一种利用热解方法处理固体废物的设备及方法与流程

1.本发明涉及有机固体废物的处理，具体是涉及一种利用热解方法处理农林牧业废弃物及人类生活垃圾的方法及其设备。


背景技术：

2.农业、林业发展中，产生大量的废弃物，例如生物质秸秆、畜禽粪便、废弃地膜、农村生活垃圾、树枝、树叶等，人们的城市生活过程中，也会产生生活垃圾、城市绿化废弃物等，如果这些废弃物不加以合理地处理及利用，不仅浪费了资源，同时也污染环境。
3.目前的处理方式还比较简单，例如生物质秸秆，之前主要通过焚烧的方式处理，但近年来，我国大部分地区禁止焚烧秸秆，大部分秸秆通过粉碎后回田，可有效提高土壤内的有机质，提高土壤肥力，但秸秆回田方法会携带的重金属、施用的农药残留和携带的病虫生物虫卵等残留物又会返回土壤中，造成出苗不齐、病虫害加重等症状。针对畜禽粪便、农村生活垃圾、树叶等，主要是通过发酵腐烂之后，作为肥料，进行农作物施肥，能够促使农作物的生长，但同时会造成营养元素过剩，易烧根，而且大量的病菌会直接带入土壤里，造成病虫害和动物病疫的传播。针对废弃地膜等，主要是通过焚烧的方式处理，污染环境，如果不进行焚烧，长期存在土壤里，会对土壤造成严重的污染。城市产生生活垃圾、城市绿化废弃物的处理方式，主要是通过分类后，进行各自处理，处理不了的垃圾主要是通过掩埋、焚烧的方式处理，对环境污染严重。
4.针对上述固体废物的处理方式，现有技术中做了相应的改进，对固体废物在适当条件下进行裂解，从而产生生物炭、木醋液、木焦油以及可燃的裂解气体，例如公开号为cn106430182a的一种生物炭的制备方法及其制备系统专利，该专利采用热解方法对固体废物进行热解处理，但该发明需要对不同的固体废物采用不同的裂解方法，控制的裂解温度不同，这样需要对固体废物进行分类，反应条件为负压，设备较为复杂，产生的裂解油，黏在设备的管壁上，容易导致回转炉管路的堵塞，同时热解油成分较为复杂，无法得到充分的利用，容易造成环境污染，因此，探索一种适用于各种固体废物，结构简单，操作方便，污染性小的固体废物处理设备及方法，是一个亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，为此，本发明的一个目的在于提一种利用热解方法处理固体废物的设备，该设备包括废弃物入口、螺旋挤压设备、热解反应器，热解反应器包括热解室、外加热腔、高温烟气入口、低温烟气出口、螺旋搅拌机、固态产品出口、产品气出口，外加热腔与热解室相互隔离，并且外加热腔包围着热解室，高温烟气入口、低温烟气出口分别位于外加热腔体上，通过高温烟气入口通入高温烟气，在外加热腔体内对热解室持续加热，经过热交换后的降温后的烟气通过低温烟气出口排出，螺旋搅拌机位于热解室内部，能够对进入热解室的原料进行搅拌，使得原料受热均匀，并且对原料进行破碎，螺旋挤压设备与废弃物入口及热解室相连，固体废物放入废弃物入口进入
螺旋挤压设备，固体废物通过螺旋挤压设备挤压后进入热解室，并使得热解室与空气隔绝，热解后产生可燃的裂解气体及固态碳，固态碳通过固态产品出口排出并进行收集，裂解气体通过产品气出口排出并进行收集。
6.进一步的，为了提高原料反应速率，所述热解室内可加入蓄热与催化部件，蓄热与催化部件在热解室内，通过螺旋搅拌机搅拌，能够与固体废物充分接触，促进固体废物进一步粉碎，并提高原料反应速率，使得固体废物受热更加均匀，反应更快更充分。
7.进一步的，所述蓄热与催化部件可为陶瓷球、铁球等。
8.以下发明内容中，因为需要增加一个热解反应器，不可避免的会有相同名称部件，为了区分，在相同部件的前面写明第一、第二，但以下内容中所称的“第一”仅为修饰语，并不是对产品部件名称的变更，特此说明。
9.进一步的，为了进一步提高co、ch4、h2等小分子化合物裂解气体的产量，本发明包括第二级热解反应器，第二热解反应器包括第二热解室、第二外加热腔、第二热解物入口、第二烟气入口、第二烟气出口、螺旋搅拌机、辅料入口、第二固态产品出口、第二产品气出口，第二热解物入口与第一热解反应器的固态产品出口及产品气出口连通，第二热解室与第一热解室连通，使得第一热解反应器产生的可燃的裂解气体及固态碳均进入第二热解室，为了方便，可以将第一热解反应器的固态产品出口封住，第一热解反应器产生的可燃的裂解气体及固态碳均通过第一产品气出口、第二热解物入口进去第二热解室，第二烟气入口与第一热解反应器的低温烟气出口连通，从而使得所述第二外加热腔与第一外加热腔连通，使烟气进入所述第二外加热腔，螺旋搅拌机位于第二热解室内部，经过第一热解反应器的裂解气体及固态碳均进入所述第二热解室，在隔绝氧气条件下，通过辅料入口加入水蒸气、水等，进行水煤气反应，即：固体碳与水进一步反应，进而产生更多的h2与co,一级产品气在第二反应器内进一步热解，得到二级产品气及固态碳，二级产品气通过第二产品气出口排出并收集，固态碳通过第二固态产品出口排出并收集。
10.进一步的，为了防止第二热解室温度过低，第二外加热腔上设置第三烟气入口，能够通过第三烟气入口向第二外加热腔内通入高温烟气，控制第二外加热腔的温度。
11.进一步的，为了使原料受热更为均匀及提高原料反应速率，所述第一热解室与第二热解室内部均加入蓄热与催化部件。
12.进一步的，所述蓄热与催化部件可为陶瓷球、铁球等；一种利用上述设备通过热解方法处理固体废物的方法，包括如下步骤，a、通过高温烟气入口向外加热腔通入高温烟气，持续对热解室进行加热，使得热解室的温度高于650℃，经过热交换后的降温后的烟气通过低温烟气出口排出；b、将固体废物通过废弃物入口进入螺旋挤压设备；c、螺旋挤压设备对固体废物进行压缩，压缩后的固体废物进入热解室；d、螺旋搅拌机对进入热解室的固体废物进行搅拌，使得固体废物进一步破碎并且持续进行热交换；e、固体废物通过热解产生可燃的裂解气体及生物炭或活性炭，分别通过固态产品出口及产品气出口排出并分别进行收集。
13.进一步的，根据本发明的一些实施例，一种利用上述设备通过热解方法处理固体废物的方法，包括如下步骤，a、通过高温烟气入口向外加热腔通入高温烟气，持续对热解室进行加热，使得热解室的温度高于650℃，经过热交换后的降温后的烟气通过第二烟气入口导入第二外加热腔，使得第二热解室的温度高于400℃，经过热交换后的降温的烟气通过第
二烟气出口排出；b、将固体废物通过废弃物入口进入螺旋挤压设备；c、螺旋挤压设备对固体废物进行压缩，压缩后的固体废物进入热解室；d、螺旋搅拌机对进入热解室的固体废物进行搅拌，使得固体废物进一步破碎并且持续进行热交换；e、固体废物通过热解产生可燃的裂解气体及生物炭或活性炭，通过第二热解物入口导入第二热解室；f、通过辅料入口向第二热解室加入水蒸气、水或粪便，进行水煤气反应；g、第二热解室反应后的裂解气体及生物炭或活性炭通过分别通过第二固态产品出口及第二产品气出口排出并分别进行收集。
14.进一步的，步骤a包括a1、通过高温烟气入口向外加热腔通入高温烟气，持续对热解室进行加热，使得热解室的温度高于650℃，经过热交换后的降温后的烟气通过第二烟气入口导入第二外加热腔；a2、测量第二热解室的温度，当温度低于400℃时，通过第三烟气入口向第二加热腔内通入高温烟气，控制第二外加热腔的温度，使得第二热解室的温度高于400℃，经过热交换后的降温的烟气通过第二烟气出口派出；进一步的，将步骤f的辅料水蒸气或者水变更为粪便或者粪便与水的混合物。
15.本发明适用于处理农业废弃物(例如生物质秸秆、畜禽粪便、废弃地膜、农村生活垃圾等)、林业剩余物(树枝、树叶等)、城市绿化废弃物、塑料、橡胶、原煤、石油等，并且无需进行分类，可以混合处理，由于高温、无氧热解，并且螺旋搅拌机对进入热解室的固体废物进行搅拌，使得产权的裂解物为可燃的裂解气体及生物炭或活性炭，并不产生液态的木焦油、木醋酸等，产品更加单一，产物更加环保，有利于现有环境下城市生活垃圾、农作物秸秆等大宗废弃物的处理。
附图说明：
本发明的上述优点及有益效果从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本发明的仅含有一个热解反应器的设备结构示意图；图2是本发明的含有两个热解反应器的设备结构示意图。
17.附图标记：1、废弃物入口；2、螺旋挤压设备；3、热解室；4、外加热腔；5、高温烟气入口；6、低温烟气出口；7、螺旋搅拌机；8、固态产品出口；9、产品气出口；10、第二热解室；11、第二外加热腔；12、第二热解物入口；13、第二烟气入口；14、第二烟气出口；15、辅料入口；16、第二固态产品出口；17、第二产品气出口；18、第三烟气入口。
具体实施方式：
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
19.实施例1：一种利用热解方法处理固体废物的设备，包括废弃物入口1、螺旋挤压设备2、热解反应器，热解反应器包括热解室3、外加热腔4、高温烟气入口5、低温烟气出口6、螺旋搅拌机7、固态产品出口8、产品气出口9，外加热腔4与热解室3相互隔离，并且外加热腔4包围着热解室3，高温烟气入口5、低温烟气出口6分别位于外加热腔体4上，螺旋搅拌机7位于热解室3
内部，能够对进入热解室3的原料进行搅拌，使得原料受热均匀，并且对原料进行破碎，为了使得固体废物受热更加均匀，反应更快更充分，热解室3内放入陶瓷球或铁球，陶瓷球或铁球在螺旋搅拌机7的搅拌下，和固体废物一起混合，螺旋挤压设备2与废弃物入口1及热解室3相连，固体废物放入废弃物入口1进入螺旋挤压设备2，固体废物通过螺旋挤压设备2挤压后进入热解室3，并使得热解室3与空气隔绝。利用上述设备处理固体废物的方法，包括如下步骤，a、通过高温烟气入口5向外加热腔4通入高温烟气，持续对热解室3进行加热，使得热解室3的温度高于650℃，经过热交换后的降温后的烟气通过低温烟气出口6排出；b、将固体废物通过废弃物入口1进入螺旋挤压设备2；c、螺旋挤压设备2对固体废物进行压缩，压缩后的固体废物进入热解室3；d、螺旋搅拌机7对进入热解室的固体废物进行搅拌，使得固体废物在陶瓷球或铁球的作用下进一步破碎并且持续进行热交换；e、固体废物通过热解产生可燃的裂解气体及生物炭或活性炭，分别通过固态产品出口8及产品气出口9排出并分别进行收集。
20.经试验检测，上述裂解气体的主要成分为h2占30％-40％,co占10％-20％,ch4占10％-20％，完全符合可燃气体的要求，从而将固体废物转变成可燃气体及生物炭或者活性炭。
21.实施例2：与实施例不同的地方为，本发明还包括第二级热解反应器，第二热解反应器包括第二热解室10、第二外加热腔11、第二热解物入口12、第二烟气入口13、第二烟气出口14、螺旋搅拌机7、辅料入口15、第二固态产品出口16、第二产品气出口17，第二热解物入口12与第一热解反应器的固态产品出口8及产品气出口9连通，使得第一热解反应器产生的可燃的裂解气体及固态碳均进入第二热解室10，第二烟气入口13与第一热解反应器的低温烟气出口6连通，从而使得所述第二外加热腔11与第一外加热腔4连通，使烟气进入所述第二外加热腔11，第二热解室10与第一热解室3连通，螺旋搅拌机7位于第二热解室10内部，经过第一热解反应器的裂解气体及固态碳均进入所述第二热解室10，在隔绝氧气条件下，通过辅料入口15加入水蒸气或者水，进行水煤气反应，即：固体碳与水进一步反应，进而产生更多的h2与co,一级产品气在第二反应器内进一步热解，得到二级产品气及固态碳，二级产品气通过第二产品气出口17排出并收集，固态碳通过第二固态产品出口16排出并收集。
22.利用上述设备处理固体废物的方法，包括如下步骤，a、通过高温烟气入口5向外加热腔4通入高温烟气，持续对热解室3进行加热，使得热解室3的温度高于650℃，经过热交换后的降温后的烟气通过第二烟气入口13导入第二外加热腔11，使得第二热解室10的温度高于400℃，经过热交换后的降温的烟气通过第二烟气出口14排出；b、将固体废物通过废弃物入口1进入螺旋挤压设备2；c、螺旋挤压设备2对固体废物进行压缩，压缩后的固体废物进入热解室3；d、螺旋搅拌机7对进入热解室3的固体废物进行搅拌，使得固体废物进一步破碎并且持续进行热交换；e、固体废物通过热解产生可燃的裂解气体及生物炭或活性炭，均通过第二热解物入口12导入第二热解室10；f、通过辅料入口15向第二热解室加入水蒸气或者水或者粪便，进行水煤气反应；g、第二热解室10反应后的裂解气体及生物炭或活性炭通过分别通过第二固态产品出口16及第二产品气出口17排出并分别进行收集。
23.经试验检测，固体废物经过第一热解反应器及第二热解反应器热解后，裂解气体的主要成分为h2占30％-50％,co占20％-40％,ch4占10％-20％，与仅经过一次热解反应的
气体产品相比，h2、co产量明显增加，使得固体废物反应更加充分，剩余的固体碳基本上位活性炭，产品更加环保。
24.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
25.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。