一種工業固體廢棄物的熱解氣化方法與流程
2023-04-25 21:49:41
本發明屬於工業廢棄物處理技術領域，具體涉及一種工業固體廢棄物的熱解氣化方法。
背景技術：
工業廢棄物多通過在熱解氣化爐內高溫焚燒處理，焚燒過程產生的煙塵中含有大量再次合成的二噁英，二噁英的形成途徑有以下幾種來源：
(1)燃燒含有微量多氯代二惡英(PCDD)的垃圾，在其排出廢氣中必然產生二噁英(PCDD/Fs)，燃料中本身含有的二噁英(PCDD/Fs)在燃燒過程中未被破壞，存在於燃燒後的煙氣中；
(2)在由兩種或多種有機氯化物存在的情況下，他們形成PCDD/Fs前趨體，由於二聚作用這些化合物(氯酚)在適當的溫度和氧氣條件下就會結合併生成PCDD/Fs，燃料不完全燃燒產生了一些與PCDD/Fs結構相似的環狀前驅物(氯代芳香烴)，這些前驅物通過分子的解構或重組生成PCDD/Fs，即所謂的氣相反應生成；
(3)固體飛灰表面發異相催化反應合成PCDD/Fs，即飛灰中殘炭、氧、氫、氯等在飛灰表面催化合成中間產物或PCDD/Fs，或氣相中的前驅物在飛灰表面催化生成PCDD/Fs；
(4)由於氯的存在，氯(氯化物)會破壞碳氧化合物(芳香族)的基本結構，而與木質素(如木材、蔬菜等廢棄物)相結合，促使生成PCDD/Fs；
(5)單分子的前驅體化合物的不完全氧化，也可生成PCDD/Fs，例如多氯代二酚的不完全氧化。
以上產生二噁英的途徑可以歸納為：一是氯源；二是二噁英前驅物和反應催化劑的存在，在300～500℃的低溫環境下，使高溫燃燒分解的二噁英重新生成。
二噁英在食物鏈中富集，過量吸入後對人體生殖系統、免疫系統、分泌系統、皮膚黏膜等都有致命性的影響，如果不能有效遏制二噁英的再次合成而造成二噁英超標排放，將會對大氣環境造成不可逆轉的破壞。目前亟需一種能夠從源頭上控制二噁英生成量的熱解氣化方法。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本發明提供了一種工業固體廢棄物的熱解氣化方法，通過控制入爐的固體廢棄物來從源頭上控制二噁英的生成量。
為達到上述目的，本發明的技術方案如下：一種工業固體廢棄物的熱解氣化方法，其特徵在於：包括以下步驟，
(1)廢棄物分類：根據廢棄物中是否含有氯元素、是否含有過渡金屬元素將廢棄物分類為含氯不含過渡金屬廢棄物和含過渡金屬不含氯廢棄物，並將含氯不含過渡金屬廢棄物和含過渡金屬不含氯廢棄物兩者分開單獨儲放；
(2)分開入爐：將含氯不含過渡金屬廢棄物投入A熱解氣化爐內缺氧熱解氣化，產生熱解氣相產物和固體爐渣；將含過渡金屬不含氯廢棄物投入B熱解氣化爐內缺氧熱解氣化，產生熱解氣相產物和固體爐渣。
為達到上述目的，本發明的另一技術方案如下：一種工業固體廢棄物的熱解氣化方法，其特徵在於：包括以下步驟，
(1)廢棄物分類：根據廢棄物中是否含有氯元素、是否含有過渡金屬元素將廢棄物分類為含氯廢棄物和含過渡金屬廢棄物，並將含氯廢棄物和含含過渡金屬廢棄物兩者分開單獨儲放；
(2)入爐熱解：將含氯廢棄物和含過渡金屬廢棄物分別投入一個熱解氣化爐的下部分爐腔、和上部分爐腔內，含氯廢棄物和含過渡金屬廢棄物兩者在一個熱解氣化爐內缺氧熱解氣化。
本發明的一個較佳實施例中，進一步包括控制步驟(2)中投入的廢棄物中氯的質量分數小於0.5％，控制步驟(2)中投入的廢棄物中過渡金屬的質量分數小於0.1％。
本發明的一個較佳實施例中，進一步包括步驟(2)中向熱解氣化爐內還投入有含鹼金屬廢棄物。
本發明的一個較佳實施例中，進一步包括投入的鹼金屬廢棄物的質量分數小於0.1％。
本發明的一個較佳實施例中，進一步包括所述熱解氣化爐內的實際供氧量為燃燒化學計量所述氧量的20％～30％。
本發明的一個較佳實施例中，進一步包括所述熱解氣化爐內自爐底向上依次形成灰化區、燃燒區、熱解區、傳熱區和氣化區，控制灰化區內的溫度為1000℃～1050℃，燃燒區的溫度為600℃～800℃，熱解區的溫度為200℃～700℃，傳熱區的溫度為100℃～200℃，氣化區的溫度為100℃～200℃。
本發明的一個較佳實施例中，進一步包括所述熱解氣化爐的出煙口靠近氣化區設置，產生熱解氣相產物自出煙口排出進入後段的燃燒爐，產生的固體爐渣自灰化區底部排出。
本發明的有益效果是:
其一、本發明的一種工業固體廢棄物的熱解氣化方法，通過將含氯不含過渡金屬廢棄物、和含過渡金屬不含氯廢棄物預先進行分類，然後將兩者分別投入不同的爐內進行熱解氣化處理，含氯不含過渡金屬廢棄物燃燒時沒有作為反應催化劑的金屬離子存在，能有效遏制二噁英的二次合成；含過渡金屬不含氯廢棄物燃燒時由於不存在氯，燃燒中不會產生二噁英，由此實現從源頭上控制二噁英的產生；
其二、本發明的另一種工業固體廢棄物的熱解氣化方法，將含氯廢棄物和含過渡金屬廢棄物兩者同爐燃燒處理，通過控制兩者投入熱解氣化爐爐腔內的位置、以及控制氯元素、和過渡金屬元素的濃度來有效控制二噁英的產生；
其三、通過向氣化爐內投入鹼金屬廢棄物來結合氯生成穩定的離子化合物，同樣起到有效控制二噁英產生的作用；
其四、控制熱解氣化爐內各反應區的溫度，氣化區和傳熱區的溫度在100℃～200℃，這一溫度不是二噁英生成的最佳條件；熱解區在200℃～700℃，處於還原氣氛下，在沒有氯或者只有少量氯的情況下，沒有氧氣及過度金屬的催化，能抑制二噁英的生成；燃燒區和灰化區為高溫燃燒區，不會生成二噁英。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例技術中的技術方案，下面將對實施例技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發明優選實施例熱解氣化爐爐腔內各區的層次分布圖。
其中，2-氣化區,4-傳熱區，6-熱解區，8-燃燒區，10-灰化區，12-出煙口。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
二噁英的產生需要具備三個條件：一、溫度在300～500℃；二、氯源；三、二噁英前驅物和反應催化劑的存在。
實施例一
本實施例中公開了一種工業固體廢棄物的熱解氣化方法，包括以下步驟，
(1)廢棄物分類：檢測各批次廢棄物中氯的含量、過渡金屬的含量，將含氯不含過渡金屬的廢棄物歸為一類，將含過渡金屬不含氯的廢棄物歸為一類，並將含氯不含過渡金屬廢棄物和含過渡金屬不含氯廢棄物兩者分開單獨儲放；
(2)分開入爐：將含氯不含過渡金屬廢棄物投入A熱解氣化爐內缺氧熱解氣化，產生熱解氣相產物和固體爐渣；將含過渡金屬不含氯廢棄物投入B熱解氣化爐內缺氧熱解氣化，產生熱解氣相產物和固體爐渣。
含氯不含過渡金屬廢棄物燃燒時沒有作為反應催化劑的過渡金屬離子存在，二噁英前驅物不會二次合成二噁英，以此拉力有效遏制二噁英的二次合成；含過渡金屬不含氯廢棄物燃燒時由於不存在氯，燃燒中不會產生二噁英，由此實現從源頭上控制二噁英的產生。
熱解氣化爐內採用缺氧燃燒條件，具體是實際供氧量為燃燒化學計量所述氧量的20％～30％，一方面利於遏制二噁英的產生，另一方面已燃燒的廢棄物釋放的熱能在熱解氣化爐內逐步將填裝的廢棄物在爐腔內乾燥、裂解、燃燒和燃盡，各種化合物的長分子鏈逐步被打破成為短分子鏈，變成可燃氣體及揮發性硫、可燃性氯。
實施例二
如圖1所示，本實施例中公開了另一種工業固體廢棄物的熱解氣化方法，本實施例中使用的熱解氣化爐內自爐底向上依次形成灰化區10、燃燒區8、熱解區6、傳熱區4和氣化區2，熱解氣化爐的出煙口12靠近氣化區2設置，在熱解氣化爐內熱解氣化工業廢棄物包括以下步驟，
(1)廢棄物分類：檢測各批次廢棄物中氯的含量、過渡金屬的含量，將含有氯的廢棄物歸為一類，含有過渡金屬的廢棄物歸為一類，並將含氯廢棄物和含過渡金屬廢棄物兩者分開單獨儲放；
(2)入爐熱解：將含氯廢棄物和含過渡金屬廢棄物分別投入一個熱解氣化爐的下部分爐腔、和上部分爐腔內，含氯廢棄物和含過渡金屬廢棄物兩者在一個熱解氣化爐內缺氧熱解氣化，實際操作時將含過渡金屬廢棄物投入熱解氣化爐的氣化區2內，將含氯廢棄物投入熱解氣化爐的燃燒區8內，並控制灰化區10內的溫度為1000℃～1050℃，燃燒區8的溫度為600℃～800℃，熱解區6的溫度為200℃～700℃，傳熱區4的溫度為100℃～200℃，氣化區2的溫度為100℃～200℃，燃燒產生熱解氣相產物自出煙口12排出進入後段的燃燒爐，產生的固體爐渣自灰化區10底部排出。
二噁英的最佳合成溫度為300～500℃，氣化區2和傳熱區4屬於低溫區，即使有過渡金屬的存在，在無氧條件下不會合成二噁英；燃燒區8和灰化區10為高溫燃燒區，也不會合成二噁英，理論上二噁英產生在熱解區6。
本實施例中通過控制控制氯元素、和過渡金屬元素的濃度來有效控制熱解區6內二噁英的產生，投料時注意控制廢棄物中氯的質量分數小於0.5％，控制廢棄物中過渡金屬的質量分數小於0.1％，並在熱解區6內投入含鹼金屬廢棄物，且控制投入的鹼金屬廢棄物的質量分數小於0.1％，投入鹼金屬廢棄物結合氯生成穩定的離子化合物，能夠有效遏制熱解區6內產生二噁英。
熱解氣化爐內採用缺氧燃燒條件，具體是實際供氧量為燃燒化學計量所述氧量的20％～30％，一方面利於遏制二噁英的產生，另一方面已燃燒的廢棄物釋放的熱能在熱解氣化爐內逐步將填裝的廢棄物在爐腔內乾燥、裂解、燃燒和燃盡，各種化合物的長分子鏈逐步被打破成為短分子鏈，變成可燃氣體及揮發性硫、可燃性氯。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。