專利名稱：廚余垃圾的焦化處理方法及其處理裝置的制作方法
專利說明廚余垃圾的焦化處理方法及其處理裝置 本發(fā)明涉及廚余垃圾的資源化處理技術(shù)，特別是涉及一種能安全有效地處理廚余垃圾同時產(chǎn)生具有極高經(jīng)濟價值的產(chǎn)物的廚余垃圾的焦化處理技術(shù)。隨著經(jīng)濟發(fā)展和生活水平的提高，廚余垃圾正成為我國城市管理者面臨的新課題。雖然一部分城市已經(jīng)采取措施加以治理，但無論從技術(shù)、管理等各層面分析，廚余垃圾處理在我國僅是起步，亟帶各方的高度重視和解決。
目前我國廚余垃圾處理的主要方式有填埋、堆肥和生物法處理三種。其中填埋因其處理成本較底，成為我國主要的一種處理廚余垃圾的方式，但是直接填埋容易造成二次污染，有機物腐敗過程中產(chǎn)生的滲濾液易對地下水造成污染，同時其難聞的氣味也會污染空氣；堆肥法是將廚余垃圾堆積在地面或置于某種發(fā)酵裝置中，它的優(yōu)勢是能夠產(chǎn)生肥料，實現(xiàn)廚余垃圾的重利用，但是堆肥產(chǎn)生的肥料往往質(zhì)量不高，農(nóng)民不愿意使用，導致堆肥銷路不暢，同時堆肥也會產(chǎn)生臭氣，影響環(huán)境。生物法處理泛指一些新的處理技術(shù)，例如甲烷發(fā)酵技術(shù)，生物降解等。越來越多的人和部門正在投入到如何更好地處理廚余垃圾的研究中。
中國專利200510034527.7公開了一種將廚余垃圾轉(zhuǎn)化為肥料的方法，通過預處理后，按比例加入輔料，配比混合，烘干降低水分至70％左右，同時將廚余垃圾和輔料的混合物與除臭發(fā)酵菌群按比例混合；再堆積升溫發(fā)酵制成普通有機肥料，或供蚯蚓處理，制成天然優(yōu)質(zhì)肥料。該方法通過生物處理法將廚余垃圾變成肥料，是非常好的方式，目前很多關(guān)于廚余垃圾的處理新方法的最終目的都是把它變成肥料，但這些只能說是堆肥技術(shù)的改進，總體思路還是一樣的。
美國專利20060278742公開了一種廚余垃圾的處理裝置，它包括物料傳輸部分；一個碾磨機器；還有一個連接碾磨機器的永磁電機。為了減小整個設(shè)備的高度，還設(shè)置了一個出口裝置。該發(fā)明設(shè)備主要用于家庭廚余垃圾的處理，目前有很多關(guān)于廚余垃圾處理裝置的發(fā)明都是應用于家庭處理的小裝置，雖然在很多發(fā)達國家這種推廣做得比較好，但在我國，這種發(fā)明目前并不適應國情。我國更需要能夠處理集中垃圾的發(fā)明和處理裝置。針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能高效地解決廚余垃圾帶來的污染問題，同時能夠產(chǎn)生生物原油(廚余焦油)以及其他化工原料的處理廚余垃圾的焦化工藝和裝置，其特征在于該方法步驟如下1)廚余垃圾的預處理，由于廚余垃圾的成分較為復雜，存在很多無法利用的雜質(zhì)，且含有較多的水分，所以在進行焦化處理前需要進行原料的除雜質(zhì)和除水分的處理。通過余熱進行干燥，同時去除里面無法利用的玻璃、陶瓷以及動物硬骨等。最后粉碎至直徑小于5mm的小粒徑。
2)廚余垃圾的預熱階段，把經(jīng)過預處理過后的廚余垃圾預熱到200±50℃，進一步去除水分，提高進入焦化加熱系統(tǒng)的基礎(chǔ)溫度。
3)加熱爐的加熱反應階段，該部分是整個工藝的核心，在沒有或者含少量空氣的條件下，對廚余垃圾進行較快的變速加熱，加熱速度為50～200℃/min，加熱到450～600℃，在這個溫度下，廚余垃圾將進行焦化熱解反應。
4)高溫儲罐的反應階段，在通過加熱爐后，物料進入高溫儲罐，儲罐溫度為450～600℃，保持與加熱爐溫度相同，部分在加熱爐內(nèi)未完全反應的物料在這里繼續(xù)反應直至反應完全。
5)產(chǎn)物的收集階段，反應過程中產(chǎn)生的高溫氣體進入冷凝器冷卻并收集冷凝液體產(chǎn)物，該部分液體稱為廚余焦油，成分包括飽和烴，芳烴，瀝青質(zhì)，極性物，不飽和烴及含氧衍生物等。一般它的產(chǎn)量占整個預處理后的廚余垃圾質(zhì)量的50％左右，是焦化工藝的主要產(chǎn)物；一部分無法冷凝的氣體另行收集，該部分氣體主要成分為二氧化碳和一氧化碳，還有少量烴類氣體和氫氣；固體產(chǎn)物至一個反應周期結(jié)束后從冷卻了的高溫儲罐中取出，它的主要成分為優(yōu)質(zhì)生物焦炭。
6)產(chǎn)物的后處理階段，通過加氫精制等后處理使三相產(chǎn)物具有更高的經(jīng)濟價值。
進一步地所述步驟1)中廚余垃圾粉碎后的顆粒的直徑小于3mm。
進一步地所述步驟2)中的預熱溫度為200±20℃。
進一步地所述步驟3)中的加熱終溫為480～550℃為了更好地實現(xiàn)上述焦化工藝，本發(fā)明提供了一種廚余垃圾焦化處理裝置，主要包括進料系統(tǒng)(1)、滾筒式加熱反應爐(5)、出料系統(tǒng)(8)、高溫儲罐(9)以及檢測控制系統(tǒng)(6)和(7)，所述出料系統(tǒng)(8)再連接高溫儲罐(9)及高溫儲罐(9)連接氣體處理系統(tǒng)(10)。同時包括連接在高溫儲罐(9)和滾筒式加熱反應爐(5)上氣體排出通道(4)、以及連接在通道(4)后的氣體處理設(shè)備(10)。包括連接進料系統(tǒng)(1)和滾筒式加熱反應爐(5)的螺旋輸送機(2)，以及用于動靜密封的氮氣輸入(3)。
1)進料系統(tǒng)，廚余垃圾通過進料口(1-1)進料，當進料占整個進料倉2/3以上后，進料倉口關(guān)閉，進行簡單密封。物料通過電動震壁器(1-2)震動下落進入螺旋輸送機(2)，通過螺旋輸送機(2)進入滾筒式加熱反應爐(5)。
2)加熱反應系統(tǒng)，滾筒式加熱反應爐(5)是整個焦化工藝的主要部件，它通過傾角滾動實現(xiàn)物料的運輸前進，通過電熱絲加熱物料，物料在加熱到一定溫度后，開始焦化熱解反應，同時內(nèi)設(shè)特殊波形倒料板，如圖2所示，使物料受熱均勻、反應充分、前進有序。其中，(6-1)是滾筒的溫度檢測，(6-2)是溫度控制，(3)是氣環(huán)密封的氮氣源。
3)出料系統(tǒng)，廚余垃圾進行焦化反應之后從出料系統(tǒng)(8)中出料到高溫儲罐(9)。其中(8-1)為出料端的觀察口，(8-2)為連接高溫儲罐的快速密封接頭。
4)高溫儲罐，高溫儲罐(9)作為整個系統(tǒng)的重要部分，起到了儲存固體產(chǎn)物和輔助反應的作用。它作為一個相對獨立的加熱反應系統(tǒng)，獨立配有控制系統(tǒng)(7)。
5)氣體產(chǎn)物處理系統(tǒng)，除了存儲固體產(chǎn)物的高溫儲罐(9)之外，焦化熱解產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物是最為重要的產(chǎn)物，它通過連接主反應器的(4-1)和輔反應器的(4-2)兩個氣體通道進入氣體處理系統(tǒng)(10)，簡單的氣體處理系統(tǒng)(10)是一個冷凝器，把高溫氣體產(chǎn)物冷凝下來。
本發(fā)明與現(xiàn)有廚余垃圾處理技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1)本發(fā)明的推廣適應性好，既有別與那種只適應家庭應用的簡單處理技術(shù)，又有別與大規(guī)模的填埋堆肥技術(shù)，它的技術(shù)手段更為先進，不僅可以以社區(qū)為單位，制造小規(guī)模處理設(shè)備，同時也可以進行大規(guī)模的廚余垃圾焦化處理。
2)本發(fā)明的技術(shù)手段較為簡單，相對于復雜的生物法處理技術(shù)，本發(fā)明處理方式更為簡潔衛(wèi)生，處理效率更高，處理設(shè)備的制造成本也較低。
3)本發(fā)明的產(chǎn)物經(jīng)濟性高，目前大部分廚余垃圾處理技術(shù)的主要目的在于處理垃圾，而不是利用垃圾。即使有部分技術(shù)能夠產(chǎn)生肥料等具有一定經(jīng)濟價值的產(chǎn)物，但這種肥料的質(zhì)量往往不高，其處理方式的經(jīng)濟性不明顯。而本發(fā)明的產(chǎn)物為具有極高經(jīng)濟價值的優(yōu)質(zhì)焦炭、生物焦油和可燃氣體。其中生物焦油經(jīng)過精制加工可生成汽油、柴油等高效能源。

圖1是廚余垃圾焦化工藝處理裝置圖。
圖2是滾筒式加熱反應爐內(nèi)波形倒料板結(jié)構(gòu)。
圖3是實施例1中廚余焦油碳鏈分布圖。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
參見圖1，經(jīng)過預處理后的廚余垃圾，通過進料口(1-1)進入進料系統(tǒng)(1)，進料到整個料倉2/3以上后，關(guān)閉進料口。物料經(jīng)過電動震壁器(1-2)的作用下到螺旋輸送機(2)(該輸送機為機械無極變速，轉(zhuǎn)速可調(diào))，通過螺旋輸送機(2)進入滾筒式加熱反應爐(5)進行焦化熱解反應。
滾筒式加熱反應爐(5)為回轉(zhuǎn)式筒體，采用耐熱合金加工而成，爐管內(nèi)表面光滑平整，內(nèi)設(shè)特殊波形倒料板，使物料受熱均勻、反應充分、前進有序。筒體進料端采用端面密封和氮氣氣環(huán)密封，端面密封材料為陶瓷纖維盤根(密質(zhì)，耐高溫)配合進口四氟耐高溫端面密封圈；出料端采用組合密封方式，以多道高溫陶瓷纖維盤根和金屬壓緊圈組合使用的磨擦密封為主配合密閉氮氣氣環(huán)。該爐采用電加熱，加熱元件為鐵烙鋁(OCr27AL7Mu2)加熱絲，采用加熱絲半鑲嵌式整體真空澆注輕質(zhì)圓形爐襯，熱效率高、壽命長、布線簡潔、安裝維修方便。本爐采用3區(qū)加熱3點控溫，圖中(6-2)為三點控溫，(6-1)為溫度檢測。同時，爐體的轉(zhuǎn)速和傾角可以進行調(diào)節(jié)以改變物料在爐體內(nèi)的焦化時間。
在進料前，滾筒加熱爐預熱至500℃，廚余垃圾物料在其中被迅速加熱，加熱速度為50～200℃/min，在到達爐體溫度后，物料維持在此溫度下進行焦化熱解反應，通過調(diào)節(jié)筒體轉(zhuǎn)速和傾角，使物料在爐體的焦化時間為2個小時，此時物料基本焦化完全，通過出料系統(tǒng)(8)后進入高溫儲罐(9)。通過出料端觀察口(8-1)可觀察物料的焦化情況，以便調(diào)整焦化時間。
進入高溫儲罐(9)里的物料大部分已完成焦化反應，主要為廚余焦炭，同時部分未反應完全的物料在這里繼續(xù)反應。該儲罐獨立控溫，單獨配控制系統(tǒng)，如圖中(7)為高溫儲罐的溫控系統(tǒng)。高溫儲罐的運行溫度同樣控制在500℃。
同時，在反應爐(5)中焦化反應產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物通過通道(4-1)，在高溫儲罐中焦化反應產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物通過通道(4-2)，一起進入氣體處理系統(tǒng)(7)。氣體處理系統(tǒng)(7)通過冷凝分別收集液體和氣體產(chǎn)物。
整個焦化工藝系統(tǒng)，從進料端(1)到高溫儲罐(9)，都具有良好密封性，保證氣體產(chǎn)物的完全收集；同時，整個工藝從進料端(1)到高溫儲罐(9)包括氣體通道(4)都做保溫處理，從而減少工藝能耗，保證焦化溫度和提高工藝的經(jīng)濟性；根據(jù)工藝運行周期的大小合理設(shè)計進料倉和高溫儲罐的容積。
實施例1模擬廚余垃圾的焦化工藝，采用小型間歇式反應爐實驗方式精確測試廚余垃圾焦化數(shù)據(jù)。原料為廚余垃圾，粉碎至小于0.5mm，除雜質(zhì)后預熱至200℃。然后在加熱爐的內(nèi)迅速升溫至500℃。經(jīng)充分反應、分餾后所得產(chǎn)物產(chǎn)率如表1所示。
表1 廚余垃圾焦化產(chǎn)物收率(wt％)
借鑒石油部標準SY/T5119-1995“巖石可溶有機物和原油族組分分析方法”進行液體產(chǎn)物(廚余焦油)的族分層析。試樣中的瀝青質(zhì)用氯仿溶解，待氯仿?lián)]發(fā)后用正戊烷沉淀過濾得瀝青質(zhì)，其可溶物通過硅膠和氧化鋁層析柱，利用不同類型有機物同吸附劑之間吸附性能及各淋洗液極性的不同，依次采用正戊烷、苯、甲醇，將其中的飽和烴、芳烴和極性物餾分分別淋洗出，驅(qū)趕溶劑、稱量，求得試樣中各組分的含量，用差減法求得樣品中其它不溶物含量，結(jié)果見表2。
表2 廚余焦油族組分分析結(jié)果(wt％)
在上述焦油組分中，瀝青質(zhì)是分子量較大的多種聚合物的混合體，難以用一般的色譜方法進行分離和鑒定。其余族分的利用價值較大，故采用色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)法分離瀝青質(zhì)以外的族分進行全烴氣相色譜分析，分析標準為SY/T5779-1995。這種分析方法不是只針對分離出的烴成分，是對全部的碳數(shù)在C1-C35間的有機化合物的認識。經(jīng)過分析，得到如圖三所示的廚余焦油碳鏈分布圖。
實施例2采用滾筒式加熱反應爐進行焦化反應，測量三相產(chǎn)物收率。原料為廚余垃圾，粉碎至小于2mm，除雜質(zhì)后預熱至200℃。然后通過進料系統(tǒng)進入滾筒式加熱反應爐的內(nèi)迅速升溫至500℃，經(jīng)過反應輸送到高溫儲罐。經(jīng)充分反應、分餾后所得產(chǎn)物產(chǎn)率如表3所示。
表3 廚余垃圾焦化產(chǎn)物收率(wt％)
在產(chǎn)物中最具經(jīng)濟價值的固體產(chǎn)物(廚余焦炭)收率為33.2％，液體產(chǎn)物(廚余焦油)收率為48.2％，兩者占到了整個廚余垃圾總質(zhì)量的81.4％。說明該焦化工藝的效果非常好，具有很高的經(jīng)濟性和生產(chǎn)價值。
權(quán)利要求
1.一種廚余垃圾的焦化處理方法，其特征在于該方法步驟如下1)廚余垃圾的預處理，將廚余垃圾進行干燥，除去不可再利用的雜質(zhì)，最后粉碎至直徑小于5mm的小粒徑；2)廚余垃圾的預熱階段，將廚余垃圾顆粒預熱到200±50℃，同時進一步去除里面的水分；3)加熱爐的加熱反應階段，進入滾筒式加熱反應爐，在該爐中，廚余垃圾顆粒以50～200℃/min的變化的加熱速度被迅速加熱到450～600℃，即反應爐的溫度，同時進行焦化裂解反應；4)高溫儲罐的反應階段，在通過加熱爐后，物料進入高溫儲罐，儲罐溫度為450～600℃，保持與加熱爐溫度相同，部分未完全反應的物料在這里繼續(xù)反應直至反應完全；5)產(chǎn)物的收集階段，反應過程中產(chǎn)生的高溫氣體進入冷凝器冷卻并收集冷凝液體產(chǎn)物，一部分無法冷凝的氣體另行收集，固體產(chǎn)物至一個反應周期結(jié)束后從冷卻了的高溫儲罐中取出；6)產(chǎn)物的后處理階段，通過加氫精制等后處理使三相產(chǎn)物具有更高的經(jīng)濟價值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廚余垃圾的焦化處理方法，其特征在于所述步驟1)中的廚余垃圾粉碎后的顆粒直徑小于3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廚余垃圾的焦化處理方法，其特征在于所述步驟3)中的滾筒式加熱反應爐的溫度保持在480～550℃。
4.一種廚余垃圾的焦化處理裝置，其特征在于包括廚余垃圾的預處理部分以及加熱反應傳輸部分，還包括高溫儲罐以及產(chǎn)物收集和后續(xù)處理部分，所述廚余垃圾的加熱反應傳輸包括廚余垃圾進料系統(tǒng)1依次連接在所述進料系統(tǒng)(1)之后的螺旋輸送機(2)、滾筒式加熱反應爐(5)、出料系統(tǒng)(8)；所述出料系統(tǒng)(8)再連接高溫儲罐(9)及高溫儲罐(9)連接氣體處理系統(tǒng)(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的廚余垃圾的焦化處理裝置，其特征在于所述焦化處理裝置中的進料系統(tǒng)(1)包括具有封閉功能的進料口(1-1)和使物料均勻下落的電動震壁器(1-2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的廚余垃圾的焦化處理裝置，其特征在于所述焦化處理裝置中的滾筒式加熱反應爐體(5)的轉(zhuǎn)動速度和傾角可以調(diào)節(jié)，并通過溫度檢測控制系統(tǒng)(6)進行多點檢測控溫，兩端的動靜密封采用端面密封和氮氣氣環(huán)密封相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的廚余垃圾的焦化處理裝置，其特征在于所述焦化處理裝置中采用主反應段-滾筒式加熱反應爐(5)和輔反應段一高溫儲罐(9)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，同時主反應段和輔反應段各備一個氣體收集通道分別為主通道(4-1)和輔通道(4-2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的廚余垃圾的焦化處理裝置，其特征在于所述焦化處理裝置中的高溫儲罐(9)以及其連接的氣體處理系統(tǒng)(10)可由現(xiàn)有技術(shù)渣油延遲焦化設(shè)備中的焦炭塔及其后續(xù)設(shè)備所代替。
全文摘要
本專利公開了一種廚余垃圾的焦化處理方法及其處理設(shè)備。以常見的干燥后的廚余垃圾(主要包括米面、魚、肉、骨、廢餐具、紙巾、蔬菜以及果皮果核等)為原料，首先預熱到200℃左右使其干燥，然后在滾筒式加熱反應爐內(nèi)以變化的加熱速度(50～200℃/min)加熱到450～600℃，并在此溫度下進行焦化熱解反應直至反應完全。廚余垃圾的焦化裂解可產(chǎn)生固體、液體、氣體三種產(chǎn)物。其中，固體產(chǎn)物的主要成分為生物質(zhì)焦炭；液體產(chǎn)物的成分為生物油，通過后處理，可以改質(zhì)為代替汽油、柴油等的液體燃料；氣體產(chǎn)物為可燃氣體。
文檔編號B09B5/00GK101020826SQ20071003795
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月9日
發(fā)明者汪華林, 張振華, 胥培軍, 李權(quán)柄, 錢卓群, 黎德堯 申請人:華東理工大學