一种催化热解有机固体废弃物制取气体燃料的反应系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种催化热解有机固体废弃物制取气体燃料的反应系统及其方法。将收集到的有机固体废弃物置于两级干燥室内进行干燥，然后进入热解炉，反应产生的热解碳送入粉碎机后喷入燃烧室燃烧。燃烧室燃烧产生的烟气对热解炉和催化裂解室进行加热。烟气加热后引入二级干燥室烟气进口对物料进行烘干。热解炉中产生的油水蒸汽进入催化裂解室中进行二次裂解精制。催化剂选用二维柱撑分子筛，催化裂解后的油水混合蒸气引入冷凝器，冷凝器出来的不凝气体依次经过除尘装置、CO2吸收塔进行净化后，装入储气瓶。本发明专利技术所用原料来源广泛，且催化所用载体廉价易得且稳定，烟气循环利用，制取过程连续且低消耗。

A Reaction System and Method for Catalytic Pyrolysis of Organic Solid Waste to Gas Fuel

The invention discloses a reaction system and a method for preparing gas fuel by catalytic pyrolysis of organic solid waste. The collected organic solid wastes were placed in a two-stage drying chamber for drying, and then entered the pyrolysis furnace. The pyrolysis carbon produced by the reaction was fed into the pulverizer and then injected into the combustion chamber for combustion. The flue gas from combustion chamber heates the pyrolysis furnace and catalytic cracking chamber. After the flue gas is heated, the flue gas inlet of the secondary drying chamber is introduced to dry the materials. The oil and water vapor produced in the pyrolysis furnace enters the catalytic cracking chamber for secondary cracking refining. Two-dimensional pillared molecular sieve was used as catalyst. Oil-water mixed vapor after catalytic cracking was introduced into the condenser. The non-condensable gas from the condenser was purified by dust removal device and CO2 absorption tower in turn, and then packed into the gas storage cylinder. The raw material used in the invention has a wide range of sources, the carrier used for catalysis is cheap, easy to obtain and stable, the flue gas is recycled, and the preparation process is continuous and low consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种催化热解有机固体废弃物制取气体燃料的反应系统及其方法
本专利技术涉及一种制取过程连续且低消耗的有机可燃固体废弃物热解制取高热值洁净燃气的系统，尤其涉及一种催化热解有机固体废弃物制取气体燃料的反应系统及其方法。
技术介绍
有机固体废弃物通常包括农林废弃物、城市生活垃圾、工业有机废弃物、污泥、餐厨垃圾等。我国人口众多，随着消费水平的提升，有机固体废弃物数量连年增长。有数据统计,仅2015年我国生活垃圾达2.48亿t，农业固体废物中秸秆的年产量突破8000万t，餐厨垃圾产生量超过8000万t，畜禽废弃物排放总量38亿t，市政污泥(含水率80％)产生量接近3500万t，目前有机废弃物每年仍以8％～10％的速度递增。有机固体废弃物具有资源性与危害性并存的特点。其资源性体现在：有机固体废弃物中蕴含着大量的生物质能，若能将有机固体废弃物完全实现资源化利用，必将形成巨大的生态效益及经济效益。危害性则表现在：若不妥善处置，将散发恶臭、滋生细菌、产生携带病原体微生物的粉尘等，给生态环境造成极大地危害。对于有机固体废弃物的无害化处理，国内主要的方式为填埋、焚烧、堆肥和热解。填埋法大量占用土地资源、污染环境，能量回收率较低；燃烧法无法实现较好资源化利用，且易产生二噁英和重金属污染；堆肥处理则由于有机固体废弃物成分复杂，难以保证堆肥效果和环境友好性。热解是指在无氧或缺氧环境下，对有机固体废弃物进行高温热分解，使得有机物发生热化学转化反应，改变原有分子结构形态，使之转变成不同相态碳氢化合物的过程。其气态产物包括甲烷、一氧化碳、氢、焦油、水蒸汽等混合气体，其比例依据垃圾中的各种成分比例而不同。其过程如下方程所示：有机固体废弃物热解技术在二噁英和氮硫氧化物的排放上更具优势，同时还具有无害化显著、资源化充分、二次污染小等特点，在现在提倡保护生态环境，二氧化碳减排和低碳生活的大环境下，热解有机固体废弃物技术极具发展前景。然而，由于有机固体废弃物组分复杂，传统的热解方式得到的热解产物中，较多的焦油、杂质气体如HCl、SO2、CO2的存在导致难以得到较为纯净且高热值的气体燃料。并且，热解需要消耗大量的能量进行前期烘干以及维持热解高温,如何减少热解过程的耗能也是热解处理有机固体废弃物急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有有机固体废弃物资源化处理困难的难题，从而提供一种连续、高效、低消耗且能制得较为纯净的气体燃料的催化热解有机固体废弃物制取气体燃料的反应系统和方法。通过二维柱撑分子筛的催化作用，在有机固体废弃物完全转化的同时，得到高热值的混合气体燃料。一种催化热解有机固体废弃物制取气体燃料的反应系统，包括进行晾干有机固体废弃物的一级干燥室，进行烘干的二级干燥室，进行热解反应的热解装置，对热解碳进行粉碎的粉碎装置，对热解碳和辅助燃料进行燃烧的燃烧装置，对热解气体和液体进行催化裂解的催化裂解装置，对裂解后气体进行冷凝的冷凝装置，对制得气体进行CO2脱除的气体净化装置以及储存气体的储气瓶。且所述一级干燥室、二级干燥室和热解炉依次连接，热解炉设置气体出口与固体残渣出口，所述热解炉的气体出口与催化裂解室连接，所述热解炉的固体残渣出口与粉碎机连接，所述粉碎机出口与燃烧室连接；催化裂解室、冷凝器、CO2吸收塔和储气瓶依次连接。进一步的，所述一级干燥室和二级干燥室均设置气体出口，且分别通过第一风机和第二风机与燃烧室连接。所述一级干燥室与二级干燥室均设置有污水出口，所述污水出口均与污水处理装置相连接。二级干燥室的出料口与热解炉的进料口之间设置螺旋给料机，二级干燥室干燥后的有机固体废弃物通过螺旋给料机进入热解炉，热解炉的气液出口与催化裂解室的进口之间设置风机，热解生成的气液混合物通过风机进入催化裂解室，热解炉的底部设置固体残渣出口，热解炉的固体残渣出口与粉碎机之间设置螺旋出料机，所述燃烧室还与辅助燃料罐或热解炉的热解气出口连接，热解炉中生成的热解碳从所述固体残渣出口排出并通过搅动装置到达出料口，通过螺旋出料机进入粉碎机进行破碎，进入燃烧室与辅助燃料一起燃烧。所述辅助燃料通过风机吹入燃烧室中。所述辅助原料选自热解炉中产生的热解气或辅助燃料罐中的燃料。所述催化裂解室与冷凝器之间设置有真空泵，催化裂解室引出的气体通过背压阀进入冷凝器中。冷凝器的冷却水进口与水箱通过水泵连接，水箱中的冷却水通过水泵打入冷凝器内，对催化裂解室引出的气体进行冷却。冷凝器出口热水可以用作商业用途。冷凝器的液体出口与油箱连接，所述油箱与催化裂解室通过油泵连接，冷凝后的液体进入油箱中，通过油泵打入催化裂解室再次进行热解。所述CO2吸收塔的中下部设置微孔曝气板，所述曝气板的上层设置喷淋装置，采用乙醇胺水溶液对CO2进行吸收。所述CO2吸收塔与储气瓶之间设置第二布袋除尘器。燃烧室连接燃烧用鼓风机，空气通过鼓风机进入燃烧室内，燃烧室烟气出口与热风炉连接，且热风炉与热解炉和催化裂解室的烟气管道连通，燃烧室中产生的烟气进入热风炉后分别被引送至热解炉、催化裂解室的烟气管道内以提供热解和裂解所需要的热量；热解炉和催化裂解室的烟气管道与二级干燥室的烟气管道连通，将热解炉和催化裂解室中排出的烟气引入二级干燥室的烟气管道对固体废弃物进行加热烘干；最后，二级干燥室的烟气管道依次与第一布袋除尘器、引风机和烟囱连接，烟气通过第一布袋除尘器除尘净化达标后通过引风机进入烟囱后排放。本专利技术还提供的一种有机固体废弃物热解和气液两相产物在经二维柱撑分子筛催化后制取气体燃料的方法，包括以下步骤：1)将收集到的废弃物除去无机成分如玻璃、砖瓦、陶瓷等，剩余有机固体废弃物置于一级干燥室内进行生物干燥，所述生物干燥的过程中沥出的水分通过污水出口进入污水处理装置进行净化处理，生物干燥过程产生的气体通过第一风机引入燃烧室进行燃烧；2)生物干燥后的有机固体废弃物通过传送装置进入二级干燥室进行烘干，所述二级干燥室干燥的过程中沥出的水分通过污水出口进入污水处理装置进行净化处理，二级干燥室烘干过程中产生气体通过第二风机引入燃烧室进行燃烧；3)步骤2)烘干后的有机固体废弃物通过螺旋进料机进入热解炉中进行热解，采用真空泵控制热解炉的真空度，将所述热解反应置于无氧或极低氧条件下；4)所述步骤3)中有机固体废弃物经热解后产生的热解碳在热解炉内搅动输送装置的作用下到达热解炉的固体残渣出口，通过螺旋出料机将热解碳输送入粉碎机内。5)在粉碎机中热解碳被破碎，然后被送入燃烧室内与辅助燃料一同进行燃烧；6)所述步骤3)中有机固体废弃物在热解炉中经热解后产生的气液混合物通过风机进入催化裂解室进行二次裂解精制；7)所述步骤6)的二次裂解精制得到的气体通过真空泵引入冷凝器，冷凝后的液体产物温度低于水在该压力下的饱和温度以防止水蒸气混入气体中；8)从冷凝器排出的不凝气体依次经过第二布袋除尘器、CO2吸收塔进行净化后，作为气体燃料装入储气瓶；9)冷凝器中凝结的液体先进入油箱，然后通过油泵返回至催化裂解室再次催化裂解。10)燃烧室燃烧产生的烟气引至热解炉和催化裂解室的烟气管道对热解炉和催化裂解室进行加热；11)所述步骤10)中烟气加热热解炉和催化裂解室后引入二级干燥室的底部烟气进口对所述生物干燥后的有机固体废弃物进行烘干；12)所述步骤11)中烘干有机固体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化热解有机固体废弃物制取气体燃料的反应系统，其特征在于：包括一级干燥室（2）、二级干燥室（28）、热解炉（7）、粉碎机（26）、燃烧室（24）、催化裂解室（22）、冷凝器（21）、CO2吸收塔（17）和储气瓶（16）；所述一级干燥室（2）、二级干燥室（28）和热解炉（7）依次连接，热解炉（7）设置气体出口与固体残渣出口，所述热解炉（7）的气体出口与催化裂解室（22）连接，所述热解炉（7）的固体残渣出口与粉碎机（26）连接，所述粉碎机（26）出口与燃烧室（24）连接；催化裂解室（22）、冷凝器（21）、CO2吸收塔（17）和储气瓶（16）依次连接。

【技术特征摘要】
1.一种催化热解有机固体废弃物制取气体燃料的反应系统，其特征在于：包括一级干燥室（2）、二级干燥室（28）、热解炉（7）、粉碎机（26）、燃烧室（24）、催化裂解室（22）、冷凝器（21）、CO2吸收塔（17）和储气瓶（16）；所述一级干燥室（2）、二级干燥室（28）和热解炉（7）依次连接，热解炉（7）设置气体出口与固体残渣出口，所述热解炉（7）的气体出口与催化裂解室（22）连接，所述热解炉（7）的固体残渣出口与粉碎机（26）连接，所述粉碎机（26）出口与燃烧室（24）连接；催化裂解室（22）、冷凝器（21）、CO2吸收塔（17）和储气瓶（16）依次连接。2.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述一级干燥室（2）和二级干燥室（28）均设置气体出口，且分别通过第一风机（1）和第二风机（29）与燃烧室（24）连接；所述一级干燥室（2）和二级干燥室（28）均设置污水出口，所述污水出口均与污水处理装置（30）相连接。3.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于：所述二级干燥室（28）的出料口与热解炉（7）的进料口之间设置螺旋给料机（5），热解炉（7）的气液出口与催化裂解室（22）的进口之间设置风机，热解炉（7）的固体残渣出口与粉碎机（26）之间设置螺旋出料机（27），所述燃烧室（24）还与辅助燃料罐（23）或热解炉（7）的热解气出口连接。4.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于：所述催化裂解室（22）与冷凝器（21）之间设置有真空泵，冷凝器（21）的冷却水进口与水箱（18）通过水泵（19）连接；冷凝器（21）的液体出口与油箱（20）连接，所述油箱（20）与催化裂解室（22）通过油泵（21）连接，冷凝后的液体进入油箱（20）中，通过油泵（21）打入催化裂解室（22）再次进行热解；所述CO2吸收塔（17）的中下部设置微孔曝气板（14），所述曝气板的上层设置喷淋装置；所述CO2吸收塔（17）与储气瓶（16）之间设置第二布袋除尘器（15）。5.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于：燃烧室（24）连接燃烧用鼓风机（25），燃烧室（24）烟气出口与热风炉（11）连接，且热风炉（11）与热解炉（7）和催化裂解室（22）的烟气管道连通，热解炉（7）和催化裂解室（22）的烟气管道与二级干燥室（28）的烟气管道连通，从而将烟气用于对固体废弃物进行加热烘干，二级干燥室（28）的烟气管道依次与第一布袋除尘器（6）、引风机（8）和烟囱（10）连接，将烟气进行除尘净化达标后排放。6.一种使用权利要求1-5任一项所述的反应系统催化热解有机固体废弃物制取气体燃料的方法，其特征在于，包括如下步骤：1）将收集到的废弃物除去无机成分，剩余有机固体废弃物置于一级干燥室（2）进行生物干燥；所述生物干燥的过程中沥出的水分通过污水出口进入污水处理装置进行净化处理，生物干燥过...

【专利技术属性】
技术研发人员：余昭胜，唐芳芳，梁建怡，马晓茜，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44