本實(shí)用新型屬于固體廢棄物資源化處理領(lǐng)域，特別涉及一種含碳有機(jī)物連續(xù)熱解提純CO燃料氣的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，生活垃圾、秸稈、污泥等含碳有機(jī)物的產(chǎn)生量日益增多，并且對(duì)大氣、土壤、水源等造成的污染也逐漸加大，是我國(guó)和世界各國(guó)面臨的重大環(huán)境問(wèn)題之一。其中主要的熱處理技術(shù)為直接焚燒和熱解利用兩種，但焚燒對(duì)生活垃圾的熱值要求較高，并且二次污染嚴(yán)重，特別是二噁英的排放問(wèn)題，制約著該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

熱解是在無(wú)氧或缺氧的環(huán)境下，對(duì)物料進(jìn)行加熱，生成熱解油、熱解氣和熱解炭等產(chǎn)物，從原理上避免了二噁英的生成，同時(shí)大部分的重金屬在熱解過(guò)程中融入灰渣，減少了排放量。常見(jiàn)的含碳有機(jī)物熱解工藝主要是回轉(zhuǎn)窯熱解、豎爐熱解等。

目前對(duì)生活垃圾、秸稈、污泥等含碳有機(jī)物的熱解處理技術(shù)中，熱解裝置采用的是單臺(tái)工作模式。采用單臺(tái)熱解裝置工作工藝，不但造成處理量小，產(chǎn)油量較多，容易發(fā)生堵塞等現(xiàn)象，而且存在下述主要問(wèn)題：一是收集的熱解氣熱值較低，若作為熱解爐熱源使用，則經(jīng)濟(jì)效益差，若作為產(chǎn)品出售，其銷售價(jià)格又較低；二是收集的熱解氣中含有較多油水混合物，容易堵塞和腐蝕管道，且油水混合物處理難度較大，費(fèi)用較高；三是熱解產(chǎn)生的大量CO₂排入大氣，會(huì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)，引起全球變暖；四是熱解生成的熱解炭仍有一定熱值，并且碳含量較高，直接填埋會(huì)浪費(fèi)這部分資源。，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

由于現(xiàn)有技術(shù)在對(duì)生活垃圾、秸稈、污泥等含碳有機(jī)物的處理方面存在諸多不足，因此如何改進(jìn)目前對(duì)這些含碳有機(jī)物的熱解處理技術(shù)，提高 處理經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)約資源，更好實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，成為人們亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提出采用一種含碳有機(jī)物連續(xù)熱解的系統(tǒng)，以提純CO燃料氣，應(yīng)用這種連續(xù)熱解的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)處理量大、產(chǎn)油量少，節(jié)約資源，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

本實(shí)用新型提出一種含碳有機(jī)物連續(xù)熱解提純CO燃料氣的系統(tǒng)，包括旋轉(zhuǎn)床熱解爐、固定床熱解爐、冷凝裝置、提純裝置；

所述旋轉(zhuǎn)床熱解爐包括含碳有機(jī)物進(jìn)口、熱解氣液出口、熱解炭出口、干燥區(qū)、熱解區(qū)、催化反應(yīng)區(qū)；

所述冷凝裝置包括熱解氣液進(jìn)口、熱解液出口、熱解氣出口、冷凝水入口、冷凝水出口；

所述提純裝置包括熱解氣進(jìn)口、CO₂出口、剩余氣體出口；

所述固定床熱解爐包括熱解炭進(jìn)口、CO₂入口、氣體出口、殘?jiān)隹冢?/p>

所述旋轉(zhuǎn)床熱解爐熱解氣液出口與所述冷凝裝置的熱解氣液進(jìn)口相連，所述旋轉(zhuǎn)床熱解爐的熱解炭出口與所述固定床熱解爐的熱解炭進(jìn)口相連；

所述冷凝裝置的熱解氣出口與所述提純裝置的熱解氣進(jìn)口相連；

所述提純裝置的CO₂出口與所述固定床熱解爐的CO₂入口相連。

進(jìn)一步的，所述含碳有機(jī)物連續(xù)熱解提純CO燃料氣的系統(tǒng)還包括變壓吸附裝置；所述變壓吸附裝置包括氣體入口、剩余氣體入口、CO出口、可燃?xì)獬隹冢凰鲎儔何窖b置的氣體入口與所述固定床熱解爐的氣體出口相連；所述變壓吸附裝置的剩余氣體入口與所述提純裝置的剩余氣體出口相連。

進(jìn)一步的，所述含碳有機(jī)物連續(xù)熱解提純CO燃料氣的系統(tǒng)還包括油水分離裝置；所述油水分離裝置包括熱解液進(jìn)口、熱解油出口、熱解水出口；所述冷凝裝置的熱解液出口與所述油水分離裝置的熱解液進(jìn)口相連。

進(jìn)一步的，所述含碳有機(jī)物連續(xù)熱解提純CO燃料氣的系統(tǒng)包括分選裝 置；所述分選裝置包括進(jìn)料口、分選后出口；所述分選裝置的進(jìn)料口用于送入生活垃圾，所述分選裝置的分選后出口與所述旋轉(zhuǎn)床熱解爐的含碳有機(jī)物進(jìn)口相連。

進(jìn)一步的，在所述分選裝置與所述旋轉(zhuǎn)床熱解爐之間設(shè)置破碎裝置，所述分選裝置與所述旋轉(zhuǎn)床熱解爐通過(guò)所述破碎裝置相連；

所述破碎裝置包括分選后進(jìn)口、破碎后出口；所述破碎裝置的分選后進(jìn)口與所述分選裝置分選后出口相連；所述破碎裝置的破碎后出口與所述旋轉(zhuǎn)床熱解爐的含碳有機(jī)物進(jìn)口相連。

本實(shí)用新型還提出一種含碳有機(jī)物連續(xù)熱解提純CO燃料氣的方法，包括以下步驟：

將含碳有機(jī)物輸送至所述旋轉(zhuǎn)床熱解爐，進(jìn)行熱解，得到熱解氣液混合物及熱解炭；

將所述熱解氣液混合物經(jīng)所述冷凝裝置送入所述氣體提純裝置，得到高純度的CO₂氣體，以及可燃?xì)釩H₄、CO、H₂；

將所述熱解炭，以及提純熱解氣得到的CO₂一同輸送至所述固定床熱解爐進(jìn)行高溫?zé)峤?，生成CO。

進(jìn)一步的，還包括以下步驟：

將含碳有機(jī)物送至所述旋轉(zhuǎn)床熱解爐干燥區(qū)，蒸出剩余水分；

將在所述旋轉(zhuǎn)床熱解爐的干燥區(qū)干燥得到的產(chǎn)物送到所述旋轉(zhuǎn)床熱解爐的熱解區(qū)，生成熱解炭及熱解油氣；

將所述旋轉(zhuǎn)床熱解爐的熱解區(qū)生成的產(chǎn)物送至所述旋轉(zhuǎn)床熱解爐的催化反應(yīng)區(qū)，二次裂解，生成大量CO、CO₂、H₂熱解氣；

所述旋轉(zhuǎn)床熱解爐的干燥區(qū)的輻射管溫度設(shè)定為300℃～400℃；所述旋轉(zhuǎn)床熱解爐的熱解區(qū)的輻射管的溫度設(shè)定為500℃～600℃；所述旋轉(zhuǎn)床熱解爐的催化反應(yīng)區(qū)的輻射管的溫度設(shè)定為700℃～800℃。

進(jìn)一步的，所述固定床熱解爐輻射管溫度設(shè)定為900℃～1000℃。

進(jìn)一步的，還包括步驟：將含水率35％～55％的含碳有機(jī)物分選、破碎后，待所述含碳有機(jī)物的含水率降至30％以下后，形成物料備用。

進(jìn)一步的，還包括步驟：將經(jīng)過(guò)所述冷凝裝置冷凝得到的熱解液送至所述油水分離裝置，進(jìn)一步將熱解液分離為熱解水和熱解油。

進(jìn)一步的，還包括步驟：將所述固定床熱解爐熱解反應(yīng)器進(jìn)行高溫?zé)峤馍傻腃O及烷烴類氣體與所述旋轉(zhuǎn)床熱解爐熱解提純得到的CO、H₂共同送入所述變壓吸附裝置制備CO燃料氣。

由于采用熱解技術(shù)，該工藝沒(méi)有二次污染問(wèn)題，其運(yùn)行成本較低、余熱回收利用率高，并將垃圾轉(zhuǎn)化為燃料氣出售，利于生活垃圾熱解的工業(yè)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了真正的“無(wú)害化、減量化、資源化”。

應(yīng)用本實(shí)用新型，可實(shí)現(xiàn)如下有益效果：

將旋轉(zhuǎn)床熱解爐設(shè)置為干燥區(qū)、熱解區(qū)和催化反應(yīng)區(qū)，含碳有機(jī)物熱解產(chǎn)生的熱解油在經(jīng)過(guò)催化反應(yīng)區(qū)時(shí)會(huì)發(fā)生二次裂解，從而能得到更多的CO、H₂等熱解氣。不僅解決了常規(guī)熱解工藝遇到的焦油含量大、堵塞嚴(yán)重等情況，還制備了更多的CO燃料氣，其經(jīng)濟(jì)效益較好。

含碳有機(jī)物熱解后，熱解氣中含有大量CO₂氣體，這部分氣體可以通入固定床熱解爐中，與旋轉(zhuǎn)床熱解爐得到的熱解炭一同進(jìn)行熱解反應(yīng)，熱解炭在CO₂氣氛下高溫?zé)峤?，可以獲得大量CO燃料氣。不僅有效利用了CO₂資源，還減少了溫室效應(yīng)。

熱解炭中C含量較多，并且具有一定熱值，如果直接排放，不僅占用了大量土地，還浪費(fèi)了這部分能源。將熱解炭繼續(xù)在固定床熱解爐中熱解，最后得到的殘?jiān)亢苌?，使工藝的“無(wú)害化、減量化、資源化”水平大大提高。

旋轉(zhuǎn)床熱解爐和固定床熱解爐連續(xù)熱解后，均會(huì)產(chǎn)生CO、H₂等氣體，在經(jīng)過(guò)變壓吸附后，不僅可以獲得大量的CO燃料氣，還可以將剩余的H₂、CH₄等可燃?xì)膺M(jìn)行出售，其經(jīng)濟(jì)性較好，適合工業(yè)化推廣。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的一種含碳有機(jī)物連續(xù)熱解提純CO燃料氣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是旋轉(zhuǎn)床熱解爐示意圖。

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的一種含碳有機(jī)物連續(xù)熱解提純CO燃料氣的方法流程圖。

附圖中的附圖標(biāo)記如下：

1、分選裝置；2、破碎裝置；3、旋轉(zhuǎn)床熱解爐；4、冷凝裝置；

5、油水分離裝置；6、固定床熱解爐；7、提純裝置；

8、變壓吸附裝置；9、含碳有機(jī)物進(jìn)口；10、干燥區(qū)；11、熱解區(qū)；

12、催化反應(yīng)區(qū)；13、熱解氣液出口；14、熱解炭出口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖具體說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式。

如圖1所示，是本實(shí)用新型一種具體實(shí)施例的一種含碳有機(jī)物連續(xù)熱解提純CO燃料氣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中包括分選裝置1、破碎裝置2、旋轉(zhuǎn)床熱解爐3、固定床熱解爐6、冷凝裝置4、油水分離裝置5、提純裝置7、變壓吸附裝置8。

見(jiàn)圖1，分選裝置1具有進(jìn)料口、分選后出口。見(jiàn)圖1，分選裝置1的進(jìn)料口與生活垃圾原料相連，分選裝置1的分選后出口與破碎裝置2的分選后進(jìn)口相連。

如圖1所示，破碎裝置2具有分選后進(jìn)口、破碎后出口。見(jiàn)圖1，破碎裝置2的破碎后出口與旋轉(zhuǎn)床熱解爐3的含碳有機(jī)物進(jìn)口相連。

如圖1所示，旋轉(zhuǎn)床熱解爐3具有含碳有機(jī)物進(jìn)口、熱解氣液出口、熱解炭出口、輻射管燃?xì)馊肟诤洼椛涔軣煔獬隹凇?/p>

如圖1所示，旋轉(zhuǎn)床熱解爐3的熱解氣液出口與冷凝裝置4的熱解氣液進(jìn)口相連。從圖1可見(jiàn)，旋轉(zhuǎn)床熱解爐3的熱解炭出口與固定床熱解爐6熱解炭進(jìn)口相連。

如圖1所示，固定床熱解爐6具有熱解炭進(jìn)口、CO₂入口、氣體出口、殘?jiān)隹?。從圖1可見(jiàn)，固定床熱解爐6的CO₂入口與提純裝置7的CO₂ 出口相連。從圖1可見(jiàn)，固定床熱解爐6的氣體出口與變壓吸附裝置8氣體入口相連。

如圖1所示，冷凝裝置4具有熱解氣液進(jìn)口、熱解液出口、熱解氣出口、冷凝水入口、冷凝水出口。從圖1可見(jiàn)，冷凝裝置4的熱解液出口與油水分離裝置5的熱解液進(jìn)口相連。從圖1還可見(jiàn)，冷凝裝置4的熱解氣出口與提純裝置7的熱解氣進(jìn)口相連。

如圖1所示，油水分離裝置5具有熱解液進(jìn)口、熱解油出口、熱解水出口。

如圖1所示，提純裝置7具有熱解氣進(jìn)口、CO₂出口、剩余氣體出口。如圖1所示，提純裝置7的CO₂出口與固定床熱解爐6的CO₂入口相連。如圖1所示，提純裝置7的剩余氣體出口與變壓吸附裝置8的剩余氣體入口相連。

如圖1所示，變壓吸附裝置8具有氣體入口、剩余氣體入口、CO出口、可燃?xì)獬隹凇?/p>

如圖2所示，旋轉(zhuǎn)床熱解爐3可包括干燥區(qū)、熱解區(qū)、催化反應(yīng)區(qū)。

如圖3所示，本實(shí)施例中，含碳有機(jī)物連續(xù)熱解提純CO燃料氣的方法是：

A、垃圾預(yù)處理：將含水率為35％～55％的生活垃圾送入分選裝置1和破碎裝置2，然后在儲(chǔ)料坑堆濾3～5天，最終得到含水率30％以下的生活垃圾。

B、垃圾熱解：將預(yù)處理后的生活垃圾輸送至旋轉(zhuǎn)床熱解爐3，采用布料裝置將生活垃圾均勻布入旋轉(zhuǎn)床熱解爐3進(jìn)行熱解。旋轉(zhuǎn)床熱解爐3包括上下輻射管、以及含碳有機(jī)物進(jìn)口、熱解氣液出口、熱解炭出料口等。其爐底為可轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)形爐底，位于上下輻射管中間，輻射管布置于環(huán)形爐壁。進(jìn)入旋轉(zhuǎn)床熱解爐3的生活垃圾依次通過(guò)旋轉(zhuǎn)床熱解爐3的干燥區(qū)、熱解區(qū)、催化反應(yīng)區(qū)。旋轉(zhuǎn)床熱解爐3中干燥區(qū)上下輻射管的溫度設(shè)定為300℃～400℃，熱解區(qū)上下輻射管的溫度設(shè)定為500℃～600℃，催化反應(yīng)區(qū)上下輻射管的溫度設(shè)定為700℃～800℃。輻射管內(nèi)的煙氣與旋轉(zhuǎn)床熱解爐內(nèi) 的氣氛隔絕，旋轉(zhuǎn)床熱解爐處于無(wú)氧、絕氧狀態(tài)。

生活垃圾在干燥區(qū)受到輻射管的加熱作用，先將垃圾中殘留的水分蒸出，然后隨著爐底轉(zhuǎn)動(dòng)繼續(xù)發(fā)生熱解反應(yīng)，生成熱解油及熱解氣等產(chǎn)物。熱解油在經(jīng)過(guò)催化反應(yīng)區(qū)時(shí)經(jīng)過(guò)催化裂解，繼續(xù)生成CO、H₂等小分子氣體，然后在旋轉(zhuǎn)床熱解爐出料區(qū)頂部熱解氣液出口排出，并進(jìn)入后續(xù)冷凝器4。熱解炭轉(zhuǎn)至旋轉(zhuǎn)床熱解爐3末端，通過(guò)爐體底部輸送裝置輸送，進(jìn)入固定床熱解爐6再次熱解。固定床熱解爐6的傳送帶上下兩側(cè)同樣布置輻射管，溫度均設(shè)定為900℃～1000℃。固定床熱解爐6熱解氛圍與旋轉(zhuǎn)床熱解爐3不同，固定床熱解爐6進(jìn)料端設(shè)置CO₂進(jìn)料口，將提純裝置7分離出的CO₂引入固定床熱解爐中，熱解炭在CO₂氣氛中發(fā)生合成反應(yīng)，可生成大量CO燃料氣。

由于生活垃圾經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)床熱解爐、固定床熱解爐連續(xù)熱解后灰渣產(chǎn)量較小、灰分較高、熱值很低，且不屬于危險(xiǎn)廢物，可直接進(jìn)填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置。

C、氣液及油水分離：經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)床熱解爐3熱解后，生成的熱解氣液混合物通入冷凝裝置4中，將熱解氣液進(jìn)行分離。其中熱解氣進(jìn)入提純裝置7，熱解液進(jìn)入油水分離裝置5，熱解油可作為化工原料出售，熱解水排入污水處理廠進(jìn)行處理。

D、CO分離提純：將提純裝置7分離出的CO、H₂等氣體與固定床熱解爐6產(chǎn)生的CO、烷烴等氣體共同送至變壓吸附裝置8，分離提純得到CO燃料氣，剩下的H₂、CH₄等可燃?xì)庖部勺鳛槿剂铣鍪邸?/p>

實(shí)施例1：

采用某市城市生活垃圾為原料，垃圾含水率為55％，其各組分含量如下表：

表1生活垃圾各組分百分含量(濕基)

將含水率55％的生活垃圾送入分選、破碎等預(yù)處理系統(tǒng)，在儲(chǔ)料坑堆濾3天后，垃圾含水率降至25％，然后輸送至旋轉(zhuǎn)床熱解爐。垃圾在旋轉(zhuǎn)床熱解爐中依次經(jīng)過(guò)干燥區(qū)、熱解區(qū)、催化反應(yīng)區(qū)，干燥區(qū)主要將垃圾中剩余水分蒸出；熱解區(qū)生成的熱解油等產(chǎn)物進(jìn)入催化反應(yīng)區(qū)后，二次裂解生成大量CO、CO₂、H₂等熱解氣。經(jīng)旋轉(zhuǎn)床熱解爐熱解得到的熱解氣液混合物通過(guò)冷凝裝置、油水分離裝置、氣體提純裝置等，得到高純度的CO₂氣體，以及CH₄、CO、H₂等可燃?xì)?，熱解得到的熱解炭，以及提純熱解氣得到的CO₂一同輸送至固定床熱解爐熱解反應(yīng)器進(jìn)行高溫?zé)峤?，生成的CO、烷烴類氣體等與旋轉(zhuǎn)床熱解爐熱解提純得到的CO、H₂等氣體共同送入變壓吸附裝置制備CO燃料氣，其余CH₄、H₂等也可作為燃料出售。經(jīng)過(guò)變壓吸附裝置實(shí)現(xiàn)CO燃料氣提純，剩余H₂、CH₄等氣體作為輻射管燃料氣使用。最終制得的CO燃料產(chǎn)率為32％，CO濃度為99.6％。

實(shí)施例2：

采用某城市的秸稈，含水率為38％，其工業(yè)分析及元素分析如下表:

表2原料的元素分析與工業(yè)分析

表1中英文縮寫含義如下：

Mad――空氣干燥原料的水分含量；

Aad――空氣干燥原料的灰分含量；

Vad――空氣干燥原料的揮發(fā)分含量；

FCad――空氣干燥原料的固定碳含量；

Cad――空氣干燥原料的碳含量；

Had――空氣干燥原料的氫含量；

Nad――空氣干燥原料的氮含量；

St,ad――空氣干燥原料的全硫含量。

將含水率38％的秸稈進(jìn)行破碎，并堆濾2天，秸稈含水率降至20％， 然后輸送至旋轉(zhuǎn)床熱解爐，在物料轉(zhuǎn)盤的上下兩側(cè)均布置有輻射管以給含碳有機(jī)物加熱。物料在旋轉(zhuǎn)床熱解爐中依次經(jīng)過(guò)干燥區(qū)、熱解區(qū)、催化反應(yīng)區(qū)，干燥區(qū)主要將垃圾中剩余水分蒸出；熱解區(qū)生成的熱解油等產(chǎn)物進(jìn)入催化反應(yīng)區(qū)后，二次裂解生成大量CO、CO₂、H₂等熱解氣。經(jīng)旋轉(zhuǎn)床熱解爐熱解得到的熱解氣液混合物通過(guò)冷凝裝置、油水分離裝置、氣體提純裝置等，得到高純度的CO₂氣體，以及CH₄、CO、H₂等可燃?xì)猓瑹峤獾玫降臒峤馓?，以及提純熱解氣得到的CO2一同輸送至固定床熱解爐熱解反應(yīng)器進(jìn)行高溫?zé)峤?，生成的CO、烷烴類氣體等與旋轉(zhuǎn)床熱解爐熱解提純得到的CO、H₂等氣體共同送入變壓吸附裝置制備CO燃料氣，其余CH₄、H₂等也可作為燃料出售。經(jīng)過(guò)變壓吸附裝置實(shí)現(xiàn)CO燃料氣提純，剩余H₂、CH₄等氣體作為輻射管燃料氣使用。最終制得的CO燃料產(chǎn)率為35％，CO濃度為99.7％。

需要說(shuō)明的是，以上參照附圖所描述的各個(gè)實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型而非限制本實(shí)用新型的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的前提下對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。