[发明专利]一种有机固废热解耦合化学链燃烧脱除污染物的方法及装置

说明书

本发明公开了一种有机固废热解耦合化学链燃烧脱除污染物的方法及装置。该装置，包括空气反应器、燃料反应器和热解气化器，热解气化器套设于燃料反应器的外部，空气反应器与燃料反应器通过U型返料器连接，空气反应器顶端与顶部输送管的一端连通，顶部输送管另一端与第一旋风分离器的顶端连通，第一旋风分离器的底端与设置在燃料反应器顶端的载氧体返料器连接，空气反应器底部设置有空气入口，燃料反应器下部设置有流化气喷嘴和若干个射流器。本发明提出的装置相比化学链燃烧装置，通过将化学链燃烧中的热解过程解耦出来，形成热解+化学链燃烧双级反应单元，避免了有机固废复杂灰分与载氧体的接触，提高了载氧体的使用寿命。

技术领域

本发明涉及环保及能源利用技术领域，尤其涉及一种有机固废热解耦合化学链燃烧脱除污染物的方法及装置。

背景技术

有机固体废弃物是指人类在生产、消费、生活和其他活动中产生的固态、半固态有机废弃物质。随着经济的发展和人们生活水平的提高，有机固体废弃物(下称“有机固废”)的产量日益增加，如果不妥善处理，将会严重危害生态环境和人体健康。

目前，有机固废处理处置的方式主要有填埋、堆肥和焚烧。大量研究表明，卫生填埋和堆肥化两种方法不仅需要占用大量的土地、耗用时间长，而且废弃物的渗透液会对附近的生态环境造成严重的破坏。焚烧是目前最广泛采用的有机固废处置手段，它可使废弃物中的毒性有机物和致病微生物经过高温分解而失去毒性，具有减容、减重率高，处理方法快等优点，同时通过回收焚烧过程中产生的热量实现垃圾的能源化利用。总体来看，焚烧技术是最适合处置有机固废的方式，该技术不仅能回收能量，还能实现彻底的无害化和减量化。然而，有机固废焚烧烟气中含有大量的SO_x、NO_x和二噁英及重金属颗粒等有害物质，容易对环境造成污染，同时污泥焚烧设备初期投资大，焚烧废气处理费用高、难度大。

热解气化技术是一种新兴的有机固废处置技术，它是指在一定的温度和压力条件下，在无氧或缺氧环境下，通过一系列的热化学反应，将固体废弃物中的有机物转化为含有H₂、CH₄、CO、C_nH_m等可燃性气体、焦油和灰渣的过程。与焚烧相比，热解气化后产生SO₂和NO_x，等有害气体排放量少，大部分重金属被固定在灰渣中，浸出毒性低，处理成本相对较低。但由于有机固废具有很高的挥发分，从而在热解气化过程中会产生一定量的焦油及N/S/Cl等污染物，造成一定的环境风险。

化学链燃烧(Chemical Looping Combustion,CLC)是一种新颖的燃烧技术(如图1所示)，它是通过链式反应利用金属氧化物载氧体(MeO)中的晶格氧在燃料反应器中将燃料完全氧化成CO₂和H₂O，反应后的还原态载氧体(Me)在空气反应器中被空气重新氧化恢复晶格氧循环使用的过程。在燃料反应器的惰性氛围中，燃料首先发生热解释放还原态N/S/Cl污染物及焦油(具有一定的还原性)。脱除还原态污染物比脱除氧化态污染物要更容易实现，如HCN和NH₃在化学链燃烧过程中就能被载氧体氧化为为无害的N₂，而NO_x则需要更为复杂的SNCR/SCR系统才能有效脱除。此外，通过将外源金属离子负载于载氧体上，调控金属离子种类及负载量，可在燃料反应器中实现焦油及N/S/Cl污染物的一体化脱除。与传统焚烧相比，化学链燃烧极大降低了污染物的脱除难度，但有机固废中常含有成分复杂的灰分，容易引起载氧体的烧结和腐蚀，降低载氧体的循环反应活性和寿命。因此，探索和开发一种初期投资少、运行成本低，污染物排放低的有机固废处置技术，是缓解我国日益严峻的固废处置形势的重要举措。

发明内容

本发明提供了一种有机固废热解耦合化学链燃烧脱除污染物的方法及装置，与传统焚烧技术相比具有初期投资小，焚烧废气处理费用低、难度小等优势，与热解气化技术相比具有焦油及N/S/Cl污染物一体化脱除的特点，处理流程简单，成本低。