專利名稱：一種城市生活垃圾清潔能源化利用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于城市生活垃圾處理、利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種城市生活垃圾 清潔能源化利用方法，將城市生活垃圾高溫?zé)峤馓蓟幚怼?br> 背景技術(shù)：
隨著城市的發(fā)展和人口的不斷增長，每天所產(chǎn)生的生活垃圾越來越多，“十五”期 間我國城市生活垃圾清運量將達(dá)到1. 58億噸。全國600座城市，已堆放或填埋各類垃圾80 億噸，有三分之二的城市被垃圾包圍。08年僅北京市產(chǎn)生生活垃圾已達(dá)672萬噸，并呈不斷 增長態(tài)勢，城市生活垃圾已經(jīng)成為困擾首都可持續(xù)發(fā)展的突出問題。目前，國內(nèi)外城市生活垃圾的處理方法主要有衛(wèi)生填埋、高溫堆肥、焚燒、熱解氣 化等。填埋是我國目前大多數(shù)城市解決生活垃圾出路的最主要方法，衛(wèi)生填埋具有處理 量大，操作管理比較簡單，投資和運行費用低，適用性強等特點，但是存在垃圾中的可回收 物質(zhì)及能源組份不能再生利用；垃圾滲出液容易污染地下水及土壤，處理成本高；垃圾堆 放產(chǎn)生的臭氣嚴(yán)重影響周邊環(huán)境的空氣質(zhì)量等問題。這些缺點制約了填埋的發(fā)展。城市生活垃圾中可堆肥物質(zhì)主要是廚余垃圾以及落葉等植物類垃圾。垃圾堆肥 處理的優(yōu)點是投資成本小，操作簡單，但不能處理不可腐爛的有機物和無機物，分選工藝復(fù) 雜，費用高，周期長，衛(wèi)生條件差；堆肥處理后產(chǎn)生的肥料肥效低、成本高，與化肥比，銷售困 難、經(jīng)濟效益差；許多有毒、有害物質(zhì)會進(jìn)入堆肥，農(nóng)田長期大量使用堆肥，可能會造成潛在 污染。因此，垃圾堆肥處理在我國難以普遍推廣。垃圾焚燒處理是一種高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)，焚燒處理的優(yōu)點有減量效果好。垃圾焚燒 可減量80 90 %，有效地解決垃圾圍城現(xiàn)象；占地面積小，節(jié)約了土地資源；焚燒溫度高， 垃圾在垃圾焚燒爐內(nèi)經(jīng)過800°C以上高溫焚燒能徹底消滅致病原體，避免了堆肥與填埋易 產(chǎn)生的二次污染。但是，垃圾焚燒存在投資較大，設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，操作管理難度大，易產(chǎn)生重 金屬、酸性氣體和二噁英等有毒物質(zhì)，很容易造成二次污染。垃圾熱解碳化技術(shù)成為垃圾處理的技術(shù)發(fā)展方向，其最大技術(shù)優(yōu)勢就在于能夠從 原理上消除二噁英劇毒物質(zhì)產(chǎn)生和擴散，從而真正實現(xiàn)垃圾的清潔能源化處理，徹底解決 垃圾圍城的社會問題。在缺氧狀態(tài)下高溫加熱城市生活垃圾，可以有效將垃圾中氯元素直 接轉(zhuǎn)化為氯化氫，從原理上避免了氯元素和氧元素的結(jié)合，消除了二噁英類劇毒物質(zhì)的產(chǎn) 生。中國專利(CN17426855A) “城市生活垃圾處理方法及處理裝置”公開一種垃圾為 爐料的裝置，爐室內(nèi)部處于貧氧狀態(tài)，通過加熱將城市垃圾轉(zhuǎn)化為氣態(tài)、固態(tài)產(chǎn)物。專利 (CN12777342A) “城市生活垃圾干燥氣化熔融處置方法”將預(yù)處理后的垃圾干燥后送入氣化 爐，氣化后的可燃?xì)怏w燃燒，余熱轉(zhuǎn)化為蒸汽回收，垃圾塊渣排出。此類專利技術(shù)屬于垃圾 氣化技術(shù)范疇，技術(shù)本身沒有能夠?qū)饣a(chǎn)生的氯化氫與其他可燃?xì)怏w有效分離，導(dǎo)致氯 元素直接與其他可燃?xì)怏w直接與氧接觸燃燒，難以避免二噁英類劇毒物質(zhì)的二次形成。
專利(CN1232861A) “用生活垃圾和或有機廢棄物制取烴類的方法和設(shè)備”主要利 用垃圾通過熱裂解和催化裂解制取烴，該技術(shù)催化裂解要求處理固體殘渣需要配套的焚燒 爐，工藝繁瑣。同時，該專利需要添加催化劑，增加了系統(tǒng)的運行成本。專利(CN1644492A) “生活垃圾制炭工藝方法”將垃圾脫水破碎成型后送入碳化設(shè) 備制成半焦，同時副產(chǎn)焦油和煤氣。專利(CN1954044A) “把生活垃圾轉(zhuǎn)化成炭質(zhì)燃料的工 藝及設(shè)備”利用炭化設(shè)備，將垃圾中有機物含量高部分干餾，將干餾產(chǎn)物焦油與干餾氣體一 起作為炭化設(shè)備的燃料使用。此類專利技術(shù)均存在產(chǎn)物熱解(干餾)產(chǎn)物焦炭、焦油和煤氣 的熱值較低，難以實現(xiàn)進(jìn)一步資源化和能源化利用價值，導(dǎo)致工藝技術(shù)難以普遍推廣應(yīng)用。目前，現(xiàn)有城市垃圾熱解碳化技術(shù)主要在以下幾個方面存在不足(1)需要新建 熱解碳化設(shè)備系統(tǒng)和熱解碳化產(chǎn)物二次加工處理系統(tǒng)，設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，初投資和運行成本 較高，難以實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。(2)大多采用垃圾單獨熱解碳化處理，熱解碳化產(chǎn)物焦炭、焦油 和煤氣品質(zhì)較差，難以實現(xiàn)工藝技術(shù)的經(jīng)濟效益，阻礙了該類技術(shù)的推廣應(yīng)用
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種城市生活垃圾清潔能源化利用方法，克服了上述技術(shù) 的缺點和不足之處，本發(fā)明利用現(xiàn)有成熟的焦化生產(chǎn)工藝，在高溫、密閉和還原氣氛等條件 下，將城市生活垃圾與煤炭混合加物高溫碳化處理，得到具有較高應(yīng)用價值的焦炭、焦油和 煤氣，最終達(dá)到垃圾無害化處理與資源化利用的目標(biāo)。本發(fā)明的工藝為將城市生活垃圾破碎加工后與煤炭混合，其中，城市生活垃圾所 占重量比例為20% _70%，再經(jīng)過熱熔融成型加工處理制成型塊后，利用焦化生產(chǎn)設(shè)備系 統(tǒng)，在密閉、高溫和還原性氣氛下，進(jìn)行高溫?zé)峤馓蓟?，熱解碳化產(chǎn)物分別為固體焦炭、液態(tài) 焦油、氣體的潔凈高熱值燃料。本發(fā)明所述城市生活垃圾包括無須分選處理的原生生活垃圾或經(jīng)過篩分后的篩 上有機垃圾。所述城市生活垃圾破碎加工后的粒度范圍是10mm-50mm。垃圾破碎粒度小于IOmm 容易導(dǎo)致加工能耗高，設(shè)備投資大；垃圾破碎粒度大于50mm，容易給后續(xù)加工帶來困難。所述煤炭為煉焦用煤、動力用煤或者其他用煤。所述的熱熔融成型加工處理制成型塊，熱熔融溫度控制為150°C -250°C之間，力口 工成型塊的密度范圍是200kg/m3-800kg/m3。所述城市生活垃圾與煤炭混合加工后的型塊利用焦化工藝設(shè)備進(jìn)行高溫碳化處 理，將城市生活垃圾和煤炭制成的型塊轉(zhuǎn)化為61% -77%焦炭，4% -15%焦油，17% -30%某飛。所得焦炭、焦油和煤氣，其中焦炭的熱值不低于12420kJ/Kg，煤氣的熱值不低于 11301kJ/m3。采用現(xiàn)有成熟的焦化工藝系統(tǒng)處理垃圾，有利于降低工藝系統(tǒng)的投資和運行成 本，利于專利技術(shù)的推廣應(yīng)用。在高溫、密閉和還原氣氛條件下將垃圾高溫碳化處理，有利 于從原理上徹底消除二噁英類劇毒物質(zhì)的產(chǎn)生和擴散，實現(xiàn)垃圾的無害化處理。將垃圾與 煤炭混合共同高溫碳化，有利于通過垃圾與煤炭之間的協(xié)同作用，來保證碳化產(chǎn)物焦炭、焦 油和煤氣的品質(zhì)，實現(xiàn)垃圾的高附加值能源化利用，同時體現(xiàn)垃圾處理的社會效益、環(huán)保效益和經(jīng)濟效益。該工藝具有以下特點1、可以充分利用現(xiàn)有成熟焦化設(shè)備系統(tǒng)，只需將垃圾和煤炭混合預(yù)處理加工成入 爐原料即可。工藝設(shè)備簡單，投資和運行成本較低。2、垃圾原料適應(yīng)性廣。可處理復(fù)雜組份城市生活垃圾，包括原生垃圾和有機可熱 分解垃圾，垃圾原料不需要復(fù)雜的分類分選。3、系統(tǒng)垃圾處理能力范圍大，效率高，能夠大、中、小不同規(guī)模城市的垃圾。4、從工藝原理上徹底避免二噁英類劇毒物質(zhì)的產(chǎn)生和擴散，有利于實現(xiàn)垃圾的真 正無害化處理。5、熱解碳化產(chǎn)物品質(zhì)較好，能夠?qū)崿F(xiàn)高附加值利用，具有良好的 經(jīng)濟效益。優(yōu)點在于，可以處理成份復(fù)雜的城市生活垃圾，不需要復(fù)雜的城市垃圾分選工藝， 將垃圾轉(zhuǎn)化成高附加值燃料，同時避免了常規(guī)垃圾能源化處理(垃圾焚燒發(fā)電)中容易產(chǎn) 生的二噁英污染問題，具有較大的推廣意義。


圖1為城市生活垃圾清潔能源化利用技術(shù)工藝流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的實施過程結(jié)合工藝圖描述如下城市生活垃圾首先通過破碎加工處理， 然后與煤炭按照一定比例均勻混合，混合后的物料進(jìn)入熱熔融成型加工系統(tǒng)，制成垃圾型 煤，最后，將垃圾型煤加入到傳統(tǒng)的焦化生產(chǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行高溫碳化處理。高溫碳化后產(chǎn)生的 焦炭、焦油和煤氣作為高品質(zhì)清潔能源利用。實施例1取15mm篩上城市生活垃圾，通過磁選回收磁性物質(zhì)。破碎至20mm，利用滾筒干燥， 檢測干燥后垃圾含水率為8.3%。煤粉選用神華煤，含水率為13.4%。按照干基2kg總量， 城市生活垃圾添加比例為70%進(jìn)行配料，混合均勻，將混和物料加熱壓實到密度為400kg/ m3左右，入2kg小焦?fàn)t實驗裝置。在爐中心100°C恒溫5分鐘，然后持續(xù)升溫，在爐中心達(dá)到 960°C恒溫2分鐘關(guān)閉加熱系統(tǒng)。產(chǎn)物產(chǎn)率為焦炭68.0%，焦油13.6%，燃?xì)?8.4%，其中 半焦熱值為12420KJ/Kg，燃?xì)鉄嶂禐?3349KJ/m3。實施例2取15mm篩上城市生活垃圾，通過磁選回收磁性物質(zhì)。破碎至20mm，利用滾筒干燥， 檢測干燥后垃圾含水率為8.3%。煤粉選用神華煤，含水率為13.4%。按照干基2kg總量， 城市生活垃圾添加比例為50%進(jìn)行配料，混合均勻，將混和物料加熱壓實到密度為400kg/ m3左右，入2kg小焦?fàn)t實驗裝置。在爐中心100°C恒溫5分鐘，然后持續(xù)升溫，在爐中心達(dá)到 960°C恒溫2分鐘關(guān)閉加熱系統(tǒng)。產(chǎn)物產(chǎn)率為焦炭70.0%，焦油10.2%，燃?xì)?9.8%，其中 半焦熱值為16240KJ/Kg，燃?xì)鉄嶂禐?1698KJ/m3。實施例3取15mm篩上城市生活垃圾，通過磁選回收磁性物質(zhì)。破碎至20mm，利用滾筒干燥， 檢測干燥后垃圾含水率為8.3%。煤粉選用神華煤，含水率為13.4%。按照干基2kg總量，城市生活垃圾添加比例為30%進(jìn)行配料，混合均勻，將混和物料加熱壓實到密度為400kg/m3左右，入2kg小焦?fàn)t實驗裝置。在爐中心100°C恒溫5分鐘，然后持續(xù)升溫，在爐中心達(dá) 到960°C恒溫2分鐘關(guān)閉加熱系統(tǒng)。產(chǎn)物產(chǎn)率為焦炭68.8%，焦油4.4%，燃?xì)?6.8%，其 中半焦熱值為22720KJ/Kg，燃?xì)鉄嶂禐?3231KJ/m3。
權(quán)利要求
一種城市生活垃圾清潔能源化利用方法，其特征在于將城市生活垃圾破碎加工后與煤炭混合，其中，城市生活垃圾所占重量比例為20％-70％，再經(jīng)過熱熔融成型加工處理制成型塊后，利用焦化生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)，在密閉、高溫和還原性氣氛下，進(jìn)行高溫?zé)峤馓蓟瑹峤馓蓟a(chǎn)物分別為固體焦炭、液態(tài)焦油、氣體的潔凈高熱值燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述城市生活垃圾包括無須分選處理的 原生生活垃圾或經(jīng)過篩分后的篩上有機垃圾。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的方法，其特征在于，所述城市生活垃圾破碎加工后的粒度范 圍是10mm-50mm。垃圾破碎粒度小于10mm容易導(dǎo)致加工能耗高，設(shè)備投資大；垃圾破碎粒 度大于50mm，容易給后續(xù)加工帶來困難。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤炭為煉焦用煤、動力用煤或者其他 用煤。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的熱熔融成型加工處理制成型塊，熱 熔融溫度控制為150°C -250°C之間，加工成型塊的密度范圍是200kg/m3-800kg/m3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述城市生活垃圾與煤炭混合加工后 的型塊利用焦化工藝設(shè)備進(jìn)行高溫碳化處理，將城市生活垃圾和煤炭制成的型塊轉(zhuǎn)化為 61% -77%焦炭，4% -15%焦油，17% -30%煤氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所得焦炭、焦油和煤氣，其中焦炭的熱值 不低于12420kJ/Kg，煤氣的熱值不低于11301kJ/m3。
全文摘要
一種城市生活垃圾清潔能源化利用方法，屬于城市生活垃圾處理、利用技術(shù)領(lǐng)域。工藝為將城市生活垃圾破碎加工后與煤炭混合，其中，城市生活垃圾所占重量比例為20％-70％，再經(jīng)過熱熔融成型加工處理制成型塊后，利用焦化生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)，在密閉、高溫和還原性氣氛下，進(jìn)行高溫?zé)峤馓蓟?，熱解碳化產(chǎn)物分別為固體焦炭、液態(tài)焦油、氣體的潔凈高熱值燃料。優(yōu)點在于，可以處理成份復(fù)雜的城市生活垃圾，不需要復(fù)雜的城市垃圾分選工藝，將垃圾轉(zhuǎn)化成高附加值燃料，同時避免了常規(guī)垃圾能源化處理(垃圾焚燒發(fā)電)中容易產(chǎn)生的二噁英污染問題，具有較大的推廣意義。
文檔編號B09B3/00GK101829671SQ20101016060
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者余廣煒, 劉波, 吳朝峰, 廖洪強, 李世青, 趙鵬 申請人:首鋼總公司