生活垃圾中高溫無廢綜合處理生產工藝的製作方法
2023-05-17 09:31:36 1
本發明涉及生活垃圾處理技術領域，特別涉及一種生活垃圾中高溫無廢綜合處理生產工藝。
背景技術：
生活垃圾無時無刻不伴隨著人類社會生活而存在，生活垃圾處理也是一個隨之不斷變革、持續發展的行業。從另一個角度講，在技術條件足夠完善的情況下，垃圾是一種永不枯竭的可利用型資源。
目前國內生活垃圾處理主要使用以下幾種技術：
第一，衛生填埋處理：這種生活垃圾處理方式目前最為普遍的，但佔地面積大，使用年限短，垃圾分解速度慢(10-20年)，填埋區易產生沼氣、含毒汙水，對空氣、土壤和地下、地表水產生汙染。
第二，堆肥處理：通過微生物的生化作用，將生活垃圾中的有機質分解腐爛，轉換成肥料。但堆肥處理對垃圾成分有較高要求，產品肥效低、製造期長，不適應城市生活垃圾的迅速增長。堆肥法對塑料、金屬等減量程度不高，後續處理量大，運行費及垃圾轉運費用高。由於國內未能實現有效垃圾分揀，垃圾中含有重金屬和有毒化合物等汙染物，導致此種肥料不能進入食物鏈，因此堆肥產品尚面臨銷路問題。
第三，垃圾焚燒發電：是指使用特殊的垃圾焚燒設備,以城市工業和生活垃圾為燃燒介質,在對垃圾進行焚燒處理的同時,利用其產生的能量發電的一種新型發電方式。直接焚燒法可實現城市生活垃圾的減容化和資源化。但其致命缺陷是其焚燒產物中的SOX、NOX、HCl、粉塵和殘渣中的重金屬。特別是氧化反應產生的劇毒有機物二噁英含量較大。
生活垃圾的熱解處理是一種全新的環保節能的處理方式，熱解法是利用垃圾中有機物的熱不穩定性，在對其進行加熱蒸餾，使有機物產生裂解，經冷凝後形成各種新的氣體、液體和固體，從中提取燃料油、可燃氣的過程。熱解的主要產物是可燃的低分子化合物：氣態的氫氣、甲烷、一氧化碳；液態的甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有機物及焦油、溶劑油等；固態的主要是焦炭和炭黑。但是，現有的生活垃圾熱解處理工藝生產過程過於複雜，穩定性差，而且熱解能耗大，不能夠實現生活垃圾的環境節能處理；另外，除了不能夠進行熱解的無機物外，其他能夠熱解的有機物熱解產生各種氣體、油類混合在一起，難以實現對這些氣體、油類的有效運用，對於氣體、油類的分離非常複雜，是生活垃圾熱解處理的難題。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種生活垃圾中高溫無廢綜合處理生產工藝，能夠對生活垃圾進行無汙染處理，並且對於生活垃圾進行再利用，既能解決城市生活垃圾造成的環境汙染問題和廢棄資源的浪費，又解決了生活垃圾熱解處理中的能耗問題，實現可再生能源的綠色處理與生產。
為了解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：
一種生活垃圾中高溫無廢綜合處理生產工藝，包括以下步驟：
S1、垃圾預處理工序：
從垃圾存儲倉將生活垃圾輸送到破袋機和破碎裝置進行初步的破碎處理，然後將破碎處理的生活垃圾輸送到滾軸篩分裝置和風選裝置將輕質物料(主要是塑膠袋等塑料、橡膠)與高溼物料、無機質進行分離，將高溼物料、無機質輸送到磁選裝置，分離出其中的電池、金屬物料。
S2、有機、無機物料的分離處理工序：
經磁選裝置處理後的生活垃圾輸送到彈跳分選裝置，將有機質物料和無機質物料分離。
S3、有機物料的熱解處理工序：
將步驟S1獲得輕質物料輸送到第一中高溫缺氧熱解爐進行熱解處理；同時，S2中獲得的有機質物料輸送到第二中高溫缺氧熱解爐中進行熱解處理。
S4、熱解產物的分離處理工序：
將在第一中高溫缺氧熱解爐中熱解處理後的高溫煙氣、水蒸汽、碳化物以及廢渣輸送到第一出料分離裝置，將高溫煙氣、水蒸汽與含有碳化物、廢渣的碳黑固體物分離，將所述碳黑固體物輸送到碳黑存儲箱；所述高溫煙氣被輸送到過濾裝置，通過過濾裝置去除含氯、硫、汞的有害物質，過濾之後的熱解氣、水蒸汽的混合物輸送到催化反應器中經過催化重整後獲得燃料油氣混合物，所述燃料油氣混合物輸送到冷卻分離塔，從所述冷卻分離塔上部獲得含有CO、CH4的可燃燒的混合尾氣，將混合尾氣分別輸送到第一中高溫缺氧熱解爐和催化反應器作為加熱燃料；
將在第二中高溫缺氧熱解爐中熱解處理後的熱解氣、油類、碳化物、水蒸汽混合物輸送到第一出料分離裝置，將含有熱解氣、油類以及水蒸汽的煙氣和含有碳化物的碳黑固體物分離，將所述碳黑固體物輸送到碳黑存儲箱；所述煙氣被輸送到洗氣冷卻裝置，獲得熱解氣輸送到第二中高溫缺氧熱解爐作為加熱燃料；將獲得的油水混合物輸送到木焦油、木醋液分離裝置，將分離的木焦油輸送到木焦油存儲箱，同時將分離的木醋液輸送到木醋液提純裝置進行提純處理生成高質量木醋液。
進一步的，所述步驟S1中，還包括將磁選後裝置獲得的金屬物料輸送到回收箱，同時將電池物料輸送到危廢處理裝置進行無害化處理。
進一步的，所述步驟S2中，設置有多個所述彈跳分選裝置，經磁選裝置處理後的生活垃圾依次通過多個所述彈跳分選裝置，從而將有機質物料和無機質物料分離。
進一步的，所述步驟S3中，所述步驟S1中獲得輕質物料輸(主要是塑膠袋等塑料、橡膠)經第一乾燥裝置去除水分後，通過密封擠壓進料裝置輸送到第一中高溫缺氧熱解爐。
進一步的，所述步驟S3中，將步驟S2中的有機質物料依次輸送到脫水裝置、第二乾燥裝置進行脫水乾燥處理後進入到第二中高溫缺氧熱解爐。
進一步的，所述步驟S2中，所述無機質物料輸送到高溫烘燒爐，烘燒後的無機質物料進行填埋處理，同時高溫烘燒爐的廢氣進行廢氣處理達標排放。
進一步的，所述步驟S4中，將所述碳黑固體物和所述木醋液經木醋液提純裝置進行提純活獲得的液體肥料輸送到化肥生產設備。
進一步的，所述步驟S3中，所述第一中高溫缺氧熱解爐的加熱溫度為600-750℃，爐管內溫度控制在360-450℃之間；所述有機物料在所述第一中高溫缺氧熱解爐中的熱解反應時間為0.8-1.2h。
進一步的，所述催化反應器的加熱溫度為400-500℃，所述第一中高溫缺氧熱解爐中產生的熱解氣在催化劑作用下進行催化重整，所述催化劑為分子篩型金屬氧化物催化劑。優選地，所述催化劑為粉煤灰、粘合劑以及有機造孔劑混合燒制的陶瓷顆粒催化劑。
進一步的，所述步驟S3中，所述第二中高溫缺氧熱解爐的熱解溫度為800-950℃，爐管內溫度控制450-600℃之間；所述有機物料在所述第二中高溫缺氧熱解爐中的熱解反應時間為0.8-1h，同時，向所述第二中高溫缺氧熱解爐內加入催化劑，所述催化機是鹼性鹽、Ni0-Zn0/A1203混合物。
進一步的，所述鹼性鹽是KN03、K2C03任意一種。
採用上述技術方案，採用了兩組中高溫缺氧熱解爐對生活垃圾進行熱解處理，並且利用熱解氣作為中高溫缺氧熱解爐、催化反應器以及高溫烘燒爐的加熱燃料，從而大大地節約了能耗，；整個工藝流程優化了工藝步驟，將主要含有塑料、橡膠的輕質物料和有機物料分別進行熱解，相比於現有的熱解處理方式，從工業前端對生活垃圾進行了分類，從而大大地簡化了熱解產物的分離的難度，獲得的熱解產品更加具有可利用價值；而且，工藝過程更加簡化、可實施性高，將碳黑固體物和液體肥料通過化肥生產設備獲得有機化肥，從而實現自然碳的循環，對生活垃圾實現了綠色可再生利用。
附圖說明
圖1為本發明的生活垃圾中高溫無廢綜合處理生產工藝流程圖；
圖2為本發明中的輕質物料熱解工藝流程圖；
圖3為本發明中的有機物料熱解工藝流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明。在此需要說明的是，對於這些實施方式的說明用於幫助理解本發明，但並不構成對本發明的限定。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
生活垃圾一般包括塑料、橡膠、紙類、植物殘渣、廚餘剩餐、金屬製品、電池等有害物質、泥沙等無機物，這些垃圾的主要成份來源以及危害如下：
塑料、橡膠主要來源如塑膠袋、塑料包裝、快餐飯盒、塑料杯瓶、電器包裝、冷飲皮等等。難以分解,破壞土質,使植物生長減少30％；填埋後可能汙染地下水；焚燒會產生有害氣體。
電池主要包括紐扣電池、充電電池、乾電池；紐扣電池含有有毒重金屬汞；充電電池含有有害重金屬鎘；乾電池含汞、鉛和酸鹼類物質等對環境有害的物質。
廚餘剩餐：如與垃圾或快餐盒倒在一起的剩飯；大量滋生蚊蠅；促使垃圾中的細菌大量繁殖,產生有毒氣體和沼氣,引起垃圾爆炸。
油漆和顏料：如建築、家庭裝修後的廢棄物；含有有機溶劑的油漆可引起頭痛、過敏、昏迷或致癌；是危險的易燃品；顏料中多含重金屬，對健康不利。
清潔類化學藥品：如去油、除垢、光潔地面、清洗地毯、通管道等化學藥劑,空氣清新劑、殺蟲劑、化學地板打蠟劑等；含有機溶劑或大自然難降解的石油化工產品；具有腐蝕性；含氯元素(如漂白劑,地板洗劑等)，人體有毒；藥品含破壞臭氧層物質；殺蟲劑中,約有50％含致癌物質,有些可損傷動物肝臟。
從生活垃圾熱解處理來講，主要是分為可以熱解的有機質，以及不能夠進行熱解處理的無機質以及金屬物，有機質在生活垃圾中一般可以分成塑料、橡膠等化工有機物，廚餘剩餐、植物殘渣等天然有機物；對於金屬物一般採用預先回收的方式，通過預先磁選裝置等方式分離，另外，生活垃圾中的電池等有害物質，也需要預先刷選之後清理。
廢塑料、橡膠熱解是將已清楚雜質的塑料、橡膠置於無氧或者低氧的密封容器中加熱，使其裂解為低分子化合物；其基本原理是將塑料、橡膠製品中的高聚物進行徹底的大分子裂解，使其回到低分子量狀態或單體態。按照大分子內鍵斷裂位置的不同，可將熱解分為解聚反應型、隨機裂解型和中間型；解聚反應型塑料受熱裂解時聚合物發生解離，生成單體，主要切斷了單分子之間的化學鍵；這類塑料有α-甲基苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等，它們幾乎100％地裂解成單體。隨機裂解型塑料受熱時分子內化學鍵的斷裂是隨機的，產生一定數目的碳原子和氫原子結合的的分子化合物，這類塑料有聚乙烯、聚丙烯等；大多數塑料的裂解兩者兼而有之，屬於中間型，但在合適的溫度、壓力、催化劑條件下，能使其中某些特定數目鏈長的產物大大增加，從而獲得有一定經濟價值的產物，如汽油、柴油等。裂解所要求的溫度取決於塑料的種類及回收的目的產物，溫度超過600℃，熱解的主要產物是混合燃料氣，如CH4、C2H4等輕烴；溫度在400～600℃時，主要裂解產物為混合輕烴、石腦油、重油、煤油及蠟狀固體，PE、PP的裂解產物主要是燃料氣和燃料油，PS熱解產物主要是苯乙烯單體。
植物等天然有機物在隔絕空氣或通入適量空氣或其他介質條件下受熱降解的主要產物是液態的木醋液和木焦油、氣態的木煤氣和固態的木炭。熱解過程始於植物等天然有機物加熱溫度達到高於100℃時。最初僅發生一定程度的熱解，主要是植物等天然有機物乾燥；溫度達到160℃時開始出現明顯的熱解反應，生成低分子化合物；但植物等天然有機物主要組分即半纖維素、纖維素和木質素熱解的條件和歷程不同：半纖維素對溫度最敏感,在200～260℃時首先熱解；開始放熱的反應溫度約為220℃；其主要組分聚木糖在300℃熱解所得焦油中含有較多的低聚糖混合物，在加酸水解時可得約54％的D-木糖，是由配糖基解離而形成；在更高的溫度下，熱解產物與纖維素的基本相似，但不生成左旋葡萄糖酐。纖維素在240～350℃時熱解，約在275℃開始放熱反應，分解劇烈；在300℃時發生配糖鍵的迅速解離，生成較多的左旋葡萄糖酐，在真空和過熱水蒸氣解質中得率更高。在較高的溫度下，左旋葡萄糖酐等中間產物會進一步分解，生成醋酸、甲醇和木樵油等揮發性產物。木質素在250～500℃熱解，310℃左右開始放熱反應；主要產物是酚類、醋酸、甲醇和木炭；酚類和木炭的得率比纖維素、半纖維素多，氣體產物卻較少，氣體中一氧化碳和甲烷的含量比纖維素的多，但二氧化碳較少。因此，植物等天然有機物作為整體熱解時得到的產物大致相當於三者分別熱解時的產物。160℃以下是植物等天然有機物的乾燥階段；溫度達到275℃時反應加劇，生成大量分解產物，如醋酸、甲醇、木焦油和氣體產物。氣體中二氧化碳逐漸減少，但甲烷增加；此時，劇烈的放熱反應使釜內溫度迅速上升；當溫度達到450℃時，液體產物減少,在此溫度下保持一段時間,讓揮發組分逸出,可提高木炭中固定碳的含量。
基於上述熱解處理原理，植物等天然有機物和塑料、橡膠等化工有機物熱解反應過程完全不同，熱解後獲得產物也完全不相同；因此，本發明的一個具體實施方式如下：
參考附圖1-3，一種生活垃圾中高溫無廢綜合處理生產工藝，包括以下步驟：
S1、垃圾預處理工序：
從垃圾存儲倉將生活垃圾輸送到破袋機和破碎裝置進行初步的破碎處理，然後將破碎處理的生活垃圾輸送到滾軸篩分裝置和風選裝置將輕質物料(主要是塑膠袋等塑料、橡膠)與高溼物料、無機質進行分離，將高溼物料、無機質輸送到磁選裝置，分離出其中的電池、金屬物料。
生活垃圾從各個城市中各個垃圾站收集，一般垃圾車為了方便運輸都會對垃圾進行擠壓，初步的去除垃圾內含有的汙水，但是垃圾的大小不一，存在很多尺寸較大的廢棄物件，因此，需要對垃圾通過破碎機進行破碎處理，本發明中將垃圾破碎處理至50mm以下的尺寸，在破碎處理中滲出的汙水進行收集並送入到汙水處理系統。
將破碎處理後的垃圾輸送滾軸篩分裝置中，含有塑料、橡膠等不吸收水分的輕質物料與高溼物料、無機質進行分離，之後再將垃圾輸送到磁選裝置，分離其中的電池、金屬物料，將電池、金屬分別收集到回收箱內，電池需要進行無害化處理，金屬可以直接回收利用。
S2、有機、無機物料的分離處理工序：
經磁選裝置處理後的生活垃圾輸送到彈跳分選裝置，將有機質物料和無機質物料分離。
磁選以後的垃圾中主要包括高溼物料和無機質，高溼物料一般主要是廚餘剩餐、植物殘渣等天然有機物，通過彈跳分選裝置能夠將其中的有機質物料和無機質物料分離，無機質物料輸送到高溫烘燒爐，進行無極質改性處理，烘燒後的無機質物料進行填埋處理，以及將無機質作為建築材料，進行鋪路等，同時高溫烘燒爐的廢氣進行廢氣處理。
其中，所述步驟S2中，設置有多個所述彈跳分選裝置，經磁選裝置處理後的生活垃圾依次通過多個所述彈跳分選裝置，從而將有機質物料和無機質物料分離。
S3、有機物料的熱解處理工序：
將步驟S1獲得輕質物料輸送到第一中高溫缺氧熱解爐進行熱解處理；同時，S2中獲得的有機質物料輸送到第二中高溫缺氧熱解爐中進行熱解處理；
S4、熱解產物的分離處理工序：
將在第一中高溫缺氧熱解爐中熱解處理後的高溫煙氣、水蒸汽、碳化物以及廢渣輸送到第一出料分離裝置，將高溫煙氣、水蒸汽與含有碳化物、廢渣的碳黑固體物分離，將所述碳黑固體物輸送到碳黑存儲箱；所述高溫煙氣被輸送到過濾裝置，通過過濾裝置去除含氯、硫、汞的有害物質，過濾之後的熱解氣、水蒸汽的混合物輸送到催化反應器中經過催化重整後獲得燃料油氣混合物，所述燃料油氣混合物輸送到冷卻分離塔，從所述冷卻分離塔上部獲得含有CO、CH4的可燃燒的混合尾氣，將混合尾氣分別輸送到第一中高溫缺氧熱解爐和催化反應器作為加熱燃料；
塑料、橡膠的熱解處理方法一般有直接熱解法、催化熱解法以及熱解-改質法；其中直接熱解法獲得的產物多為鏈烷烴或α-烯烴，生產柴油餾分的反應條件是475℃左右，低壓或常壓下，反應時間4h左右。難以獲得有經濟價值的油品；催化熱解法一般需要利用矽酸鋁、分子篩等催化劑，它們都屬於固體酸催化劑，在反應過程中能夠提供質子氫，使反應伴隨氫轉移過程，從而具有異構化功能；由於此反應過程中大量焦炭沉積於催化劑表面，使沉積失活，因此催化劑的再生與剩餘催化劑的回收比較困難。熱解-改質法，是將廢塑料先進行高溫熱解，產生的高溫熱解氣經過催化劑作用，得到品質較高的油品，類似於石油煉製中的裂解-催化重整過程，該法特別適用於混合塑料、橡膠。生活垃圾的塑料、橡膠種類繁多，因此，採用熱解-改質法，具有很好的效果。
將在第二中高溫缺氧熱解爐中熱解處理後的熱解氣、油類、碳化物、水蒸汽混合物輸送到第一出料分離裝置，將含有熱解氣、油類以及水蒸汽的煙氣和含有碳化物的碳黑固體物分離，將所述碳黑固體物輸送到碳黑存儲箱；所述煙氣被輸送到洗氣冷卻裝置，獲得熱解氣輸送到第二中高溫缺氧熱解爐作為加熱燃料；將獲得的油水混合物輸送到木焦油、木醋液分離裝置，將分離的木焦油輸送到木焦油存儲箱，同時將分離的木醋液輸送到木醋液提純裝置進行提純處理生成高質量木醋液。
從前述我們知道，廚餘剩餐、植物殘渣等天然有機物在高溫熱解中的產物主要是碳黑、含有CO、CH4的可燃氣體，通過洗氣冷卻分離能夠獲得木焦油、木醋液。
其中，所述步驟S3中，所述步驟S1中獲得輕質物料輸(主要是塑膠袋等塑料、橡膠)經第一乾燥裝置去除水分後，通過密封擠壓進料裝置輸送到第一中高溫缺氧熱解爐。
其中，所述步驟S3中，將步驟S2中的有機質物料依次輸送到脫水裝置、第二乾燥裝置進行脫水乾燥處理後進入到第二中高溫缺氧熱解爐。
其中，所述步驟S2中，所述無機質物料輸送到高溫烘燒爐，烘燒後的無機質物料進行填埋處理，同時高溫烘燒爐的廢氣進行廢氣處理達標排放。
其中，所述步驟S4中，將所述碳黑固體物和所述木醋液經木醋液提純裝置進行提純活獲得的液體肥料輸送到化肥生產設備。
其中，所述步驟S3中，所述第一中高溫缺氧熱解爐的加熱溫度為600-750℃，爐管內溫度控制在360-450℃之間；所述有機物料在所述第一中高溫缺氧熱解爐中的熱解反應時間為0.8-1.2h。
其中，所述催化反應器的加熱溫度為400-500℃，所述第一中高溫缺氧熱解爐中產生的熱解氣在催化劑作用下進行催化重整，所述催化劑為分子篩型金屬氧化物催化劑。優選地，所述催化劑為粉煤灰、粘合劑以及有機造孔劑混合燒制的陶瓷顆粒催化劑。
其中，所述步驟S3中，所述第二中高溫缺氧熱解爐的熱解溫度為800-950℃，爐管內溫度控制450-600℃之間；所述有機物料在所述第二中高溫缺氧熱解爐中的熱解反應時間為0.8-1h，同時，向所述第二中高溫缺氧熱解爐內加入催化劑，所述催化機是鹼性鹽、Ni0-Zn0/A1203混合物。
其中，所述鹼性鹽是KN03、K2C03任意一種。
以上結合附圖對本發明的實施方式作了詳細說明，但本發明不限於所描述的實施方式。對於本領域的技術人員而言，在不脫離本發明原理和精神的情況下，對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本發明的保護範圍內。