一种城市固废和二氧化碳共资源化利用的方法技术

本发明专利技术涉及城市固废资源化利用技术领域，具体涉及一种城市固废和二氧化碳共资源化利用的方法，以氧气

【技术实现步骤摘要】
一种城市固废和二氧化碳共资源化利用的方法


[0001]本专利技术涉及城市固废资源化利用
，具体涉及一种城市固废和二氧化碳共资源化利用的方法。

技术介绍

[0002]当前，我国城市固废(除厨余以外)通常的处理方法主要是填埋和焚烧发电，这样就造成了地下水的污染、土地资源浪费和邻避效应等问题。
[0003][0004]地球上的自然资源是有限的，然而人类社会的需求是无限的，人类社会因此要实现可持续发展，必须要加强物质资源的循环。城市固废循环利用的意义重大，城市固废含有大量的碳、氢组分，来自于废塑料和生物质，而废塑料主要是以石油和天然气这两种化石燃料为原料生产的。通过气化技术，将城市固废转换成富含CO、H2的合成气，再进行化工生产或冶金还原，实现碳、氢组分的循环，具有极大的意义。
[0005]煤气化工艺的类型有固定床、流化床和气流床三大类。其中，固定床和流化床已经用于城市垃圾的气化。固定床煤气化工艺适用于块状炉料，由于气化温度不高，反应速率慢，气化炉出口合成气中含有大量的焦油和芳香族化合物，其合成气的初步净化流程比较复杂，焦油污水的处理也是非常大的难题。城市固废中碳氢组分挥发分含量高，相比于煤气化工艺，上述问题会更加突出。固定床煤气化工艺适用于粉状炉料，一般是小于8mm，从气化效率看，流化床气化炉的特点是床层反应温度比较均匀，煤粉在炉内的停留时间短于固定床，因此总体而言其碳转化率比较低，冷煤气效率也不高，但是其气化强度高于一般的固定床气化炉、产品气中焦油和酚类等较低，从煤种适应性看，从提高碳转化率的角度讲，流化床气化炉只适应于高活性的煤种，由于气化温度低(约1050℃)，其灰渣一般呈非熔融态。气流床气化炉的高温、高压、混合较好的特点决定了它有在单位时间、单位体积内提高生产负荷的最大潜能，符合大型化工装置单系列、大型化的发展趋势，代表了煤气化技术发展的主流方向。粉煤(粒度<0.1mm)被气化剂夹带通过特殊的喷嘴进入反应器，瞬时着火，形成火焰，温度高达2000℃。粉煤和气化剂在火焰中作并流流动，粉煤急速燃烧和气化，反应时间只有几秒钟，可以认为放热与吸热反应差不多是同时进行的，在火焰端部，即煤气离开气化炉之前，碳全部耗尽。迄今为止，已广泛应用于大规模工业生产的日处理煤1000t以上的气化炉几乎全为气流床气化炉，就是一个明显的例证。与固定床和流化床相比，其操作温度高、碳转化率高，合成气中不含焦油等产物。目前还没有关于采用气流床进行城市固废气化的公开报道。
[0006]综合对比分析已有煤气化技术，可以发现：气流床煤气具有反应温度高、反应速率快、气化效率高、合成气净化处理成本低、原料适应性广、残渣呈熔融态等优点，特别适合于城市固废的气化熔融处理，可抑制二噁英的产生，降低尾气处理成本，残渣不是危废，处理也很简单，唯一的要求是入炉原料的粒度要足够细，一般是小于0.1mm，这对于城市固废这一组分复杂的混合物来说是一个重要挑战。由于城市固废反应性高，该粒度可以适度放宽
要求。
[0007]城市固废的气化熔融处理技术相比于垃圾焚烧发电，不仅可以回收碳、氢资源，还可以极大降低尾气和残渣的处理成本，是一项非常有前景的城市固废资源化技术。现有城市固废气化熔融技术有两步法和一步法，两步法投资高、系统复杂、运行成本高，一步法更有优势。现有的城市固废一步法直接气化熔融技术有如下几种：
[0008](1)高炉法：日本新日铁公司以高炉设备为主体，将城市固废、焦炭、石灰石从炉顶加入，经历干燥预热、分解气化、燃烧和熔融，炉顶合成气可用于发电或供热，熔融炉渣和金属经水淬后磁选分离，金属回收利用，残渣做建筑材料，熔融水淬残渣的重金属浸出毒性满足环保标准。该工艺可以利用现有的成熟的高炉炼铁设备，易于大型化，可以处理热值低且组分、粒度复杂的物料，进行了一定程度的应用，但是该工艺需要添加焦炭以保证炉内的透气性，该工艺也将面临固定床气化炉共同的问题，即出口合成气中含有大量的焦油和芳香族化合物，其合成气的净化流程比较复杂。
[0009](2)流化床法：日本开发了双内旋转循环流化床气化技术，保证了良好的传热传质效果，并集合了飞灰熔融技术，该技术被大部分日本权威认可，双内旋循环流化床气化炉在控制污染物的排放上也有相当出色的表现，各项参数的排放均远低于法定限量，二噁英排放浓度0.0073ng TEQ/m3。该流化床产生的烟气量大大小于传统垃圾焚烧炉，同时精简了余热锅炉和污染控制系统的尺寸。但是流化床技术在大型化方面不具备优势，而且流化床一般要求入炉粒度小于10mm，尚未见到该技术关于城市固废粒化工艺的相关报道。
[0010]此外，专利技术名称为“一种城市生活垃圾热解气化炉与热解气化方法”的中国专利(申请号：CN201911072448.3)，公开了一种城市生活垃圾热解气化的方法，经过破碎后的城市生活垃圾进入流化床段发生热解反应，生成热解气和半焦，半焦与蒸汽和空气发生反应生成气化气和灰渣。该方法中垃圾热解后生成的半焦与空气反应，空气中含有大量的氮气会降低合成气的热值，降低热量的利用率。反应过程中的灰渣直接排出气化炉，灰渣中含有的大量重金属元素会对环境造成二次污染。
[0011]专利技术名称为“超高热值垃圾分程干燥热解气化内燃发电技术”的中国专利(申请号：CN201811095072.3)，公开了一种用于处理城市超高热值垃圾资源利用系统，通过干湿分离，对可燃干垃圾进行热解、气化。该方法的垃圾预处理装置虽然对超高热值垃圾的筛分，之后进入干燥装置，用于超高热值垃圾中水分的蒸发，但是没有对垃圾进行充分破碎，未能保证对垃圾的充分混均和粒化，会导致热解过程中反应不充分，降低气化效率。
[0012]专利技术名称为“利用城市垃圾高温气化联合循环发电的方法及其系统”的中国专利(申请号：CN201110285749.1)，公开了一种利用城市垃圾高温气化联合循环发电的方法及其系统，在纯氧的环境下高温燃烧，将垃圾中的有机成分气化，无机成分熔融化。该方法虽然对储存的大量垃圾进行干燥、破碎(其干燥温度在 180～220℃，破碎时使垃圾的破碎细度在1mm以下)，但是该方法没有说明具体的破碎过程和破碎设备，简单的预处理过程很难保证垃圾的破碎粒度。在1000℃～1250℃的范围内燃烧垃圾，未能保住无机物充分熔融化，灰渣中含有大量焦油、重金属等污染物，该方法将灰渣急冷后直接排放会对环境造成二次污染。
[0013]专利技术名称为“一种城市生活垃圾双床热解气化装置和热解气化方法”的中国专利(申请号：CN201911071569.6)，公开了一种城市生活垃圾双床热解气化装置和热解气化方
法，经过破碎后的垃圾进入热解室发生热解反应，生成热解气和垃圾半焦与部分蒸汽和空气发生燃烧反应和气化反应。该方法采用双床热解气化装置，提高了设备成本且操作较为繁琐。该方法没有说明具体的热解和气化温度，气化剂采用空气会使合成气的热值降低。冷却后的灰渣连同激冷室的水从底部的灰水出口排出，产生的污水很难处理。
[0014]专利技术名称为“垃圾衍生燃料(RDF)热解气化系统”的中国专利(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市固废和二氧化碳共资源化利用的方法，其特征在于，以氧气
‑
二氧化碳混合气体为氧化剂，与细碎后的城市固废进行并流燃烧和气化反应得到炉渣和合成气。2.根据权利要求1所述的城市固废和二氧化碳共资源化利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将经分选、粗破碎预处理后的城市固废在惰性保护气氛下低温加热，后冷却，剪切破碎、筛分，获得粒度小于1.0mm的细碎物料；(2)以经过预热的氧气
‑
二氧化碳混合气体为氧化剂，与步骤(1)所得细碎物料共同喷入反应炉中进行并流燃烧和气化反应，同时喷入碱性熔剂控制反应炉中渣系碱度0.8
‑
1.0，反应结束后收集炉渣和反应炉排出的粗合成气体；(3)粗合成气体经除尘、净化后得到净合成气。3.根据权利要求2所述的城市固废和二氧化碳共资源化利用的方法，其特征在于，所述步骤(1)中：分选具体为经分类去除可回收物、厨余、砖瓦和有害物；粗破碎预处理后的城市固废粒度小于50mm，水分含量小于15％，废塑料含量30
‑
50wt％，木竹类生物质含量5
‑
10wt％；低温加热温度300
‑
450℃，低温加热时间30
‑
60min；筛分后...

【专利技术属性】
技术研发人员：王广，张宏强，王静松，薛庆国，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：