固定床氣化裝置及包括其的處理系統(tǒng)，廢棄物處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開固定床氣化裝置及包括其的廢棄物的處理系統(tǒng)，廢棄物處理方法。固定床氣化裝置，包括一氣化腔體，一廢棄物入口、一固液體出口、一第一氣體入口、一氣體出口、至少一第二氣體入口；廢棄物入口設(shè)在所述的氣化腔體頂部，并與氣化腔體內(nèi)部連通；固液體出口設(shè)在氣化腔體底部并與氣化腔體內(nèi)部連通，固液體出口為固液體出料口；第一氣體入口設(shè)在氣化腔體下部并與氣化腔體連通，第二氣體入口設(shè)在氣化腔體的中部；氣體出口設(shè)在氣化腔體上方并與氣化腔體內(nèi)部連通，所述的氣體出口為合成氣出氣口。使用本發(fā)明固定床氣化裝置處理有機(jī)廢棄物高效環(huán)保，出口合成氣中不含有焦油。
【專利說明】固定床氣化裝置及包括其的處理系統(tǒng)，廢棄物處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固定床氣化裝置及包括其的廢棄物的處理系統(tǒng)、廢棄物處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，我國每年產(chǎn)生大量的有機(jī)廢棄物亟待處理。含有機(jī)質(zhì)的固體廢棄物種類繁多，常見的有:城市垃圾、醫(yī)療和制藥廢物、污染的土壤、工業(yè)固廢和農(nóng)業(yè)廢棄物等。有機(jī)廢棄物的成分十分復(fù)雜，極易腐化，散發(fā)惡臭，常含有病原菌及寄生蟲等，同時還有鎘、汞、鉻、鉛等重金屬，以及多環(huán)芳烴、農(nóng)藥、有機(jī)氯等持久性有機(jī)污染物，處理不當(dāng)容易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。
[0003]隨著全球性生態(tài)問題的日益嚴(yán)峻，有機(jī)廢棄物的減量化、無害化和資源化發(fā)展趨勢已成為普遍的共識和新的研究熱點(diǎn)問題。目前我國現(xiàn)有的有機(jī)廢棄物處理方法主要有填埋、堆肥農(nóng)用和焚燒等。填埋時易污染地下水環(huán)境、排放大量甲烷等溫室氣體。堆肥農(nóng)用則存在著重金屬等有害成分對土壤的污染問題。通過焚燒處理可以迅速和較大程度地達(dá)到減量化，又利用了有機(jī)質(zhì)的熱能；但是，焚燒時會排放S02和NOx等污染物，而且還會產(chǎn)生二噁英等有機(jī)污染物。熱解和氣化技術(shù)(JP20010127739，CN201120341172.7,CN201120552371.2)克服了焚燒法的缺點(diǎn)，該技術(shù)可以將廢棄物中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為燃料氣、油等，同時其氣氛保持為無氧或還原狀態(tài)，不會產(chǎn)生S02、N0x和二噁英等。
[0004]由于有機(jī)廢棄物形狀不規(guī)則，制漿、制粉難度較大，因此采用氣流床和流化床氣化技術(shù)需要復(fù)雜的預(yù)處理過程，難以有較好的經(jīng)濟(jì)效益。固定床氣化爐具有進(jìn)料簡單、投資小和操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，適合于處理有機(jī)廢棄物。但是常規(guī)的固定床氣化爐內(nèi)部溫度梯度較大，其自下而上可簡單分為:灰渣層、燃燒層、氣化層和干燥層。這樣在處理含有重金屬鉻的皮革廢棄物時，鉻在燃燒層的高溫氧化環(huán)境下轉(zhuǎn)化為劇毒的六價鉻，然后經(jīng)灰渣層排出，污染嚴(yán)重。同時，出口合成氣中含有焦油等，還會產(chǎn)生難以處理的含酚廢水，污染嚴(yán)重。因此，要想將固定床氣化技術(shù)用于有機(jī)廢棄物氣化，必須對氣化工藝和固定床氣化爐的結(jié)構(gòu)做出改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的有機(jī)廢棄物處理方法大多采用簡單焚燒處理，廢氣廢渣中的二噁英和可浸出重金屬等有害物質(zhì)的排放含量難以達(dá)標(biāo)；少數(shù)使用固定床設(shè)備處理有機(jī)物廢棄物，但出口合成氣中含有焦油，灰渣中含有大量有毒的六價鉻，產(chǎn)生難以處理的含酚廢水，對環(huán)境污染嚴(yán)重的問題，提供高效環(huán)保的固定床氣化裝置及包括其的廢棄物處理系統(tǒng)、廢棄物處理方法。
[0006] 本發(fā)明提供一種固定床氣化裝置，其包括一氣化腔體，一廢棄物入口、一固液體出口、一第一氣體入口、一氣體出口、至少一第二氣體入口 ；所述的廢棄物入口設(shè)在所述的氣化腔體頂部，并與氣化腔體內(nèi)部連通；所述的固液體出口設(shè)在氣化腔體底部并與氣化腔體內(nèi)部連通，所述的固液體出口為固液體出料口 ；所述的第一氣體入口設(shè)在氣化腔體下部并與氣化腔體連通，所述的第二氣體入口設(shè)在氣化腔體的中部；所述的第二氣體入口與所述的第一氣體入口之間的垂直距離，和所述的氣化腔體高度比值為0.4-0.8 ;所述的氣體出口設(shè)在氣化腔體上方并與氣化腔體內(nèi)部連通，所述的氣體出口為合成氣出氣口。
[0007]本發(fā)明中，較佳地，所述的第二氣體入口的個數(shù)為2個或2個以上的時候，若干所述的第二氣體入口等角度均勻分布在所述的氣化腔體中部的同一水平面上。
[0008]本發(fā)明中，較佳地，所述的第二氣體入口與所述的第一氣體入口之間的垂直距離，和所述的氣化腔體高度比值為0.5-0.6。
[0009]較佳地，所述的廢棄物入口設(shè)有一分布器。需要處理的有機(jī)廢棄物通過分布器均勻落入所述的氣化腔體內(nèi)，保證與氧氣充分接觸。
[0010] 較佳地，所述的氣化腔體的內(nèi)壁設(shè)置一水冷夾套裝置進(jìn)行保溫，以免溫度過高被損壞。所述的水冷夾套裝置為本領(lǐng)域常規(guī)的用于固定床氣化裝置內(nèi)部的裝置。
[0011]較佳地，所述的氣化腔體下部還內(nèi)設(shè)一爐箅，且所述的爐箅位于所述的第一氣體入口上方。爐箅能更好地將第一氣體入口通入的氣體導(dǎo)入到氣化腔體內(nèi)，以及有利于將固廢渣均勻排出。所述的爐箅較佳地使用水冷夾套裝置進(jìn)行保溫，以免溫度過高被損壞。
[0012]本發(fā)明還提供一種廢棄物的處理系統(tǒng)，包括一廢棄物預(yù)處理器、至少一鎖斗、一如上所述的固定床氣化裝置、一換熱器、一除塵裝置、一脫硫凈化裝置；所述的廢棄物預(yù)處理器、鎖斗和廢棄物入口依次連接；所述的氣體出口與所述的換熱器、所述的除塵設(shè)備和所述的脫硫凈化設(shè)備依次連接。
[0013]較佳地,所述的廢棄物處理系統(tǒng)還包括一灰斗、所述的灰斗與所述的固液體出口連接。
[0014]本發(fā)明還提供一種廢棄物處理方法，其包括如下步驟:
[0015]將預(yù)處理后的廢棄物進(jìn)料至所述的固定床氣化裝置，與所述的含有氧氣的混合氣體混合，進(jìn)行無焰氧化反應(yīng)，得合成氣和固廢渣；其中，所述的含有氧氣的混合氣體滿足氧氣體積百分比不超過15%。
[0016]本發(fā)明中，所述的廢棄物為本領(lǐng)域常規(guī)的氣化反應(yīng)處理的有機(jī)物廢棄物，一般為制革固體廢棄物和醫(yī)療廢棄物等高熱值的塊狀固體廢棄物，特別是含有重金屬和持久性有機(jī)污染物等的有機(jī)廢棄物使用本發(fā)明方法處理效果更佳。所述的有機(jī)廢棄物較佳地為制革碎料、醫(yī)用脫脂棉、紗布、口罩、乳膠制品、藥品和聚丙烯材料制品中的一種或多種。
[0017]本發(fā)明中，所述的含有氧氣的混合氣體一般可以為充入氮?dú)狻⑺魵饣蚨趸嫉鹊难鯕夂康偷目諝?。所述的混合氣體較佳地為煙氣、蒸汽和二氧化碳中的一種或多種與氧氣混合的混合氣體。煙氣、蒸汽或二氧化碳還可以參與固定床氣化裝置中的氣化反應(yīng)，生產(chǎn)氫氣和一氧化碳，可以提高終產(chǎn)品合成氣有效成分的含量。
[0018]本發(fā)明中，較佳地，所述的第一氣體入口中進(jìn)入的混合氣體中氧氣量與所述的第二氣體入口中進(jìn)入的混合氣體中的氧氣總量的比值為3:1-10:1，較佳地為4:1-6:1。
[0019]本發(fā)明中，較佳地，所述的氧氣中的氧原子與廢棄物中碳原子摩爾量比為1:1。
[0020]較佳地，所述的氣化腔體中的表觀氣速小于I米/秒。
[0021]較佳地，所述的氣化腔體內(nèi)部的反應(yīng)溫度較佳地為≥900°C，更佳地為≥10000C ；所述的氣化腔體內(nèi)部的工作壓力較佳地小于2Mpa。
[0022]本發(fā)明中，所述的無焰氧化反應(yīng)為本領(lǐng)域常規(guī)反應(yīng)，一般要實(shí)現(xiàn)無焰氧化反應(yīng)，燃料和氧氣在接觸反應(yīng)之前必須滿足:反應(yīng)物溫度或爐膛溫度大于800攝氏度，爐膛中氧濃度一般不高于15%。所述的無焰氧化反應(yīng)的溫度較佳地為≥900°C，更佳地為≥10000C ;所述的無焰氧化反應(yīng)的壓力較佳地為小于2Mpa。
[0023]較佳地，所述的合成氣從所述的氣體出口出氣后與所述的含有氧氣的混合氣體進(jìn)行換熱、除塵、脫硫凈化后出料。所述的換熱、除塵和脫硫凈化均為本領(lǐng)域常規(guī)操作，分別在本領(lǐng)域常規(guī)的換熱裝置、除塵裝置和脫硫凈化裝置中進(jìn)行。
[0024]較佳地，所述的含有氧氣的混合氣體經(jīng)過預(yù)熱后進(jìn)入所述的固定床氣化裝置。
[0025]較佳地，所述的廢棄物處理方法使用如上所述的廢棄物處理系統(tǒng)來處理廢棄物。
[0026]在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。
[0027]本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。
[0028]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:
[0029]1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了無焰氧化氣化與分級給氧結(jié)合的方法，在固定床氣化裝置內(nèi)處理有機(jī)廢棄物。上述完全新的固定床氣化裝置和有機(jī)物處理方法去除了傳統(tǒng)氣化方法和氣化爐中的一直難以去除的高溫氧化燃燒層，阻止了有機(jī)物中的鉻在燃燒層轉(zhuǎn)化為劇毒的六價鉻，大幅降低了排除物污染程度，而且整個過程不會產(chǎn)生焦油，非常適合于既環(huán)保又高效地處理大量復(fù)雜的有機(jī)廢棄物。
[0030]2、本發(fā)明方法使有機(jī)廢棄物在無焰高溫和還原性氣氛下進(jìn)行反應(yīng)，不會生成S02、NOx和二噁英等污染物，氣化爐內(nèi)溫度分布均勻，不會生成難處理的焦油和含酚廢水，潔凈環(huán)保。一般還原性氣氛中的氣體為一氧化碳、氫氣、甲燒、氮?dú)夂投趸嫉取?br> [0031]3、本發(fā)明的利用特定設(shè)備和工藝處理系統(tǒng)可對有機(jī)廢物進(jìn)行無害化處理和資源化利用，并且無需將有機(jī)棄物制漿或制粉等預(yù)先處理，整個系統(tǒng)適用范圍廣，可連續(xù)操作和大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)物為潔凈的合成氣(主要成分為CO和H2，可用于制取燃?xì)?，生產(chǎn)合成氨、甲醇等化學(xué)品和發(fā)電等)，為有機(jī)廢棄物的高效、環(huán)保、資源化利用探索一條新的途徑，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，符合我國發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)工業(yè)的需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的固定床設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖2為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的工藝流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面通過實(shí)施例的方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商品說明書選擇。
[0035]實(shí)施例1
[0036]在我國制革工業(yè)的快速發(fā)展和繁榮的背后，由于產(chǎn)業(yè)形態(tài)和加工方式所致，卻加重了對環(huán)境的污染，很多制革聚集區(qū)域顯現(xiàn)出嚴(yán)重的重金屬鉻污染。皮革碎料為皮革上切割下來的邊角料，干基熱值約13.7MJ/kg。以日處理百噸制革廢棄物規(guī)模為例，進(jìn)料為皮革碎料，其成分如表1所示。符號含義:水分(M)、灰分(A)、揮發(fā)分(V)和固定碳(Fe)。收到基(ar):樣品的狀態(tài)為收到該批樣品所處的狀態(tài)。干燥基(d):樣品所處的狀態(tài)為無水分狀態(tài)。氧化劑為純氧。
[0037]表1皮革碎料成分分析
【權(quán)利要求】
1.一種固定床氣化裝置，其包括一氣化腔體，一廢棄物入口、一固液體出口、一第一氣體入口、一氣體出口、至少一第二氣體入口 ；所述的廢棄物入口設(shè)在所述的氣化腔體頂部，并與氣化腔體內(nèi)部連通；所述的固液體出口設(shè)在氣化腔體底部并與氣化腔體內(nèi)部連通，所述的固液體出口為固液體出料口 ；所述的第一氣體入口設(shè)在氣化腔體下部并與氣化腔體連通，所述的第二氣體入口設(shè)在氣化腔體的中部；所述的第二氣體入口與所述的第一氣體入口之間的垂直距離，和所述的氣化腔體高度比值為0.4-0.8 ;所述的氣體出口設(shè)在氣化腔體上方并與氣化腔體內(nèi)部連通，所述的氣體出口為合成氣出氣口。
2.如權(quán)利要求1所述的固定床氣化裝置，其特征在于，所述的第二氣體入口的個數(shù)為2個或2個以上的時候，若干所述的第二氣體入口等角度均勻分布在所述的氣化腔體中部的同一水平面上。
3.如權(quán)利要求1所述的固定床氣化裝置，其特征在于，所述的第二氣體入口與所述的第一氣體入口之間的垂直距離，和所述的氣化腔體高度比值為0.5-0.6。
4.如權(quán)利要求1所述的固定床氣化裝置，其特征在于，所述的廢棄物入口設(shè)有一分布器； 和/或，所述的氣化腔體的內(nèi)壁設(shè)置一水冷夾套裝置； 和/或，所述的氣化腔體下部還內(nèi)設(shè)一爐箅，且所述的爐箅位于所述的第一氣體入口上方。
5.一種廢棄物的處理系統(tǒng)，其特征在于，包括一廢棄物預(yù)處理器、至少一鎖斗、一如權(quán)利要求1-4任一項所述的固定床氣化裝置、一換熱器、一除塵裝置、一脫硫凈化裝置；所述的廢棄物預(yù)處理器、鎖斗和廢棄物入口依次連接；所述的氣體出口與所述的換熱器、所述的除塵設(shè)備和所述的脫硫凈化設(shè)備依次連接。
6.如權(quán)利要求5所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述的廢棄物處理系統(tǒng)還包括一灰斗，所述的灰斗與所述的固液體出口連接。
7.一種廢棄物處理方法，其包括如下步驟: 將預(yù)處理后的廢棄物進(jìn)料至如權(quán)利要求1-4任一項所述的固定床氣化裝置，與含有氧氣的混合氣體混合，進(jìn)行無焰氧化反應(yīng)，得合成氣和固廢渣；其中，所述的含有氧氣的混合氣體滿足氧氣體積百分比不超過15%。
8.如權(quán)利要求7所述的處理方法，其特征在于，所述的處理方法使用如權(quán)利要求5或6所述的廢棄物處理系統(tǒng)來處理廢棄物。
9.如權(quán)利要求7或8所述的處理方法，其特征在于，所述的有機(jī)廢棄物為制革碎料、醫(yī)用脫脂棉、紗布、口罩、乳膠制品、藥品和聚丙烯材料制品中的一種或多種。
10.如權(quán)利要求7或8所述的處理方法，其特征在于，所述的含有氧氣的混合氣體為煙氣、蒸汽和二氧化碳中的一種或多種與氧氣混合的混合氣體； 和/或，所述的第一氣體入口中進(jìn)入的混合氣體中氧氣量與所述的第二氣體入口中進(jìn)入的混合氣體中的氧氣總量的比值為3:1-10:1，較佳地為4:1-6:1; 和/或，所述的氧氣中的氧原子與所述的有機(jī)廢棄物中碳原子摩爾量比為1:1 ; 和/或，所述的氣化腔體中的表觀氣速小于I米/秒； 和/或，所述的氣化腔體內(nèi)部的反應(yīng)溫度為≥900°C，較佳地為≥1000℃;所述的氣化腔體內(nèi)部的工作壓力小于2Mpa ；和/或，所述的 合成氣從所述的氣體出口出氣后與所述的含有氧氣的混合氣體進(jìn)行換熱、除塵、脫硫凈化后出料。
【文檔編號】C10J3/72GK103881757SQ201410150775
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】李偉鋒, 趙輝, 劉海峰, 王輔臣, 于廣鎖, 龔欣, 王亦飛, 許建良, 梁欽鋒, 周志杰, 代正華, 陳雪莉, 郭曉鐳, 王興軍, 郭慶華, 劉霞, 陸海峰, 李超, 龔巖, 王立 申請人:華東理工大學(xué), 上海熠能燃?xì)饪萍加邢薰?br>