一种城镇生活垃圾高温热裂解方法与流程

1.本发明涉及生活垃圾处理技术领域，尤其是涉及一种城镇生活垃圾高温热裂解方法。


背景技术：

2.垃圾是城市发展的附属物，同城市和人类一起运转。而随着我国城市的高速发展，垃圾处理的压力也越来越大，许多城市都正在遭遇“垃圾围城”之痛。如何处理这些生活垃圾是亟待解决的问题。
3.而通过对我国生活垃圾的调查发现，我国各城市的生活垃圾含水率在40
‑
60％左右，容重为0.25
‑
0.5t/m3。这使得垃圾渗滤液(又称黑液)的占比极大，而黑液中含有多种对自然环境、土壤、地下水、动植物和人类有害的元素，例如氯化物、呋喃、二噁英病毒等等。
4.我国目前对垃圾处理的主要方式为填埋、堆肥和焚烧，其中填埋和堆肥都容易出现黑液渗漏污染环境的问题，且很多垃圾无法降解，或者降解需要极长的时间，并不适用于垃圾的大规模处理。而焚烧则能实现垃圾的快速清理，并且还能通过垃圾焚烧发电产生再生能源，这使得垃圾焚烧越来越受到人们的青睐，但是目前焚烧前一般需要对垃圾进行预处理，对垃圾进行烘干，降低垃圾中的水分含量才行，即其还需要单独来对黑液进行处理，依然存在着黑液处理成本高，且处理效果差的问题。
5.同时目前垃圾焚烧工艺一般包括如下步骤：垃圾分类
‑
垃圾焚烧
‑
蒸气发电，而垃圾焚烧的发电量，其实是难以满足垃圾焚烧升温所需要的耗电量的，即垃圾焚烧依然是无法独立形成产业链，需要不断投入资金来维系的。
6.并且，实际生活中，我国各城市的生活垃圾含各种高聚合物18类以上，这些高聚合物极难分类，而反应堆低位发热值要求达到2000大卡/公斤，而垃圾中的高聚合物组成不断在变化，这使得很多时候垃圾的热值往往达不到2000大卡/kg低位发热值的要求，故在垃圾预处理过程中，如何既不增加成本，也不对环境造成危害，又能提高垃圾的热值，使其满足高聚合物发热值大于反应2000大卡/kg的要求也是一个亟待解决的问题


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本发明提供一种城镇生活垃圾高温热裂解方法，既能有效实现资源的回收利用，又能解决液体垃圾处理的困难。
8.本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
9.一种城镇生活垃圾高温热裂解方法，包括如下步骤：
10.s1.对生活垃圾进行固液分离，得到液体与固体；
11.s2.对固体进行干燥得到干基，干燥渗出的液体与步骤s1得到的液体打入综合池内；
12.s3.将干基及o2压入热裂解反应堆反应，同时将综合池内的液体雾化后喷入热裂解反应堆进行高温升华反应，热裂解反应堆的温度≥1800℃，热裂解后得到高温烟气及炉渣；
13.s4.对高温烟气进行急冷、净化后，分类回收，回收得到的液体收集后进行净化处理；
14.s5.对炉渣中的金属进行回收，并除尘。
15.更进一步地，在步骤s3中若通入热裂解反应堆的生活垃圾热值＜2000大卡/公斤，则将高温烟气通入热裂解反应堆作为添加剂补足燃烧所需热值。
16.更进一步地，所述步骤(2)中的干燥温度为150℃。
17.更进一步地，上述方法包括如下步骤：
18.s1.对生活垃圾进行固液分离，得到液体与固体；
19.s2.对固体进行干燥得到干基，干燥渗出的液体与步骤s1得到的液体打入综合池内；
20.s
3.1
.利用空气分离系统对空气进行分离，得到o2、n2、ar，其中ar单独包装为产品；
21.s
3.2
.将氧气与干基送入热裂解反应堆反应，其中，干基与氧气的重量比为1:0.4
‑
0.6，并将综合池内的液体雾化后喷入热裂解反应堆进行高温升华反应，热裂解反应堆的温度≥1800℃，热裂解后得到高温烟气及炉渣；
22.s
3.3
.将高温烟气打入高温急冷段，利用n2对及70℃以下的水同时对高温烟气进行冷却，交换热量后的水变成水蒸气进入废热蒸气锅炉进行余热利用，从废热蒸气锅炉离开的水蒸气输送至与甲醇制氢系统为甲醇制氢提供热量，其中除用于高温急冷的n2外，剩余的n2独立包装为产品；
23.s
4.1
.高温烟气通过急冷段后进行急冷、净化后，分离co、h2、co2；
24.s
4.2
.将从高温烟气中分离出来的h2与甲醇制氢系统制备的h2混合，按比例与co共同送入液化天然气成套装置制备液化天然气，而高温分离得到的co2及甲醇制氢系统得到的co2均单独包装成为产品，甲醇制氢系统制得的多余h2单独包装为产品；
25.s5.对炉渣中的金属进行回收，并除尘。
26.更进一步地，所述步骤s
4.2
中制备液化天然气时，未液化完全的气体在生活垃圾热值降＜2000大卡/公斤，且高温烟气难以补足热值时，与高温烟气一起打入热裂解反应堆补足热值。
27.更进一步地，所述步骤s
4.1
中，高温烟气离开高温急冷段后进入淬火塔降温至70℃以下，随后依次通过脱硫塔、水洗塔进行净化，而淬火塔、脱硫塔及水洗塔中产生的液体依次通过过滤塔、水气分离池、膜分离装置进行处理。
28.更进一步地，所述步骤s
4.1
中，高温烟气净化后进入分子筛进行气体分离，随后通过psa变压吸附器分离co、h2、co2，co2直接打入储存罐进行包装。
29.更进一步地，所述步骤s
3.3
.中，高温烟气离开高温急冷段的温度为1000
‑
1200℃，并进入高温气化塔中进行还原反应后，再送入淬火塔。
30.更进一步地，所述步骤s5中的炉渣依次通过熔融炉、金属回收装置、玻璃绒回收装置，其中所述熔融炉的处理温度为1500
‑
1700℃。
31.更进一步地，所述甲醇制氢系统包括依次连接原料液贮罐、预热器、气化塔、过热器、转化器及解析塔，所述过热器、转化器及气化塔的温度由热量由导热油供给，所述废热蒸气锅炉的蒸汽用于加热导热油。
32.本发明的有益效果如下：
33.1.垃圾中分离出的黑液，含有呋喃、氯化物、二噁英等危害极高的污染物，目前对其进行处理的成本高昂，且处理效果差，对环境会造成较大的危害，而发明将从垃圾中分离出来的黑液雾化后喷入热裂解反应堆中进行高温升华反应，并进行急速冷却，降温至1000
‑
1200℃进入高温气化塔中进行还原反应，彻底阻断了氯化氢的再次产生，有效解决了黑液处置的困难；
34.2.垃圾中分离出来的干基在热裂解反应堆反应时，经过高温焙烧加氧化，产生了大量的具有工业价值的co、h2等气体原料资源，同时干基中的灰分也能转化为二氧化硅，即200目以上的玻璃纤维化绒，能充分挖掘出垃圾的剩余价值，提升资源的回收利用率；
35.3.在垃圾热裂解后再回收金属，既能避免重金属对环境造成污染，又无需提前对垃圾进行分类处理，简化了前序处理工作，提升了垃圾处理的便捷性，同时除了通入氧气外，也不需要额外准备催化剂；
36.4.将高温烟气及天然气液化过程中未液化成功的那部分气体作为添加剂补足生活垃圾的热值，使得即使热值较低的生活垃圾也能得到有效处理，且无需外加额外添加剂及燃料，在降低垃圾处理成本的同时，也能提升垃圾处理的环境友好性，解决了大部分垃圾因无法达到低位发热值而处理困难的问题。
附图说明
37.图1是本发明的工艺流程图；
38.图2是甲醇制氢的工艺流程图；
具体实施方式
39.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连通，也可以是可拆卸连通，或一体地连通；可以是机械连通，也可以是电连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.实施例1
41.本实施例提供一种城镇生活垃圾高温热裂解方法，包括如下步骤：
42.s1.将生活垃圾池中的垃圾送入预处理池对生活垃圾进行固液分离，得到液体与固体；
43.s2.对固体进行干燥得到干基，干燥渗出的液体与步骤s1得到的液体打入综合池内，其中干燥的温度为150
‑
180℃，干燥结束后可以对干基进行粉碎，减小干基的粒径；
44.s3.对于热值达到低位发热值要求的生活垃圾，将干基及o2压入热裂解反应塔反应，其中干基与o2的质量比为：1:0.5，同时将综合池内的液体通过雾化器雾化后喷入热裂解反应堆进行高温升华反应，热裂解反应堆的温度在2000℃左右，最好维持在1800
‑
2200℃以内，热裂解压力为0.25
‑
0.5mpa，热裂解后得到高温烟气及炉渣；
45.对于热值小于低位发热值要求的生活垃圾，则将此前产生的高温烟气作为添加剂打入热裂解反应堆补足热值，若不够，就将步骤s4过程中的各类尾气也适量打入热裂解发应堆中进行补足，从而无需外加物质即可满足垃圾燃烧的需求，当然，也可以选择将高热值与低热值的垃圾中和来改变垃圾的平均热值，从而使垃圾满足燃烧需求；
46.s4.对高温烟气进行急冷、净化后，分类回收，回收得到的液体收集后进行净化处理，处理后可打入水处理车间储存或进一步净化利用；
47.s5.对炉渣中的金属进行回收，并除尘，具体来说，可以将炉渣打入熔融炉在1600℃的条件下处理后，得到的物质主要为玻璃绒，并将得到的物质送入金属回收装置，回收金属后送入玻璃绒回收装置处理灰尘，得到玻璃绒，然后打入去附产品仓库即可。
48.采用本发明的方法后，黑液直接在热裂解反应堆发生高温熔融反应，液体中的有害物质均可分解挥发，从而在处理干基的同时，直接完成黑液的处理，解决了目前的黑液处理痛点，且能回收多种具有工业使用价值的原料气体，提升了垃圾的回收利用率，而灰分处理后也转化为二氧化硅，成为了200目以上的玻璃纤维化绒，即能尽量对垃圾中含有的资源进行回收利用，也能避免垃圾对环境造成污染。
49.实施例2
50.本实施例提供一种城镇生活垃圾高温热裂解方法，包括如下步骤：
51.s1.将生活垃圾池中的生活垃圾送入预处理池对生活垃圾进行固液分离，得到液体与固体；
52.s2.对固体在150℃左右进行干燥得到干基，干燥可以分两次进行，以有效分离处固体中含有的液体，干燥渗出的液体与步骤s1得到的液体打入综合池内，同时干燥后的干基粉碎，使得其粒径为0.3
‑
0.5mm3；
53.s
3.1
.利用空气分离系统对空气进行分离，得到o2、n2、ar，其中空气分离系统可以采购现有装置，其一般主要包括如下步骤：空气过滤
‑
空气压缩
‑
空气分馏
‑
贮存汽化，其中分离出的多余气体可以直接包装为产品进行售卖；
54.s
3.2
.对于热值达到低位发热值要求的生活垃圾，将氧气与干基送入热裂解反应堆反应，其中，干基与氧气的重量比为1:0.5，这样的配比使得干基进入裂解反应堆2秒左右即可裂解结束，提升裂解效率，并将综合池内的液体雾化后喷入热裂解反应堆进行高温升华反应，热裂解反应堆的温度为2000℃左右，热裂解后得到高温烟气及炉渣；
55.对于发热值低于低位发热值要求的生活垃圾，则将高温烟气打入热裂解反应堆中补足热值，仍然不够时，则将s
3.3
中制备液化天然气时未完成液化的甲烷打入热裂解反应堆中进行补充，而未用完的这部分气体则依然返回再次参与液化天然气的制备，当然，也可以选择将高热值与低热值的垃圾中和来改变垃圾的平均热值，从而使垃圾满足燃烧需求，尤其是生活垃圾中的厨余垃圾一般热值较高，在对生活垃圾进行处理时，可以适当调整生活垃圾中的厨余垃圾含量来调节生活垃圾的热值，而在成都进行实验时，发现一般将生活垃圾中的厨余垃圾含量调节在10％
‑
15％即可使生活垃圾的热值基本达到最低热值要求；
56.s
3.3
.将高温烟气打入高温急冷段，将n2液化，利用液化的n2及70℃水共同对高温烟气进行冷却，提升高温烟气的急冷效果，而急冷后的高温烟气降温至1200℃左右进入气化塔进行还原反应，通过这种方式彻底阻断了氯化氢的再次产生，而交换热量后的水蒸气进入废热蒸气锅炉进行余热利用，从废热蒸气锅炉离开的水蒸气输送至与甲醇制氢系统为甲醇制氢提供热量，其中除用于高温急冷的n2外，剩余的n2独立包装为产品；
57.其中，甲醇制氢系统按照如下原理进行：
58.ch3oh
→
co
↑
2h2↑
59.co h2o
→
co2↑
h2↑
60.甲醇制氢系统包括依次连接原料液贮罐、预热器、气化塔、过热器、转化器、冷凝器、吸收塔及解析塔，所述过热器、转化器及气化塔的温度由热量由导热油供给，所述废热蒸气锅炉的蒸汽用于加热导热油，ch3oh与水按照1:1.5的比例打入原料液储罐，先进入换热器预热，此时可以通过计量泵控制进入换热器的原料液量，预热后进入气化塔气化，并经过换热器过热到反应温度后进入转化器进行反应，产物进换热器与原料换热后进行冷却，其中夹杂的未反应的水及ch3oh冷凝分离后送回原料液贮罐，而产物则进入吸收塔利用碳酸丙烯酯吸收分离，得到h2，吸收饱和的饱和液则进入解析塔降压解析后进行循环使用，并将解析出的气体进一步通过psa装置进行脱杂处理，得到成品co2。s
4。1
.高温烟气进入淬火塔降温至70℃以下，随后依次通过脱硫塔、水洗塔进行净化，再进入分子筛进行气体分离，随后通过psa变压吸附器分离co、h2、co2，co2直接打入储存罐进行包装，其中，高温烟气离开高温急冷段的温度为1000
‑
1200℃，并打入高温气化塔在此温度下进行还原反应后再送入淬火塔；而淬火塔、脱硫塔及水洗塔中产生的液体依次通过过滤塔、水气分离池、膜分离装置进行处理，处理后打入水处理车间，当然综合池内残留的液体等也可以打入水处理车间单独进行处理。
61.s
4.2
.将从高温烟气中分离出来的h2与甲醇制氢系统制备的h2混合，按比例与co共同送入液化天然气成套装置制备液化天然气，而高温分离得到的co2及甲醇制氢系统得到的co2均单独包装成为产品，甲醇制氢系统制得的多余h2单独包装为产品；
62.s5.炉渣依次通过熔融炉、金属回收装置、玻璃绒回收装置，其中所述熔融炉的处理温度为1500
‑
1700℃，回收金属并处理杂质。
63.现以成都市新鲜生活垃圾为例来进行说明，依据[2008.4.09.(3个样品)送成都市环保监测院]成都市环保监测院监测报告书(3个样品)2008.4.16来对成都市的新鲜生活垃圾进行分析：
[0064]
成都市生活垃圾场分类数据分析参数：
[0065][0066]
工艺模拟质量计算数据包：
[0067][0068]
由此可以看出在成都市的新鲜垃圾中总含水率(摩尔百分数)为60.64％，可燃物(摩尔百分数)为30.66％，灰分(摩尔百分数)为8.913％，即可以看出成都市新鲜垃圾中水分含量≈60％，可燃物 灰份＝干基总量为40％。
[0069]
现采用这种方法处理4500t成都市的新鲜垃圾，分3次进行，每次1500t，发现处理时间平均在一天左右，其中对裂解得到的高温烟气抽样检测，发现3次处理的高温烟气主要成分的平均含量如下表所示：
[0070][0071]
而每1500t垃圾得到的平均产物如下：
[0072]
ch4：308005nm3；
[0073]
n2：39000nm3；
[0074]
ar：500nm3；
[0075]
co2：40500nm3；
[0076]
而每1500t垃圾消耗的主要原料如下：
[0077]
ch3oh：74.130t；
[0078]
h2o：62.570t；
[0079]
电耗：8371.2kw；
[0080]
由此可以看出，采用本发明的方法对生活垃圾进行处理，投入的成本明显比所得产物的价值要低很多，使得垃圾处理不再是亏本产业，即在解决城市垃圾围城的困境的同时，能变废为宝带来收益。
[0081]
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。