申请日2018.11.12
公开(公告)日2019.04.09
IPC分类号C10B53/02; C10B53/00; C02F11/10
摘要
本发明涉及一种植物废弃物与污泥减量化处理方法，通过对植物废弃物和污泥分别进行破碎和干燥处理，然后对混合物进行磁选、筛分、混合等处理使得植物废弃物与污泥充分混合，并通过三段式热解、保温炭化、油气分离等工序实现将植物废弃物与污泥充分热解炭化，并制备热解炭、焦油和可燃气等可利用的工业产品，具备良好的应用前景。
权利要求书
1.一种植物废弃物与污泥减量化处理方法，包括对植物废弃物与污泥进行预处理的前处理工序和对植物废弃物与污泥混合物进行热解炭化的热解处理工序，控制污泥与植物废弃物的重量比为3：7;其特征在于：
所述前处理工序为：将植物废弃物通过破碎机进行一次破碎制得50目的植物废弃物颗粒，并将污泥送入干燥机中进行干燥处理，破碎后的植物废弃物与干燥后的污泥送入粉碎机中进行二次破碎处理，制得150目的混合颗粒，然后将混合物料送入磁选机中进行磁选，分选出混合物料中的金属材料，磁选后的混合物料通过振动筛分机筛选出玻璃、砖瓦，筛选后的混合物料送入螺旋混合机中进行混合后送入热解炭化系统进行热解处理;
所述热解处理工序为：通过螺旋混合机中进行混合后的物料通过密封输送装置送入三段式热解反应器中进行三段式热解，热解处理后的物料保温炭化一段时间后进行油气分离，分离出的固体成分通过换热器进行冷却，冷却后通过螺旋出料机出料;分离出的气体成分通过滤网进行过滤除尘。
2.根据权利要求1所述的一种植物废弃物与污泥减量化处理方法，其特征在于：所述热解处理工序还包括：将过滤除尘后的气体一部分依次通入列管冷凝器、套管冷凝器和三相分离器进行油气分离，利用焦油、水和轻质油液的不同分别在200℃和常温下实现逐级冷凝分离和收集，分离后的不可冷凝气体经过流量计后通至后端燃烧器进行燃烧排空，一部分热解气直接通入催化裂解炉进行二次催化裂解，在高温和催化剂的作用下将大分子焦油催化裂解成为小分子气或轻质油，裂解后的热解气再依次通入列管冷凝器、套管冷凝器和三相分离器进行下一步的油气分离和收集，经油气分离后的热解气进入燃烧器中燃烧为三段式热解反应器供热。
3.根据权利要求2所述的一种植物废弃物与污泥减量化处理方法，其特征在于：所述三段式热解分为：干燥段、挥发段和炭化段三个过程，控制干燥段温度小于150℃，挥发段温度在150℃-300℃之间，炭化段温度在500℃-530℃之间，三段式热解通过形成三段式温度场，使生物质原料在热解过程中以可控的升温速率进行热解炭化。
4.根据权利要求3所述的一种植物废弃物与污泥减量化处理方法，其特征在于：控制炭化段的升温速率在2℃/min-3℃/min，保温时间在170min-180min。
5.根据权利要求2所述的一种植物废弃物与污泥减量化处理方法，其特征在于：所述二次催化裂解的温度在750℃-900℃之间，催化剂选择为三氧化二铝与二氧化硅的混合物。
说明书
一种植物废弃物与污泥减量化处理方法
技术领域
本发明涉及废弃物处理领域，特别涉及一种植物废弃物与污泥减量化处理方法。
背景技术
随着人们环境意识的日益增强，对环境的要求越来越高，城市废弃树技、树叶的随意堆放及焚烧被逐渐禁止废弃树枝的处理及综合利用成了城市园林及环卫部门亟待解决的问题。
目前采用的主要技术方案是将树枝粉碎后堆肥，用作城市植被、盆栽花卉及树苗移栽的底肥，但是依然无法实现树枝、树叶原料的充分利用;在此形势下，全国各地都在积极探索和研究生物质资源综合利用的新方法，例如：气化技术、就地还田技术、饲料综合利用技术、热解技术等;其中热解技术因其设备投资较小，产物可利用性强，应用范围广泛，具备高效化转换、高值化应用而备受关注;逐渐成为植物废弃物资源综合利用的重要方法，通过热解技术处理后，可实现一废变四宝，生成热解炭、醋液、焦油和燃气;而其中的热解炭和燃气是两种清洁的可再生能源，醋液和焦油是两种天然的农用化学品替代物，四种基础产物在许多行业均具有广泛的用途。
污泥中含有各种病原微生物、高氮磷和有机污染物等，目前我国对于污泥的处理技术有：①填埋：②农用：③焚烧等;填埋处理操作简单、投资低、适用广泛，但易造成二次污染，且占用大量土地资源;农用处理，充分利用污泥中富含的氮磷等营养元素，将污泥通过堆肥处理后用于农业生产，然而污泥中累积的有毒元素(重金属、抗生素、病原体、难降解有机污染物等)会导致二次污染，不利于作物生长，甚至将污染转移到食物链中;焚烧处理，由于污泥具有一定的热值，可对其进行焚烧处理，或掺烧，实现污泥的无害化、减量化和资源化，但仍需关注和解决焚烧的烟气处理、重金属和二嗯英等污染物的控制。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术而提出的一种植物废弃物与污泥减量化处理方法，通过对植物废弃物和污泥分别进行破碎和干燥处理，然后对混合物进行磁选、筛分、混合等处理使得植物废弃物与污泥充分混合，并通过三段式热解、保温炭化、油气分离等工序实现将植物废弃物与污泥充分热解炭化，并制备热解炭、焦油和可燃气等可利用的工业产品，具备良好的应用前景。
由于污泥的含水率较高，并有一定比例的惰性组分(即，玻璃类、金属类和沙石等不可燃成分)，因此在对污泥和植物废弃物混合之前需要对污泥进行相应的预处理，以提高污泥和植物废弃物混合物的理化性能。
同时，由于污泥含水率约为80%，挥发分(有机质)约为30%，低位热值约8.5MJkg，然而污泥与植物废弃物协同热解需要控制混合物料含水率在8%以下，因此需要在污泥与植物废弃物混合前进行干燥处理。
因此，在处理前需要对污泥进行一定的干燥处理，降低含水率，提高原料的热值是原料的分选，并将植物废弃物(树枝、树叶)进行一次破碎以减低植物废弃物的大小，提高热解炭化的效率，然后剔除不可燃的惰性组分(如金属、玻璃、陶土/砖瓦等)，进而对污泥和植物废弃物混合物进行二次破碎处理，以利于物料混匀。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种植物废弃物与污泥减量化处理方法，包括对植物废弃物与污泥进行预处理的前处理工序和对植物废弃物与污泥混合物进行热解炭化的热解处理工序，控制污泥与植物废弃物的重量比为3：7;
前处理工序为：将植物废弃物通过破碎机进行一次破碎制得50目的植物废弃物颗粒，并将污泥送入干燥机中进行干燥处理，破碎后的植物废弃物与干燥后的污泥送入粉碎机中进行二次破碎处理，制得150目的混合颗粒，然后将混合物料送入磁选机中进行磁选，分选出混合物料中的金属材料，磁选后的混合物料通过振动筛分机筛选出玻璃、砖瓦，筛选后的混合物料送入螺旋混合机中进行混合后送入热解炭化系统进行热解处理;
热解处理工序为：通过螺旋混合机中进行混合后的物料通过密封输送装置送入三段式热解反应器中进行热解，热解处理后的物料保温炭化一段时间后进行油气分离，分离出的固体成分通过换热器进行冷却，冷却后通过螺旋出料机出料;分离出的气体成分通过滤网进行过滤除尘。
作为本发明更进一步的限定，热解处理工序还包括：将过滤除尘后的气体一部分依次通入列管冷凝器、套管冷凝器和三相分离器进行油气分离，利用焦油、水和轻质油液的不同分别在200℃和常温下实现逐级冷凝分离和收集，分离后的不可冷凝气体经过流量计后通至后端燃烧器进行燃烧排空，一部分热解气直接通入催化裂解炉进行二次催化裂解，在高温和催化剂的作用下将大分子焦油催化裂解成为小分子气或轻质油，裂解后的热解气再依次通入列管冷凝器、套管冷凝器和三相分离器进行下一步的油气分离和收集，经油气分离后的热解气进入燃烧器中燃烧为三段式热解反应器供热。
作为本发明更进一步的限定，三段式热解分为：干燥段、挥发段和炭化段三个过程，控制干燥段温度小于150℃，挥发段温度在150℃-300℃之间，炭化段温度在500℃-530℃之间，三段式热解通过形成三段式温度场，使生物质原料在热解过程中以可控的升温速率进行热解炭化。
作为本发明更进一步的限定，控制炭化段的升温速率在2℃/min-3℃/min，保温时间在170min-180min。
作为本发明更进一步的限定，二次催化裂解的温度在750℃-900℃之间，催化剂选择为三氧化二铝与二氧化硅的混合物。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过三段式热解、保温炭化、油气分离等工序实现将植物废弃物与污泥充分热解炭化，并制备热解炭、焦油和可燃气等可利用的工业产品。
2、采用三段式解热能够形成特定的温度场，使物料在热解过程中以可控的升温速率进行热解炭化，提高热解炭产率和品质。