一種垃圾熱解和催化裂解系統的制作方法

一種垃圾熱解和催化裂解系統的制作方法
【專利摘要】本發明創造屬于垃圾熱解技術領域，主要是一種基于蓄熱式輻射管加熱的垃圾熱解和催化裂解系統，用于制取清潔可燃氣。本發明針對現有技術的不足，設計并開發一種垃圾熱解和催化裂解系統，該反應系統可進行熱解和催化裂解兩種作業，熱解室產生的油氣，可以進入裂解室進行催化裂解，將大分子的焦油分子裂解為小分子的氣態烴類，并通過催化裂解的方式，大量產生氫氣，氣體品質高，從而避免了生產熱解油難以利用的問題，真正的實現了垃圾無害化處理和二噁英零排放，變廢為寶，滿足和解決了我國垃圾綜合處理的技術需求。
【專利說明】
一種垃圾熱解和催化裂解系統
技術領域
[0001] 本發明創造屬于垃圾熱解技術領域，主要是一種基于蓄熱式輻射管加熱的垃圾熱 解和催化裂解系統，用于制取清潔可燃氣。
【背景技術】
[0002] 隨著我國現代化進程的加速，城市生活垃圾已經成為制約綠色城市快速發展的一 個重要因素。目前，世界各國城市垃圾處理方式主要包括衛生填埋、焚燒、堆肥、熱解以及垃 圾綜合處理等。而我國相關的垃圾分類、垃圾綜合利用技術滯后，目前垃圾的主要處理方式 為衛生填埋為主，焚燒、堆肥等方式為輔。并且，隨著科技進步和環保意識的增強，"焚燒法" 和"填埋法"給環境帶來的破壞作用及威脅人類的身體健康已越來越被人們認識到。目前， 垃圾熱解處理技術主要有耦合流化床熱解工藝、臥式垃圾連續焚燒工藝等等。垃圾熱解處 理技術是指將垃圾在的無氧或缺氧的狀態下加熱，使之分解。在熱解過程中，其中間產物趨 向于兩極化變化:一種是從大分子裂解為小分子的裂解過程、另一種是小分子聚合為大分 子的縮聚過程。在低溫干燥階段，垃圾中所含的外水和毛細結構吸附的水分首先被加熱蒸 發，其次物質中的結構水受熱分解。隨著水分的蒸發和熱解干餾溫度的升高，垃圾熱解進入 干餾階段。干餾階段主要發生內部水和C02的析出、脫氧、脫硫等反應。由于我國垃圾分類措 施不完善，致使垃圾本身成分異常復雜，常含有廚余物、塑料、廢舊電池、電路板等等。同時 發現垃圾熱解產生的焦油成分亦異常復雜，成分分析發現焦油中含有上百種中物質，包括 各種有機酸、酚類、酮類、醛類、PAHs等，其中氯元素和重金屬元素普遍偏高，含水量大約 20%，熱值約13~18MJ/Kg，同時因硫化物含量高而導致惡臭，綜合利用難度大。諸多因素致使 我國垃圾熱解、垃圾綜合利用技術很難取得重大突破。因此，如何設計一種高效生產清潔可 燃氣成為本領域亟需解決的問題。

【發明內容】

[0003] 本發明針對現有技術的不足，設計并開發一種垃圾熱解和催化裂解系統，該反應 系統可進行熱解和催化裂解兩種作業，熱解室產生的油氣，可以進入裂解室進行催化裂解， 將大分子的焦油分子裂解為小分子的氣態烴類，并通過催化裂解的方式，大量產生氫氣，氣 體品質高，從而避免了生產熱解油難以利用的問題，真正的實現了垃圾無害化處理和二噁 英零排放，變廢為寶，滿足和解決了我國垃圾綜合處理的技術需求。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為： 本發明提供了一種垃圾熱解和催化裂解系統，根據本發明的實施例，該系統包括:料 斗;進料器，所述進料器與所述料斗連接;熱解和裂解反應器，包括:進料口、熱解室、裂解室 和裂解氣出口，所述進料口設置在所述熱解室的頂壁上，所述裂解氣出口設置在所述裂解 室的側壁上；以及:蓄熱式輻射管，所述蓄熱式輻射管沿所述反應器的高度方向多層布置在 所述熱解室和所述裂解室內部，每層具有多根沿水平方向布置的所述蓄熱式輻射管；隔熱 磚墻，所述隔熱磚墻設置在所述反應器橫向寬度的2/3處，豎直地貫穿于所述反應器內，將 所述反應器的內部空間分隔成所述熱解室和所述裂解室;催化劑加入裝置，其與所述裂解 室連接，用于將裂解催化劑施加于所述裂解室中；連通構件，所述連通構件設置在所述隔熱 磚墻的下部，用于將所述熱解室產生的油氣，通過所述連通構件，通入到所述裂解室;噴淋 塔，所述噴淋塔與所述裂解氣出口連接;干燥器，所述干燥器與所述噴淋塔連接;燃氣罐，所 述燃氣罐與所述干燥器連接。
[0005] 發明人發現，根據本發明實施例的系統工藝簡單，操作方便，該反應系統可進行熱 解和催化裂解兩種作業，熱解室產生的油氣，可以進入裂解室進行催化裂解，將大分子的焦 油分子裂解為小分子的氣態烴類，并通過催化裂解的方式，大量產生氫氣，氣體品質高，從 而避免了生產熱解油難以利用的問題，真正的實現了垃圾無害化處理和二噁英零排放，變 廢為寶，滿足和解決了我國垃圾綜合處理的技術需求。同時，該反應器采用了蓄熱式輻射管 加熱技術無需氣、固熱載體加熱，提高了反應器的熱效率的同時簡化了系統工藝。
[0006] 根據本發明的實施例，所述連通構件為設置在所述隔熱磚墻上的包括多個孔的孔 帶;或者所述連通構件為所述隔熱磚墻縱向長度上，位于下部位置的開口。
[0007] 根據本發明的實施例，所述隔熱磚墻的厚度為5-15cm，所述孔帶的高度為3-15cm， 所述孔的直徑為l-3cm，所述開口的高度為3-15cm〇
[0008] 根據本發明的實施例，進一步包括燃氣引風機，其中，所述燃氣引風機一端與所述 干燥器的出口連接，另一端與所述燃氣罐的進口連接。
[0009] 根據本發明的實施例，所述系統還包括壓縮脫水器，所述壓縮脫水器與所述料斗 相連;氣化爐，所述氣化爐分別與所述蓄熱式輻射管的燃氣入口和半焦輸送裝置連接;廢熱 鍋爐，所述廢熱鍋爐與所述蓄熱式輻射管的煙氣出口相連接。
[0010] 根據本發明的實施例，所述催化劑加入裝置包括:催化劑料斗；催化劑主管，所述 催化劑主管與所述催化劑料斗相連;催化劑支管，所述催化劑支管與所述催化劑主管相連 通，所述催化劑支管穿過所述反應器裂解室的壁并延伸至所述裂解室內部；多個催化劑噴 射件，所述催化劑噴射件設置在所述催化劑支管上，且位于所述裂解室內部;優選的，所述 催化劑支管為多個并沿所述催化劑主管的長度方向彼此平行布置，所述催化劑支管設置在 所述蓄熱式輻射管的層間；優選的，所述催化劑噴射件包括催化劑噴出管道和設置在所述 催化劑噴出管道上的噴嘴，所述噴嘴上設置有調節閥。
[0011] 根據本發明的實施例，所述料斗通過所述進料器與所述進料口相連。
[0012] 根據本發明的實施例，所述系統還包括半焦出口，所述半焦出口設置在所述熱解 室的下部，所述半焦出口與所述半焦輸送裝置連接。
[0013] 在本發明的另一個方面，本發明提供了一種利用前面所述的系統進行垃圾熱解和 催化裂解的方法。根據本發明的實施例，該方法包括以下步驟： a. 將垃圾顆粒通過進料口加入到反應器中，在所述反應器的熱解室中完成熱解過程； b. 熱解產生的油氣，通過所述反應器隔熱磚墻上設置的連通構件，進入到所述反應器 的裂解室； c. 所述熱解產生的油氣進入到所述裂解室內，催化劑加入裝置將催化劑噴灑于所述 裂解室中，所述熱解油氣在所述裂解室內完成催化裂解過程，產生裂解氣； d. 所述裂解氣通過裂解氣出口進入到噴淋塔中，對所述裂解氣進行凈化處理； e. 經凈化的凈裂解氣進入干燥器中，對所述凈裂解氣進行干燥處理； f.干燥后的裂解氣經燃氣引風機進入燃氣罐中，進行儲存。
[0014]根據本發明的實施例，所述步驟a中，所述垃圾顆粒從所述反應器上部的所述進料 口加入到所述反應器中，并被所述反應器內的蓄熱式輻射管打散，熱解半焦從所述反應器 底部的半焦出口排出；所述步驟a中，所述垃圾顆粒被所述反應器熱解室中的所述蓄熱式輻 射管加熱到500-600°C，所述步驟b中，所述熱解油氣被所述反應器裂解室中的所述蓄熱式 輻射管加熱到600-900°C ;所述步驟c中，所述催化劑通過催化劑噴射件均勻地噴灑于所述 裂解室中；優選的，所述垃圾顆粒的粒度為l〇mm以下。
[0015]本發明的有益效果在于： 1) 采取蓄熱式輻射管下行床工藝加熱1〇_以下的垃圾，溫度分布均勻，加熱效果好，反 應系統結構簡單，操作方便； 2) 反應器分為熱解室和裂解室，熱解室產生的油氣，可在裂解室進行深度催化裂解，大 分子的焦油分子裂解為小分子的氣態烴類，并通過催化裂解的方式，產生大量氫氣，燃氣品 質尚； 3) 該反應系統可產生大量的裂解氣產品，避免了熱解油難以利用的問題，真正實現了 垃圾的無害化處理，變廢為寶； 4) 垃圾低溫熱解，實現了二噁英零排放； 5 )-個爐體內可進行兩種作業，合二為一，節省建造成本和占地面積。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明垃圾熱解和催化裂解系統的結構圖。
[0017] 圖2為本發明垃圾熱解和催化裂解系統的反應器結構圖。
[0018] 圖3為本發明反應器中的隔熱磚墻的正視圖。
[0019] 其中，1.壓縮脫水器;2.料斗；3.進料器;4.蓄熱式下行床反應器;410.裂解氣出 口；411.煙氣出口；420.進料口；421.空氣入口；422.燃氣入口；430.半焦出口；440.裂解室； 450.熱解室;460.連通構件;470.隔熱磚墻;480.蓄熱式輻射管；5.噴淋塔;6.干燥器;7.燃 氣引風機;8.燃氣罐;9.氣化爐；10.螺旋輸送機；11.廢熱鍋爐；12.催化劑料斗；13.催化劑 噴出管道;14.催化劑主管；15.催化劑支管。
【具體實施方式】
[0020] 為了使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合具體實施例對本 發明作進一步的詳細說明。下面描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解 為對本發明的限制。實施例中未注明具體技術或條件的，按照本領域內的文獻所描述的技 術或條件或者按照產品說明書進行。
[0021] 根據本發明的一個方面，本發明提供了一種垃圾熱解和催化裂解系統，圖1為垃圾 熱解和催化裂解系統的結構圖，如圖1所示，該系統包括料斗2、進料器3,所述料斗2和所述 進料器3連接;熱解和裂解反應器4，所述熱解和裂解反應器4包括:進料口 420、熱解室450、 裂解室440、裂解氣出口 410、蓄熱式輻射管480、隔熱磚墻470、連通構件460，其中，所述進料 口設置在所述熱解室的頂壁上，所述裂解氣出口設置在所述裂解室的側壁上，所述隔熱磚 墻豎直地貫穿于所述反應器內，將所述反應器的內部空間分隔成所述熱解室和所述裂解 室，所述催化劑加入裝置與所述裂解室連接，用于將裂解催化劑施加于所述裂解室中，所述 連通構件設置在所述隔熱磚墻上，將熱解室和裂解室連通，優選的，所述連通構件設置在所 述隔熱磚墻的下部，用于將所述熱解室產生的油氣，通過所述連通構件，通入到所述裂解 室;噴淋塔5，所述噴淋塔與所述裂解氣出口連接;干燥器6，所述干燥器與所述噴淋塔連接； 燃氣罐8，所述燃氣罐與所述干燥器連接。
[0022] 發明人發現，根據本發明實施例的系統工藝簡單，操作方便，該反應系統可進行熱 解和催化裂解兩種作業，熱解室產生的油氣，可以進入裂解室進行催化裂解，將大分子的焦 油分子裂解為小分子的氣態烴類，并通過催化裂解的方式，大量產生氫氣，氣體品質高，從 而避免了生產熱解油難以利用的問題，真正的實現了垃圾無害化處理和二噁英零排放，變 廢為寶，滿足和解決了我國垃圾綜合處理的技術需求。同時，該反應器采用了蓄熱式輻射管 加熱技術無需氣、固熱載體加熱，提高了反應器的熱效率的同時簡化了系統工藝。
[0023] 根據本發明的具體實施例，適用于該垃圾熱解和催化裂解系統的垃圾的具體粒徑 不受特別限制，根據本發明的實施例，垃圾可以為塊狀也可以為小顆粒，在本發明的一些優 選實施例中，該反應器采用的垃圾顆粒的粒度為l〇mm以下，由此，可以充分利用小顆粒垃 圾，資源利用率高，且能夠解決大量堆積污染環境的問題。
[0024] 根據本發明的實施例，該系統用于熱解和催化裂解垃圾，裂解垃圾采用的催化劑 的種類、粒徑和用量不受特別限制，本領域技術人員可以根據需要靈活選擇。在本發明的一 些優選實施例中，催化劑可采用白云石、Ni基催化劑或Fe基催化劑中的一種或幾種混合使 用，催化劑的粒徑可以為不大于0.5毫米，催化劑的用量可以為垃圾總質量的1%~15%。 由此，催化效率較高，熱解油氣在裂解室內完成催化裂解過程，使得大分子的焦油分子裂解 為小分子的氣態烴類，產生大量的富氫氣體，避免了生產熱解油難以利用的問題，真正的實 現了垃圾無害化處理和二噁英零排放，變廢為寶，滿足和解決了我國垃圾綜合處理的技術 需求。
[0025] 根據本發明的具體實施例，適用于該系統的所述反應器4的爐型不受特別限制，可 以是蓄熱式下行床熱解和裂解反應器4也可以是其它類型，如非蓄熱式或非移動式等，只要 能通過隔熱磚墻一體化的分割為熱解室和裂解室即可。在本發明的一些優選實施例中，該 反應器4采用蓄熱式下行床反應器4。
[0026] 根據本發明的具體實施例，圖2為該垃圾熱解和催化裂解系統的熱解和裂解反應 器結構圖，如圖2所示，所述隔熱磚墻設置在反應器內，優選的，位于反應器橫向寬度的2/3 處，隔熱磚墻的厚度為5-15cm。隔熱磚墻豎直地貫穿于反應器內，將反應器的內部空間分隔 成熱解室和裂解室，該結構使得在一個爐體內設置了熱解室和裂解室，熱解室產生的油氣， 可以進入裂解室進行催化裂解，將大分子的焦油分子裂解為小分子的氣態烴類，產生大量 的裂解氣，從而避免了生產熱解油含塵的問題。并且，一個爐體內可進行兩種作業，合二為 一，節省建造成本和占地面積。
[0027] 根據本發明的具體實施例，催化劑加入裝置包括:催化劑料斗12;催化劑主管14， 所述催化劑主管與所述催化劑料斗相連;催化劑支管15,所述催化劑支管與所述催化劑主 管相連通，所述催化劑支管穿過所述反應器裂解室的壁并延伸至所述裂解室內部，催化劑 支管設置在裂解室內的蓄熱式輻射管的層間；至少一個催化劑噴射件，所述催化劑噴射件 設置在所述催化劑支管上，且位于所述裂解室內部;優選的，所述催化劑支管為多個并沿所 述催化劑主管的長度方向彼此平行布置，催化劑支管設置在所述蓄熱式輻射管的層間；優 選的，所述催化劑噴射件包括催化劑噴出管道13和設置在所述催化劑噴出管道上的噴嘴， 所述噴嘴上設置有調節閥，優選的，在裂解室內每根輻射管周圍配有催化劑噴出管道。
[0028] 根據本發明的實施例，催化劑支管可以延伸至裂解室的中心位置。由此，有利于催 化劑和熱解油氣混合均勻。且催化劑支管可以為多個并沿催化劑主管的長度方向彼此平行 布置。由此，有利于催化劑在裂解室內均勻分布，進而提高催化效率。
[0029] 根據本發明的實施例，催化劑加入裝置可以包括10-25層催化劑噴射件。由此，有 利于催化劑在裂解室分布均勻，提高催化效率。根據本發明的實施例，催化劑噴射件可以包 括催化劑噴出管道和設置在催化劑噴出管道上的噴嘴，由此，催化劑可以在載氣的作用下 經過催化劑噴出管道，并通過噴嘴噴射于裂解室的熱解油氣中，進一步地，噴嘴上還可以設 置有調節閥，由此便于精確控制催化劑的加入量。
[0030] 根據本發明的實施例，催化劑噴射件的數量不受特別限制，本領域技術人員可以 根據需要設定。在本發明的實施例中，每個催化劑支管上設置有多個催化劑噴射件，其上可 以設置有4-15個噴嘴。由此，有利于催化劑和熱解油氣混合均勻，提高催化效率。
[0031] 根據本發明的實施例，催化劑支管與催化劑主管的連接方式不受特別限制，包括 但不限于可拆卸地或焊接地連接至催化劑主管。本領與技術人員可以根據實際工作條件進 行選擇。
[0032] 根據本發明的實施例，載氣遞送件可以連接至催化劑主管的末端，具體連接方式 不受特別限制，可以可拆卸地連接或焊接至催化劑主管。由此，便于載氣遞送件工作，有利 于提高工作效率。
[0033] 根據本發明的具體實施例，所述連通構件460的具體種類不受特別限制，只要可以 將熱解室和裂解室連通，從而將熱解室產生的油氣通入到裂解室即可。在本發明的一些實 施例中，圖3為從反應器的左向右看時，隔熱磚墻的正視圖，如圖3所示，連通構件可以為設 置在隔熱磚墻上的包括多個孔的孔帶，優選情況下，所述孔帶的高度為3-15cm，所述孔的直 徑為l-3cm。連通構件也可以為隔熱磚墻縱向長度上，位于下部位置的開口，優選情況下，所 述開口的高度為3_15cm〇
[0034] 根據本發明的具體實施例，如圖1所示，所述進料口設置在熱解室上部的頂壁上， 料斗通過進料器與所述進料口相連。根據本發明的實施例，如圖1所示，該系統可以進一步 包括:壓縮脫水器1、料斗和進料器，所述壓縮脫水器的出口與所述料斗的入口連接，所述料 斗的出口與所述進料器的入口連接，所述進料器的出口與所述進料口連接。根據本發明的 實施例，壓縮脫水器的具體種類不受特別限制，只要可以將篩選后的有機垃圾有效地進行 脫水處理即可。根據本發明的實施例，進料器的具體種類不受特別限制，只要可以將料斗中 的垃圾顆粒有效地輸送至反應器中即可。在本發明的一些實施例中，進料器可以為星形送 料機或螺旋送料機，優選情況下，進料器可以為螺旋送料機。由此，能夠實現對熱加料的自 動化輸送，輸送量可控，且設備結構簡單，操作方便。
[0035]根據本發明的具體實施例，如圖1所示，所述反應器進一步還包括半焦出口 430，所 述半焦出口設置在所述熱解室的下部，所述半焦出口與所述半焦輸送裝置10連接。由此，可 以利用半焦輸送裝置將反應器中獲得的半焦進行輸送。半焦輸送裝置的具體種類不受特別 限制，包括但不限于星形或螺旋輸送機10。由此，能夠實現對半焦的自動化輸送，且輸送量 可控，設備結構簡單，操作方便。
[0036] 根據本發明的實施例，參照圖2,所述反應器內部布置有多層沿所述反應器的高度 方向布置在所述熱解室和所述裂解室內部的蓄熱式輻射管，每層蓄熱式輻射管可以包括多 個彼此平行且沿水平方向間隔分布的蓄熱式輻射管。根據本發明的實施例，所述熱解室和 裂解室內分別分布了至少一根所述蓄熱式輻射管，優選的，所述至少一根蓄熱式輻射管均 勻分布。蓄熱式輻射管能夠有效用于對熱解料和裂解室內的油氣進行加熱，使其進行熱解 和裂解反應，具體地，可以向蓄熱式輻射管內通入可燃氣和空氣，使可燃氣燃燒實現對熱解 料和裂解室內的油氣的加熱功能。該反應器采用蓄熱式輻射管加熱技術，無需氣、固熱載體 加熱，熱解氣不會被稀釋，熱值高，且反應器內溫度分布均勻，表面溫差小，排煙溫度低，熱 效率高，提高了反應器的熱效率的同時簡化了系統工藝，反應系統結構簡單，操作方便。
[0037] 根據本發明的實施例，在所述反應器的熱解室中，熱解料自上而下運動，所述反應 器中設置的蓄熱式輻射管可以將熱解料打散使其均勻分布。根據本發明的實施例，蓄熱式 輻射管的形狀不受特別限制，在本發明的一些實施例中，可以為圓柱形，由此有利于熱解料 的打散，實現混合熱解料在熱解室中的均勻分散。輻射管的水平間距為200-500mm，垂直間 距為200-700mm，輻射管層數為10-25層，反應器寬度為2-6m，反應器高度為3-20m。另外，蓄 熱式輻射管可以為均勻布置的單向蓄熱式輻射管，管壁溫度利用燃氣調節閥控制在500~ 700°C范圍，物料在反應器中自上而下停留1-30分鐘，并加熱到500~600°C，完成熱解過程。 同時，蓄熱式輻射管可以采取定期換向的燃燒方式，使得單根蓄熱式輻射管的表面溫差只 有30攝氏度左右，沒有局部高溫區，由此，有利于提高熱效率。
[0038]根據本發明的具體實施例，所述反應器設有燃氣入口 422、空氣入口 421以及煙氣 出口411，其中，燃氣入口和煙氣出口分別與蓄熱式輻射管連接，分別用于通入可燃氣和排 出煙氣，空氣入口分別與氣源和蓄熱式輻射管連接，用于將氣源產生的空氣通入蓄熱式輻 射管中。由此，可以通過燃氣入口將熱解室中獲得半焦輸送至氣化爐中，對半焦進行氣化處 理，以獲得可燃氣和灰渣，得到的可燃氣可以通過燃氣入口進入到蓄熱式輻射管中，同時， 可以通過空氣入口來使用風機向蓄熱式輻射管中通入空氣，使可燃氣燃燒對熱解室中的熱 解料進行加熱。另外，通過煙氣出口將蓄熱式輻射管中的煙氣輸送到廢舊鍋爐中，回收煙 氣，使煙氣不會排放到空氣中。由此，可以對半焦進行充分的利用，不造成浪費，經濟性好， 并且，對煙氣進行回收，不造成環境污染，綠色環保。
[0039] 根據本發明的實施例，如圖1所示，該系統可以進一步包括:噴淋塔，所述噴淋塔設 置在所述裂解室的裂解氣出口和所述干燥器之間。所述噴淋塔的入口與所述裂解室的裂解 氣出口連接，所述噴淋塔的出口與所述干燥器的入口連接。噴淋塔的具體種類不受特別限 制，只要能夠洗滌凈化裂解氣即可。
[0040] 根據本發明的實施例，如圖1所示，該系統可以進一步包括:干燥器，所述干燥器設 置在所述噴淋塔和所述燃氣罐之間。所述干燥器的入口與所述噴淋塔的出口連接，所述噴 淋塔的出口與所述燃氣罐的入口連接。干燥器的具體種類不受特別限制，只要能夠干燥裂 解氣即可。
[0041] 根據本發明的實施例，如圖1所示，該系統可以進一步包括:燃氣引風機7,其中，所 述燃氣引風機布置在所述干燥器和所述燃氣罐之間。所述燃氣引風機入口與所述干燥器的 出口連接，所述燃氣引風機出口與所述燃氣罐進口連接。
[0042] 根據本發明的實施例，如圖1所示，該系統可以進一步包括:燃氣罐，所述燃氣罐設 置在所述燃氣引風機的一端。所述燃氣罐的入口與所述燃氣引風機的出口連接。燃氣罐的 具體種類不受特別限制，只要能夠儲存裂解氣即可。
[0043] 根據本發明的實施例，如圖1所示，該系統可以進一步包括:氣化爐9,所述氣化爐 設置在所述蓄熱式輻射管的燃氣入口和半焦輸送裝置之間。所述氣化爐入口與所述半焦輸 送裝置的出口連接，所述氣化爐出口與所述蓄熱式輻射管的燃氣入口連接。氣化爐的具體 種類不受特別限制，只要能夠將半焦進行氣化處理，以獲得可燃氣和灰渣即可，并且，氣化 后得到的灰渣排出，得到的可燃氣可以通過蓄熱式輻射管的燃氣入口進入到蓄熱式輻射管 中，通過可燃氣燃燒對熱解室中的熱解料進行加熱。由此，能夠實現對半焦進行充分的利 用，不造成浪費，經濟性好。
[0044] 根據本發明的實施例，如圖1所示，該系統可以進一步包括:廢熱鍋爐11，所述廢熱 鍋爐設置在所述蓄熱式輻射管的煙氣出口一端。所述廢熱鍋爐的入口與所述蓄熱式輻射管 的煙氣出口相連接。廢舊鍋爐的具體種類不受特別限制，只要能夠回收煙氣即可。由此，對 煙氣進行回收，不造成環境污染，綠色環保。
[0045] 在本發明的另一個方面，本發明提供了一種利用前面所述的系統進行垃圾熱解和 催化裂解的方法。根據本發明的實施例，該方法包括以下步驟： a.將垃圾顆粒通過進料口加入到反應器中，在所述反應器的熱解室中完成熱解過程。 其中，所述垃圾經過壓縮脫水器脫水處理后，經過料斗進入進料器，再從反應器上部的進料 口加入到蓄熱式下行床反應器中，并被所述反應器內的蓄熱式輻射管打散，熱解半焦從反 應器底部的半焦出口排出，并經半焦輸送裝置(優選為螺旋輸送機)排出。
[0046] 根據本發明的具體實施例，適用于該垃圾熱解和催化裂解系統的垃圾的具體粒徑 不受特別限制，根據本發明的實施例，垃圾可以為塊狀也可以為小顆粒，在本發明的一些優 選實施例中，該反應器采用的垃圾顆粒的粒度為l〇mm以下，由此，可以充分利用小顆粒垃 圾，資源利用率高，且能夠解決大量堆積污染環境的問題。
[0047] 根據本發明的實施例，在熱解室中，垃圾顆粒自上而下運動，熱解室中設置的15蓄 熱式輻射管可以將垃圾顆粒打散使其均勻分布，垃圾顆粒在反應器中自上而下停留1-30分 鐘，垃圾顆粒被反應器熱解室中的蓄熱式輻射管加熱到500~600°C。具體的，可以通過燃氣 閥控制蓄熱式輻射管管壁的溫度在500~700°C范圍，并加熱到500~600°C，完成熱解過程。
[0048] b.熱解產生的油氣，通過所述反應器隔熱磚墻上設置的連通構件，進入到所述反 應器的裂解室。
[0049] 根據本發明的實施例，隔熱磚墻設置在反應器內，優選的，位于反應器橫向寬度的 2/3處，隔熱磚墻的厚度為5-15cm，隔熱磚墻豎直地貫穿于反應器內，將反應器的內部空間 分隔成熱解室和裂解室，該結構使得在一個爐體內設置了熱解室和裂解室，熱解室產生的 油氣，可以進入裂解室進行催化裂解，將大分子的焦油分子裂解為小分子的氣態烴類。由 此，一個爐體內可進行兩種作業，合二為一，節省建造成本和占地面積。根據本發明的實施 例，連通構件可以為設置在隔熱磚墻上的包括至少一個孔的孔帶，也可以為隔熱磚墻縱向 長度上，位于下部位置的開口。具體的，熱解產生的油氣，通過反應器隔熱磚墻下部的孔帶 或者開口，進入到裂解室。
[0050] c.所述熱解產生的油氣進入到所述裂解室內，催化劑加入裝置將催化劑噴灑于 所述裂解室中，所述熱解油氣在所述裂解室內完成催化裂解過程，產生裂解氣。
[0051] 根據本發明的實施例，該系統用于熱解和裂解垃圾，裂解垃圾采用的催化劑的種 類、粒徑和用量不受特別限制，本領域技術人員可以根據需要靈活選擇。在本發明的一些優 選實施例中，催化劑可采用白云石、Ni基催化劑或Fe基催化劑中的一種或幾種混合使用，催 化劑的粒徑可以為不大于0.5毫米，催化劑的用量可以為垃圾顆粒總質量的1%~15%。由 此，催化效率較高，熱解油氣在裂解室內完成催化裂解過程，使得大分子的焦油分子裂解為 小分子的氣態烴類，產生大量的富氫氣體，避免了生產熱解油難以利用的問題，真正的實現 了垃圾無害化處理和二噁英零排放，變廢為寶，滿足和解決了我國垃圾綜合處理的技術需 求。
[0052] 根據本發明的實施例，所述裂解室內分布了至少一根蓄熱式輻射管，優選的，所述 至少一根蓄熱式輻射管均勻分布，并且，在所述每根蓄熱式輻射管周圍配有至少一根的催 化劑噴出管道，優選的，所述蓄熱式輻射管和所述催化劑噴出管道交替平行分布。蓄熱式輻 射管能夠有效用于對裂解室內的油氣進行加熱，使其進行裂解反應。在本發明的一些優選 實施例中，熱解油氣被反應器裂解室中的蓄熱式輻射管加熱到600-900°C，具體地，在每根 輻射管周圍配有催化劑噴出管道，粒徑< 0.5mm的催化劑通過催化劑噴出管道均勻地噴灑 于裂解室中，可以通過燃氣閥控制蓄熱式輻射管管壁的溫度為600~900°C，垃圾顆粒在反 應器中迅速被加熱至600-900°C，完成熱裂解過程，由此，大分子的焦油分子裂解為小分子 的氣態烴類，產生大量的裂解氣（富氫氣體），避免了生產熱解油難以利用的問題，真正實現 了垃圾的的無害化處理和二噁英零排放，變廢為寶。由此，真正實現了垃圾的清潔高效利 用。
[0053] d.所述裂解氣通過裂解氣出口進入到噴淋塔中，對所述裂解氣進行凈化處理。
[0054] 根據本發明的實施例，與裂解氣出口連接的是噴淋塔，所述的噴淋塔是用于將裂 解氣出口排出的裂解氣進行洗滌凈化處理。具體的，裂解氣通過裂解氣出口進入噴淋塔，進 行洗滌凈化處理，得到凈化后的凈裂解氣，從而避免了生產熱解油含塵的問題，真正實現了 垃圾的清潔高效利用。
[0055] e.經凈化的凈裂解氣進入干燥器中，對所述凈裂解氣進行干燥處理。
[0056] 根據本發明的實施例，與噴淋塔相連的還有干燥器，所述干燥器是用于干燥凈化 后的凈裂解氣，凈化后的凈裂解氣進入干燥器進行干燥處理，得到干燥的裂解氣。
[0057] f.干燥后的裂解氣經燃氣引風機進入燃氣罐中，進行儲存。
[0058] 根據本發明的實施例，與干燥器相連的還有燃氣罐，所述燃氣罐是用于儲存裂解 氣的，干燥后的裂解氣經燃氣引風機送入燃氣罐，進行儲存。
[0059] 實施例一： (1)經過剔除不易熱解或者不能熱解的物質后破碎至粒度< l〇mm的垃圾，進入壓縮脫 水器1中，壓縮脫水后的垃圾送入料斗2中經進料器3進入蓄熱式下行床反應器4,下行床反 應器4被隔熱磚墻分為熱解室和裂解室。
[0060] (2)熱解室中均勻布置了單向蓄熱式輻射管，管壁溫度利用燃氣調節閥控制在500 ~700°C范圍，垃圾在反應器中自上而下停留1-30分鐘，并加熱到500~600°C，完成熱解過 程。
[0061] (3)熱解產生的油氣，通過反應器下部隔熱磚墻的開口，進入到裂解室，裂解室中 均勻布置了單向蓄熱式輻射管，管壁溫度利用燃氣調節閥控制在600~900°C范圍，熱解油 氣在裂解室內被加熱到600-900°C，完成熱裂解過程，大分子的焦油分子裂解為小分子的氣 態烴類，產生大量的裂解氣，避免了熱解油難以利用的問題，真正實現了垃圾的的無害化處 理和二噁英零排放，變廢為寶。
[0062] (4)裂解氣通過反應器出口，進入噴淋塔5中洗滌凈化，洗滌后的凈裂解氣進入干 燥器6中進行干燥處理，干燥后的裂解氣經燃氣風機7送入燃氣罐8,可用于生產人造天然氣 等廣品。
[0063] (5)垃圾熱解產生的半焦，通過螺旋輸送機10送入氣化爐9,氣化氣可供給輻射管 燃燒，氣化后的灰渣排出。
[0064] (6)蓄熱式輻射管燃燒產生的煙氣，進入廢熱鍋爐11回收熱量，產生高品質蒸汽。
[0065]發明人發現，根據本發明實施例的系統結構簡單，操作方便，溫度分布均勻，加熱 效果好。反應器分為熱解室和裂解室，熱解室產生的油氣，可以進入裂解室進行催化裂解， 將大分子的焦油分子裂解為小分子的氣態烴類，產生大量的裂解氣，從而避免了生產熱解 油含塵的問題，真正實現了垃圾的的無害化處理和二噁英零排放，變廢為寶。并且，該系統 中將一個爐體內設置了熱解室和裂解室，使得一個爐體內可進行兩種作業，合二為一，節省 建造成本和占地面積。同時，該反應器采用了蓄熱式輻射管加熱技術無需氣、固熱載體加 熱，提高了反應器的熱效率的同時簡化了系統工藝。
[0066]利用垃圾熱解和催化裂解系統對垃圾進行處理，原料的基礎數據見表1。
[0067] 表1:垃圾基礎數據。
[0068]某城市生活垃圾含水量為51%。
[0069]利用該反應系統處理垃圾，得到的氣體產品產率為43%，熱解焦油幾乎全部裂解為 氣態產物，產氣率高。裂解氣中氫氣含量為40%，品質高。
[0070] 在本發明的描述中，需要理解的是，術語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能 理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有"第 一"、"第二"的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。
[0071] 在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語"安裝"、"相連"、"連接"、"固定"等 術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體;可以是機械連 接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內 部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情 況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0072] 在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征"上"或"下"可以 是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在 第二特征"之上"、"上方"和"上面"可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示 第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"可以是第 一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0073] 在本說明書的描述中，參考術語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特 點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不 必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一 個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技 術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結 合和組合。
[0074] 盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例 性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述 實施例進行變化、修改、替換和變型，同時，對于本領域的一般技術人員，依據本申請的思 想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處。
【主權項】
1. 一種垃圾熱解和催化裂解系統，其特征在于，包括： 料斗； 進料器，所述進料器與所述料斗連接； 熱解和裂解反應器，包括:進料口、熱解室、裂解室和裂解氣出口，所述進料口設置在所 述熱解室的頂壁上，所述裂解氣出口設置在所述裂解室的側壁上；以及： 蓄熱式輻射管，所述蓄熱式輻射管沿所述反應器的高度方向多層布置在所述熱解室和 所述裂解室內部，每層具有多根沿水平方向布置的所述蓄熱式輻射管； 隔熱磚墻，所述隔熱磚墻設置在所述反應器橫向寬度的2/3處，豎直地貫穿于所述反應 器內，將所述反應器的內部空間分隔成所述熱解室和所述裂解室； 催化劑加入裝置，其與所述裂解室連接，用于將裂解催化劑施加于所述裂解室中； 連通構件，所述連通構件設置在所述隔熱磚墻的下部，用于將所述熱解室產生的油氣， 通過所述連通構件，通入到所述裂解室； 噴淋塔，所述噴淋塔與所述裂解氣出口連接； 干燥器，所述干燥器與所述噴淋塔連接； 燃氣罐，所述燃氣罐與所述干燥器連接。2. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述連通構件為設置在所述隔熱磚墻上的 包括多個孔的孔帶;或者所述連通構件為所述隔熱磚墻縱向長度上，位于下部位置的開口。3. 根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述隔熱磚墻的厚度為5-15cm，所述孔帶 的高度為3-15cm，所述孔的直徑為l-3cm，所述開口的高度為3-15cm〇4. 根據權利要求1-3中任一項所述的系統，其特征在于，進一步包括燃氣引風機，其中， 所述燃氣引風機一端與所述干燥器的出口連接，另一端與所述燃氣罐的進口連接。5. 根據權利要求1-3中任一項所述的系統，其特征在于，還包括壓縮脫水器，所述壓縮 脫水器與所述料斗相連;氣化爐，所述氣化爐分別與所述蓄熱式輻射管的燃氣入口和半焦 輸送裝置連接;廢熱鍋爐，所述廢熱鍋爐與所述蓄熱式輻射管的煙氣出口相連接。6. 根據權利要求1-3中任一項所述的系統，其特征在于，所述催化劑加入裝置包括:催 化劑料斗;催化劑主管，所述催化劑主管與所述催化劑料斗相連;催化劑支管，所述催化劑 支管與所述催化劑主管相連通，所述催化劑支管穿過所述反應器裂解室的壁并延伸至所述 裂解室內部;多個催化劑噴射件，所述催化劑噴射件設置在所述催化劑支管上，且位于所述 裂解室內部;優選的，所述催化劑支管為多個并沿所述催化劑主管的長度方向彼此平行布 置，所述催化劑支管設置在所述蓄熱式輻射管的層間;優選的，所述催化劑噴射件包括催化 劑噴出管道和設置在所述催化劑噴出管道上的噴嘴，所述噴嘴上設置有調節閥。7. 根據權利要求1-3中任一項所述的系統，其特征在于，所述料斗通過所述進料器與所 述進料口相連。8. 根據權利要求1-3中任一項所述的系統，其特征在于，還包括半焦出口，所述半焦出 口設置在所述熱解室的下部，所述半焦出口與所述半焦輸送裝置連接。9. 一種利用權利要求1-8中任一項所述的系統進行垃圾熱解和催化裂解的方法，其特 征在于，包括以下步驟： a. 將垃圾顆粒通過進料口加入到反應器中，在所述反應器的熱解室中完成熱解過程； b. 熱解產生的油氣，通過所述反應器隔熱磚墻上設置的連通構件，進入到所述反應器 的裂解室； C.所述熱解產生的油氣進入到所述裂解室內，催化劑加入裝置將催化劑噴灑于所述 裂解室中，所述熱解油氣在所述裂解室內完成催化裂解過程，產生裂解氣； d. 所述裂解氣通過裂解氣出口進入到噴淋塔中，對所述裂解氣進行凈化處理； e. 經凈化的凈裂解氣進入干燥器中，對所述凈裂解氣進行干燥處理； f. 干燥后的裂解氣經燃氣引風機進入燃氣罐中，進行儲存。10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述步驟a中，所述垃圾顆粒從所述反應 器上部的所述進料口加入到所述反應器中，并被所述反應器內的蓄熱式輻射管打散，熱解 半焦從所述反應器底部的半焦出口排出；所述步驟a中，所述垃圾顆粒被所述反應器熱解室 中的所述蓄熱式輻射管加熱到500-600°C，所述步驟b中，所述熱解油氣被所述反應器裂解 室中的所述蓄熱式輻射管加熱到600-900°C ;所述步驟c中，所述催化劑通過催化劑噴射件 均勻地噴灑于所述裂解室中；優選的，所述垃圾顆粒的粒度為1〇_以下。
【文檔編號】C10B53/00GK105841159SQ201610332321
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月19日
【發明人】耿層層, 陳水渺, 肖磊, 薛遜, 吳道洪
【申請人】北京神霧環境能源科技集團股份有限公司