CN103045273A - 一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料的方法和设备；采用高温气体作为热源，将热源引入到立式热处理设备内，使热源与生活垃圾在立式热处理设备中直接接触发生传热，原料受热后发生热裂解反应，回收和利用裂解后的气相产物，并将热裂解后产生的残渣进行焚烧至烬，焚烧产生的高温烟气被引入到热处理设备内给原料加热；本发明提供了一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料的设备，主要包括生活垃圾的干燥和热裂解的立式热处理设备、裂解的残渣进行焚烧的设备，以及气相产物的收集和利用设备；本发明具有设备结构简单、能够实现生活垃圾处理的规模化、连续化、资源化和减量化等诸多方面的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料的方法和设备；具体地，属于生活垃圾与高温烟气直接接触传热在无氧条件下进行干馏制取燃料(燃油或/和燃气)的方法和设备。
技术背景
随着社会的发展和人们生活水平的提高，生活垃圾以及垃圾中有机物成份含量不断提高，并对人类的生存环境产生严重危害。有效地处理这些废弃物使其无害化、资源化已成为全球普遍重视和研究的课题。
生活垃圾成份复杂，现有生活垃圾(或包括医疗垃圾)的热处理技术设备，如气化焚烧法、直接焚烧法等都存在尾气含有二噁英的缺陷；气化焚烧法是将生活垃圾中的有机废弃物在500-900℃还原区和裂解区高温分解成了商业价值低的含有氮气的低热值(5000KJ/Nm3左右)的燃气(CO、CH4、C2-C5、N2、H2、CO2)；目前，世界上最先进的燃气发电的热利用率最多是33％，剩余的热量从燃气发电机排出的高温烟气中损失掉了，而直接焚烧法是将生活垃圾中的有机废弃物全部焚烧至烬，产生的高温烟气作为蒸汽锅炉的热源产生水蒸汽，而水蒸气驱动的汽轮发电机的热利用转化率只有22％左右，大量的能量被损耗，不能回收利用，导致垃圾的资源化利用率低；
现有技术已公开了一些解决这方面问题的技术方案；本发明人在USP6,133,491，USP6,270,630B1和ZL98117823.5中，公开了用生活垃圾和/或有机废弃物制取烃类的方法和设备，公开了利用钢制反应设备将同一原料采用低、高两种不同温度的第一级和第二级热裂解和催化裂解的处理方法；然而，要使生活垃圾中的各种有机物质彻底分解，必须达到800-1100℃的高温环境，但单一的钢质旋转反应釜长期处于高温环境下易变形，不能旋转， 裂解反应无法进行到底，导致裂解反应的残渣中还剩有一定量的有机高分子物质不能完全地彻底分解，不能实施生活垃圾的彻底的减量化和无害化；本发明人在ZL200710130127.5中，公开了一种连续化处理生活垃圾的方法，将不含水的固体垃圾输送到密闭的热解设备中，在无氧条件下间接地给钢制设备加热发生原料的热裂解；然而，间接加热的热效率低、耗能高、热解时间长，垃圾处理的成本高；公知地，单一的生活垃圾焚烧炉通常是卧式或立式，如马丁焚烧炉、沸腾焚烧炉、往复式炉排焚烧炉，各类立式或卧式焚烧炉、流化床焚烧炉....等等，炉体庞大，散热面积大，热的综合利用率低，且投资大，利润回报率低、不适合经济不发达国家以及中小城镇采用，推广应用价值低；特别地，随着焚烧炉排的传动，生活垃圾从干燥区(低中温区)移向燃烧区(高温区)的过程中，必须要经过500-700℃温度区域，在此温度区域，生活垃圾中所含的食盐或含氯塑料(PVC)等含氯物质与C和H元素和空气中的氧气O2结合成有害的二噩因(PCDFs)，造成了对环境的严重污染和危害，这是无法避免的客观实事。在ZL201120082883.7中公开了《一种有效遏制二噁英的垃圾干馏热解气化装置》，和在ZL201110073735.3中公开了《一种有效遏制二噁英的垃圾综合处理和利用方法》，上述二种生活垃圾的干馏或分解设备均属于常规的气化焚烧炉，这种气化炉结构和特性是：炉体的底部是高温焚烧区，焚烧区的上部是裂解区；它属于一种“气化——焚烧”相联合的生物质产气炉，生活垃圾原料从炉体上部加入炉内，不断向下移动直至炉的底部变成灰烬，生活垃圾向下移动到裂解区(500-700℃)或还原区(850℃左右)时，受向上流动空气的涡流或踹流作用，生活垃圾中包含的一部分食盐或含氯塑料等含氯物质与空气中的氧发生反应，将不可避免地和客观地产生相当量的二噁英(PCDFs)；特别地，如果利用这种气化焚烧炉作为生活垃圾的热解设备，则生活垃圾中含有的大量的可以资源化的能产生高价值商品的有机烃类物质(如塑料或橡胶)在高温850-1100℃的还原区和燃烧区被烧掉，只有小部分转化成含有大量40-50％(V％)氮气的低热值的可燃气体，不能更好的实施生活垃圾的资源化利用；
发明内容
本发明的目的是提供一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料(燃油或/和燃气)的方法和设备；具体地说，本发明涉及采用高温气体作为热源，将高温气体热源引入到立式热处理设备内，使热源与生活垃圾原料在立式热处理设备中直接接触发生传热和给原料加热，原料受热后发生热裂解反应，回收和利用裂解后的气相产物，并将热裂解反应后的固体残渣产物进行焚烧至烬；焚烧产生的高温烟气被引入到所述的立式热处理设备内给原料加热的方法和设备；
按本发明的一个方面，提供了一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料(燃油或/和燃气)的方法，更具体地说，本发明涉及一种先将生活垃圾与高温烟气直接接触，发生热传递，进行热裂解反应，回收和利用裂解的气相产物转化成燃料(燃油或/和燃气)，然后将裂解反应产生的残渣进行高温焚烧，用焚烧产生的高温烟气给热裂解反应供热的方法。
按本发明的另一方面，提供了一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料(燃油或/和燃气)的设备，它主要包括将生活垃圾进行干燥和热裂解的立式热处理设备、将裂解反应产生的残渣进行高温焚烧的设备，以及气相产物的收集和利用设备。
按本发明的方法包括如下步骤：
i.将经过常规的预处理(包括磁选除去金属)、破碎、脱水或/和干燥至水分为50％(wt％)以下，尺寸不大于30厘米的生活垃圾原料从密闭的立式热处理设备的顶部或上部加料到立式热处理设备内；
ii.将高温气体(如高温烟气)作为热源从立式热处理设备的下部、中部或/和上部的侧壁通入到立式热处理设备内，使向上流动的高温气体(如高温烟气)与向下移动的原料进行对流的直接接触，发生热传递或用高温气体给原料直接加热；在立式热处理设备中，如果属于用原料制取燃油，温度控制在250-450℃，如果属于用原料制取燃气，温度控制在150-800℃；在立式热处理设备内，物料从进料至排出的热处理时间为0.2-4小时，操作压力 为负压、常压或稍高于常压；物料受热后发生热裂解反应，裂解反应产生气相产物和残渣，并按公知的方法收集和利用热裂解反应产生的气相产物；
iii.将裂解反应残渣排出立式热处理设备，送到焚烧炉中焚烧至烬；同时地，将高温烟气引入到立式热处理设备中给原料的裂解反应供热；
iv.从焚烧炉中排出并处置焚烧后的灰渣；
所述的生活垃圾原料，进一步包含一种或多种下列物质：医疗垃圾、污泥、废塑料、废橡胶、油泥、污泥、秸秆、稻壳、废纸、植物、棉、布、纱、木、叶、茎、壳、枝、草、木屑、含油植物、油籽、油果、粪便等；
本发明优选的将立式热处理设备排出的裂解气相产物先经过脱除焦油后再进行气体的收集或利用；即，裂解产生的气相产物先进行螺旋除焦器的网状旋转锥的转动和离心力的分离，除去气相物质中的大量高沸点的焦油和胶质，不让焦油等高沸点的重质有机物离开立式热裂解设备，促使焦油等重质有机物在立式热处理设备内进行强制性的往下流入到裂解区进行热裂解或分解，提高燃油或燃气的商品产率，特别地，防止气相产物中的焦油等重质有机物堵塞管道、冷凝器和其它设备，有利于生产的正常运行；
在加料前，所述的生活垃圾原料经过粉碎或不粉碎，要求原料的尺寸不大于30厘米；在加料过程中应尽量避免热处理设备中产生的气相产物不外泄；所述的加料是指：可以采用下列任何一种方式进行加料：
(1)连续化加料：采用常规的螺旋进料器或往复式推进器，进行连续化的加料；
(2)间歇式加料：采用储料仓，利用储料仓顶部阀门的加料和底部阀门的卸料的上下阀门交替打开或关闭的切换，进行间歇式加料；特别地，打开加料阀门之前，先用水蒸气或惰性气体驱赶储 料仓内的气体返回至热处理设备中；或将储料仓内的气体驱赶至焚烧炉中焚烧或进行冷凝、气液分离，并将不凝结气体输入到储气柜中缓存备用；
所述的按公知的方法收集和利用热裂解反应产生的气相产物，是指将气相产物进行冷凝、气液分离、得到的液态产物和燃气；进一步对液态产物进行加热、固-气二相催化反应、分馏、冷凝、油水分离、精制、调配等过程，制取汽油柴油产品；将燃气引入到焚烧炉中燃烧，燃烧产生高温烟气，用高温烟气给热裂解反应供热；或将燃气用于发电、供热、锅炉产汽等；
立式热处理设备内原料的干燥和裂解所需的热量由焚烧炉产生的高温烟气与原料直接接触供应；高温烟气或热源与原料直接接触提高了热传递的效率和传热速度，加速了原料的干燥和热裂解；特别地，克服和避免了常规技术设备的物料间接受热而导致的传热效率低、钢制热处理设备容易受高温变形或反应物易结焦的缺陷；焚烧炉所需的燃料或热源可以由燃油、燃气、煤、或/和裂解反应残渣的燃烧来提供，所说的燃油和燃气可以是从热裂解反应产生的气体产物中获得的。
所述的热裂解残渣在焚烧炉内在850-1300℃下经焚烧，使其中的可燃物燃烧至烬，也使其它物质彻底无害化；裂解和焚烧操作的压力可为负压、常压或稍高于常压。
裂解反应残渣排出立式热处理设备的步骤或热量利用，按如下方法进行：即先将热裂解的残渣储备在立式热处理设备下部的储灰区，堆积到排灰渣机的螺旋输送料槽的上部，并不断地将热裂解的残渣输送到焚烧炉中进行焚烧；特别地，当立式热处理设备内的温度高于工艺设计的所需温度时，调节或降低排灰渣机的裂解残渣输送量，或控制降低单位时间内的焚烧炉的燃料(包括燃气或燃油)添加量；当立式热处理设备内的温度低于工艺设计的所需温度时，调节或加大排灰渣机的裂解残渣输送量，或控制增加单位时间内的焚烧炉的燃料(包括燃气或燃油)添加量；
经过焚烧后的灰渣排出焚烧炉，冷却后经分筛，将未被灰化 的固体物质如固体无机物和金属与灰分分开，分别做进一步的处理；无机物可以作为建材原料，如制砖；
特别地，鼓风机鼓入的空气流量与储气柜经过引风机向外抽出的燃气流量基本一致；
本发明的焚烧炉内的燃烧氧化反应，属于不含氯元素(CL)不含氢(H)元素的无机残炭燃料的燃烧，没有氯和氢等元素参加燃烧反应、没有形成二噁因(多氯二苯并-对-二噁英，或PCDFs)的条件，不会发生如下反应：
按本发明的方法的实施方案，使裂解反应所生产的气相产物经冷凝处理，并按公知的技术设备收集冷凝下来的液相燃油；液相燃油可以经过二次加热、固定床催化反应、分馏塔分馏、冷凝、油水分离、水封罐处理、精制、调配等后，得到汽油柴油产品；所述的固定床催化反应器中所使用的催化剂，可以采用公知的裂解催化剂，例如，ZSM-5、HZSM-5、Y型裂解催化剂以及其它相关的公知的催化剂；
本发明的气相产物中的未凝结性气体可以引入到焚烧炉进行燃烧，并利用燃烧产生的高温烟气的热量来为热裂解反应过程供热，或将未凝结性气体进行发电、供热、锅炉产汽等综合利用；
本发明的上述过程，属于生活垃圾原料不断地从密闭的立式热处理设备上部(或顶部)加入到立式热处理设备内，并依次的经过干燥，裂解，焚烧等的过程；同时地，气相产物不断地从立式热处理设备上部(或顶部)的气相物出口排出，裂解反应的残渣产物不断地从立式热处理设备底部或下部的排渣器中排出，并输送到焚烧炉中燃烧至烬，焚烧产生的高温烟气不断地引入到立式热处理设备内，并与原料直接接触发生传热或给原料加热进行干燥和裂解反应的一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃油的方 法；
实施一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料的设备，其特征在于：设备包括依次连接的进料输送机或间歇式加料仓、立式密闭的热处理设备、排灰渣机、螺旋脱焦油器、气相产物的收集利用装置、焚烧炉、以及烃油收集装置；
附图的简要说明，图1是本发明的设备流程图；
在附图1中，1-立式密闭的热处理设备，2-立式热处理设备的壳体，3-进料输送机，4-料斗，5-连接法兰，6-加料仓的卸料阀门，7-空气换热器的气相产物进口，8-鼓风机，9-空气加热的换热器，10-温度计，11-常规市售的能够控制物料向下移动的活动排炉渣炉蓖，12-高温烟气进口，13-烟气阀门，14-温度计，15-常规市售的能够控制物料向下移动的活动排炉渣炉蓖，16-高温烟气进口，17-烟气阀门，18-立式热处理设备的储灰区，19-排灰渣机，20-焚烧炉的储料仓或排灰渣机的卸料口，21-焚烧炉储料仓的残渣加料口，22-焚烧炉，23-炉排，24-炉渣输送机，25-热空气进口；26-水封罐，27-柴油储罐，28-汽油储罐，29-柴油冷凝器，30-油水分离器，31-冷凝器，32-柴油汽体塔，33-分馏塔，34-催化反应固定床，35-加热换热器，36-油泵，37-气-液分离器，38-冷凝器，39-储气柜，40-水封罐，41-阀门，42-阀门，43-加料仓，44-立式热处理设备的气相产物出口或螺旋脱焦油器的气相物进口，45-加料仓的加料阀门，46-焚烧炉的壳体，47-燃气专用风机，48-燃气喷嘴，49-阀门，50-温度计，51-热裂解区，52-干燥区；53螺旋脱焦油器，54-螺旋脱焦油器的气体出口，55-网状旋转锥，56-压力表，57-水蒸汽或惰性气体进口，58-燃油喷嘴，59-高温烟气出口，60-阀门，61-阀门；
所述的进料输送机(3)，属于常规的螺旋进料机、液压往复式进料机，以及其它常规的固体进料机；通过法兰(5)，将进料输送机(3)的出料口与立式热处理设备(1)壳体(2)的上部侧面的进料口联通；
所述的立式密闭的热处理设备(1)，包括：长圆筒形或长方体 的壳体(2)，温度计(10、14、50)，能够调节物料向下移动的活动炉蓖(11、15)，高温气体(或高温烟气)的进口(12、16)，气相产物的排出口(6)，干燥区(52)，热裂解区(51)，储灰区(18)等；具体地，长圆筒形或长方体的壳体(2)，壳体顶部是封头或平顶形状，壳体(2)的底部是封头、锥形或平底；壳体(2)顶部或上部的气相产物出口与螺旋脱焦油器的进气口(44)联通；壳体(2)的上部侧面的原料进口与进料输送机(3)的出料口用法兰(5)连接相通；壳体(2)顶部的原料进口与储料仓(43)的卸料阀(6)相接相通；壳体(2)的原料进口的下部是原料的干燥区(52)，壳体(2)的干燥区(52)的侧面配置温度计(10)，壳体(2)干燥区(52)的底面配置常规市售的活动排炉渣炉蓖(11)；壳体干燥区(52)的折叠式活动炉蓖(11)下部配置有给干燥区(52)供热的高温气体热源(或高温烟气)的进口(12)；所述的给干燥区(52)供热的高温气体进口(12)的下部是壳体(2)中的热裂解区(51)，壳体热裂解区(51)的侧面配置温度计(14)，壳体热裂解区(51)的底面配置常规市售的活动排炉渣炉蓖(15)，壳体热裂解区(51)的活动炉蓖(15)下部配置有给热裂解区(51)供热的高温气体热源(或高温烟气)的进口(16)；所述的给热裂解区(51)供热的高温气体进口(16)的下部是壳体(2)中的储灰区(18)，壳体储灰区(18)的侧面配置温度计(50)；壳体储灰区(18)的下部是排灰渣机(19)；排灰渣机(19)的卸料口(20)与焚烧炉(22)的焚烧炉储料仓的残渣加料口(21)相连通；
所述的螺旋脱焦油器(53)，包括：调速电机，网状旋转锥(55)、气相产物进口(44)，脱焦后的净化气体出口(54)，属于公知的“气——固”二相分离器商品；螺旋脱焦油器(53)配置在所述的立式热处理设备(1)的顶部或上部，螺旋脱焦油器(53)的进气口(44)与立式热处理设备(1)的气相产物出口相通；螺旋脱焦油器(53)的排气口(54)与气相产物的收集利用装置的空气换热器(9)的气相产物进口(7)联通；
所述的间歇式加料仓(43)，包括：构成加料仓的圆筒形壳体或矩形的壳体、壳体的上部或顶部配置加料口阀门(45)、壳体 的底部配置卸料口阀门(6)、壳体配置水蒸汽或惰性气体的进口阀门(57)和排气口阀门(49)，壳体配置压力表(56)；间歇式加料仓(43)配置在立式热处理设备(1)的上方，间歇式加料仓(43)的卸料口阀门(6)的出料口与立式热处理设备(1)的顶部加料口相通；
所述的排灰渣机(19)，属于常规技术制造的螺旋输送机，也可以采用其它的常规灰渣输送机；
所述的焚烧炉(22)，包括：供焚烧的卧式矩形壳体(46)、壳体(46)上部配置有储料仓(20)的残渣焚烧的燃料入口(21)，配置有与烃油收集装置相连的不凝结性燃气的燃气喷嘴(48)、液体烃油的燃烧喷嘴(58)、燃烧获得的高温烟气出口(59)、用于焚烧的热空气进口(25)，壳体(46)下部的排炉渣机(24)，以及壳体(46)内供固体物质焚烧用的炉排(23)；具体地，高温烟气出口(59)分别与阀门(13、17)的进气口联通，阀门(13)的出气口与高温烟气进口(12)联通，阀门(17)的出气口与高温烟气进口(16)联通；
所述的气相产物的收集利用装置，包括：空气加热的换热器(9)、冷凝器(38)、气——液二相分离器(37)、水封罐(40)、储气柜(39)、引风机(47)等；具体地，螺旋脱焦油器(53)的气体出口(54)与空气换热器(9)的气相产物进口(7)联通，空气换热器(9)的气体产物出口与冷凝器(38)的气体物料进口联通，冷凝器(38)的气体物料出口与气——液分离器(37)的上部一端联通，气——液分离器(37)的上部另一端与水封罐(40)的液下插入管相联通，水封罐(40)的顶部气体出口与储气柜(39)的进气管联联通；储气柜(39)的上部排气管与阀门(42)的进气口联通，阀门(42)的出气口与引风机(47)的进气口联通；储气柜(39)的上部排气管经过阀门(41)联通焚烧炉(22)的燃气喷嘴(48)；其中，气-液分离器(37)的下部燃油出口联通油泵(36)的进料口，油泵(36)的出料口经阀门(60)与焚烧炉(22)的燃油喷嘴(58)相连通；鼓风机(8)的排气口联通空 气换热器(9)的室温空气的进口，空气换热器(9)的热的空气出口联通焚烧炉(22)的热空气进口(25)；
所述的烃油(或汽油柴油)收集装置，进一步包括烃油的加热、固——气二相催化反应等装置，均属于本领域中常规使用的催化裂解生产汽油柴油装置，包括：固-气二相的催化固定床(34)、柴油汽提塔(32)、汽油储罐(28)、柴油储罐(28)、分馏塔(33)、汽油冷凝器(31)、柴油冷凝器(29)、重油加热器(35)、油泵(36)、油水分离器(30)、水封罐(26)等；具体地，气-液分离器(37)下部联通油泵(36)的进料口，油泵(36)的出料口经过阀门(61)与管式加热炉(35)的进料口联通，管式加热炉(35)的出料口与催化固定床(34)的进料口联通，催化固定床(34)的出料口与分馏塔(33)中部联通，分馏塔(33)顶部与冷凝器(31)进料口联通，冷凝器(31)出料口与汽油油水分离器(30)联通，柴油汽提塔(32)分别与分馏塔(33)和柴油冷凝器(29)联通；柴油冷凝器(29)出料口与柴油储罐(27)联通，油水分离器(30)下部的汽油出口管联通汽油储罐(28)，油水分离器(30)上部的不凝结气体出口管与水封罐(26)的液下插管相通，水封罐(26)的上部不凝结气体的出口与储气柜(39)的气体进口联通；
本发明具有如下优点：
(1)通过控制和调节焚烧炉的燃料(热裂解残渣、燃油、燃气)的单位时间内的燃烧添加量，可以有效地控制和调节焚烧炉燃烧产生的高温烟气的温度、排出的流量或烟气所含的总热量；通过控制和调节进入立式热处理设备内的高温烟气的温度、流量或总热量，可以有效地控制立式热处理设备内的干燥区或热裂解区的温度符合工艺所需要的最佳温度，提高生活垃圾原料中的烃类有机高分子物质(如废塑料废橡胶)转化成商业价值高的燃油(如汽油柴油)的资源化利用率和经济效益，能有效地阻止和降低因裂解反应的温度过高导致烃类有机物质分解成小分子的不凝结性可燃气体(CH4、C2-C5、H2)的转化率；这，是本发明的优点和特征之一；
(2)焚烧炉的外排高温烟气中，不含二噁英(PCDFs)；这，是本发明的优点和特征之一；
(3)高温烟气等热源可以从立式热处理设备的下部、中部或中上部等多个烟气的进口输入到立式热处理设备内的干燥区或热裂解区，使加热源(或高温烟气)与原料直接接触，给原料加热进行干燥和热裂解反应，扩大了原料与加热源(或高温烟气)的接触面积，提高了原料的单位时间内的处理量，热处理过程不结焦，克服了现有技术设备采用间接加热物料，导致传热效率低，设备在高温下易变形、易结焦的缺陷；这，是本发明的特征之一；
(4)本发明优选的将立式热处理设备排出的裂解气相产物先经过脱除焦油后再进行气体的收集或利用，不让焦油等高沸点的重质有机物离开立式热裂解设备，促使焦油等重质有机物在立式热处理设备内进行强制性的往下流入到裂解区进行热裂解或分解，提高燃油或燃气的商品产率，防止气相产物中的焦油等重质有机物堵塞管道、冷凝器和其它设备，有利于生产的正常运行；这，是本发明的特征之一；
本发明具有热效率高、气相产物和液相产物中的不含焦油、气相或/和液相产物中不含二噁英、原料中的有机高分子烃类转化成了高价值液态烃油(汽油柴油的组分)等优点；本发明操作方便、工艺流程短、设备结构简单、设备造价低、原料的资源化利用率高，能够实现生活垃圾处理的规模化、连续化、资源化和减量化、本发明具有节能、环保和高效益等诸多方面的优点，具有好的工业实用性。
下面结合附图，对本发明的方法做进一步的说明
根据本发明，将经过常规的预处理(包括磁选除去金属)、破碎、脱水或/和干燥至水分为50％(wt％)以下，尺寸不大于30厘米的生活垃圾原料加入到进料输送机(3)的料斗(4)中，连续化地输送到密闭的立式热处理设备(1)内的干燥区(52)中；或利用储料仓(43)的间歇加料的方式，将所述的生活垃圾原料 定期地加入到密闭的立式热处理设备(1)内的干燥区(52)中；用鼓风机(8)将室温空气输入到空气换热器(9)内进行加热变成热空气，再将热空气通过焚烧炉(22)上的空气进口(25)输入到焚烧炉(22)中，同时地，不断地将裂解残炭燃料经过焚烧炉(22)的燃料仓(20)和燃料的加料口(21)加入到焚烧炉(22)内进行焚烧，或将裂解反应产生的不凝结可燃性气体返回到焚烧炉(22)的燃气喷嘴(48)中进行燃烧，或将裂解反应后收集的液态燃油产物返回到焚烧炉(22)的燃油喷嘴(58)中进行燃烧，燃烧产生无氧的850-1200℃高温烟气；将高温烟气通过烟气出口(59)引出焚烧炉(22)，并将高温烟气分别经过阀门(17、13)后引入到立式热处理设备(1)内的干燥区或/和热裂解区，让高温烟气与生活垃圾原料直接接触，发生热交换和传热，给原料的干燥和热裂解反应直接供热；在立式热处理设备中，如果属于用原料制取燃油(如汽油柴油)时，干燥区的温度控制在250-300℃，热裂解区的温度控制在300-450℃；如果属于用原料制取燃气(CH4、C2-C5、H2、CO、N2)，干燥区的温度控制在300-500℃，热裂解区的温度控制在500-700℃；在立式热处理设备(1)中，操作压力为负压、常压或稍高于常压，原料从进入到立式处理设备(1)中，至直下移落到储灰区或从排灰渣机(19)排出立式处理设备(1)的热处理时间为0.2-4小时；立式热处理设备(1)上部干燥区(52)内的原料受热后水分不断地向上蒸发和干燥，并发生轻度的裂解反应；下部热裂解区(51)内的物料受热后发生热分解，热分解产生大量的气相产物和固体残渣；热裂解的气相产物、干燥区的气相产物以及来自焚烧炉(22)加热的烟气等混合在一起形成混合气体，该混合气体不断地从立式热处理设备(1)的上部排气口进入到螺旋脱焦油器(53)进气口(44)，用螺旋脱焦油器(53)脱除气相产物中的焦油，将脱除焦油后的净化气相产物从螺旋脱焦油器(53)的排气口(54)输入到所述的气相产物的收集利用装置中；
在热裂解过程中，固体物料的体积不断地缩小，直至变成残炭，热裂解区的空隙不断地变大，导致立式热处理设备(1)上部干燥区的物料受重力作用往下移动，干燥区底面的可控制卸料量 的活动式炉蓖(11)支撑着干燥区的原料不随意地往下落入到热裂解区，炉蓖(11)可以有效地控制干燥区中的物料下落的速度或流量，以便于调节干燥区原料的含水率，特别地，从高温烟气进口(12)输入的高温烟气从下往上地串过炉蓖(11)进入干燥区与原料接触，能很好地使干燥区的原料均匀地与高温烟气接触，发生传热和使原料快速的干燥，热传递效率高；干燥区(52)底面炉蓖(11)上的原料不断地向下移动串过炉蓖(11)，落入到热裂解区(51)底面的可控制卸料量的活动式炉蓖(15)上面，从高温烟气进口(16)输入的高温烟气从下往上地串过炉蓖(15)进入热裂解区与原料均匀地接触，发生传热和进行热裂解反应，热裂解产生大量的气相产物和部分残炭；气相产物与烟气一起不断地向上流动，串过炉蓖(11)进入干燥区(52)，并与干燥区(52)产生的气相产物、焚烧炉(22)的烟气形成的混合气相产物经过立式热处理设备(1)上部的螺旋脱焦油器(45)脱焦油后输入到所述的气相产物的收集利用装置中；炉蓖(15)上面的热裂解残炭不断地下落到立式热处理设备(1)下部的储灰区(18)中；经过配置在储灰区(18)中的排灰渣机(19)将热裂解残炭输送到焚烧炉(22)的炉排(23)上面进行高温焚烧至烬；焚烧产生的无机炉渣经过炉渣输送机(24)排出，炉渣可用作建材原料，如制砖；焚烧后产生的高温烟气经过高温烟气出口(59)和阀门(17、13)输入到立式热处理设备(1)的干燥区(52)和热裂解区(51)中给热处理设备(1)的原料干燥和热裂解反应供热；
不断地将立式热处理设备(1)排出的热的气相产物经过脱焦油器(53)处理后引入到空气加热换热器(9)中，不断地用鼓风机(8)将室温空气鼓入到空气加热换热器(9)中，使室温空气吸收热的气相产物的热量，使室温空气转变成热空气，并不断地将热空气输入到焚烧炉(22)的空气进口(25)用于焚烧炉(22)的燃烧；将空气换热降温后的气相产物进一步地经过冷凝器(38)的降至室温，降温后的物料进入气-液分离器(37)中进行气——液二相的分离；分离器(37)中的不凝结的可燃性气体经水封罐(40)封压后输送到储气柜(39)中缓存备用；将储气柜(39)的燃气经过阀门(41)输送到焚烧炉(22)的燃气喷嘴(48)中， 使燃气在焚烧炉(22)中进行燃烧，产生高温烟气；用引风机(47)不断地将储气柜(39)内的燃气经过阀门(42)抽出，用作燃气发电机发电、供热、锅炉产汽等所需的热源进行综合利用，特别地，鼓风机(8)鼓入的空气流量与储气柜(39)经过引风机(47)向外抽出的燃气流量的物料平衡基本一致；
按公知的烃油加热、催化、分馏、冷凝、油水分离、净化和调配等方法，将气-液分离器(37)内的液相燃油用泵(36)经过阀门(61)输入到管式加热炉(35)中加热或升温至325-450℃，并经过催化固定床(34)进行催化裂化或催化重整反应，使烃类气相物质转变成为汽油柴油组分；依汽油柴油馏程不同在分馏塔(33)中进行分离，即将催化反应后的气相物质经过分馏塔(33)分馏，汽油从塔(33)顶进入冷凝器(31)，经油水分离器(30)进入汽油储罐(28)；柴油从分馏塔(33)中部进入汽提塔(32)，在过热蒸汽作用后，柴油进入冷凝器(29)，最后进入柴油储罐(27)；采用公知的技术对上述收集的汽油柴油进行净化和调配处理，最后得到合格的汽油柴油产品；将未凝结的燃气从水封罐(26)顶部引入到储气柜(39)中缓存或将储气柜(39)中的燃气经过阀门(41)引入到焚烧炉(23)中进行燃烧，用燃烧产生产的高温(850-1300℃)烟道气给热处理设备(1)内的干燥和热裂解反应供热；
上述过程，属于生活垃圾原料不断地从密闭的立式热处理设备上部(或顶部)加入到立式热处理设备内，并依次的经过干燥，裂解，焚烧等的过程；同时地，气相产物不断地从立式热处理设备上部(或顶部)的气相物出口排出，裂解反应的残渣产物不断地从立式热处理设备底部或下部的排渣器中排出，并输送到焚烧炉中燃烧至烬，焚烧产生的高温烟气不断地引入到立式热处理设备内，并与原料直接接触发生传热或给原料加热进行原料的干燥和裂解反应的一种连续化的遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料的方法；
以下通过结合附图和具体实施例更详细地说明本发明，但本发明并不受其限制。
实施例1
将5000公斤经过常规的预处理(包括磁选除去金属)、破碎、脱水、干燥至水分为50％(wt％)以下，尺寸不大于20厘米的生活垃圾原料加入到往复式液压进料机(3)的料斗(4)中，按照每小时1000公斤加料速度连续化地输送到密闭的立式热处理设备(1)内的干燥区(52)中；用鼓风机(8)将室温空气输入到空气换热器(9)内进行加热变成热空气，再将热空气通过焚烧炉(22)上的空气进口(25)输入到焚烧炉(22)中，同时地，不断地将350-400℃的裂解反应产生的残炭加入到焚烧炉(22)内进行焚烧，同时地，将裂解反应产生的不凝结可燃性气体返回到焚烧炉(22)的燃气喷嘴(48)中进行燃烧；将焚烧炉(22)燃烧产生的无氧850-1200℃高温烟气经过阀门(17、13)后引入到立式热处理设备(1)内的干燥区或/和热裂解区，让高温烟气与生活垃圾原料直接接触，发生热交换和传热，给原料的干燥和热裂解反应直接供热；在立式热处理设备中，干燥区的温度控制在250-300℃，热裂解区的温度控制在300-450℃；操作压力为0.03-0.09MPa，原料从进入到立式处理设备(1)中，至直下移落到储灰区的热处理时间为40-60分钟；在立式热处理设备(1)上部干燥区(52)内的原料受热后水分不断地向上蒸发和干燥，并发生轻度的裂解反应；下部热裂解区(51)内的物料受热后发生热分解，热分解产生大量的气相产物和固体残渣；热裂解的气相产物、干燥区的气相产物以及来自焚烧炉(22)加热的烟气等混合在一起形成混合气体，该混合气体不断地从立式热处理设备(1)的上部排气口进入到螺旋脱焦油器(53)进气口(44)，用螺旋脱焦油器(53)脱除气相产物中的焦油，将脱除焦油后的净化气相产物从螺旋脱焦油器(53)的排气口(54)输入到所述的气相产物的收集利用装置中；
在热裂解过程中，固体物料受重力作用往下移动，利用炉蓖(11、15)支撑或调节原料不随意地往下落，炉蓖(11、15)可以有 效地控制在立式热处理设备(1)中物料下落的速度或流量；热裂解残炭不断地下落到立式热处理设备(1)下部的储灰区(18)中；经过配置在储灰区(18)中的排灰渣机(19)将热裂解残炭输送到焚烧炉(22)的炉排(23)上面进行高温焚烧至烬；焚烧产生的无机炉渣经过炉渣输送机(24)排出，炉渣可用作建材原料，如制砖；焚烧后产生的高温烟气经过高温烟气出口(59)和阀门(17、13)输入到立式热处理设备(1)的干燥区(52)和热裂解区(51)中给热处理设备(1)的原料干燥和热裂解反应供热；不断地将立式热处理设备(1)排出的热的气相产物经过脱焦油器(53)处理后引入到空气加热换热器(9)中，不断地用鼓风机(8)将室温空气鼓入到空气加热换热器(9)中，使室温空气吸收热的气相产物的热量，使室温空气转变成热空气，并不断地将热空气输入到焚烧炉(22)的空气进口(25)用于焚烧炉(22)的燃烧；将空气换热降温后的气相产物进一步地经过冷凝器(38)的降至室温，降温后的物料进入气-液分离器(37)中进行气——液二相的分离；分离器(37)中的不凝结的可燃性气体经水封罐(40)封压后输送到储气柜(39)中缓存备用；将储气柜(39)的燃气经过阀门(41)输送到焚烧炉(22)的燃气喷嘴(48)中，使燃气在焚烧炉(22)中进行燃烧，产生高温烟气；用引风机(47)不断地将储气柜(39)内的燃气经过阀门(42)抽出，用作燃气发电机发电、供热、锅炉产汽等所需的热源进行综合利用，特别地，鼓风机(8)鼓入的空气流量与储气柜(39)经过引风机(47)向外抽出的燃气流量的物料平衡基本一致；
按公知的烃油加热、催化、分馏、冷凝、油水分离、净化和调配等方法，将气-液分离器(37)内的液相燃油用泵(36)经过阀门(61)输入到管式加热炉(35)中加热或升温至325-450℃，并经过催化固定床(34)进行催化裂化或催化重整反应，使烃类气相物质转变成为汽油柴油组分；依汽油柴油馏程不同在分馏塔(33)中进行分离，即将催化反应后的气相物质经过分馏塔(33)分馏，汽油从塔(33)顶进入冷凝器(31)，经油水分离器(30)进入汽油储罐(28)；柴油从分馏塔(33)中部进入汽提塔(32)，在过热蒸汽作用后，柴油进入冷凝器(29)，最后进入柴 油储罐(27)；采用公知的技术对上述收集的汽油柴油进行净化和调配处理，最后得到合格的汽油柴油产品；将未凝结的燃气从水封罐(26)顶部引入到储气柜(39)中缓存或将储气柜(39)中的燃气经过阀门(41)引入到焚烧炉(23)中进行燃烧，用燃烧产生产的高温(850-1300℃)烟道气给热处理设备(1)内的干燥和热裂解反应供热；
上述工艺过程得到如下主要数据和结果：
生活垃圾的单位时间处理量；1000(kg/h)
生活垃圾：5000KG；
垃圾物理性质(W％)：水分45.％，总固体类(包括碳水化合物、废塑料、纤维素、淀粉、金属、粉煤灰等等)55％，PH值为7.8，容重为0.56吨/m3；
5000KG垃圾的容积：8.9M3
垃圾的元素分析：H7.13％(w％)；C21.8％(w％)；O44.11％(w％)；S0.2％(w％)；N1.3％(w％)，；金属及无机物25.46％(w％)；
固定床催化剂：固定床(34)内一次性装载500Kg的催化剂(由45％的HZSM-5和55％的载体混合构成)，能连续的循环使用，可让1500吨烃油发生催化裂解反应转变成汽油柴油；
立式热处理设备(1)内：
(1)压力为0.03-0.09MPa；
(2)干燥区温度：250-300℃；
(3)热裂解区温度：300-450℃；
(4)生活垃圾热处理时间：320分钟；
(4)焚烧炉排出的烟气温度：850-1050℃；
反应产物(W％)：
(1)烃油(C7-C22)：205KG，占4.1％，其中：
汽油(C7H16-C12H24)为118.9KG，占58％辛烷值为 94.1(RON)、诱导期为470(Min)、密度为0.719(g/cm3)、终点馏程(℃)为205；汽油组份(W％)：烷烃为24.1％，环烷烃为11.1％，烯烃为42.5％，芳烃为9.1％，其它为13.2％。
柴油(C12H24-C20H42)为86.1KG，占42％；其中，十六烷值为46.6、密度为0.839(g/cm3)、闪点(闭口)为69℃、冷滤点为-16℃、运动粘度(20℃mm2/s)为3.18、馏程(95％，℃)：320；燃烧热值(KJ/g)：42；柴油组份(W％)：烷烃为19.1％，环烷烃为13.8％，烯烃为42％，芳9.3％，其它为18.8％；
将上述方法中收集到的汽油和柴油分别进行气相色谱分析得到上面的汽油组份(W％)和柴油组份(W％)；并将收集到的汽油和柴油分别与GB标准的93#号汽油和O#柴油进行内燃机的台架功率试验和相关物理参数对比试验，以及进行300公里的同条件下的车辆行驶对比实验，其效果一致；
(2)可燃性气体(H2、CO、CH4、C1-C5)：815KG，占16.3％；其热值为：8411(KJ/Nm3)；
(3)无机残渣及金属：1305KG，占26.1％
(4)水分(包括脱水、干燥和裂解产生的水)：2565KG，占51.3％；
(5)其它(包括烟气中的酸性气体成分)：110KG，占2.2％；
(
垃圾减容效果：
残渣及金属的平均密度：3.21吨/M3；
1305KG残渣及金属占容积：0.4065M3(1.305÷3.21)；
垃圾残剩率(V％)；4.56％[0.4065÷8.9×100％]；
垃圾减容率(V％)：95.43％。
Claims (9)
1.一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料的方法，包括如下步骤：
i.将经过常规的预处理、破碎、脱水或/和干燥至水分为50％(wt％)以下，尺寸不大于30厘米的生活垃圾原料从密闭的立式热处理设备的顶部或上部加料到立式热处理设备内；
ii.将高温气体，如高温烟气作为热源从立式热处理设备的下部、中部或/和上部的侧壁通入到立式热处理设备内，使向上流动的高温气体与向下移动的原料进行对流的直接接触，发生热传递或用高温气体给原料直接加热；在立式热处理设备中，如果属于用原料制取燃油，温度控制在250-450℃，如果属于用原料制取燃气，温度控制在150-800℃；在立式热处理设备内，物料从进料至排出的热处理时间为0.2-4小时，操作压力为负压、常压或稍高于常压；物料受热后发生热裂解反应，裂解反应产生气相产物和残渣，并按公知的方法收集和利用热裂解反应产生的气相产物；
iii.将裂解反应残渣排出立式热处理设备，送到焚烧炉中焚烧至烬；同时地，将高温烟气引入到立式热处理设备中给原料的的干燥和裂解反应供热；
iv.从焚烧炉中排出并处置焚烧后的灰渣。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述的生活垃圾原料，进一步包含一种或多种下列物质：医疗垃圾、污泥、废塑料、废橡胶、油泥、污泥、秸秆、稻壳、废纸、植物、棉、布、纱、木、叶、茎、壳、枝、草、木屑、含油植物、油籽、油果、粪便。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述的加料是指：可以采用下列任何一种方式进行加料：
连续化加料：采用常规的螺旋进料器或往复式推进器，进行连续化的加料；
间歇式加料：采用储料仓，利用储料仓顶部阀门的加料和底部阀门的卸料的上下阀门交替打开或关闭的切换，进行间歇式加料；特别地，打开加料阀门之前，先用水蒸气或惰性气体驱赶储料仓内的气体返回至热处理设备中；或将储料仓内的气体驱赶至焚烧炉中焚烧或进行冷凝、气液分离，并将不凝结气体输入到储气柜中缓存 备用。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述的收集和利用热裂解反应产生的气相产物是指；将气相产物进行脱除焦油、冷凝、气液分离、得到的液态产物和不凝结性燃气；进一步对液态产物进行加热、固-气二相催化反应、分馏、冷凝、油水分离、精制、调配等过程，制取汽油柴油产品；将燃气引入到焚烧炉中燃烧，燃烧产生高温烟气，用高温烟气给原料的干燥和热裂解反应供热；或将燃气用于发电、供热、锅炉产汽。
5.实施一种遏制二噁英生成的生活垃圾制取燃料的设备，其特征在于：设备包括依次连接的进料输送机、加料仓、立式密闭的热处理设备、排灰渣机、螺旋脱焦油器、气相产物的收集利用装置、焚烧炉、以及烃油收集装置。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述的进料输送机(3)，属于常规的螺旋进料机、液压往复式进料机，以及其它常规的固体进料机；通过法兰(5)，将进料输送机(3)的出料口与立式热处理设备(1)壳体(2)的上部侧面的进料口联通；所述的排灰渣机(19)，属于常规技术制造的螺旋输送机，也可以采用其它的常规灰渣输送机。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述的立式密闭的热处理设备(1)，包括：长圆筒形或长方体的壳体(2)，温度计(10、14、50)，能够调节物料向下移动的活动炉蓖(11、15)，高温气体(或高温烟气)的进口(12、16)，气相产物的排出口(6)，干燥区(52)，热裂解区(51)，储灰区(18)等；具体地，长圆筒形或长方体的壳体(2)，壳体顶部是封头或平顶形状，壳体(2)的底部是封头、锥形或平底；壳体(2)顶部或上部的气相产物出口与螺旋脱焦油器的进气口(44)联通；壳体(2)的上部侧面的原料进口与进料输送机(3)的出料口用法兰(5)连接相通；壳体(2)顶部的原料进口与储料仓(43)的卸料阀(6)相接相通；壳体(2)的原料进口的下部是原料的干燥区(52)，壳体(2)的干 燥区(52)的侧面配置温度计(10)，壳体(2)干燥区(52)的底面配置常规市售的活动排炉渣炉蓖(11)；壳体干燥区(52)的折叠式活动炉蓖(11)下部配置有给干燥区(52)供热的高温气体热源(或高温烟气)的进口(12)；所述的给干燥区(52)供热的高温气体进口(12)的下部是壳体(2)中的热裂解区(51)，壳体热裂解区(51)的侧面配置温度计(14)，壳体热裂解区(51)的底面配置常规市售的活动排炉渣炉蓖(15)，壳体热裂解区(51)的活动炉蓖(15)下部配置有给热裂解区(51)供热的高温气体热源(或高温烟气)的进口(16)；所述的给热裂解区(51)供热的高温气体进口(16)的下部是壳体(2)中的储灰区(18)，壳体储灰区(18)的侧面配置温度计(50)；壳体储灰区(18)的下部是排灰渣机(19)；排灰渣机(19)的卸料口(20)与焚烧炉(22)的焚烧炉储料仓的残渣加料口(21)相连通。
8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述的螺旋脱焦油器(53)，包括：调速电机，网状旋转锥(55)、气相产物进口(44)，脱焦后的净化气体出口(54)，属于公知的“气——固”二相分离器商品；螺旋脱焦油器(53)配置在所述的立式热处理设备(1)的顶部或上部，螺旋脱焦油器(53)的进气口(44)与立式热处理设备(1)的气相产物出口相通；螺旋脱焦油器(53)的排气口(54)与气相产物的收集利用装置的空气换热器(9)的气相产物进口(7)联通；所述的间歇式加料仓(43)，包括：构成加料仓的圆筒形壳体或矩形的壳体、壳体的上部或顶部配置加料口阀门(45)、壳体的底部配置卸料口阀门(6)、壳体配置水蒸汽或惰性气体的进口阀门(57)和排气口阀门(49)，壳体配置压力表(56)；间歇式加料仓(43)配置在立式热处理设备(1)的上方，间歇式加料仓(43)的卸料口阀门(6)的出料口与立式热处理设备(1)的顶部加料口相通；所述的焚烧炉(22)，包括：供焚烧的卧式矩形壳体(46)、壳体(46)上部配置有储料仓(20)的残渣焚烧的燃料入口(21)，配置有与烃油收集装置相连的不凝结性燃气的燃气喷嘴(48)、液体烃油的燃烧喷嘴(58)、燃烧获得的高温烟气出口(59)、用于焚烧的热空气进口(25)，壳体(46)下部的排炉渣机(24)，以及壳体(46)内供固体物质焚烧用的炉排(23)；具体地，高温烟气出口(59) 分别与阀门(13、17)的进气口联通，阀门(13)的出气口与高温烟气进口(12)联通，阀门(17)的出气口与高温烟气进口(16)联通。
9.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述的气相产物的收集利用装置，包括：空气加热的换热器(9)、冷凝器(38)、气——液二相分离器(37)、水封罐(40)、储气柜(39)、引风机(47)等；具体地，螺旋脱焦油器(53)的气体出口(54)与空气换热器(9)的气相产物进口(7)联通，空气换热器(9)的气体产物出口与冷凝器(38)的气体物料进口联通，冷凝器(38)的气体物料出口与气——液分离器(37)的上部一端联通，气——液分离器(37)的上部另一端与水封罐(40)的液下插入管相联通，水封罐(40)的顶部气体出口与储气柜(39)的进气管联联通；储气柜(39)的上部排气管与阀门(42)的进气口联通，阀门(42)的出气口与引风机(47)的进气口联通；储气柜(39)的上部排气管经过阀门(41)联通焚烧炉(22)的燃气喷嘴(48)；其中，气-液分离器(37)的下部燃油出口联通油泵(36)的进料口，油泵(36)的出料口经阀门(60)与焚烧炉(22)的燃油喷嘴(58)相连通；鼓风机(8)的排气口联通空气换热器(9)的室温空气的进口，空气换热器(9)的热的空气出口联通焚烧炉(22)的热空气进口(25)；所述的烃油收集装置，进一步包括烃油的加热、固-气二相的催化固定床(34)、柴油汽提塔(32)、汽油储罐(28)、柴油储罐(28)、分馏塔(33)、汽油冷凝器(31)、柴油冷凝器(29)、重油加热器(35)、油泵(36)、油水分离器(30)、水封罐(26)。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130417 |