[发明专利]一种有机固废清洁资源化处置方法

说明书

本发明名称为：一种有机固废清洁资源化处置方法，环境技术领域，在同一固废处置装置中同时采用低温热化学反应装置和高温热化学反应装置，通过添加高热值物质和调节这两种热化学反应装置所需要的含氧气化剂的方法，使低温热化学反应装置的产物在还原性气氛下完成高温熔渣气化并生产出高温煤气和熔融的炉渣，熔融的炉渣经过水冷却成为玻璃体炉渣作为建材，高温煤气回收热量后通过常规的化工方法脱除煤气中氯化氢、氨氮和硫化氢等易于产生环境污染的化合物并将其转化为化工原料成为清洁煤气。应用于有机固废的焚烧和热解焚烧装置的技术改造和各种有机固废的深度处置和资源化利用以及煤化工、焦化、IGCC、工业燃气和城市集中供暖等装置。

技术领域

本发明涉及环境技术领域。

背景技术

在环境技术领域，现有的生活垃圾、工业垃圾等有机固废、危废常采用焚烧、热解焚烧、热解气化焚烧等方法处置，能大大减容，并通过回收焚烧过程中产生的热能，实现有机固废低值化的部分资源利用，但有机固废焚烧或热解后再焚烧，固废中的氯化物、氮及其化合物、硫化物等主要成分在氧化性气氛条件下产生的烟气中含有二氧化硫、氮氧化物、氯化氢、二噁英等有毒有害物质，有机固废中的重金属以及化合物分布在固体炉渣和飞灰中，在进一步处置这些焚烧产物时，会产生大量的石膏、氨泄漏以及脱除二噁英、重金属飞灰所要使用的活性炭等固体危废，对环境造成严重污染，特别是二噁英和重金属飞灰对人体健康造成的危害很大，目前彻底处理难度较大。一些先进的纯氧直接熔渣气化有机固废的处置方法，大幅降低了二次污染的产生，但投资很大，有些甚至需要外加天然气才能实现正常生产。目前还没有一种低成本的有机固废的高值化、资源化的清洁处置方法。

发明内容

本发明是指在同一固废处置装置中同时采用低温热化学反应装置和高温热化学反应装置，首先将有机固废或危废通过低温热化学反应装置进行预处置，然后再将低温热化学反应装置所生产的气、固、液三相产物部分或全部送到高温热化学反应装置内进行高温熔渣气化，通过在高温热化学反应装置以前的任何部位添加高热值物质和调节这两种热化学反应装置所需要的含氧气化剂的加入量、氧气浓度的方法，使高温热化学反应装置在还原性气氛下完成高温熔渣气化，有机固废中的重金属和灰分在高温下形成熔融的炉渣，在水中被冷却成为玻璃体炉渣作为无害的建材使用，有机固废或危废中的碳、有机物以及易于形成气体的物质在高温还原性气氛下转化为含有多种成分复杂的高温煤气，通过常规公知的热回收方法回收煤气中的热量，再通过常规公知的化工方法脱除煤气中产生环境污染的化合物并将其转化为化工原料成为清洁煤气，清洁煤气在使用过程中再不会产生二噁英、氮氧化物、二氧化硫和重金属飞灰等有毒有害物质，从而实现有机固废的清洁资源化利用。主要针对环境技术领域有机固废焚烧或热解、气化后再焚烧产生的烟气中含有二氧化硫、氮氧化物、氯化氢、二噁英以及在固体炉渣和飞灰中存在二噁英和重金属等有毒有害物质，在进一步处置焚烧产物时产生大量的有机固废和危废，对环境造成严重污染和有机固废直接高温熔渣气化方法投资大、成本高的难题，发明了将有机固废首先通过低温热化学反应装置在温度低于有机固废灰熔点以下的条件下进行初步处置得到可燃的热解气、焦油和固体残渣，然后再将这些低温热化学反应装置的产物的一部分或全部产物通过气流床气固混合输送器输送到高温热化学反应装置，并生产出高温煤气和熔融的炉渣。有价值的焦油通过热解气的冷却分离或液体洗涤等化工手段分离出来并送到回收工序回收利用，没有回收价值的焦油送去高温气化，液相物质可通过加热蒸发成为蒸汽的方式进入气固混合输送器，或以单独的通道或以多元料浆的方式进入高温热化学反应器进行气化。通过调节进入低温、高温热化学反应装置所需要加入的含氧气化剂的加入量、氧气浓度和在进入高温热化学反应装置以前的任何工序加入高热值的煤炭、生物质或其他高热值物质的方法，实现高温热化学反应装置在在还原性气氛条件下完成热化学反应过程，控制高温热化学反应装置出口煤中的氧气浓度摩尔比小于0.5％至零，一氧化碳和氢气的总和占高温热化学反应炉出口煤气的摩尔比大于5％或更高，碳和有机物在高温下和气化剂反应转化为煤气，氧气在高温气化反应中几乎消耗殆尽，重金属和有机固废中的灰分在高温下成为熔融的炉渣，在水中被冷却成为玻璃体炉渣作为无害的建材使用，不再有重金属的污染。通过常规的化工方法将高温热化学反应器出口煤气中所含的氯化氢、氨和氮气、硫化氢等易于产生环境污染的化合物分离并转为氯化铵或氯化钙、氯化铵或液氨、硫磺作为化工原料，脱除氯化氢、氨和氮气、硫化氢等易于产生环境污染的化合物后的煤气成为清洁煤气，在降温和使用过程中不再会产生二噁英、石膏等有毒有害物质，实现有机固废的清洁资源化处置。固废中的硫从焚烧工艺烟气中的二氧化硫转变为本发明煤气中的硫化氢，通过栲胶脱硫、ADA脱硫等常规公知的化工脱除硫化氢的方法转化为工业原料硫磺。固废中的氮从焚烧工艺烟气中的氮氧化物转化为本发明煤气中的氮气和氨，通过水洗、精馏、蒸发等常规的化工方法获得氨、氯化铵作为化工原料或化肥。固废中卤素转化为氟化氢、氯化氢等卤化氢，通过水洗、碱洗、加入石灰等常规的化工方法从煤气中分离出来成为氯化钙以及其他卤化物，作为融雪剂或其他化工原料。固废中的重金属和灰分从焚烧工艺中的危废炉渣转变为本发明中的玻璃体炉渣而作为无害有用的建材。脱除氯化氢、氨和氮气、硫化氢等易于产生环境污染的化合物后的煤气成为清洁煤气，主要成分是一氧化碳、氢气、二氧化碳等，可用于生产化工产品，可用于生产高纯氢气作为氢能源，也可用于发电和采暖，不再有二噁英和重金属飞灰的污染问题。所述低温热化学反应装置是指反应最高温度低于所处理的物料灰熔点流动温度以下的各种热解炉、气化炉和焚烧炉，其中：热解炉是指采用外部提供的热源、不使用含氧气化剂等各种工业常用气化剂进行热化学反应的各种工业炉，包括各种旋转式热解炉、固定床热解炉、流化床热解炉和气流床热解炉等；气化炉是指通过外加含氧气化剂、水蒸气等气化剂和气化原料反应放热进行热化学反应的各种工业炉，包括各种旋转式气化炉、固定床气化炉、流化床气化炉、气流床气化炉、垃圾气化炉等；所述焚烧炉是指用于燃烧生活垃圾、工业垃圾、工业污泥、生活污泥等的各种工业焚烧炉，包括现有的链条炉、炉排炉、旋转式焚烧炉、固定床焚烧炉、流化床焚烧炉、气流床焚烧炉等各种工业焚烧炉。所述高温热化学反应装置是指反应最高温度高于所处理物料灰熔点流动温度以上的各种逆流气流床气化炉和并流气流床气化炉，其中：逆流气流床气化炉是指自热式煤气煤粉逆流气流床气化炉、多相物质内冷激气化炉等各种高温煤气和熔融的炉渣从不同的出口分别离开气化室的工业炉；并流气流床气化炉是指煤气煤粉并流气流床气化炉、多元料浆气化炉等各种高温煤气和熔融的炉渣采用同一出口离开气化室的工业炉。所述还原性气氛是指混合气体中的氧气摩尔浓度低于0.5％且一氧化碳和氢气的总和在混合气体中的摩尔浓度高于5％的气体混合物。所述高热值物质是指煤炭、天然气、石油、生物质等各种热值在3000kcal/kg以上的可燃物质。所述含氧气化剂是指空气、氧气浓度在21％～93％的富氧空气和氧气。所述气流床气固混合输送器是指化工单元操作中的气流输送固体物料的各种单元操作设备。