CN104087340B

CN104087340B - 一种油、气、炭可调的废弃物热解的系统和方法

Info

Publication number: CN104087340B
Application number: CN201410247492.4A
Authority: CN
Inventors: 陈德珍; 王娜; 张旭; 王中慧
Original assignee: Tongji University
Current assignee: SHANGHAI JIDE ENERGY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2034-06-06
Also published as: CN104087340A

Abstract

本发明涉及一种油、气、炭可调的废弃物热解的系统和方法，所述系统包括预反应段、主反应器和调质器以及颗粒分离器；预反应段前面与加料器连接，后面与主反应器相连，主反应器后接调质器；调质器后连接颗粒分离器。具体是：含水率在60%及以下的废弃物由加料器进入预反应段；反应后的废弃物送至主反应器，反应完毕后产生的残焦排入调质器，同时产生的挥发份也强制排入调质器与残焦接触反应调质，调质器同时实现了残焦和挥发份的调质，调质处理后的挥发份送入颗粒分离器，清洁挥发份输出，调质后残焦的热值为3.37-6.74MJ/kg，可用作建材原料或进卫生填埋场。预反应段工作温度为105~298℃，有惰性气体或烟气通入，主反应器工作温度为450-650℃；调质器工作温度为700-900℃。本发明能够获得更高品质的油、更多的可燃气体并适应废弃物含水率的变化。

Description

一种油、气、炭可调的废弃物热解的系统和方法

技术领域

本发明属于废弃物资源化处理领域。具体地，本发明涉及一种油、气、炭可调的废弃物热解的系统和方法。

背景技术

目前我国城乡垃圾的产生量越来越多。现有处理垃圾的技术有焚烧、填埋堆肥以及厌氧发酵方法，其中只有焚烧方法可以最大限度地实现减容。但是由于焚烧带来的潜在二次污染引起公众的强烈反对，目前焚烧项目难以建设。其它的热处理技术包括气化和热解，与焚烧类似均有明显减容效果（减容70%~80%以上），但是气化所产生的燃气热值低，同时净化要求高，采用内燃机发电案例少，通常是将燃气直接燃烧产生蒸汽发电，不仅发电效率低，而且仍会产生一定量的焚烧飞灰，需要做为危险废弃物处理。常规的热解技术是隔绝氧气加热使物料分解的过程，产物为油、气、炭（残焦）。热解是产生的燃气在净化以后再燃烧，极少产生烟尘；而自热解过程中产生的残焦不仅含有一定量的碳可以作为燃料，又因为它不是焚烧的产物，因此不属于危险废物。热解过程有许多现有技术,最常见的是批式反应器;以及一些专利技术,如双流化床可燃固体废弃物热解油气联产装置及方法（CN201410036675），一种高分子废弃物的热解气化装置（CN201320126288）；农业废弃物热解炉(CN201110321274),等。然而现有的技术在一定的热解温度下即热解温度固定的条件下，既不能对油、气、炭（即残焦）三个产品的质量进行有效控制；也无法在不使用催化剂的条件提高回收油的品质，如发明申请“一种高分子废弃物的热解气化装置(CN201320126288)”中使用催化剂提高油的品质，但是所涉及的催化剂寿命和再生是个重要的问题，不仅影响经济性，也影响运行的连续性和稳定性。当改变热解温度时，油、气、炭的产量和质量按照一定的规律联动，不能按照需要来调节，例如在合适产油的热解温度下炭的热值也很高，不能有效地将炭中的热值转移到油或者气中来，发明专利“污泥或有机垃圾高低温耦合热解方法”（CN200910198391）提供了一种将第一步中低温裂解产生的部分炭化的物料送入中温炭化炉进行炭化，并进一步将部分中温炭化的物料与其它废物的混合物送入高温热解炉进行气化的系统和方法来得到多种固体的炭化产物和燃气，但是该系统和方法不能产生高品质的油。

鉴于现有的热解技术和系统不能满足经济、高效地调节产品质量的要求，为了更经济、安全、高效地实现油、气、炭品质的可调节；本发明提出一种高效、经济、可稳定运行、不使用催化剂的废弃物热解系统和方法，以保证从不同废弃物中回收得到高品质的油和气，而炭中残留的热值低，但仍可以作为建材原料使用。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种油、气、炭可调的废弃物热解的系统及其方法，该系统在实现废弃物热解清洁处置的同时还可以提高所回收的油和气的品质。

本发明提出的一种油、气、炭可调的废弃物热解的系统，所述系统包括预反应段3、主反应器5、调质器7和颗粒分离器10，预反应段3上部进料口与加料器2相连接，后面与主反应器5顶部相连，预反应段3顶部连接有气体洗涤器13，主反应器5底部残焦出口连接调质器7进料口，主反应器5顶部挥发份出料口连接调质器7顶部进料口；调质器7后面连接颗粒分离器10，颗粒分离器10顶部为清洁挥发分出口，底部为残焦出口；所述系统用于处理含水率在60%以下的废弃物。

本发明中，所述预反应段3采用回转式反应器、流化床式反应器或螺旋管式反应器中任一种；所述主反应器5采用多段管式反应器、螺旋推进式反应器、回转窑式反应器或板式受热面反应器中任一种；所述调质器7采用螺旋管式反应器、回转式反应器或降落管式反应器中任一种；所述颗粒分离器10选自旋风除尘器、泡沫金属过滤器或陶瓷过滤器。所述气体洗涤器13选自带有除沫措施的文丘里式、喷雾式或筛板塔式碱液洗涤器中任一种，并可选择加装等离子体除臭器。

本发明中，当废弃物1的含水率不高于42%时，预反应段3连接有惰性气体入口，有惰性气体15通入预反应段3；惰性气体15自预反应段3进入气体洗涤器13后以循环气体14的方式循环利用；气体洗涤器13通过循环气体14的管道再连接预反应段3。

本发明中，所述惰性气体15采用N₂或CO₂。

本发明提出的油、气、炭可调的废弃物热解的系统的使用方法，具体步骤如下：

经过初步预处理以后含水率在60%以下的废弃物由加料器2加料到预反应段3，所述预反应段3的外部设有加热或者保温，工作温度为105~298℃；然后将预反应后的物料4送至主反应器5，所述主反应器5的外部设有加热，工作温度在450-650℃；废弃物在主反应器5内热解生成残焦6和挥发份8；反应完毕后产生的残焦6排入调质器7，同时产生的挥发份8也强制送入调质器7与残焦6接触反应调质，所述调质器7的外部设有良好保温或者加热，工作温度为700-900℃，残焦6和挥发分8在调质器7内再次反应调质获得更高品质的油以及更多的可燃气体；调质器7同时实现了残焦6和挥发份8的同时调质，调质处理后的挥发份9送入颗粒分离器10，经过颗粒分离器10处理的挥发份成为后清洁的挥发份12输出利用，调质后的残焦11输出利用或填埋。

本发明中，经过气体洗涤器13后的循环气体14被系统的余热加热至300℃-380℃。

本发明中，当废弃物1的含水率为42-60%时，来自主反应器5的烟气17直接通入预反应段3；然后进入气体洗涤器13再排出，此时气体洗涤器13推荐加装等离子体除臭器。

本发明中，所述调质器7中所述挥发份8与残焦6在其内部顺流或者逆流相对流动，接触反应实现调质。

本发明中，当为了获得更高品质的油时，调质器7工作温度为700--800℃；当为了获得改良的合成气时，调质器7工作温度为800-900℃。

本发明中，所述调质后的残焦11的热值在3.37~6.74MJ/kg范围内。

本发明中，调质器7底部设有烟气进口，所述烟气进口连接燃烧炉16，所述燃烧炉16设有气体入口，所述调质器7顶部设有烟气出口，所述烟气出口连接主反应器5的烟气入口，所述主反应器5的顶部设有烟气出口。

本发明中，调质器7、主反应器5以及预热段3的加热可以按如下方法实施，具体为：

颗粒分离器10产生的可燃气体作为引射气19引射分离颗粒后的挥发份12到燃烧室16燃烧产生的烟气17在调质器7外加热，随后烟气17进入主反应器5，从主反应器5的外侧排出的烟气17进入循环气体加热器18加热循环气体14，冷却后的烟气17排入净化装置。

用助燃用的压缩空气作为引射气19引射分离颗粒后的挥发份12到燃烧室16燃烧产生的烟气17在调质器7外加热，随后烟气17进入主反应器5，从主反应器5的外侧排出的烟气17进入预反应段3加热废弃物1，然后携带水分的烟气排入气体洗涤器13。

采用本发明所提供的废弃物热解的系统和方法，可以实现对热解产物油、气、炭调节产量比例、改善其质量，这是基于以下原理来实现的：

（1）废弃物热解的挥发份8中本来含有一定量的水蒸气和CO₂，水蒸汽来源于废弃物携带的水分以及废弃物中含有的氧元素；CO₂的量主要来源于废弃物中没有排尽的空气以及废弃物中的氧元素，热的水蒸汽、CO₂和热的残焦6反应，会生成新的燃气，反应如下（谢继东，徐振刚，姜英。煤焦与水蒸气气化反应热力学分析，《煤炭科学技术》，2010，vol.38(4):124-128）：

C_(s)+H₂O→CO+H₂（1）

吸热反应；(温度>720℃有利于此反应；700℃，ΔH＝＋105.2kJ/mol；800℃，ΔH＝＋97.8kJ/mol；900℃，ΔH＝＋89.3kJ/mol)。

C_(s)+2H₂O→CO₂+2H₂（2）

吸热反应；(温度<720℃有利于此反应；700℃，ΔH＝＋114.7kJ/mol；800℃，ΔH＝＋116.7kJ/mol；900℃，ΔH＝＋117.5kJ/mol)。

C_(s)+CO₂→2CO（3）

吸热反应；(温度>800℃有利于此反应；700℃，ΔH＝＋95.4kJ/mol；800℃，ΔH＝＋78.4kJ/mol；900℃，ΔH＝＋60.5kJ/mol)。

通过上述反应使得残焦6中的C元素转化为可燃气体，增加可燃气体的量，但是不会导致可燃气体的热值降低。

（2）废弃物热解的挥发份8中含有油分，在降温冷凝后会形成液态的油，由于生活垃圾、废塑料类废弃物通过热解产生的油蜡质\沥青质成分高、需要轻质化和降低粘度才能利用，现有的技术采用催化剂，而本发明采用炽热的残焦6和热的挥发份8接触，残焦6中的碳以及所含的氧化物（如SiO₂,CaO，MgO等）、无机盐会起到催化剂的作用，发生复杂的反应，难以准确描述；但可以用下述反应简单地表述其改质效果：

1）降解、重整反应：

C_mH_nO_p+C_(s)→C_m-aHn-bOp-q+C_aH_b+CO+CO₂（m,a，m-a均大于5）（4）

C_mH_n→C_m-αH_n-β+C_αH_β吸热反应（m,m-α均大于5;α小于5）（5）

例如对于沥青质的油，可发生如下降解、重整反应：

2）脱氢反应：

C_mH_n→C_mH_n-2+H₂吸热反应（6）

3）水解反应（羟基化反应）

以含卤素的单氯苯为例，可以在炭催化的作用下与水蒸汽发生如下反应：

(7)

通过这样的反应减少了油中的卤素含量，改变和提高了油以及燃气的品质，避免了后续使用中潜在的卤素污染。而生成的HCl之类的物质可能被碱性化的残焦所吸附。

（3）中温热解形成的残焦6中还含有一定量的挥发性物质，在继续加热升温条件下这些挥发性物质会析出形成可燃气体的一部分：

残焦（受热）→碳+可燃气（8）

而留下的残焦中则主要剩下碳和无机物。由于碳的存在避免使残焦中所含的重金属在后续与水接触过程中被浸出，但是由于有机物的大幅减少，可溶性有机物(DOC)大量减少，使残焦填埋或者做建材都更安全。

除了上述三类反应之外，还有其它类型的反应如取代反应、二次裂解等，都会将重油变轻。

采用本发明所提供的油、气、炭可调的废弃物热解系统和方法，其优点是：

1）可以使废弃物热解处理中不需要催化剂、不需要非常高的温度可以实现油的轻质化、降低油的粘度；避免了催化剂的老化、失效引起的系统运行不稳定；也省去了催化剂频繁更换带来的麻烦；

2）可以利用挥发份8与残焦6之间的反应产生较多量(≥500Nm³/t)的合成气体，不仅便于余热利用甚至是发电；还降低了油中的水分、便于油的后续加工与利用；

3）使残焦中的炭部分反应，有机质继续挥发出来，可以避免残焦11携带过多的热值，提高了系统回收的热量；同时残焦11由于保留了含碳量，仍然对重金属有固定效果，不需要再处理就可以卫生填埋，甚至作为建材原料；

4）残焦经过进一步的脱去有机组分，其碱性强化，因此对可燃气体中的酸性杂质如HCl等有吸附效果，使可燃气体和油的清洁化程度提高；

5）与传统的油、气、炭靠改变热解温度来调节质量和产量相比，本发明的优势是可以在主反应器5处采取较低的热解温度，例如500℃，来完成热解反应，避免反应器５过热，延长反应器5的寿命；同时提高产油率。而油的调质在调质器７中进行，调质器７可以专门设计应对高温环境；

6）在调质器7中挥发分8和残焦6的余热都得到了利用，而现有的技术，对油的改质催化反应器需要对催化剂加热，节约了能耗、提高了经济性；

7）由于废弃物热解产生的水分最终用于调质反应（1）和（2）,因此废弃物进入热解系统的水分可以放宽，例如从现有技术控制在30%以下放宽到上限60%左右，加大了可以处理物料的范围。

附图说明

图1是本发明所提供的系统和方法实施示意图。

图2是本发明所提供的系统和方法的一种优化实施示意图（废弃物1的含水率不高于42%)。

图3是本发明所提供的系统和方法的一种优化实施示意图（废弃物1的含水率42-60%）

图中标号：1是废弃物进料；2是加料器；3是预反应段；4是预反应后的物料；5是主反应器；6是残焦；7是调质器；8是挥发份；9是调质后的挥发份；10是颗粒分离器；11是调质后的残焦；12是清洁挥发份；13是气体洗涤器；14是循环气体；15是惰性气体；16是燃烧炉；17是烟气；18是循环气体加热器；19是引射气；20是气锁型出料器。

具体实施方式

下面通过具体实施例来详细说明本发明的实施方案和效果。

实施例1：

图2示出了本发明所提供的系统和方法的一种具体优化的实施方式。该具体实施方式的系统包括废弃物进料1、加料器2、预反应段3、预反应后的物料4、主反应器5、残焦6、调质器7、挥发份8、调质后的挥发份9、颗粒分离器10、调质后的残焦11、清洁挥发份12、气体洗涤器13、循环气体14、惰性气体15、燃烧炉16、烟气17、循环气体加热器18以及可燃气19。

在该具体实施方式的系统中，通过设置相应的管道连接，可以按照如下运行方式实现废弃物热解产物油、气、炭质量调节的目的：

所述的废弃物1经过初步预处理以后含水率在0~42%，由加料器2加料到预反应段3；然后将预反应后的物料4送至主反应器5，反应完毕后产生的残焦6排入调质器7，同时产生的挥发份8也强制送入调质器7与残焦6接触反应调质，残焦6和挥发份8之间发生了调质反应(1)-(6)，同时残焦自身发生反应(7)，调质处理后的挥发份9送入颗粒分离器10，最后清洁的挥发份12输出利用，调质后的残焦11输出利用或填埋。在系统的优化实施方案中，经过调质后的残焦11热值控制在3.37~6.74MJ/kg范围内，能保证其中所含的重金属在填埋后不浸出，也可以用作烧砖、水泥的原料。在系统的优化实施方案中，调质器7、主反应器5以及预热段3的加热,是用系统产生的可燃气体19（来源于清洁挥发份12输出后冷凝分离所得）引射清洁挥发份12到燃烧室16燃烧产生烟气17来实现的。烟气17先在调质器7外加热，随后烟气17进入主反应器5，从主反应器5的外侧排出的烟气17进入循环气体加热器18加热循环气体14，将循环气体14加热至300℃-380℃以避免从预热段外壁对预热段的加热，从而使预反应段简化。冷却后的烟气17排入净化装置，这样现有技术中因为主反应器5加热所需的提供的热源，在本发明的优化实施方案中通过热量梯级利用的方式使预热段3和调质器7的热源同时得到了解决，共享了为主反应器5加热所需的提供的热源。

本发明中，所述废弃物为生活垃圾、污泥、废塑料、秸秆等生物质、沼渣等。

实施例2

某县级市生活垃圾经过滚筒筛分离湿份组分和沙土后1，含水率30%，干塑料含量28%，其它成分为废纸、布料、草木树枝和其它组分，如表1所示：

表1某市垃圾经过滚筒筛进行干、湿分离后干垃圾的组分

组分	百分比	含水率
			废塑料	40%	30%
织物	12%	32%
			粗大厨余及草木类	13%	35%
纸类	20%	30.02%
			其他余渣	15%	24.00%
合计	100%	30%
			氯含量	1.6%
干基低位热值	15.664KJ/kg

利用现有技术处理时，表1中的垃圾1先预热后或者不经过预热直接进入主反应器5，主反应器5的工作温度为500℃时，从主反应器5出来的挥发份8经过冷凝后分离得到油份34%（其中水分10%，无水油份24%）、气体22%，炭（残焦）6的得率为44%。经过检测、油的热值32MJ/kg,气体的热值16.6MJ/kg，残焦的热值9.6MJ/kg，油的运动粘度112mm²/s。油中含氯0.8%，对后续的加工有严重影响。

采用本发明系统和方法实施，所述的废弃物1含水率30%，由加料器2加料到预反应段3；预反应段3为回转式反应器，利用380℃的热N₂冲入与冷的物料1接触，使预反应段3的工作温度为290℃，物料在预反应段3停留25-30min,然后将预反应后的物料4送至主反应器5，主反应器5为多段管式反应器，工作温度为500℃，物料4在主反应器5内停留40min后产生的残焦6排入调质器7，同时产生的挥发份8也强制送入调质器7与残焦6接触反应调质，调质器7选自螺旋管式反应器，工作温度700℃，调质处理20min后的挥发份9送入颗粒分离器10，颗粒分离器10选自旋风除尘器，最后分离颗粒后的挥发份12输出利用，调质后的残焦11的热值为6.7MJ/kg，残焦得率为37%，可以用于烧砖或者作为其它建材原料。挥发份12经过冷凝后分离得到油分23%（其中含水量仅1%），气体产率41%，测量可知油的热值34MJ/kg,气体的热值14.6MJ/kg，油的运动粘度90mm²/s。油中含氯低于0.1%，有利于后续的加工利用。

利用系统的优化实施方案即图2所示的实施方案来为系统提供加热能源。在此优化实施方案中，利用上述挥发份12冷凝分离得到、热值为14.6MJ/kg的可燃气体19引射清洁挥发份12到燃烧室16燃烧产生高温烟气17，烟气17先在调质器7外加热，随后烟气17进入主反应器5，从主反应器5的外侧排出的烟气17进入循环气体加热器18加热循环气体14，循环气体加热器18选自双面翅片式换热器，因为循环气体14被加热，在预反应段3内直接与物料相接触，在因此预反应段3的外部保温即可，可以使用非金属的如水泥制回转窑以节省成本。冷却后的烟气17排入净化装置，这样现有技术中因为主反应器5加热所需的提供的热源，在本发明的优化实施方案中通过高温烟气17的梯级利用，使调质器7和预反应段3共享了为主反应器5加热所需的提供的热源。

实施例3

某项目处理从生活垃圾和造纸垃圾中分离出的废塑料，希望从废塑料中回收油品。废塑料中含聚乙烯和聚丙烯共60%，含聚氯乙烯（PVC）5.0%，含杂质量18%，综合含水率17%。

利用现有技术处理时，废塑料垃圾1先熔融后或者不经过熔融直接进入主反应器5，主反应器5的工作温度为450℃-500℃时，从主反应器5出来的挥发份8经过冷凝后分离得到油和水54%（其中水分12%，无水油份42%）、气体19%，炭（残焦）6的得率为27%。经过检测、油的热值39MJ/kg,气体的热值26.78MJ/kg，残焦的热值10.3MJ/kg，油的运动粘度506mm²/s。油中含氯1.08%，对后续的利用有严重影响。

采用本发明系统和方法实施，所述的废塑料1含水率17%，由加料器2加料到预反应段3；预反应段3为流化床反应器，利用330℃的热N₂作为流化介质与冷的物料1接触，使废塑料熔化，预反应段3的工作温度为290℃，熔化的废塑料与热的N₂流之间形成流化床态的脱氯器，在预反应段3停留5-10min,然后将预反应后的物料4送至主反应器5，主反应器5为螺旋推进式反应器，工作温度为450℃，物料4在主反应器5内停留40min后产生的残焦6排入调质器7，同时产生的挥发份8也强制送入调质器7与残焦6接触反应调质，调质器7选自螺旋管式反应器，工作温度750℃，调质处理10-15min后的挥发份9送入颗粒分离器10，颗粒分离器10选自陶瓷过滤器，最后清洁的挥发份12输出利用，调质后的残焦11的热值为3.75MJ/kg，残焦得率为20%，可以用于烧砖或者作为其它建材原料。挥发份12经过冷凝后分离得到油分40.5%（其中含水量低于0.5%），气体产率39.5%，测量可知油的热值40MJ/kg,气体的热值16.33MJ/kg，油的运动粘度106mm²/s。油中含氯0.02%，有利于后续的加工利用。

利用系统的优化实施方案即图2所示的实施方案来为系统提供加热能源。在此优化实施方案中，利用上述挥发份12冷凝分离得到、热值为16.33MJ/kg的可燃气体19引射分离颗粒后的挥发份12到燃烧室16燃烧产生高温烟气17，烟气17先在调质器7外加热，随后烟气17进入主反应器5，从主反应器5的外侧排出的烟气17进入循环气体加热器18加热循环气体14，循环气体加热器18选自板翅式换热器，因为循环气体14被加热，在预反应段3内直接与物料相接触，在因此预反应段3的外部保温即可。冷却后的烟气17排入净化装置，这样现有技术中因为主反应器5加热所需提供的热源，在本发明的优化实施方案中通过高温烟气17的梯级利用，使调质器7和预反应段3共享了为主反应器5加热所需的提供的热源。

实施例4

某生活污水处理厂产生的污泥，即使经过干化以后含水率仍为42%，经分析干基低位热值为14.5MJ/kg，重金属含量符合标准GB/T24600-2009的要求。

采用热解处理，利用现有热解技术时，污泥1先经过干燥到含水率低于25%以后进入主反应器5，主反应器5的工作温度为450℃-500℃时，从主反应器5出来的挥发份8经过冷凝后分离得到焦油和水39%（其中焦油和水分难以分离，大约焦油15%，水分24%）、气体20%，炭（残焦）6的得率为41%。经过检测、焦油成分复杂难以利用，热值22.9MJ/kg,气体的热值17.67MJ/kg，残焦的热值9.3MJ/kg，可以作为土壤改良剂。

采用本发明系统和方法实施，所述的污泥1含水率42%，由加料器2加料到预反应段3；预反应段3为螺旋推进式反应器，利用300℃的热N₂冲入与冷的物料1接触，使污泥中的水分蒸发，预反应段3的物料温度维持为110℃以内，污泥在预反应段3停留15-20min,然后将预反应后的物料4送至主反应器5，主反应器5为板式受热面反应器，工作温度为450℃，物料4在主反应器5内停留35min后产生的残焦6排入调质器7，同时产生的挥发份8也强制送入调质器7与残焦6接触反应调质，调质器7选自回转式反应器，工作温度800℃，调质处理20-25min后的挥发份9送入颗粒分离器10，颗粒分离器10选自旋风除尘器，最后清洁的挥发份12输出利用，调质后的残焦11的热值为4.58MJ/kg，残焦得率为35%（占干基污泥量），仍可以用于土壤改良。挥发份12经过冷凝后仅分离出低于2%的少量水分；气体产率63%（占干基污泥量），测量可知气体的热值18.1MJ/kg，这样污泥转化为高热值的燃气和可用于土壤改良的炭。

利用系统的优化实施方案即图2所示的实施方案来为系统提供加热能源。在此优化实施方案中，利用上述挥发份12冷凝分离得到、热值为18.1MJ/kg的可燃气体19引射分离颗粒后的挥发份12到燃烧室16燃烧产生高温烟气17，烟气17先在调质器7外加热，随后烟气17进入主反应器5，从主反应器5的外侧排出的烟气17进入循环气体加热器18加热循环气体14，循环气体加热器18选自板式换热器，因为循环气体14被加热，在预反应段3内直接与物料相接触，在因此预反应段3的外部保温即可。冷却后的烟气17排入净化装置，这样现有技术中因为主反应器5加热所需提供的热源，在本发明的优化实施方案中通过高温烟气17的梯级利用，使调质器7和预反应段3共享了为主反应器5加热所需的提供的热源。

实施例5

某村镇秸秆等生物质需要热解产气对外供燃气，秸秆类生物质水份含量17%，干基低位热值15.1MJ/kg。用户希望从秸秆中回收高热值的燃气。

采用现有技术中的秸秆热解气化技术，用空气为气化介质，产生的生物质燃气热值一般在5-6MJ/Nm³之间，焦油含油0.5mg/Nm³以上，因为热值低、焦油含量高，不满足用户的使用要求。

采用本发明系统和方法实施，所述的秸秆1含水率17%，切碎后由加料器2加料到预反应段3；预反应段3为回转式反应器，利用300℃的热N₂作为干燥介质与冷的物料1接触，使秸秆干燥，预反应段3的秸秆物料的温度为105℃或以下，秸秆在预反应段3停留5-10min,然后将预反应后的物料4送至主反应器5，主反应器5为多段管式反应器，工作温度为650℃，物料4在主反应器5内停留30min后产生的残焦6排入调质器7，同时产生的挥发份8也强制送入调质器7与残焦6接触反应调质，调质器7选自螺旋管式反应器，工作温度800℃，调质处理15-20min后的挥发份9送入颗粒分离器10，颗粒分离器10选自旋风除尘器，最后分离颗粒的挥发份12输出利用，调质后的残焦11的热值为4.75MJ/kg，残焦得率为21.5%（占干基秸秆比例），可以用于土壤改良剂、肥料添加剂原料和活性炭原料。挥发份12经过冷却、分离微细颗粒后利用，其中含水和焦油总量低于0.5%，气体产率78%（占干基秸秆比例），测量可知气体的热值18.2MJ/kg，不含焦油，满足用户利用要求。

利用系统的优化实施方案即图2所示的实施方案来为系统提供加热能源。在此优化实施方案中，利用上述挥发份12冷确分离得到、热值为18MJ/kg的可燃气体19引射分离颗粒后的挥发份12到燃烧室16燃烧产生高温烟气17，烟气17先在调质器7外加热，随后烟气17进入主反应器5，从主反应器5的外侧排出的烟气17进入循环气体加热器18加热循环气体14，循环气体加热器18选自板翅式换热器，因为循环气体14被加热，在预反应段3内直接与物料相接触，在因此预反应段3的外部保温即可。冷却后的烟气17排入净化装置。这样由本发明技术代替现有秸秆气化技术，不仅解决了燃气热值问题，还解决了焦油问题，并获得了有多种用途的高品质的炭焦11。

实施例6

某以秸秆、有机垃圾为原料的高含固率厌氧发酵工程发酵工艺完毕后留下大量沼渣，沼渣经过挤压脱水以后的水份含量为60%，干基低位热值为15.7MJ/kg。由于无法以肥料的方式消纳，希望热解处理进一步回收可燃气和炭用于土壤改良。

采用现有的废弃物热解技术，沼渣需要事先干燥到含水率30%以下，才能进入主反应器5，主反应器5的工作温度为450℃-500℃时，从主反应器5出来的挥发份8经过冷凝后分离得到焦油和水40%（其中焦油和水分难以分离，大约焦油14%，水分26%）、气体19%，炭（残焦）6的得率为41%。焦油主要来自未能发酵的木质素和未发酵完毕的半纤维素，以及沼渣中含有的一些塑料碎片，其成分复杂难以利用，热值在24~25MJ/kg之间,气体的热值16.18MJ/kg，残焦的热值10.1MJ/kg，剔除石子、玻璃碎片后可以作为土壤改良剂。

采用本发明技术，利用系统的优化实施方案即图3所示的方案实施，所述的沼渣1含水率60%，直接由加料器2加料到预反应段3；预反应段3为回转式反应器，利用来自主反应器5的排出的热烟气作为干燥介质与冷的物料1接触，使沼渣干燥，预反应段3的沼渣物料的温度控制为105℃或以下，沼渣在预反应段3停留10-20min,然后将预反应后的物料4送至主反应器5，为了防止预反应段3中的气体窜至主反应器5，在所述预反应段3和主反应器5之间采用锁气型出料器。主反应器5为多段管式反应器，工作温度为650℃，物料4在主反应器5内停留30min后产生的残焦6排入调质器7，同时产生的挥发份8也强制送入调质器7与残焦6接触反应调质，调质器7选自回转式反应器，工作温度860℃，调质处理15-20min后的挥发份9送入颗粒分离器10，颗粒分离器10选自旋风除尘器，最后分离颗粒的挥发份12输出利用，调质后的残焦11的热值为3.6MJ/kg，残焦得率为25.5%（占干基沼渣的比例），可以用于土壤改良剂、肥料添加剂原料和建材原料。挥发份12经过冷却、分离微细颗粒后利用，其中含水和焦油总量低于0.3%，气体产率74.2%（占干基沼渣比例），测量可知气体的热值19.8MJ/kg，不含焦油，满足用户利用要求。

利用系统的优化实施方案即图3所示的实施方案来为系统提供加热能源。在此优化实施方案中，利用压缩空气为引射气体19引射分离颗粒后的挥发份12到燃烧室16燃烧产生高温烟气17，烟气17先在调质器7外加热，随后烟气17进入主反应器5，从主反应器5的外侧排出的烟气17进入预反应段3内直接与物料相接触，在因此预反应段3的外部保温即可。冷却并携带大量水分的烟气17排入气体洗涤器13、此时气体洗涤器１３是碱液喷淋塔（碱液循环使用）后加低温等离子体除臭器，将烟气净化后排出。这样由本发明技术为沼渣处理另辟了以种经济、实用的途径，不仅解决了沼渣的难题，还为厌氧---沼渣整个系统补充了燃气，避免了焦油问题，并获得了有多种用途的高品质的炭焦11。

实施例7

某工业污水处理工厂留下大量工业污水污泥，重金属含量超标，不符合标准GB/T24600-2009的要求，需要减量后填埋处理，并应避免重金属的浸出。经过污水厂初步脱水和干化处理后，目前含水率在60%，干基低位热值为13.4MJ/kg。

采用热解处理，利用现有热解技术时，工业污泥1先经过干燥到含水率低于25%以后进入主反应器5，主反应器5的工作温度为450℃-500℃时，从主反应器5出来的挥发份8经过冷凝后分离得到焦油和水40%（其中焦油和水分难以分离，大约焦油15%，水分25%）、气体21%，炭（残焦）6的得率为39%（占干基污泥的比例）。经过检测、焦油成分复杂难以利用，热值23.7MJ/kg,气体的热值15.1MJ/kg，残焦的热值9.8MJ/kg，可以进入填埋场，但是需要防止可溶性有机碳（DOC）的溶出。

采用本发明技术，利用系统的优化实施方案即图3所示的方案实施，所述的工业污水污泥1含水率60%，直接由加料器2加料到预反应段3；预反应段3为流化床式反应器，利用来自主反应器5排出的热烟气作为干燥介质与冷的物料1接触，使污泥干燥，预反应段3的污泥物料的温度控制为105℃或以下，污泥在预反应段3停留20-25min,然后将预反应后的物料4送至主反应器5，为了防止预反应段3中的气体窜至主反应器5，在所述预反应段3和主反应器5之间采用锁气型出料器。主反应器5为板式受热面反应器，工作温度为650℃，物料4在主反应器5内停留35min后产生的残焦6排入调质器7，同时产生的挥发份8也强制送入调质器7与残焦6接触反应调质，调质器7选自回转式反应器，工作温度800℃，调质处理15-20min后的挥发份9送入颗粒分离器10，颗粒分离器10选自旋风除尘器，最后分离颗粒后的挥发份12输出利用，调质后的残焦11的热值为6.0MJ/kg，残焦得率为32%（占干基污泥量），重金属的浸出以及DOC的浸出均符合卫生填埋的要求。挥发份12不经过冷凝，全部由压缩空气引射气19送入燃烧室16；气体产率68%（占干基污泥量），测量可知气体的热值16.9MJ/kg，不含焦油，这样污泥转化为高热值的燃气和可用于卫生填埋的炭。

利用系统的优化实施方案即图3所示的实施方案来为系统提供加热能源。在此优化实施方案中，利用压缩空气为引射气体19引射分离颗粒后的挥发份12到燃烧产生高温烟气17，烟气17先在调质器7外加热，随后烟气17进入主反应器5，从主反应器5的外侧排出的烟气17进入预反应段3内直接与物料相接触，在因此预反应段3的外部保温即可。冷却并携带大量水分的烟气17排入气体洗涤器13、此时气体洗涤器13选择碱液筛板塔后加等离子体除臭器，烟气净化后排出。

Claims

1.一种油、气、炭可调的废弃物热解的方法，所述方法通过油、气、炭可调的废弃物热解系统实现，所述系统包括预反应段(3)、主反应器(5)、调质器(7)和颗粒分离器(10)，预反应段(3)上部进料口与加料器(2)相连接，后面与主反应器(5)顶部相连，预反应段(3)顶部连接有气体洗涤器(13)；主反应器(5)底部残焦出口连接调质器(7)进料口，主反应器(5)顶部挥发份出料口连接调质器(7)顶部进料口；调质器(7)连接颗粒分离器(10)，颗粒分离器(10)顶部为清洁挥发分出口，底部为残焦出口；所述系统用于处理含水率在60%以下的废弃物；其特征在于具体步骤如下：

经过初步预处理以后含水率在60%以下的废弃物由加料器(2)加料到预反应段(3)，所述预反应段(3)的外部设有加热或者保温装置，工作温度为105~298℃；然后将预反应后的物料(4)送至主反应器(5)，所述主反应器(5)的外部设有加热装置，工作温度在450-650℃；废弃物在主反应器(5)内热解生产残焦(6)和挥发份(8)；反应完毕后产生的残焦(6)排入调质器(7)，同时产生的挥发份(8)也强制送入调质器(7)与残焦(6)接触反应调质，所述调质器(7)的外部设有良好保温或者加热装置，工作温度为700-900℃，残焦(6)和挥发分(8)在调质器(7)内再次反应调质获得更高品质的油以及更多的可燃气体；调质器(7)同时实现了残焦(6)和挥发份(8)的同时调质，调质处理后的挥发份(9)送入颗粒分离器(10)，经过颗粒分离器(10)处理的挥发份成为后清洁的挥发份(12)输出利用，调质后的残焦(11)输出利用或填埋。

2.根据权利要求１所述的油、气、炭可调的废弃物热解的方法，其特征是当废弃物(1)的含水率不高于42%时，经过气体洗涤器(13)后的循环气体(14)被系统的余热加热至300℃-380℃。

3.根据权利要求１所述的油、气、炭可调的废弃物热解的方法，其特征是当废弃物(1)的含水率为42-60%时，来自主反应器(5)的烟气(17)直接通入预反应段(3)；然后进入气体洗涤器(13)再排出。

4.根据权利要求１所述的油、气、炭可调的废弃物热解的方法，其特征是所述调质器(7)中所述挥发份(8)与残焦(6)在其内部顺流或者逆流相对流动，接触反应实现调质。

5. 根据权利要求１所述的油、气、炭可调的废弃物热解的方法，其特征是当为了获得更高品质的油时，调质器(7)工作温度为700--800℃；当为了获得改良的合成气时，调质器(7)工作温度为800-900℃。

6.根据权利要求１所述的油、气、炭可调的废弃物热解的方法，其特征是所述调质后的残焦(11)的热值在3.37~6.74MJ/kg范围内。

7.根据权利要求１所述的油、气、炭可调的废弃物热解的方法，其特征是调质器(7)底部设有烟气进口，所述烟气进口连接燃烧炉(16)，所述燃烧炉(16)设有气体入口，所述调质器(7)顶部设有烟气出口，所述烟气出口连接主反应器(5)的烟气入口，所述主反应器(5)的顶部设有烟气出口。

8.根据权利要求１所述的油、气、炭可调的废弃物热解的方法，其特征是调质器(7)、主反应器(5)以及预热段(3)的加热按如下方法实施，具体为：

颗粒分离器(10)排出的可燃气体作为引射气(19)引射分离颗粒后的挥发份(12)到燃烧室(16)燃烧产生的烟气(17)在调质器(7)外加热，随后烟气(17)进入主反应器(5)，从主反应器(5)的外侧排出的烟气(17)进入循环气体加热器(18)加热循环气体(14)，冷却后的烟气(17)排入净化装置。

9.根据权利要求１所述的油、气、炭可调的废弃物热解的方法，其特征是调质器(7)、主反应器(5)以及预热段(3)的加热按如下方法实施，具体为：

用助燃用的压缩空气作为引射气(19)引射分离颗粒后的挥发份(12)到燃烧室(16)燃烧产生的烟气(17)在调质器(7)外加热，随后烟气(17)进入主反应器(5)，从主反应器(5)的外侧排出的烟气(17)进入预反应段(3)加热废弃物(1)，然后携带水分的烟气排入气体洗涤器(13)。