生活垃圾中高温无废综合处理生产工艺

摘要

本发明公开了一种生活垃圾中高温无废综合处理生产工艺，包括以下步骤：垃圾预处理工序、有机无机物料的分离处理工序、有机物料的热解处理工序、热解产物的分离处理工序、废气和污水处理工序。该生产工艺能够对生活垃圾进行无污染处理，并且对于生活垃圾进行再利用，既能解决城市生活垃圾造成的环境污染问题和废弃资源的浪费，又解决了生活垃圾热解处理中的能耗问题，实现可再生能源的绿色处理与生产。

说明书

技术领域

本发明涉及生活垃圾处理技术领域，特别涉及一种生活垃圾中高温无废综合处理生产工艺。

背景技术

生活垃圾无时无刻不伴随着人类社会生活而存在，生活垃圾处理也是一个随之不断变革、持续发展的行业。从另一个角度讲，在技术条件足够完善的情况下，垃圾是一种永不枯竭的可利用型资源。

目前国内生活垃圾处理主要使用以下几种技术：

第一，卫生填埋处理：这种生活垃圾处理方式目前最为普遍的，但占地面积大，使用年限短，垃圾分解速度慢(10-20年)，填埋区易产生沼气、含毒污水，对空气、土壤和地下、地表水产生污染。

第二，堆肥处理：通过微生物的生化作用，将生活垃圾中的有机质分解腐烂，转换成肥料。但堆肥处理对垃圾成分有较高要求，产品肥效低、制造期长，不适应城市生活垃圾的迅速增长。堆肥法对塑料、金属等减量程度不高，后续处理量大，运行费及垃圾转运费用高。由于国内未能实现有效垃圾分拣，垃圾中含有重金属和有毒化合物等污染物，导致此种肥料不能进入食物链，因此堆肥产品尚面临销路问题。

第三，垃圾焚烧发电：是指使用特殊的垃圾焚烧设备,以城市工业和生活垃圾为燃烧介质,在对垃圾进行焚烧处理的同时,利用其产生的能量发电的一种新型发电方式。直接焚烧法可实现城市生活垃圾的减容化和资源化。但其致命缺陷是其焚烧产物中的SOX、NOX、HCl、粉尘和残渣中的重金属。特别是氧化反应产生的剧毒有机物二噁英含量较大。

生活垃圾的热解处理是一种全新的环保节能的处理方式，热解法是利用垃圾中有机物的热不稳定性，在对其进行加热蒸馏，使有机物产生裂解，经冷凝后形成各种新的气体、液体和固体，从中提取燃料油、可燃气的过程。热解的主要产物是可燃的低分子化合物：气态的氢气、甲烷、一氧化碳；液态的甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等；固态的主要是焦炭和炭黑。但是，现有的生活垃圾热解处理工艺生产过程过于复杂，稳定性差，而且热解能耗大，不能够实现生活垃圾的环境节能处理；另外，除了不能够进行热解的无机物外，其他能够热解的有机物热解产生各种气体、油类混合在一起，难以实现对这些气体、油类的有效运用，对于气体、油类的分离非常复杂，是生活垃圾热解处理的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种生活垃圾中高温无废综合处理生产工艺，能够对生活垃圾进行无污染处理，并且对于生活垃圾进行再利用，既能解决城市生活垃圾造成的环境污染问题和废弃资源的浪费，又解决了生活垃圾热解处理中的能耗问题，实现可再生能源的绿色处理与生产。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种生活垃圾中高温无废综合处理生产工艺，包括以下步骤：

S1、垃圾预处理工序：

从垃圾存储仓将生活垃圾输送到破袋机和破碎装置进行初步的破碎处理，然后将破碎处理的生活垃圾输送到滚轴筛分装置和风选装置将轻质物料(主要是塑料袋等塑料、橡胶)与高湿物料、无机质进行分离，将高湿物料、无机质输送到磁选装置，分离出其中的电池、金属物料。

S2、有机、无机物料的分离处理工序：

经磁选装置处理后的生活垃圾输送到弹跳分选装置，将有机质物料和无机质物料分离。

S3、有机物料的热解处理工序：

将步骤S1获得轻质物料输送到第一中高温缺氧热解炉进行热解处理；同时，S2中获得的有机质物料输送到第二中高温缺氧热解炉中进行热解处理。

S4、热解产物的分离处理工序：

将在第一中高温缺氧热解炉中热解处理后的高温烟气、水蒸汽、碳化物以及废渣输送到第一出料分离装置，将高温烟气、水蒸汽与含有碳化物、废渣的碳黑固体物分离，将所述碳黑固体物输送到碳黑存储箱；所述高温烟气被输送到过滤装置，通过过滤装置去除含氯、硫、汞的有害物质，过滤之后的热解气、水蒸汽的混合物输送到催化反应器中经过催化重整后获得燃料油气混合物，所述燃料油气混合物输送到冷却分离塔，从所述冷却分离塔上部获得含有CO、CH4的可燃烧的混合尾气，将混合尾气分别输送到第一中高温缺氧热解炉和催化反应器作为加热燃料；

将在第二中高温缺氧热解炉中热解处理后的热解气、油类、碳化物、水蒸汽混合物输送到第一出料分离装置，将含有热解气、油类以及水蒸汽的烟气和含有碳化物的碳黑固体物分离，将所述碳黑固体物输送到碳黑存储箱；所述烟气被输送到洗气冷却装置，获得热解气输送到第二中高温缺氧热解炉作为加热燃料；将获得的油水混合物输送到木焦油、木醋液分离装置，将分离的木焦油输送到木焦油存储箱，同时将分离的木醋液输送到木醋液提纯装置进行提纯处理生成高质量木醋液。

进一步的，所述步骤S1中，还包括将磁选后装置获得的金属物料输送到回收箱，同时将电池物料输送到危废处理装置进行无害化处理。

进一步的，所述步骤S2中，设置有多个所述弹跳分选装置，经磁选装置处理后的生活垃圾依次通过多个所述弹跳分选装置，从而将有机质物料和无机质物料分离。

进一步的，所述步骤S3中，所述步骤S1中获得轻质物料输(主要是塑料袋等塑料、橡胶)经第一干燥装置去除水分后，通过密封挤压进料装置输送到第一中高温缺氧热解炉。

进一步的，所述步骤S3中，将步骤S2中的有机质物料依次输送到脱水装置、第二干燥装置进行脱水干燥处理后进入到第二中高温缺氧热解炉。

进一步的，所述步骤S2中，所述无机质物料输送到高温烘烧炉，烘烧后的无机质物料进行填埋处理，同时高温烘烧炉的废气进行废气处理达标排放。

进一步的，所述步骤S4中，将所述碳黑固体物和所述木醋液经木醋液提纯装置进行提纯活获得的液体肥料输送到化肥生产设备。

进一步的，所述步骤S3中，所述第一中高温缺氧热解炉的加热温度为600-750℃，炉管内温度控制在360-450℃之间；所述有机物料在所述第一中高温缺氧热解炉中的热解反应时间为0.8-1.2h。

进一步的，所述催化反应器的加热温度为400-500℃，所述第一中高温缺氧热解炉中产生的热解气在催化剂作用下进行催化重整，所述催化剂为分子筛型金属氧化物催化剂。优选地，所述催化剂为粉煤灰、粘合剂以及有机造孔剂混合烧制的陶瓷颗粒催化剂。

进一步的，所述步骤S3中，所述第二中高温缺氧热解炉的热解温度为800-950℃，炉管内温度控制450-600℃之间；所述有机物料在所述第二中高温缺氧热解炉中的热解反应时间为0.8-1h，同时，向所述第二中高温缺氧热解炉内加入催化剂，所述催化机是碱性盐、Ni0-Zn0/A1203混合物。

进一步的，所述碱性盐是KN03、K2C03任意一种。

采用上述技术方案，采用了两组中高温缺氧热解炉对生活垃圾进行热解处理，并且利用热解气作为中高温缺氧热解炉、催化反应器以及高温烘烧炉的加热燃料，从而大大地节约了能耗，；整个工艺流程优化了工艺步骤，将主要含有塑料、橡胶的轻质物料和有机物料分别进行热解，相比于现有的热解处理方式，从工业前端对生活垃圾进行了分类，从而大大地简化了热解产物的分离的难度，获得的热解产品更加具有可利用价值；而且，工艺过程更加简化、可实施性高，将碳黑固体物和液体肥料通过化肥生产设备获得有机化肥，从而实现自然碳的循环，对生活垃圾实现了绿色可再生利用。

附图说明

图1为本发明的生活垃圾中高温无废综合处理生产工艺流程图；

图2为本发明中的轻质物料热解工艺流程图；

图3为本发明中的有机物料热解工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

生活垃圾一般包括塑料、橡胶、纸类、植物残渣、厨余剩餐、金属制品、电池等有害物质、泥沙等无机物，这些垃圾的主要成份来源以及危害如下：

塑料、橡胶主要来源如塑料袋、塑料包装、快餐饭盒、塑料杯瓶、电器包装、冷饮皮等等。难以分解,破坏土质,使植物生长减少30％；填埋后可能污染地下水；焚烧会产生有害气体。

电池主要包括纽扣电池、充电电池、干电池；纽扣电池含有有毒重金属汞；充电电池含有有害重金属镉；干电池含汞、铅和酸碱类物质等对环境有害的物质。

厨余剩餐：如与垃圾或快餐盒倒在一起的剩饭；大量滋生蚊蝇；促使垃圾中的细菌大量繁殖,产生有毒气体和沼气,引起垃圾爆炸。

油漆和颜料：如建筑、家庭装修后的废弃物；含有有机溶剂的油漆可引起头痛、过敏、昏迷或致癌；是危险的易燃品；颜料中多含重金属，对健康不利。

清洁类化学药品：如去油、除垢、光洁地面、清洗地毯、通管道等化学药剂,空气清新剂、杀虫剂、化学地板打蜡剂等；含有机溶剂或大自然难降解的石油化工产品；具有腐蚀性；含氯元素(如漂白剂,地板洗剂等)，人体有毒；药品含破坏臭氧层物质；杀虫剂中,约有50％含致癌物质,有些可损伤动物肝脏。

从生活垃圾热解处理来讲，主要是分为可以热解的有机质，以及不能够进行热解处理的无机质以及金属物，有机质在生活垃圾中一般可以分成塑料、橡胶等化工有机物，厨余剩餐、植物残渣等天然有机物；对于金属物一般采用预先回收的方式，通过预先磁选装置等方式分离，另外，生活垃圾中的电池等有害物质，也需要预先刷选之后清理。

废塑料、橡胶热解是将已清楚杂质的塑料、橡胶置于无氧或者低氧的密封容器中加热，使其裂解为低分子化合物；其基本原理是将塑料、橡胶制品中的高聚物进行彻底的大分子裂解，使其回到低分子量状态或单体态。按照大分子内键断裂位置的不同，可将热解分为解聚反应型、随机裂解型和中间型；解聚反应型塑料受热裂解时聚合物发生解离，生成单体，主要切断了单分子之间的化学键；这类塑料有α-甲基苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等，它们几乎100％地裂解成单体。随机裂解型塑料受热时分子内化学键的断裂是随机的，产生一定数目的碳原子和氢原子结合的的分子化合物，这类塑料有聚乙烯、聚丙烯等；大多数塑料的裂解两者兼而有之，属于中间型，但在合适的温度、压力、催化剂条件下，能使其中某些特定数目链长的产物大大增加，从而获得有一定经济价值的产物，如汽油、柴油等。裂解所要求的温度取决于塑料的种类及回收的目的产物，温度超过600℃，热解的主要产物是混合燃料气，如CH4、C2H4等轻烃；温度在400～600℃时，主要裂解产物为混合轻烃、石脑油、重油、煤油及蜡状固体，PE、PP的裂解产物主要是燃料气和燃料油，PS热解产物主要是苯乙烯单体。

植物等天然有机物在隔绝空气或通入适量空气或其他介质条件下受热降解的主要产物是液态的木醋液和木焦油、气态的木煤气和固态的木炭。热解过程始于植物等天然有机物加热温度达到高于100℃时。最初仅发生一定程度的热解，主要是植物等天然有机物干燥；温度达到160℃时开始出现明显的热解反应，生成低分子化合物；但植物等天然有机物主要组分即半纤维素、纤维素和木质素热解的条件和历程不同：半纤维素对温度最敏感,在200～260℃时首先热解；开始放热的反应温度约为220℃；其主要组分聚木糖在300℃热解所得焦油中含有较多的低聚糖混合物，在加酸水解时可得约54％的D-木糖，是由配糖基解离而形成；在更高的温度下，热解产物与纤维素的基本相似，但不生成左旋葡萄糖酐。纤维素在240～350℃时热解，约在275℃开始放热反应，分解剧烈；在300℃时发生配糖键的迅速解离，生成较多的左旋葡萄糖酐，在真空和过热水蒸气解质中得率更高。在较高的温度下，左旋葡萄糖酐等中间产物会进一步分解，生成醋酸、甲醇和木樵油等挥发性产物。木质素在250～500℃热解，310℃左右开始放热反应；主要产物是酚类、醋酸、甲醇和木炭；酚类和木炭的得率比纤维素、半纤维素多，气体产物却较少，气体中一氧化碳和甲烷的含量比纤维素的多，但二氧化碳较少。因此，植物等天然有机物作为整体热解时得到的产物大致相当于三者分别热解时的产物。160℃以下是植物等天然有机物的干燥阶段；温度达到275℃时反应加剧，生成大量分解产物，如醋酸、甲醇、木焦油和气体产物。气体中二氧化碳逐渐减少，但甲烷增加；此时，剧烈的放热反应使釜内温度迅速上升；当温度达到450℃时，液体产物减少,在此温度下保持一段时间,让挥发组分逸出,可提高木炭中固定碳的含量。

基于上述热解处理原理，植物等天然有机物和塑料、橡胶等化工有机物热解反应过程完全不同，热解后获得产物也完全不相同；因此，本发明的一个具体实施方式如下：

参考附图1-3，一种生活垃圾中高温无废综合处理生产工艺，包括以下步骤：

S1、垃圾预处理工序：

从垃圾存储仓将生活垃圾输送到破袋机和破碎装置进行初步的破碎处理，然后将破碎处理的生活垃圾输送到滚轴筛分装置和风选装置将轻质物料(主要是塑料袋等塑料、橡胶)与高湿物料、无机质进行分离，将高湿物料、无机质输送到磁选装置，分离出其中的电池、金属物料。

生活垃圾从各个城市中各个垃圾站收集，一般垃圾车为了方便运输都会对垃圾进行挤压，初步的去除垃圾内含有的污水，但是垃圾的大小不一，存在很多尺寸较大的废弃物件，因此，需要对垃圾通过破碎机进行破碎处理，本发明中将垃圾破碎处理至50mm以下的尺寸，在破碎处理中渗出的污水进行收集并送入到污水处理系统。

将破碎处理后的垃圾输送滚轴筛分装置中，含有塑料、橡胶等不吸收水分的轻质物料与高湿物料、无机质进行分离，之后再将垃圾输送到磁选装置，分离其中的电池、金属物料，将电池、金属分别收集到回收箱内，电池需要进行无害化处理，金属可以直接回收利用。

S2、有机、无机物料的分离处理工序：

经磁选装置处理后的生活垃圾输送到弹跳分选装置，将有机质物料和无机质物料分离。

磁选以后的垃圾中主要包括高湿物料和无机质，高湿物料一般主要是厨余剩餐、植物残渣等天然有机物，通过弹跳分选装置能够将其中的有机质物料和无机质物料分离，无机质物料输送到高温烘烧炉，进行无极质改性处理，烘烧后的无机质物料进行填埋处理，以及将无机质作为建筑材料，进行铺路等，同时高温烘烧炉的废气进行废气处理。

其中，所述步骤S2中，设置有多个所述弹跳分选装置，经磁选装置处理后的生活垃圾依次通过多个所述弹跳分选装置，从而将有机质物料和无机质物料分离。

S3、有机物料的热解处理工序：

将步骤S1获得轻质物料输送到第一中高温缺氧热解炉进行热解处理；同时，S2中获得的有机质物料输送到第二中高温缺氧热解炉中进行热解处理；

S4、热解产物的分离处理工序：

将在第一中高温缺氧热解炉中热解处理后的高温烟气、水蒸汽、碳化物以及废渣输送到第一出料分离装置，将高温烟气、水蒸汽与含有碳化物、废渣的碳黑固体物分离，将所述碳黑固体物输送到碳黑存储箱；所述高温烟气被输送到过滤装置，通过过滤装置去除含氯、硫、汞的有害物质，过滤之后的热解气、水蒸汽的混合物输送到催化反应器中经过催化重整后获得燃料油气混合物，所述燃料油气混合物输送到冷却分离塔，从所述冷却分离塔上部获得含有CO、CH4的可燃烧的混合尾气，将混合尾气分别输送到第一中高温缺氧热解炉和催化反应器作为加热燃料；

塑料、橡胶的热解处理方法一般有直接热解法、催化热解法以及热解-改质法；其中直接热解法获得的产物多为链烷烃或α-烯烃，生产柴油馏分的反应条件是475℃左右，低压或常压下，反应时间4h左右。难以获得有经济价值的油品；催化热解法一般需要利用硅酸铝、分子筛等催化剂，它们都属于固体酸催化剂，在反应过程中能够提供质子氢，使反应伴随氢转移过程，从而具有异构化功能；由于此反应过程中大量焦炭沉积于催化剂表面，使沉积失活，因此催化剂的再生与剩余催化剂的回收比较困难。热解-改质法，是将废塑料先进行高温热解，产生的高温热解气经过催化剂作用，得到品质较高的油品，类似于石油炼制中的裂解-催化重整过程，该法特别适用于混合塑料、橡胶。生活垃圾的塑料、橡胶种类繁多，因此，采用热解-改质法，具有很好的效果。

将在第二中高温缺氧热解炉中热解处理后的热解气、油类、碳化物、水蒸汽混合物输送到第一出料分离装置，将含有热解气、油类以及水蒸汽的烟气和含有碳化物的碳黑固体物分离，将所述碳黑固体物输送到碳黑存储箱；所述烟气被输送到洗气冷却装置，获得热解气输送到第二中高温缺氧热解炉作为加热燃料；将获得的油水混合物输送到木焦油、木醋液分离装置，将分离的木焦油输送到木焦油存储箱，同时将分离的木醋液输送到木醋液提纯装置进行提纯处理生成高质量木醋液。

从前述我们知道，厨余剩餐、植物残渣等天然有机物在高温热解中的产物主要是碳黑、含有CO、CH4的可燃气体，通过洗气冷却分离能够获得木焦油、木醋液。

其中，所述步骤S3中，所述步骤S1中获得轻质物料输(主要是塑料袋等塑料、橡胶)经第一干燥装置去除水分后，通过密封挤压进料装置输送到第一中高温缺氧热解炉。

其中，所述步骤S3中，将步骤S2中的有机质物料依次输送到脱水装置、第二干燥装置进行脱水干燥处理后进入到第二中高温缺氧热解炉。

其中，所述步骤S2中，所述无机质物料输送到高温烘烧炉，烘烧后的无机质物料进行填埋处理，同时高温烘烧炉的废气进行废气处理达标排放。

其中，所述步骤S4中，将所述碳黑固体物和所述木醋液经木醋液提纯装置进行提纯活获得的液体肥料输送到化肥生产设备。

其中，所述步骤S3中，所述第一中高温缺氧热解炉的加热温度为600-750℃，炉管内温度控制在360-450℃之间；所述有机物料在所述第一中高温缺氧热解炉中的热解反应时间为0.8-1.2h。

其中，所述催化反应器的加热温度为400-500℃，所述第一中高温缺氧热解炉中产生的热解气在催化剂作用下进行催化重整，所述催化剂为分子筛型金属氧化物催化剂。优选地，所述催化剂为粉煤灰、粘合剂以及有机造孔剂混合烧制的陶瓷颗粒催化剂。

其中，所述步骤S3中，所述第二中高温缺氧热解炉的热解温度为800-950℃，炉管内温度控制450-600℃之间；所述有机物料在所述第二中高温缺氧热解炉中的热解反应时间为0.8-1h，同时，向所述第二中高温缺氧热解炉内加入催化剂，所述催化机是碱性盐、Ni0-Zn0/A1203混合物。

其中，所述碱性盐是KN03、K2C03任意一种。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。