解装置中垃圾颗粒热解需要的绝氧环境；

步骤二，垃圾颗粒进入热解装置后与来自旋风分离料封装置的高温固体热载体直接接触；热解装置内的反应温度为700℃～850℃；垃圾颗粒首先脱除水分，然后利用有机物在高温状态下的不稳定，产生大分子断裂、异构化，主要的热解产物有半焦、可燃气和焦油；由于热解反应为吸热反应，需要外界提供固体物料升温，水分蒸发，热解反应等需要的热量；本发明采用具有催化作用的固体颗粒如橄榄石，半焦等作为固体热载体，通过固体热载体与垃圾物料的直接接触加热热解垃圾颗粒，同时作为催化剂防止热解焦油的产生；这些固体热载体的表面具有极性活化位，而焦油中含有许多带负电性π电子体系的稠环化合物；它们在活化位上被吸附后，π电子云被破坏而失去稳定性，使c—c键、c—h键容易发生断裂，从而降低了裂解活化能；同时这种固体热载体还促进裂解后的碳氢化合物与h2o和co2重整反应；降温后的固体热载体在催化热解过程中有少量的积碳而引起固体热载体的催化活性降低；这样60％以上的焦油将在热解装置内实现焦油进一步裂解催化；

步骤三，从热解装置出来的含少量焦油的高温热解气经过旋风除尘器进一步除尘后被送至焦油裂解反应器；焦油裂解反应器内装填白云石或者石灰石等催化剂，通过外置电加热或者烟气加热，保证焦油裂解反应器内部维持温度为700℃～850℃，在白云石或者石灰石等催化剂的作用下，焦油进一步分解生成小分子的热解气体；

步骤四，催化裂解后的热解气被送至脱氯塔进行hcl脱除；脱氯塔采用水洗对hcl进行洗涤，其目的在于脱除燃气中的hcl，避免热解气在后续有氧燃烧条件下不提供二恶英生成条件中的cl源，抑制二恶英的生成；脱除hcl的燃气送入脱硫塔，塔内装填fe2o3用于脱除h2s，最后燃气经过焦油聚结器除去燃气中的油雾；净化后的燃气热值高，焦油含量可以低于10mg/nm³，可以外送作为燃料或者化工原料；由于系统对h2s、hcl的脱除，避免了热解气作为燃料燃烧带来的后续烟气系统的腐蚀；

步骤五：热解装置中热解生成的半焦和降温后的固体热载体送入下方半焦灰斗进行暂存，产生的半焦和降温后的固体热载体通过半焦给料调节输送给至气流输送炉，半焦在气流输送炉内燃烧，燃烧和气流输送的需要的空气由鼓风机提供；作为热解装置中催化剂的固体热载体在气流输送炉中由于表面的积碳会被高温烧掉，重而实现了固体热载体的活化和重新加热；

步骤六：高温烟气携带活化后的固体热载体进入热载体分离料封装置；旋风分离料封装置将来自气流输送炉的高温固体热载体与烟气分离，分离后固体热载体重新返回热解装置中提供垃圾颗粒热解需要的热量，同时再次作为焦油催化剂抑制减少热解装置中热解过程中的焦油产量。

本发明的显著效果在于：通过本发明提供的一种防止二恶英同时减少焦油的垃圾热解系统和方法，热解气氛由于没有o2存在，有机氯在热解过程中随着挥发分一同析出，优先于h结合，大部分以hcl的形式进入气相，仅有的氧原子优先与c，h结合，cu，al，fe等在还原气氛下不会氧化。因此没有催化剂的存在，从而大大破坏了二噁英的生成条件。生成的含hcl的燃料气通过除尘急冷水洗的方式将hcl脱除，破坏了后续热解气燃烧生成条件，同时避免了后续系统的高温和低温腐蚀。

附图说明

图1为本发明所述的一种低焦油抑制二噁英生成的生活垃圾热解系统图；

图中：1垃圾进料斗；2变频给料机；3变频电动推杆；4热解装置；5半焦灰斗；6半焦给料调节；7旋风分离料封装置；8料位控制器；9气流输送炉；10旋风除尘器；11焦油裂解反应器；12脱氯塔；13脱硫塔；14焦油聚结器；15鼓风机。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明所述的作进一步详细说明。

如图1所示，本发明工作原理是：垃圾中二恶英生成有四个条件，氯源，催化剂，温度，氧。垃圾中含有大量的氯乙烯等含氯塑料，胶带，含氯纸张是生成二恶英的主要cl源，c-cl键是二噁英毒性的关键。本发明中，热解气氛由于没有o2存在，有机氯在热解过程中随着挥发分一同析出，优先于h结合，大部分以hcl的形式进入气相，仅有的氧原子优先与c，h结合，cu，al，fe等在还原气氛下不会氧化。因此没有催化剂的存在，从而大大破坏了二噁英的生成条件。生成的含hcl的燃料气通过除尘急冷水洗的方式将hcl脱除，破坏了后续热解气燃烧生成二噁英的条件，同时避免了后续系统的高温和低温腐蚀。

如图1所示，一种低焦油抑制二噁英生成的生活垃圾热解系统，包括垃圾进料斗1、变频给料机2、变频电动推杆3、热解装置4、半焦灰斗5、半焦给料调节6、旋风分离料封装置7、料位控制器8、气流输送炉9、旋风除尘器10、焦油裂解反应器11、脱氯塔12、脱硫塔13、焦油聚结器14和鼓风机15；

所述的垃圾料斗1下端的出口与变频给料机2上端的进口相连接，变频给料机2下端的出口与热解装置4的垃圾进料口相连；

所述的变频电动推杆3安装于垃圾进料斗1的内部，保证垃圾进料颗粒顺利进入热解装置4的内部；

所述的旋风分离料封装置7下端的出口与料位控制器8上端的进口相连，料位控制器8下端的出口与热解装置4的热载体进料口相连；

所述热解装置4下部的半焦出口与半焦灰斗5上端的进口相连，半焦灰斗5下端的出口与半焦给料调节6的进口相连，半焦给料调节6的出口与气流输送炉9底部的进口相连；

所述的热解装置4的热解气出口与旋风除尘器10的进口连接；

旋风除尘器10、焦油裂解反应器11、脱氯塔12、脱硫塔13、焦油聚结器14顺次连接；

所述的鼓风机15的出口与气流输送炉9的助燃风进口连接。

在本实施例中个，所述的垃圾进料斗1、变频给料机2和变频电动推杆3组成系统的第一重料封，用于利用电动推杆3往返运动实现垃圾挤压，将垃圾推至变频给料机2，通过调节变频给料机2的频率实现垃圾热解的顺利进料，同时在变频给料机2与热解装置4连接管道中形成一定的致密垃圾颗粒高度以实现热解装置4与外界的隔绝；

所述半焦灰斗5、半焦给料调节6组成热解装置4的第二重料封；半焦给料调节6将产生的半焦和降温后的固体热载体送至气流输送炉9；热解装置4生成的半焦送入下方半焦灰斗5进行暂存，产生的半焦通过半焦给料调节6输送给至气流输送炉9在炉内燃烧，再次加热固体热载体，高温固体热载体通过气流输送返回旋风分离料封装置7；通过调节半焦给料调节8的频率，维持半焦灰斗5内半焦颗粒高度实现热解装置4与气流输送炉9隔绝；

所述的旋风分离料封装置7、料位控制器8组成了热解装置4的第三重料封；旋风分离料封装置7将来自气流输送炉9的高温固体热载体与烟气分离，分离后固体热载体通过料位控制器8的调节维持旋风除尘器10内的颗粒高度，建立起系统的第三重料封；分离后的固体热载体返回热解装置4作为热解热源；

通过上述的三重料封实现热解装置4与外界环境和气流输送炉9的隔绝，保证热解在还原气氛下进行，破坏热解过程中二噁英的生成条件；

所述的热解装置4内的固体热载体为具有催化作用的固体颗粒；

所述的热解装置4内的固体热载体为橄榄石、半焦中的一种，降低热解过程中的焦油生成量，减少产生的焦油堵塞后续管道和设备影响系统的连续稳定运行；

所述的焦油裂解反应器11，内部装填催化剂，催化剂为白云石、石灰石中的一种；

通过外置电加热、烟气加热两种加热方式之一，控制焦油裂解反应器11内部维持温度为700℃～850℃；

所述的气流输送炉9燃烧产生的半焦重新加热固体热载体，提供热解装置4中垃圾颗粒热解所需的热量，将固体热载体上的积碳烧掉重新活化固体热载体的催化作用。

一种无二噁英少焦油的生活垃圾热解方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，原生垃圾通过分选出无机物，破碎，熟化脱水后送至垃圾进料斗1、中、利用电动推杆3往返运动将垃圾颗粒推入调节变频给料机2，通过调节变频给料机2的频率将垃圾送入热解装置4中；由三重料封提供热解装置4中垃圾颗粒热解需要的绝氧环境；

步骤二，垃圾颗粒进入热解装置4后与来自旋风分离料封装置7的高温固体热载体直接接触；热解装置4内的反应温度为500℃～850℃；垃圾颗粒首先脱除水分，然后利用有机物在高温状态下的不稳定，产生大分子断裂、异构化，主要的热解产物有半焦、可燃气和焦油；由于热解反应为吸热反应，需要外界提供固体物料升温，水分蒸发，热解反应等需要的热量；本发明采用具有催化作用的固体颗粒如橄榄石，半焦等作为固体热载体，通过固体热载体与垃圾物料的直接接触加热热解垃圾颗粒，同时作为催化剂防止热解焦油的产生；这些固体热载体的表面具有极性活化位，而焦油中含有许多带负电性π电子体系的稠环化合物；它们在活化位上被吸附后，π电子云被破坏而失去稳定性，使c—c键、c—h键容易发生断裂，从而降低了裂解活化能；同时这种固体热载体还促进裂解后的碳氢化合物与h2o和co2重整反应；降温后的固体热载体在催化热解过程中有少量的积碳而引起固体热载体的催化活性降低；这样60％以上的焦油将在热解装置4内实现焦油进一步裂解催化；

步骤三，从热解装置4出来的含少量焦油的高温热解气经过旋风除尘器10进一步除尘后被送至焦油裂解反应器11；焦油裂解反应器11内装填白云石或者石灰石等催化剂；焦油裂解反应器11通过外置电加热或者烟气加热，保证焦油裂解反应器11内部维持温度为700℃～850℃；在白云石或者石灰石等催化剂的作用下，焦油进一步分解生成小分子的热解气体；

步骤四，催化裂解后的热解气被送至脱氯塔12进行hcl脱除；脱氯塔12采用水洗对hcl进行洗涤，其目的在于脱除燃气中的hcl，避免热解气在后续有氧燃烧条件下不提供二恶英生成条件中的cl源，抑制二恶英的生成；脱除hcl的燃气送入脱硫塔13，塔内装填fe2o3用于脱除h2s，最后燃气经过焦油聚结器14除去燃气中的油雾；净化后的燃气热值高，焦油含量可以低于10mg/nm³，可以外送作为燃料或者化工原料；由于系统对h2s、hcl的脱除，避免了热解气作为燃料燃烧带来的后续烟气系统的腐蚀；

步骤五：热解装置4中热解生成的半焦和降温后的固体热载体送入下方半焦灰斗5进行暂存，产生的半焦和降温后的固体热载体通过半焦给料调节6输送给至气流输送炉9，半焦在气流输送炉9内燃烧，燃烧和气流输送的需要的空气由鼓风机15提供；作为热解装置4中催化剂的固体热载体在气流输送炉9中由于表面的积碳会被高温烧掉，重而实现了固体热载体的活化和重新加热；

步骤六：高温烟气携带活化后的固体热载体进入热载体分离料封装置7；旋风分离料封装置7将来自气流输送炉9的高温固体热载体与烟气分离，分离后固体热载体重新返回热解装置4中提供垃圾颗粒热解需要的热量，同时再次作为焦油催化剂抑制减少热解装置4中热解过程中的焦油产量。

本发明显著效果在于：

对cn106838917进行了工艺改进，采用三重连续料封(垃圾进料斗、变频给料机和变频电动推杆组成系统的第一重料封，半焦灰斗、半焦给料调节组成热解装置的第二重料封，旋风分离料封装置、料位控制器组成了热解装置的第三重料封)实现热解反应器的绝氧环境，实现垃圾连续绝氧热解，同时在脱氯塔对热解气中hcl进行水洗脱除，避免热解和燃烧过程中二噁英的生成。

采用具有催化作用的固体颗粒如橄榄石，半焦等作为固体热载体，与垃圾物料在热解装置内直接接触加热热解垃圾颗粒，减少热解焦油的产生，产生的半焦和降温后的固体热载体通过半焦给料调节输送至气流输送炉，在气流输送炉燃烧产生的半焦重新加热固体热载体，提供热解装置中垃圾颗粒热解所需的热量，将固体热载体上的积碳烧掉重新活化固体热载体的催化作用。

热解产生的高温热解油气进一步进入装填白云石或者石灰石等催化剂的焦油裂解反应器进一步减少焦油的生成，该工艺避免了二噁英的生成条件，同时大大降低了焦油的产生，降低了热解气水洗脱hcl产生的废水处理费用，实现了系统连续稳定运行。