本發(fā)明屬于加熱裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于生活垃圾熱解炭化的加熱裝置。

背景技術(shù)：

目前，我國城市生活垃圾的年產(chǎn)量高達(dá)1.8億噸，城市人均垃圾年產(chǎn)量約為440公斤，且每年以超過10％的速度迅猛增加，預(yù)測到2030年，中國城市生活垃圾年產(chǎn)量將達(dá)到4.09億噸。大中城市，尤其是特大城市的人均垃圾產(chǎn)生量相對較高，其增長速率到達(dá)20％左右。

如果對這些垃圾不能妥善的處理和處置，那其中的有毒有害物質(zhì)(重金屬、病原微生物等)就會通過一定的環(huán)境介質(zhì)如土壤、大氣、地表或地下水進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)中并形成污染。這不僅會破壞生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致不可逆的生態(tài)變化，而且還會對動植物安全以及人類的健康造成危害。

目前垃圾處理只能通過焚燒處理來減少垃圾容量。焚燒處理法會產(chǎn)生二噁英等各種危害環(huán)境的污染物質(zhì)，安全的垃圾焚燒處理設(shè)備價格高、投資規(guī)模大，焚燒處理只能通過處理費用來維持運營，一般垃圾中樹脂、塑料類占10％左右，剩下的就是餐廚、紙、木片等。

CN104263388A公開了一種垃圾炭化反應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)釜、反應(yīng)箱、蒸汽發(fā)生器和控制裝置，其中，蒸汽發(fā)生器連接反應(yīng)釜，所述蒸汽發(fā)生器用于向所述反應(yīng)釜提供蒸汽；所述反應(yīng)箱用于放置垃圾，當(dāng)反應(yīng)時，將所述反應(yīng)箱推入所述反應(yīng)釜反應(yīng)生成碳化混合物；當(dāng)反應(yīng)完成后，將所述反應(yīng)箱從所述反應(yīng)釜中拉出。

CN102304372A公開一種處理有機(jī)垃圾的過熱蒸汽炭化爐，它包括過熱蒸汽發(fā)生爐、有機(jī)垃圾炭化爐、汽輪發(fā)電機(jī)以及氣液分離器、氣液分離器等部件組成。

CN102606236A公開了一種內(nèi)置蒸汽管式垃圾處理廢熱發(fā)電系統(tǒng)，包括有垃圾氣化爐和汽輪蒸汽發(fā)電裝置，其中，汽輪蒸汽發(fā)電裝置包括有蒸汽發(fā)生器、蒸汽排出管、蒸汽包、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，蒸汽包、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)依次連接，其特征在于：所述蒸汽發(fā)生器設(shè)在垃圾氣化爐內(nèi)；蒸汽發(fā)生器是由上環(huán)形管、多個直管和下環(huán)形管構(gòu)成的圓柱籠形結(jié)構(gòu)，每個直管的兩端分別和上環(huán)形管和下環(huán)形管相連通；所述上環(huán)形管與蒸汽排出管的一端連通，蒸汽排出管的另一端與蒸汽包相連通，所述下環(huán)形管上連通有進(jìn)水管。

CN104976621A公開了一種生活垃圾熱解氣化爐，爐體由外向內(nèi)包括焚燒爐外殼、耐火磚層、焚燒爐內(nèi)膽；爐體底部設(shè)有排渣部件，水密封部件；其特征在于，爐體上部設(shè)有空氣進(jìn)氣口、可燃?xì)獬隹?；爐體底部設(shè)有水蒸氣進(jìn)口；爐體頂部設(shè)有水蒸氣出口；在耐火磚層和焚燒爐內(nèi)膽之間設(shè)有一中空夾層；該夾層底部與爐體內(nèi)底部連通，該夾層上部與可燃?xì)獬隹谶B通；該夾層中設(shè)有空氣進(jìn)氣通道，該空氣進(jìn)氣通道上部與爐體上部所設(shè)的空氣進(jìn)氣口連通，空氣進(jìn)氣通道的下部與爐體內(nèi)底部連通。

CN204325273U公開了一種以水蒸汽為氣化介質(zhì)的垃圾等離子體氣化爐，包括上部的垃圾氣化室與下部的高溫水蒸汽發(fā)生室，垃圾氣化室與高溫水蒸汽發(fā)生室之間設(shè)置有間隔排列的水冷爐拱，水冷爐拱將垃圾氣化室與高溫水蒸汽發(fā)生室分開；所述高溫水蒸汽發(fā)生室的內(nèi)壁周向布置兩個等離子體炬，采用低溫水蒸汽作為等離子體炬的工作氣體。

CN102746903A公開了一種把生活垃圾干餾-氣化爐分割成多個標(biāo)準(zhǔn)干餾處理單元，根據(jù)不同處理能力的需要，組合成大型的生活垃圾干餾-氣化爐，標(biāo)準(zhǔn)干餾處理單元為立方形爐體，上方設(shè)置垃圾的干餾段和干燥段，利用垃圾處于無氧狀態(tài)下先把垃圾干餾，分解出干餾煤氣和碳化物殘渣，碳化物在下方燃燒層燃燒產(chǎn)生高溫，以水蒸汽和空氣作氣化劑，還原層高溫狀態(tài)下的碳化物把燃燒產(chǎn)生的CO₂和水蒸氣還原，生成氣化煤氣，就不產(chǎn)生二噁英；高溫的氣化煤氣在上升的過程中把垃圾干餾段的垃圾加熱、干餾，繼續(xù)上升把干燥段的垃圾加烘干，把垃圾中的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵢細(xì)猓占绅s煤氣和氣化煤氣進(jìn)行利用，實現(xiàn)無二噁英、無廢氣排放。

WO2011/000513A1公開了一種綜合垃圾處理系統(tǒng)和方法，其包括可燃垃圾源的使用，用于從可回收材料中分離所述的可燃垃圾的分離器，用于將所述的可燃垃圾干燥以產(chǎn)生熱解原料的真空干燥器和用于將所述的熱解原料高溫分解以生成焦炭和熱解氣體的熱解器。

GB2006/002409A公開了一種用于處理垃圾的方法，所述方法包括：(i)(a)氣化步驟，所述氣化步驟包括在氧和蒸汽存在下在氣化單元中處理所述垃圾，以產(chǎn)生廢氣和炭，或者(b)熱解步驟，所述熱解步驟包括在熱解單元中處理所述垃圾，以產(chǎn)生廢氣和炭；和(ii)等離子體處理步驟，所述等離子體處理步驟包括在氧存在下和任選地在蒸汽存在下在等離子體處理單元中對所述廢氣和炭進(jìn)行等離子體處理。

在“淺析城市生活垃圾的資源化處理方式”，章備，中國市政工程，2013年6月，第3期(總第166期)，53-55中，介紹了城市生活垃圾的處理已從傳統(tǒng)的填埋、焚燒和生化處理方式逐步過渡至循環(huán)經(jīng)濟(jì)和資源化處理，并且介紹了生活垃圾封閉式低溫炭化處理和有機(jī)質(zhì)固廢處理廠的項目建設(shè)，指出生活垃圾封閉式內(nèi)循環(huán)低溫炭化技術(shù)是一種固體生物質(zhì)的熱化學(xué)加工方法，該工藝產(chǎn)生高熱值氣態(tài)燃料，該技術(shù)資源化程度較高，部分垃圾滲濾液、噴淋水經(jīng)過生化處理后也可達(dá)標(biāo)排放。

在上述文獻(xiàn)和其它現(xiàn)有技術(shù)中，炭化裝置在使用一定時間后結(jié)焦情況嚴(yán)重，嚴(yán)重影響到設(shè)備的持續(xù)運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明人經(jīng)過深入、系統(tǒng)研究，充分結(jié)合城市生活垃圾炭化的過程和結(jié)焦產(chǎn)生的原理，在整個垃圾處理的全流程工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行了全面研究，提供了以下技術(shù)，有效減少了結(jié)焦的產(chǎn)生。

在本發(fā)明的一方面，提供了一種用于垃圾炭化的加熱裝置，該加熱裝置的加熱室在相對的兩個側(cè)壁分別設(shè)置至少一個蒸汽入口。

優(yōu)選地，所述蒸汽入口呈狹縫狀。

優(yōu)選地，所述蒸汽入口的長度(即狹縫長度)為加熱室側(cè)壁高度的至少1/3。該長度能夠確保蒸汽在加熱室內(nèi)的沖擊吹掃范圍足夠大。

更優(yōu)選地，所述兩個側(cè)壁上設(shè)置的蒸汽入口對向設(shè)置。

在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，在采用頂吹過熱蒸汽時，即通過加熱室頂部通入蒸汽時，加熱裝置使用一段時間后，在加熱室的內(nèi)部、尤其是內(nèi)壁頂部內(nèi)壁容易產(chǎn)生結(jié)焦，結(jié)焦會影響產(chǎn)物氣體物流的取出，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的進(jìn)行。為此，本發(fā)明人經(jīng)過大量研究，采用側(cè)面對置狹縫式蒸汽入口。過熱蒸汽通過對置的蒸汽入口送入時，產(chǎn)生對向沖突從而產(chǎn)生沿加熱室壁的側(cè)向流動，能夠有效避免生物油物質(zhì)集聚在加熱室內(nèi)部上壁，從而有效避免結(jié)焦的產(chǎn)生。

所述蒸汽入口優(yōu)選設(shè)置有由多孔板組成的氣流分布板。

在一個優(yōu)選實施方式中，所述加熱室的內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)襯。

更優(yōu)選地，所述內(nèi)襯為四層結(jié)構(gòu)，以最接近加熱室外殼的襯層為第一層，以最遠(yuǎn)離加熱室外殼的襯層為第四層，從外到內(nèi)依次為第一層、第二層、第三層和第四層，第一層為硅酸鋁纖維磚(厚度優(yōu)選為5-50mm)，第二層為普鋁耐火纖維氈(厚度優(yōu)選為5-10mm)，第三層為高鋁耐火纖維氈(厚度優(yōu)選為5-10mm)，第四層為含鋯耐火纖維氈(厚度優(yōu)選為2-8mm)。

該復(fù)合內(nèi)襯具有較好的保溫效果，并且能夠耐受高溫?zé)嵴羝臎_擊，散熱損失和排氣損失明顯降低，有效熱負(fù)荷得到了提高，熱效率由原先的84.3％，提高到91.2％，節(jié)能效果顯著。并且，采用這樣結(jié)構(gòu)的內(nèi)襯，內(nèi)襯不易脫落。

在本發(fā)明的另一方面，提供了一種使用上述加熱裝置進(jìn)行垃圾炭化的方法，該方法包括使裝有垃圾的輸運裝置穿過加熱裝置的加熱室以獲得可燃物和炭材料。

所述加熱室的高溫?zé)o氧蒸汽的溫度可以為300-600℃。

所述垃圾優(yōu)選為城市生活垃圾。

在本發(fā)明方法中，可從加熱室的頂部取出包含生物油的氣體物流。

更優(yōu)選地，使用上述加熱裝置進(jìn)行垃圾炭化的方法包括以下步驟：(1)將垃圾裝入垃圾輸運裝置；(2)使垃圾輸運裝置穿過高溫蒸餾炭化裝置；(3)從高溫蒸餾炭化裝置上部取出氣體物流；(4)使該氣體物流以氣態(tài)形式通過催化劑床；(5)將來自催化劑床的流出物進(jìn)行冷凝和分離，獲得液體可燃物和水；(6)從穿過高溫蒸餾炭化裝置的垃圾輸運裝置獲得炭類物質(zhì)。

所述高溫?zé)o氧蒸汽的溫度優(yōu)選為300-600℃。所述高溫?zé)o氧蒸汽的壓力優(yōu)選為0.2-1.0MPa。

優(yōu)選地，其中所述高溫?zé)o氧蒸汽中包含氮氣。更優(yōu)選地，氮氣含量為10-80v.％，更優(yōu)選20-60v.％。

在本發(fā)明中，優(yōu)選對垃圾不進(jìn)行任何預(yù)處理。

就本發(fā)明而言，與現(xiàn)有技術(shù)中的單純干餾相比，氮氣的存在能夠避免垃圾在碳化過程中發(fā)生燃燒，使產(chǎn)生的炭具有較高的熱值。另外，與現(xiàn)有技術(shù)中純粹的蒸汽氣化相比，氮氣的存在還可以增加加熱介質(zhì)熱值，提高加熱效率從而提高炭化效率，同時還可以節(jié)約蒸汽用量，更重要地，通過氮氣的加入，可以為后續(xù)餾出物的催化提質(zhì)提供所需的催化條件，例如調(diào)節(jié)所需的蒸汽分壓，因為過高的蒸汽壓會導(dǎo)致催化提質(zhì)難以有效進(jìn)行，氮氣的加入可以降低氣體物流即餾出物中的蒸汽分壓。

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的垃圾蒸汽處理技術(shù)中，往往忽略了針對垃圾的組成有選擇性地選擇蒸汽處理條件，忽略了垃圾組成的差異，導(dǎo)致垃圾處理效率較低。本發(fā)明人經(jīng)過大量研究，根據(jù)不同的垃圾組成選擇不同的蒸汽處理條件，獲得了良好的蒸汽處理效果。特別地，選擇如下高溫蒸餾炭化處理條件：(1)當(dāng)垃圾組成中以垃圾的總重量計，有機(jī)類物質(zhì)含量≥80重量％時，高溫?zé)o氧蒸汽的溫度為300-450℃，優(yōu)選320-400℃；高溫?zé)o氧蒸汽中的氮氣含量為10-30v.％，優(yōu)選10-20v.％；在高溫蒸餾炭化裝置中的停留時間為8-12h；和(2)當(dāng)垃圾組成中以垃圾的總重量計，有機(jī)類物質(zhì)含量＜80重量％時，高溫?zé)o氧蒸汽的溫度為450℃-600℃，優(yōu)選500℃-550℃；高溫?zé)o氧蒸汽中的氮氣含量為40-80v.％，優(yōu)選60-80v.％；在高溫蒸餾炭化裝置中的停留時間為5-8h。

當(dāng)垃圾中有機(jī)類物質(zhì)含量較高時，上述蒸汽處理條件特別有利于產(chǎn)生液體可燃物的產(chǎn)生；而有機(jī)類物質(zhì)含量較低時，特別有利于炭類物質(zhì)的產(chǎn)生。

在一個優(yōu)選實施方式中，所述催化劑床中的催化劑為無機(jī)氧化物或硅酸鹽負(fù)載的鐵基催化劑，或者炭負(fù)載的鐵基催化劑，或者其二者的混合物。

在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實施方式中，本發(fā)明人經(jīng)過大量研究，開發(fā)了一種能夠有效地對從高溫蒸餾炭化裝置上部取出的氣體物流中的生物油進(jìn)行加氫提質(zhì)的催化劑，該催化劑可以為下式所示的催化劑：Ni-Cu-Pd-Co₂O₃-Fe₂O₃/SiO₂，其中Ni、Cu、Pd、Co、Fe的摩爾比為(1-2):(5-10):(0.1-0.5):(1-2):(10-20)，基于催化劑總重量計，Ni-Cu-Pd-Co₂O₃-Fe₂O₃活性成分的含量為1-8％，優(yōu)選2-5％，更優(yōu)選3％。SiO₂為載體。

生物油的成分通常比較復(fù)雜，主要可包括酸類、醛類、酮類、醇類、酚類、呋喃類、酯類、醚類和少量含氮化合物以及其他多功能化合物。由于生物油熱穩(wěn)定性差、酸性和腐蝕性強(qiáng)、含水量高、熱值低以及不易與石油基產(chǎn)品互溶等特性，因此目前生物油只能實現(xiàn)初級應(yīng)用例如用于工業(yè)窯爐和燃油鍋爐等熱力設(shè)備，不能替代石油產(chǎn)品直接應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)或渦輪機(jī)的燃燒，無法滿足現(xiàn)代高品位的工業(yè)應(yīng)用。為了提高生物油應(yīng)用性，需要將其轉(zhuǎn)變?yōu)楦咂肺坏囊后w燃料，達(dá)到運輸燃料的要求，從而實現(xiàn)替代或部分替代石油產(chǎn)品，這就必須對生物油進(jìn)行改性提質(zhì)，使其化學(xué)組分由碳?xì)溲趸衔镛D(zhuǎn)化為碳?xì)浠衔?。如何有效地對生物油進(jìn)行提質(zhì)的關(guān)鍵之一在于催化劑的開發(fā)。

研究發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明的上述催化劑中，Ni^δ+比常規(guī)的Mo^δ+具有更高的活性，Ni的使用可以高選擇性地獲得C6-C12烴(優(yōu)選烷烴)，Cu的使用可以高選擇性地獲得C16烴(優(yōu)選烷烴)，Ni、Cu的同時使用，驚奇地發(fā)現(xiàn)，還可以確保獲得一定量的C18和C19烴，表面Ni、Cu的使用能夠使生物油中的C-O鍵有效發(fā)生氫解反應(yīng)。

與一般的生物質(zhì)油提質(zhì)不同，在本發(fā)明的氣體物流中，含有較高比例的蒸汽，因此對催化劑的水熱穩(wěn)定性提出了非常高要求。常規(guī)的用于生物質(zhì)油提質(zhì)的催化劑不能用于本發(fā)明的氣體物流的提質(zhì)。鐵催化劑是脫除植物基物料中氧的一種常見催化劑，然而鐵催化劑遇水時失效，而鈀催化劑遇水時雖然有效，但它除氧的效果不是很好，并且較為昂貴，而在鐵中加入極少量的鈀，可獲得很好的協(xié)同作用。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，少量鈀的加入有助于氫覆蓋于催化劑中鐵的表面，使反應(yīng)加速，并防止水阻斷反應(yīng)，因而氫耗小，在活性、穩(wěn)定性和選擇性方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于單獨的鐵催化劑，其催化壽命可提高2倍以上。

本發(fā)明人經(jīng)研究還發(fā)現(xiàn)，Co的加入有利于降低催化活性組分的晶粒尺寸，有利于催化活性組分的分散，減少集聚，這對于提高催化活性組分的活性、選擇性和穩(wěn)定性有非常積極的意義。然而，如果Co量過大，則Co會覆蓋加氫活性中心Ni、Cu等，從而降低催化劑的活性。

上述特別優(yōu)選的催化劑在先前文獻(xiàn)中尚未見報道，其是本發(fā)明針對從垃圾回收的氣體物流和生物油的具體組成特點有針對性地設(shè)計的，取得了良好的提質(zhì)效果。

該催化劑可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的浸漬煅燒法進(jìn)行制備。具體地，按上述比例稱取一定量的前體鹽如Ni(NO₃)₂、Cu(NO₃)₂、Pd(NO₃)₂、Co(NO₃)₂、Fe(NO₃)₃(或它們的水合物形式)和檸檬酸，加去離子水溶解，攪拌均勻，配成濃度為0.5-1.5mol/L的溶液，稱取一定量的二氧化硅放入反應(yīng)容器中，將配好的溶液倒入反應(yīng)容器內(nèi)，置于帶有攪拌器的恒溫加熱油浴裝置內(nèi)加熱，在60-120℃溫度下攪拌1h-10h，然后放入干燥箱中100℃-150℃干燥12h，隨后將得到的催化劑前驅(qū)體置于馬弗爐中500℃-800℃煅燒1h-6h，然后在H₂存在下于200-300℃下還原活化，制得Ni-Cu-Pd-Co₂O₃-Fe₂O₃/SiO₂催化劑。

就本發(fā)明而言，所述氣體物流優(yōu)選基本不含二噁英。因在無氧狀態(tài)下升溫蒸餾，所以不會產(chǎn)生二噁英等有害物質(zhì)，可以保護(hù)大氣環(huán)境。這相比于普通的焚燒法具有很大的優(yōu)勢。

優(yōu)選地，其中高溫蒸餾炭化裝置中使用的高溫?zé)o氧蒸汽來自高壓貫流蒸汽爐。

在本發(fā)明的另一方面，提供了根據(jù)前述方法獲得的液體可燃物。優(yōu)選地，所述液體可燃物中氧含量低于10重量％，優(yōu)選低于5重量％，更優(yōu)選低于2重量％。進(jìn)一步地，該液體可燃物的高位熱值大于40MJ/kg。

在本發(fā)明的另一方面，提供了根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法獲得的炭類物質(zhì)。

優(yōu)選地，所述炭類物質(zhì)為焦炭。優(yōu)選地，所述炭類物質(zhì)為半焦。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的高溫蒸餾炭化裝置的俯視圖；

其中1表示加熱裝置的加熱室的側(cè)壁，2表示蒸汽入口，3表示輸運裝置；

具體實施方案

下面結(jié)合以下實施例和對比例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

選取來自北京市海淀區(qū)垃圾壓縮轉(zhuǎn)運站的生活垃圾，所述垃圾的組成經(jīng)檢測如下表1所示：

表1：城市生活垃圾成分組成

通過以下步驟對上述垃圾進(jìn)行高溫蒸餾炭化：(1)將垃圾裝入垃圾輸運裝置；(2)使垃圾輸運裝置穿過高溫蒸餾炭化裝置；(3)從高溫蒸餾炭化裝置上部取出氣體物流；(4)使該氣體物流以氣態(tài)形式通過催化劑床；(5)將來自催化劑床的流出物進(jìn)行冷凝和分離，獲得液體可燃物和水；(6)從穿過高溫蒸餾炭化裝置的垃圾輸運裝置獲得炭類物質(zhì)。所述高溫蒸餾炭化裝置通過高溫?zé)o氧蒸汽進(jìn)行加熱，高溫?zé)o氧蒸汽的溫度為355℃，高溫?zé)o氧蒸汽中的氮氣含量為12v.％，處理平均時間為9.0小時。加熱室的內(nèi)襯為四層結(jié)構(gòu)，以最接近加熱室外殼的襯層為第一層，以最遠(yuǎn)離加熱室外殼的襯層為第四層，依次為第一層、第二層、第三層和第四層，第一層為硅酸鋁纖維磚，厚度為20mm，第二層為普鋁耐火纖維氈，厚度為10mm，第三層為高鋁耐火纖維氈，厚度為10mm，第四層為含鋯耐火纖維氈，厚度為5mm。

加熱裝置在需要關(guān)停進(jìn)行除焦處理之前的運行周期為60天。

對比例1

該對比例與實施例1的區(qū)別僅在于加熱室的內(nèi)襯為普通耐熱磚(厚度為20mm)復(fù)合單層高鋁耐火纖維氈(厚度為10mm)。加熱裝置在需要關(guān)停進(jìn)行除焦處理之前的運行周期為10天。

由上述實施例和對比例清楚地可以看出，本發(fā)明的裝置在使用過程中結(jié)焦程度大幅降低，從而大大提高了裝置運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

本書面描述使用實例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明。本發(fā)明的可授予專利的范圍由權(quán)利要求書限定，且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實例。如果這種其它實例具有不異于權(quán)利要求書的字面語言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果這種其它實例包括與權(quán)利要求書的字面語言無實質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則這種其它實例意圖處于權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。在不會造成不一致的程度下，通過參考將本文中參考的所有引用之處并入本文中。