CN105537246A - 有机固体废弃物资源化利用的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了有机固体废弃物资源化利用的方法及其系统，其中，有机固体废弃物资源化利用的方法包括：将有机固体废弃物进行预处理；将预处理后有机固体废弃物与铁矿石进行混合，以便得到热解原料，其中铁矿石作为催化剂；将热解原料进行热解处理，以便得到热解炭和铁矿石的混合物以及热解气、热解油和热解水的混合物；将热解炭和铁矿石的混合物进行直接还原铁处理，以便得到金属化球团混合物；以及对金属化球团混合物进行破碎和干式磁选处理，以便得到单质铁和尾渣。由此，利用上述方法可以有效实现有机固体废弃物的无害化、减量化和资源化处理。

Description

有机固体废弃物资源化利用的方法及其系统

技术领域

本发明有机固体废弃物资源化利用的方法及其系统。

背景技术

有机固体废弃物常用的处理方式有填埋、焚烧和堆肥，其中填埋、堆肥等已陷入占用大量用地、产品销路不畅，资源化水平低的困境，而焚烧虽然能达到减容减量和资源化利用的目的，其处理却始终无法摆脱二噁英污染的问题。有机固废热解处理是目前公认的相对于焚烧更好的处理方式，不仅能够清洁实现垃圾的减量化处理，环境友好性强，而且可获得价值更高的油、气和固体炭。

现有的有机固废热解技术一般包括预处理系统、热解系统、净化系统等，其存在的主要问题有：(1)热解油难以利用，垃圾热解油性质复杂、腐蚀性高、粘度较大、易堵塞管道，因此在实际运行中需要经常停车维修清理管道；(2)现有的热解技术所制得的可燃气由于热值较低，只能供装置加热使用，经济效益差、资源化水平较低；(3)在不添加催化剂的条件下，热解气难以制备气体燃料。

因此，目前对于有机固废的处理还有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种有机固体废弃物资源化利用的方法及其系统，利用该方法和系统可以有效实现有机固体废弃物的无害化、减量化和资源化处理。

本发明的有机固体废弃物包括：城市生活垃圾、城市生活污泥、废旧轮胎、生物质等。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种有机固体废弃物资源化利用的方法。根据本发明实施例的有机固体废弃物资源化利用的方法包括：

将所述有机固体废弃物进行预处理；

将所述预处理后有机固体废弃物进行干燥处理，以便得到干燥有机固体废弃物；

将所述干燥有机固体废弃物与铁矿石进行混合，以便得到热解原料，其中铁矿石作为催化剂；

将所述热解原料进行热解处理，以便得到热解炭和铁矿石的混合物以及热解气、热解油和热解水的混合物；以及

将所述热解炭和铁矿石的混合物进行直接还原炼铁处理，以便得到金属化球团混合物。

因此，本发明有机固体废弃物资源化利用的方法巧妙地将热解炭与铁矿石进行结合，利用铁矿石的催化作用对有机固体废弃物进行热解处理，利用热解处理后得到的热解炭作为还原剂对铁矿石进行直接还原铁处理。采用本发明上述实施例的有机固体废弃物资源化利用的方法，在对有机固体废弃物进行处理的同时还实现了有机固体废弃物的资源化利用，显著节省了能耗，间接地降低了处理成本。

另外，根据本发明上述实施例的有机固体废弃物资源化利用的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述预处理包括烘干，保证有机固体废弃物的含水量不高于10质量％。由此可以进一步降低后续热解处理的能耗。

在本发明的一些实施例中，在进行所述直接还原铁处理之前，进一步包括：调整所述热解炭和铁矿石的混合物中热解炭与铁矿石的质量比为1-1.5：1。由此可以进一步提高还原铁效率。

在本发明的一些实施例中，在进行所述直接还原铁处理之前，进一步包括：向所述热解炭和铁矿石的混合物中加入添加剂，基于100重量份的铁矿石，所述热解炭的用量为100-150重量份，添加剂的用量为0-20重量份。由此可以进一步提高还原铁效率。

在本发明的一些实施例中，所述热解处理是在500-600摄氏度下完成。由此可以进一步提高热解效率，提高热解炭品质和产率。

在本发明的一些实施例中，所述热解原料中所述铁矿石的含量为10-20质量％。由此可以进一步提高热解得到的热解炭的品质。

在本发明的一些实施例中，所述直接还原铁处理是在1300-1450摄氏度下完成。由此可以进一步提高铁矿石的还原效率。

在本发明的一些实施例中，，对所述金属化球团混合物进行破碎和干式磁选处理，以便得到单质铁和尾渣。

在本发明的一些实施例中，上述实施例的有机固体废弃物资源化利用的方法进一步包括：

将所述热解气、热解油和热解水的混合物进行冷凝处理，以便分别得到热解水以及热解气和热解油的混合物；以及将所述热解气和热解油作为直接还原铁处理燃料提供热量。由此可以进一步节省能耗。

根据本发明的第二方面，本发明提出了一种有机固体废弃物资源化利用的系统，所述系统用于实施前面所述的有机固体废弃物资源化利用的方法，根据本发明的具体是实施例，所述有机固体废弃物资源化利用的系统包括：

预处理装置，所述预处理装置适于将所述有机固体废弃物进行预处理；

混合装置，所述混合装置适于将所述预处理后有机固体废弃物与铁矿石进行混合，以便得到热解原料，其中铁矿石作为催化剂；

热解炉，所述热解炉与所述混合装置相连，所述热解炉适于对所述热解原料进行热解处理，以便得到热解炭和铁矿石的混合物以及热解气和热解油的混合物；以及

直接还原装置，所述直接还原装置与所述热解炉相连，且适于对所述热解炭和铁矿石的混合物进行直接还原铁处理，以便得到金属化球团混合物。

因此，本发明有机固体废弃物资源化利用的系统巧妙地将热解炭与铁矿石进行结合，利用铁矿石的催化作用在热解炉内对有机固体废弃物进行热解处理，利用热解处理后得到的热解炭作为还原剂在直接还原装置内对铁矿石进行直接还原铁处理。采用本发明上述实施例的有机固体废弃物资源化利用的系统，在对有机固体废弃物进行处理的同时还实现了有机固体废弃物的资源化利用，显著节省了能耗，并且间接地降低了处理成本。

在本发明的一些实施例中，所述有机固体废弃物资源化利用的系统进一步包括：

冷凝器，所述冷凝器与所述热解炉相连，且适于对所述热解气、热解油和热解水的混合物进行冷凝处理，以便分别得到热解水以及热解气和热解油的混合物。由此可以便于后续对热解水以及热解气和热解油的混合物进行再利用，进而实现有机固体废弃物的无害化和资源化处理。

在本发明的一些实施例中，所述有机固体废弃物资源化利用的系统进一步包括：

冷渣铁分离装置，所述渣铁分离装置包括相连的破碎机和干式磁选机，所述破碎机与所述直接还原装置相连，所述破碎机和所述干式磁选机分别适于对所述金属化球团混合物进行破碎和干式磁选处理，以便得到单质铁和尾渣。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的有机固体废弃物资源化利用的方法的流程图。

图2是根据本发明另一个实施例的有机固体废弃物资源化利用的方法的流程图。

图3是根据本发明一个实施例的有机固体废弃物资源化利用的系统的结构示意图。

图4是根据本发明另一个实施例的有机固体废弃物资源化利用的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种有机固体废弃物资源化利用的方法。根据本发明的具体实施例的有机固体废弃物资源化利用的方法包括：将所述有机固体废弃物进行分选处理，以便除去无机物；将经过所述分选处理后的有机固体废弃物进行干燥处理，以便得到干燥有机固体废弃物；将所述干燥有机固体废弃物与铁矿石进行混合，以便得到热解原料，所述铁矿和作为催化剂，提高热解气产率；将所述热解原料进行热解处理，以便得到热解炭和铁矿石的混合物以及热解气、热解油和热解水的混合物；将所述热解炭和铁矿石的混合物进行直接还原铁处理，以便得到金属化球团混合物；以及对所述金属化球团混合物进行破碎和干式磁选处理，以便得到单质铁和尾渣。

根据本发明上述实施例的有机固体废弃物资源化利用的方法，预先将有机固体废弃物进行分选和干燥处理，进而可以除去大量的无机物，提高有机固体废弃物中的固定碳含量，同时经过干燥处理后的有机固体废弃物，蒸出的水分不含热解油及其他组分，进而可以降低处理成本；其次对干燥有机固体废弃物进行热解处理，其中以铁矿石作为催化剂，由此提高了热解气产量，气体热值有所增加，经济效益显著；最后直接将热解处理后得到的热解炭和铁矿石的混合物进行直接还原铁处理，该步骤中则以热解炭作为铁矿石的还原剂进行炼铁，进而解决了垃圾热解炭出路，丰富了垃圾热解炭资源化利用方式。因此，本发明有机固体废弃物资源化利用的方法巧妙地将热解炭与铁矿石进行结合，利用铁矿石的催化作用对有机固体废弃物进行热解处理，利用热解处理后得到的热解炭作为还原剂对铁矿石进行直接还原铁处理。采用本发明上述实施例的有机固体废弃物资源化利用的方法，在对有机固体废弃物进行处理的同时还实现了有机固体废弃物的资源化利用，显著节省了能耗，间接地降低了处理成本。

下面参考附图1和2详细描述本发明实施例的有机固体废弃物资源化利用的方法。

S100：有机固体废弃物预处理

根据本发明的具体实施例，首先将有机固体废弃物进行分选处理，以便除去无机物，主要除去其中的金属、玻璃、砖块等。由此可以提高有机固体废弃物中的固定碳含量，降低灰分，提高后续热解处理得到的热解炭的还原能力，进而可以使得热解炭达到炼铁所需品质。因此通过预先对有机固体废弃物进行分选处理可以进一步提高对有机固体废弃物资源化利用程度。

通常我国有机固体废弃物含水率较高，若直接进入热解炉中会消耗较多能量，并且在热解过程中析出的大量水分同热解油混合流出，不仅加大了污水的处理费用，还会对管道等设备造成腐蚀。

为此，根据本发明的具体实施例的活垃圾资源化利用的方法，进一步包括将上述经过分选处理后的有机固体废弃物进行干燥处理，以便得到干燥有机固体废弃物。根据本发明的具体示例，可以通过干燥设备进行上述干燥处理，干燥设备采用间接干燥的方式，其热源来自辐射管燃烧后得到的热烟气(250～300℃)，换热后烟气降至80～120℃，其成分主要有二氧化碳、水蒸气以及氮氧化物等，不需再次净化可直接排放，节省了烟气处理成本，同时利用了烟气的余热；由于采用间接换热，干燥设备蒸出的水分不含大量烟气，其杂质较少，可直接作为后续冷凝器的冷却水使用，减少了循环水的消耗。

根据本发明的具体实施例，经过上述干燥处理后得到的干燥有机固体废弃物的含水量不高于10质量％。由此通过对垃圾进行干燥处理，不仅省去了污水处理程序，同时降低了对管道等设备的腐蚀。

S200：热解处理

根据本发明的具体实施例，进一步地对干燥有机固体废弃物进行热解处理，发明人以铁矿石作为催化剂与干燥有机固体废弃物进行混合，得到了热解原料；并对混合后的热解原料进行热解处理，以便得到热解炭和铁矿石的混合物以及热解气、热解油和热解水的混合物。

根据本发明的具体实施例，上述作为催化剂的铁矿石中的铁含量为60-70质量％。

根据本发明的具体实施例，上述热解处理可以在热解炉中进行，热解炉处于无氧状态，并且在500-600摄氏度下进行60-90分钟完成。具体地，可以在热解区末端炉体上端设置气液出口，用以排出垃圾热解气液混合物。末端炉体底部设置残渣出口，用以排出热解炭和铁矿石的混合物。

根据本发明的具体示例，上述热解原料中所述铁矿石的含量可以为10-20质量％。由此可以充分地对垃圾进行催化热解处理，提高热解后得到的热解炭以及热解气含量，进而使得热解炭达到炼铁所需品质。

S300：直接还原铁处理

根据本发明的具体实施例，进一步地将上述热解炭和铁矿石的混合物进行直接还原铁处理，以便得到金属化球团混合物。由此充分利用了有机固体废弃物热解后得到热解炭对铁矿石进行了热解处理，进而有效地实现了垃圾无害化、减量化和资源化的处理。

根据本发明的具体实施例，在进行上述直接还原铁处理之前，进一步包括：调整热解炭和铁矿石的混合物中热解炭与铁矿石的质量比为1-1.5：1，在此比例下可以使还原剂炭的比例与铁的比例在2-3:1，增加了还原剂的比例，由此可以进一步提高铁矿石的还原率。

根据本发明的另一个具体实施例，在进行上述直接还原铁处理之前，还可以进一步包括：向所述热解炭和铁矿石的混合物中加入添加剂，基于100重量份的铁矿石，所述热解炭的用量为100-150重量份，添加剂的用量为0-20重量份。

根据本发明的具体示例，添加剂可以为选自生石灰、石灰石、白云石、碳酸钙、氢氧化钙、碳酸钠、硫酸钠、氯化钠、氧化亚铁和萤石的至少一种。

根据本发明的具体实施例，上述直接还原铁处理可以在转底炉内进行，并控制在1300-1450摄氏度下进行30-120分钟完成。由此可以进一步提高还原效率以及产率。

根据本发明的具体实施例，上述有机固体废弃物资源化利用的方法还可以进一步包括：将所述热解气、热解油和热解水的混合物进行冷凝处理，以便分别得到热解水以及热解气和热解油的混合物；以及将所述热解气和热解油作为所述直接还原铁处理的燃料使用。由此可以进一步实现本发明实施例的有机固体废弃物资源化利用的方法的无害化和资源化处理。

根据本发明的具体实施例，进一步地对金属化球团混合物进行破碎和干式磁选处理，以便得到单质铁和尾渣。

根据本发明的另一个方面，本发明还提出了一种有机固体废弃物资源化利用的系统，所述系统用于实施前面实施例的有机固体废弃物资源化利用的方法。下面参考附图详细描述本发明实施例的有机固体废弃物资源化利用的系统。

如图3所示，本发明具体实施例的有机固体废弃物资源化利用的系统包括：预处理装置10，混合装置20，热解炉30，直接还原装置40和渣铁分离装置50，

其中，预处理装置10适于将所述有机固体废弃物进行预处理，具体地，如图4所示，预处理装置10包括分选装置11和干燥装置12，分选装置11适于对有机固体废弃物进行分选处理，以便除去无机物；干燥装置12与上述分选装置11相连，干燥装置12适于对经过所述分选处理后的有机固体废弃物进行干燥处理，以便得到干燥有机固体废弃物；将所述干燥有机固体废弃物与铁矿石进行混合，以便得到热解原料；

热解炉30与干燥装置12相连，热解炉30适于对所述热解原料进行热解处理，以便得到热解炭和铁矿石的混合物以及热解气和热解油的混合物；

直接还原装置40与热解炉30相连，且适于对所述热解炭和铁矿石的混合物进行直接还原铁处理，以便得到金属化球团混合物。

根据本发明上述实施例的有机固体废弃物资源化利用的系统，预先利用分选装置11和干燥装置12将有机固体废弃物进行分选和干燥处理，进而可以除去大量的无机物，提高有机固体废弃物中的固定碳含量，同时经过干燥处理后的有机固体废弃物，蒸出的水分不含热解油及其他组分，进而可以降低处理成本；其次在热解炉30内对干燥有机固体废弃物进行热解处理，其中以铁矿石作为催化剂，由此提高了热解气产量，气体热值有所增加，经济效益显著；最后直接将热解处理后得到的热解炭和铁矿石的混合物在直接还原装置40内进行直接还原铁处理，该步骤中则以热解炭作为铁矿石的还原剂进行炼铁，进而解决了垃圾热解炭出路，丰富了垃圾热解炭资源化利用方式。因此，本发明有机固体废弃物资源化利用的系统巧妙地将热解炭与铁矿石进行结合，利用铁矿石的催化作用对有机固体废弃物进行热解处理，利用热解处理后得到的热解炭作为还原剂对铁矿石进行直接还原铁处理。采用本发明上述实施例的有机固体废弃物资源化利用的系统，在对有机固体废弃物进行处理的同时还实现了有机固体废弃物的资源化利用，显著节省了能耗，间接地降低了处理成本。

根据本发明的具体实施例，如图4所示，上述实施例的有机固体废弃物资源化利用的系统还可以进一步包括：渣铁分离装置50，渣铁分离装置50包括相连的破碎机51和干式磁选机52，破碎机51与直接还原装置40相连，破碎机51和干式磁选机52分别适于对金属化球团混合物进行破碎和干式磁选处理，以便得到单质铁和尾渣。

根据本发明的具体实施例，上述实施例的有机固体废弃物资源化利用的系统还可以进一步包括：冷凝器60，所述冷凝器60与热解炉30相连，且适于对所述热解气、热解油和热解水的混合物进行冷凝处理，以便分别得到热解水以及热解气和热解油的混合物。根据本发明的具体实施例，冷凝器还可以与干燥装置相连，进而可以将干燥装置内蒸发出的大量水分可以作为冷凝器的冷却水使用，进而显著减少循环水的消耗。

根据本发明的具体实施例，所述冷凝器60与所述直接还原铁装置40相连，以便将所述热解气和热解油的混合物作为所述直接还原铁装置的燃料使用。由此可以进一步实现本发明实施例的有机固体废弃物资源化利用的系统的无害化和资源化处理有机固体废弃物。

根据本发明的具体实施例，热解炉与干燥装置相连的同时，还可以将热解炉内热解产生的热烟气通入干燥装置内，对有机固体废弃物进行干燥处理，由此可以进一步节省能耗。

实施例

采用某地生活垃圾为原料，含水率为50％的生活垃圾经过分选后，去除了绝大部分的金属、玻璃、砖块等无机物。有机物输送至干燥设备，通过烟气的间接换热蒸出水分，换热后的冷烟气直接排放，含水率降至10％。其热解产物产率：

表1有机固体废弃物热解产物产率

含水10％的生活垃圾，与10％(重量百分比)的催化剂混合后通过布料板在传送带上完成布料。热解温度为600℃，经过1.5h的热解，最终产生的热解残渣由炉底排出，作为还原炼铁的还原剂使用，热解气液混合物流入后端冷凝器中。热解气、热解油作为直接还原炼铁装置热源使用。热解三相产物的产率如下表：

表2生活垃圾催化热解产物产率

采用铁矿石为钒钛磁铁矿，全铁含量65.33％。按照铁矿石：炭黑：生石灰＝100：150：15的比例配料，混合均匀后，用对辊式高压压球机造块，将干燥后的含碳球团通过布料装置布入转底炉，含碳球团在蓄热式转底炉中进行还原，还原温度1400℃，还原时间60min，从排料口排出的金属化球团经破碎、干式磁选，得到铁粒的。同时整个流程的铁总回收率为90.44％。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种有机固体废弃物资源化利用的方法，其特征在于，包括：

将所述有机固体废弃物进行预处理；

将所述预处理后有机固体废弃物与铁矿石进行混合，以便得到热解原料，其中铁矿石作为催化剂；

将所述热解原料进行热解处理，以便得到热解炭和铁矿石的混合物以及热解气、热解油和热解水的混合物；以及

将所述热解炭和铁矿石的混合物进行直接还原炼铁处理，以便得到金属化球团混合物。

2.根据权利要求1所述的有机固体废弃物资源化利用的方法，其特征在于，所述预处理包括烘干，保证有机固体废弃物的含水量不高于10质量％。

3.根据权利要求1所述的有机固体废弃物资源化利用的方法，其特征在于，在进行所述直接还原炼铁处理之前，进一步包括：调整所述热解炭和铁矿石的混合物中热解炭与铁矿石的质量比为1-1.5：1。

4.根据权利要求1所述的有机固体废弃物资源化利用的方法，其特征在于，在进行所述直接还原铁处理之前，进一步包括：向所述热解炭和铁矿石的混合物中加入添加剂，基于100重量份的铁矿石，所述热解炭的用量为100-150重量份，添加剂的用量为0-20重量份。

5.根据权利要求1所述的有机固体废弃物资源化利用的方法，其特征在于，所述热解处理是在500-600摄氏度下完成，

任选地，所述直接还原铁处理是在1300-1450摄氏度下完成。

6.根据权利要求1所述的有机固体废弃物资源化利用的方法，其特征在于，所述热解原料中所述铁矿石的含量为10-20质量％。

7.根据权利要求1所述的有机固体废弃物资源化利用的方法，其特征在于，对所述金属化球团混合物进行破碎和干式磁选处理，以便得到单质铁和尾渣。

8.根据权利要求1所述的有机固体废弃物资源化利用的方法，其特征在于，进一步包括：

将所述热解气、热解油和热解水的混合物进行冷凝处理，以便分别得到热解水以及热解气和热解油的混合物；以及

将所述热解气和热解油作为所述直接还原铁处理的燃料使用。

9.一种有机固体废弃物资源化利用的系统，其特征在于，所述系统用于实施权利要求1-8任一项所述的有机固体废弃物资源化利用的方法，所述有机固体废弃物资源化利用的系统包括：

预处理装置，所述预处理装置适于将所述有机固体废弃物进行预处理；

混合装置，所述混合装置适于将所述预处理后有机固体废弃物与铁矿石进行混合，以便得到热解原料，其中铁矿石作为催化剂；

热解炉，所述热解炉与所述混合装置相连，所述热解炉适于对所述热解原料进行热解处理，以便得到热解炭和铁矿石的混合物以及热解气和热解油的混合物；以及

直接还原装置，所述直接还原装置与所述热解炉相连，且适于对所述热解炭和铁矿石的混合物进行直接还原铁处理，以便得到金属化球团混合物。

10.根据权利要求9所述的有机固体废弃物资源化利用的系统，其特征在于，进一步包括：

冷凝器，所述冷凝器与所述热解炉相连，且适于对所述热解气、热解油和热解水的混合物进行冷凝处理，以便分别得到热解水以及热解气和热解油的混合物，

任选地，所述有机固体废弃物资源化利用的系统进一步包括：

冷渣铁分离装置，所述渣铁分离装置包括相连的破碎机和干式磁选机，所述破碎机与所述直接还原装置相连，所述破碎机和所述干式磁选机分别适于对所述金属化球团混合物进行破碎和干式磁选处理，以便得到单质铁和尾渣。