催化分解二噁英处理垃圾的设备

1008 编辑：中冶有色技术网来源：周鼎力

2023-12-18 15:10:31

权利要求书： 1.一种催化分解二噁英处理垃圾的设备，该设备由温度自控装置、压力安全报警装置、烟气中氧气含量控制装置、进料装置、焚烧炉、鼓风机、灰渣箱、脱硫装置、催化固定床、碱液喷淋塔、碱液循环泵、活性炭吸附箱、U光解废气净化器、风机、烟囱和自动控制屏组成；其特征在于：自动控制屏(31)配置有温控仪(28)、压力报警器(38)、烟气中的氧气含量监测器(39)和风量控制器(37)；温控仪(28)通过传导线与配置在焚烧炉(3)上的温度传感器相连接；压力报警器(38)通过传导线与配置在焚烧炉(3)上的压力传感器相连接；氧气含量监测器(39)通过传导线(40)与烟气管(10)上的氧气含量监测传感器(16)相连接；风量控制器(37)通过传导线与鼓风机(4)相连接；进料装置(1)出料口与焚烧炉进料口(2)联通，鼓风机(4)出口经过管道与焚烧炉下部进风室(6)联通，焚烧炉烟气出口(9)通过烟气管(10)与脱硫装置(13)进气口(11)联通，脱硫装置排气口(14)通过管道与催化固定床(15)进气口联通，催化固定床的出气口(17)通过固定床排气管(18)与碱液喷淋塔的进气口(19)联通，碱液循环泵(25)的进口与碱液喷淋塔的碱液出口管(24)联通，碱液循环泵(25)出口通过碱液循环管(23)与碱液喷淋塔(21)内的液体喷雾器(36)联通，碱液喷淋塔的出气口(20)通过碱液喷淋塔的出气管(22)与活性炭吸附箱(27)的进气口(26)联通，活性炭吸附箱(27)的排气口与U光解废气净化器进气口(29)联通，U光解废气净化器(30)的出气口与引风机(32)进气口联通，引风机(32)的出气口经过引风机排气管(33)与烟囱(34)的烟气进口联通。

说明书：一种催化分解二噁英处理垃圾的设备技术领域[0001] 本实用新型涉及垃圾焚烧的设备，具体地涉及采用催化分解烟气中的二噁英处理垃圾的设备，属于环保设备领域。

背景技术[0002] 生活垃圾(包含废塑料、废橡胶、纸屑、木、布、根、叶、草)和有机废弃物在焚烧中不可避免的产生二噁英有害气体物质；二噁英属于氯代三环芳烃类化合物，是多氯化二苯并

二恶英(PCDD)和氯化二苯并呋喃(PCDF)的统称，是由200多种异构体、同系物等组成的混

合体；二噁英在标准状态下是无色无味固态物质，熔点为303～305℃，化学性质稳定，在水

中溶解度很低，难溶于水，常温下不挥发，难氧化、分解或水解，二噁英的毒性又很强，是一

级致癌、致畸物质，对人体损害极大；二噁英是垃圾焚烧中产生的主要污染有毒物质；目前，

垃圾焚烧广泛采用3T+E技术以控制二噁英(PCDD/F)在炉膛内生成，由于我国垃圾原料的多

样性，以及炉膛内焚烧温度不均匀性，3T+E技术只能减少二嗯英的生成；目前，垃圾焚烧除

去二噁英主要采用活性炭吸附烟气中的二噁英，最后通过袋式收尘器收集去除二噁英，吸

附了二噁英和尘埃的活性炭也称为生活垃圾焚烧飞灰，属于《国家危险废物名录》口中的

HW18类危险废物，对环境和人体健康有极大的伤害；根据《生活垃圾焚烧控制标准》

(6B18485?2014)规定：“生活垃圾焚烧飞灰应该按危险废弃物管理”，通常采用固化或热熔

融的高成本处理设备对飞灰进行无害化处理；利用3T+E高温分解二噁英或采用活性炭吸附

处理二噁英的工艺流程长，处理设备复杂，成本高，极大地增加了垃圾处理的综合运行成

本；

[0003] 现有技术已公开了一些解决这方面问题的技术方案，例如：本发明申请人在授权的USP6，133，491《一种从生活垃圾和/或有机废弃物制取烃类的方法和设备》，在授权的

ZL200710130127.5《一种连续化处理生活垃圾的方法》和在授权的ZL98117823.5《用生活垃

圾和或有机废弃物制取烃类的方法和设备》中，都公开了采用无氧条件下的非焚烧法的干

馏方式处理生活垃圾，有不产生二噁英的优点，存在的问题是：以上设备属于垃圾的间接加

热方式，间接加热的传热效果差，垃圾干馏的耗能高，通常的需要额外补充燃料给干馏设备

加热才能使使垃圾完全分解，极大的增加了垃圾处理的运行成本；

[0004] 通常地，小中型垃圾焚烧装置未设置二次燃烧室，在出现供氧不足和燃烧不均匀的垃圾焚烧中，烟气中含有大量的高沸点有机高分子焦油和重烃物质，在烟气后工序降温

过程中，烟气中的气相焦油分子和重烃分子易冷凝成粘稠液体和焦油，粘稠液体和焦油易

堵塞设备、管道，以及易堵塞二噁英分解催化剂的表面孔隙，导致催化剂“中毒”失效，极大

地影响垃圾焚烧烟气净化处理；现有公开的U光解废气净化器和等离子废气净化器只能分

解室温下易挥发性有机物(OCs)，即在常温下处于气相的小分子非甲烷碳氢化合物(简称

NMHCs)、气相含氧有机化合物、气相卤代烃、气相含氮有机化合物和气相含硫有机化合物，

不能分解室温下的粘稠液体和焦油。

发明内容[0005] 本实用新型明的目的就是要弥补现有技术的缺乏，提供在固定床催化剂的作用下将烟气中的二噁英彻底分解变成二氧化碳、水和氯化氢，再通过碱液喷淋塔除去氯化氢的

垃圾处理设备。

[0006] 本实用新型是按如下方式实现的，一种催化分解二噁英处理垃圾的设备，该设备由温度自控装置、压力安全报警装置、烟气中氧气含量控制装置、进料装置、焚烧炉、鼓风

机、灰渣箱、脱硫装置、催化固定床、碱液喷淋塔、碱液循环泵、活性炭吸附箱、U光解废气净

化器、风机、烟囱和自动控制屏组成；其中，自动控制屏(31)配置有温控仪(28)、压力报警

器(38)、烟气中的氧气含量监测器(39)和风量控制器(37)；温控仪(28)通过传导线与配置

在焚烧炉(3)上的温度传感器相连接；压力报警器(38)通过传导线与配置在焚烧炉(3)上

的压力传感器相连接；氧气含量监测器(39)通过传导线(40)与烟气管(10)上的氧气含量监

测传感器(16)相连接；风量控制器(37)通过传导线与鼓风机(4)相连接；进料装置(1)出料

口与焚烧炉进料口(2)联通，鼓风机(4)出口经过管道与焚烧炉下部进风室(6)联通，焚烧

炉烟气出口(9)通过烟气管(10)与脱硫装置(13)进气口(11)联通，脱硫装置排气口(14)通

过管道与催化固定床(15)进气口联通，催化固定床的出气口(17)通过固定床排气管(18)

与碱液喷淋塔的进气口(19)联通，碱液循环泵(25)的进口与碱液喷淋塔的碱液出口管(24)

联通，碱液循环泵(25)出口通过碱液循环管(23)与碱液喷淋塔(21)内的液体喷雾器(36)联

通，碱液喷淋塔的出气口(20)通过碱液喷淋塔的出气管(22)与活性炭吸附箱(27)的进气

口(26)联通，活性炭吸附箱(27)的排气口与U光解废气净化器进气口(29)联通，U光解废

气净化器(30)的出气口与引风机(32)进气口联通，引风机(32)的出气口经过引风机排气

管(33)与烟囱(34)的烟气进口联通。

[0007] 所述的加料装置(1)，属于公知的螺旋进料机或往复式推料机；[0008] 所述的焚烧炉(3)，选用公知的立式焚烧炉或缺氧燃烧的热解气化炉；[0009] 所述的脱硫装置(13)，属于常规的工业气体脱硫装置，是固定床，分为垂直型、圆筒型、多层型和水平型，脱硫剂属于颗粒状、条状或蜂窝状的固体，如氧化锌脱硫剂、氧化铁

脱硫剂或氧化镁脱硫剂，将固体脱硫剂放入脱硫装置(13)内的筛孔板上。

[0010] 所述的催化固定床(15)，属于公知的工业上使用的“气体??固体”催化反应固定床，是圆柱形或方体的壳体，该壳体上配置有固定床气体进口 (42)和固定床气体出口

(17)，壳体内部配置带孔的隔板(41)，带孔的隔板(41)上面放置颗粒状或蜂窝状催化剂，烟

气经过固定床气体进口(42)，依次穿过SR?1催化剂(43)、MH?1助催化剂(44)和MH?2催化剂

(45)后发生催化反应，发生催化反应后的气体经固定床气体出口(17)排出(见图2)。

[0011] 所述的碱液喷淋塔(21)，属于公知的锅炉烟气净化碱液喷淋装置，碱液是烧碱溶液、石灰乳....，碱液循环泵(25)的出口通过碱液循环管道(23)与塔(21)内中上部的液体

喷雾器(36)进口联通，塔(21)内的上部配置有“气??水”分离筛板，塔(21)顶部配置碱液喷

淋塔的出气口(20)。

[0012] 所述的活性炭吸附箱(27)，属于公知的用于烟气净化的活性炭吸附装置(商品)，其内部配置有活性炭纤维或蜂窝状活性炭，可以吸附烟气中的有机物、焦油和尘埃。

[0013] 所述的U光解废气净化器(30)，属于公知的有机废气分解装置(商品)，能将烟气中室温下易挥发性有机物(OCs)分解成为二氧化碳和水。

[0014] 所述的脱硫装置(13)内的脱硫剂，是颗粒状氧化铁脱硫剂、颗粒状氧化锌脱硫剂或其它公知的烟气脱硫剂，优选颗粒状氧化铁脱硫剂。

[0015] 所述的催化固定床(15)内的裂解高分子烃类、焦油的颗粒状或蜂窝状催化剂，是常规的烃类热裂解催化剂商品，本实用新型优选SR?1催化剂(43)。

[0016] 所述的催化固定床(15)内的分解二噁英的颗粒状或蜂窝状催化剂，可以选择公知的二噁英分解催化剂(商品)，本实用新型优选MH?1助催化剂(44)和MH?2催化剂(45)，由北

京康乔世纪环境科技有限公司出品。

[0017] 所述的垃圾，包括生活垃圾、医疗垃圾，厨余垃圾、农林有机垃圾、废塑料、废橡胶、废弃电子产品、废弃服装、电路板、皮革、废药材、其它有机废弃物和工业有机废料。

[0018] 本实用新型中，烟气中的二噁英在催化剂作用下被分解成为二氧化碳，水和氯化氢，其化学反应原理如下：

[0019][0020] 采用碱液(烧碱、石灰乳....)喷淋塔(21)，将烟气中的酸性气体(NO2、 H2S、SO3......)除去，如二噁英分解产生的氯化氢，用碱液除去，发生如下酸碱中和反应；

[0021] HCL+Ca(OH)2→CaCL2+H2O[0022] H2S+Ca(OH)2→CaS+H2O[0023] NO2+Ca(OH)2→Ca(NO3)2+H2O[0024] SO3++Ca(OH)2→CaSO4+H2O[0025] SO2++Ca(OH)2→CaSO3+H2O[0026] 在本实用新型催化固定床(15)中，装有蜂窝状或颗粒状分解二噁英的 MH?1助催化剂(44)和/或MH?2催化剂(45)，以及装有分解有机烃和焦油的SR?1催化剂(43)；SR?1催化

剂(43)已在本申请人授权的ZL 98117823.5《用生活垃圾和/或有机废弃物制取烃类的方法

和设备》和 U.S.Pat.No.6,133,491《Process and apparatus for producing

hydrocarbons from residential trash or waste and/or organic waste materials》

中公开；

[0027] 本实用新型优点是：[0028] 1.本实用新型在二噁英分解催化固定床(15)之前，配置了烟气的脱硫装置(13)，解决和消除了烟气中的高分子烃和焦油使二噁英催化剂“中毒”失效的问题；

[0029] 3.本实用新型能将烟气中的二噁英浓度降低到0.083ngTEQ/m3，低于国标3

0.1ngTEQ/m的指标，催化活性达到93.08％，具备好的应用前景；

[0030] 4.本实用新型的设备属于工业上公知的设备，运行可靠，技术成熟，结构简单，维修方便，造价低廉；

[0031] 5.本实用新型能使垃圾焚烧中烟气排放的二噁英浓度达到国家规定的标准，能将垃圾完全焚烧至烬，实行垃圾的无害化，具有好的工业实用性。

附图说明[0032] 图1是本实用新型设备的流程结构图；[0033] 图2是本实用新型催化固定床内催化剂配置结构示意图；[0034] 在图和1图2中，1?进料装置，2?焚烧炉进料口，3?焚烧炉，4?鼓风机，5?灰渣箱，6?进风室，7?焚烧炉观察门，8?炉箅子，9?焚烧炉烟气出口，10?烟气管，11?脱硫装置进气口，

12?脱硫剂，13?脱硫装置，14?脱硫装置排气口，15?催化固定床，16?氧气含量监测传感器，

17?固定床气体出口，18?固定床排气管，19?碱液喷淋塔的进气口，20?碱液喷淋塔的出气

口，21?碱液喷淋塔，22?碱液喷淋塔的出气管，23?碱液循环管道，24?碱液喷淋塔的碱液出

口管，25?碱液循环泵，26?活性炭吸附箱的进气口，27?活性炭吸附箱，28?温控仪，29?U光

解废气净化器进气口，30?U光解废气净化器，31?自动控制屏，32?引风机，33?引风机排气

管，34?烟囱，35?“气??水”分离筛板，36?液体喷雾器，37?风量控制器，38?压力报警器，39?

氧气含量监测器，40?传导线，41?带孔的隔板，42?固定床气体进口，43??SR?1催化剂，44??

MH?1助催化剂，45??MH?2催化剂。

具体实施方式[0035] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，但不受其限制。[0036] 实施例[0037] 如图1和图2所示，将1500Kg生活垃圾通过往复式进料机(1)装入焚烧炉(3)(立式3 3

焚烧炉，圆柱形炉体，炉堂内直径1500mm，高2500mm，装料容积为5.89m)内；启动2300m /h鼓

风机(4)，用自动控制屏(31)上的风量控制器(37)和氧气含量监测器(39)去调节鼓风机

(4)转速和通风量，焚烧炉(3)烟气出口管(10)上配置氧气含量监测传感器(16)，控制烟气

中的氧含量在6?7％，将适量的空气送入垃圾焚烧炉(3)内，对垃圾进行焚烧，焚烧炉(3)内

的温度控制在240?600℃，压力为0.02?0.08MPa，在此温度压力范围内，经过152分钟，焚烧

炉(3)内的垃圾被焚烧至烬，垃圾焚烧后的灰渣落入焚烧炉(3)底部的灰渣箱(5)内定期排

出；垃圾焚烧的烟气从焚烧炉(3)中排出后输送到装有颗粒状氧化铁脱硫剂的脱硫装置

(13)内，用脱硫剂除去烟气中的H2S、SO3和SO2，防止硫化物对催化固定床(15)内催化剂的中

毒危害，将脱硫装置(13)排出的烟气引入催化固定床(15)内，催化固定床(15)内配置有

SR?1催化剂(43)、MH?1助催化剂(44)和MH?2催化剂(45)，参见图2；催化固定床(15)内的催

化反应温度控制在210?350℃，烟气空速为2300/h，烟气先与SR?1催化剂(43)接触，将烟气

中的有机高分子烃类、焦油被SR?1催化剂(43)裂解成室温下的易挥发性有机物(OCs)，然

后，烟气流动穿过MH?1助催化剂(44)和MH?2催化剂(45)，在MH?1助催化剂(44)和MH?2催化

剂(45)作用下，烟气中的二噁英被分解成为二氧化碳，水和氯化氢，将催化固定床(15)内的

气体排出输送到石灰乳喷淋塔(21)(10％的氧化钙乳液)内进行气体脱酸处理，除去烟气中

的HCL、CO2、NO2、SO2、H2S和尘埃；从碱液喷淋塔(21)内的气体经过“气??液”分离筛板(35)脱

水后，气体引入活性炭吸附箱(27)内进行净化处理，从活性炭吸附箱(27)排出的气体引入

到3000w功率的U光解废气净化器(30)内，将烟气中易挥发性有机物(OCs)分解变成为二

氧化碳和水，U光解废气净化器(30)排出的达标气体通过引风机(32)和烟囱(34)排入大

气，将垃圾焚烧后的无机残渣从灰渣箱(5)中排出，此灰渣可以填埋处理，也可以经过磁选

机回收金属、粉粹、提纯后用作建材原料。

[0038] 在垃圾焚烧的152分钟过程中，利用众瑞ZR?3720型二噁英烟气采样器，对烟囱排出的气体进行了连续的120分钟的二噁英生产实地采样，采用ThermoDFS磁式质谱仪(GC/

MS)进行分析，根据《废气二噁英类的测定同位素稀释高分辨率气相色谱??高分辨质谱法》

(HJ77.?2008)规定进行二噁英的分析检测。

[0039] 经过上述工艺过程得到如下主要数据和结果：[0040] 生活垃圾：1500KG：[0041] 垃圾物理性质(Wt％)：水分36.6％，总固体类(包括碳水化合物、废塑料、废橡胶、3

金属、无机物等)63.4％，pH值为8.1，垃圾容重为0.49吨/m；

[0042] 1500kg垃圾占有容积：3.06m3；[0043] 焚烧炉2的炉膛装料容积：5.89m3；[0044] 垃圾元素分析：H7.43％(wt％)；C24.5％(wt％)；O50.27％(wt％)；S0.35％；N1.6％(wt％)；金属及无机物15.85％(wt％)；

[0045] 焚烧炉(3)内：焚烧温度280?480℃，常压，空气通风量1500?2000m3/h；[0046] 垃圾焚烧处理时间：152分钟；[0047] 无机残渣及金属：237.8kg；[0048] 残渣及金属的平均密度：2.12吨/m3或0.47m3/吨；[0049] 237.8kg残渣及金属占体积：0.11m3[即0.47×0.2378]；[0050] 垃圾炉渣残烧率(％)：3.65％[(0.11÷3.06)×100％]；[0051] 垃圾减容率(％)：96.35％[100％?3.65％]；[0052] 脱硫装置(13)内的脱硫剂参数：[0053] 颜色及外观：红褐色四边形柱形颗粒，配置在脱硫固定床内的筛孔板上；[0054] 脱硫剂成分：氧化铁和氧化锌的复合物；[0055] 规格(mm)：Φ5X5～15mm；[0056] 强度(N/cm)：≥50；[0057] 堆密度(kg/L)：0.75?0.8；[0058] 穿透硫容：≥30％；[0059] 产品原粒度穿透硫容：≥30％，按HG/T4354?2012标准检测穿透硫容31.5％；[0060] 硫化氢脱硫剂中以铁元素计，含量≥30％[0061] 以氧化铁计，含量≥50％；[0062] 催化固定床(15)内催化剂参数：[0063] 烃类和焦油裂解催化剂：SR?1(43)，蜂窝状，外形尺寸15cm×15cm×15cm；[0064] 二噁英分解催化剂：MH?1助催化剂(44)和MH?2催化剂(45)，孔密度：21孔/cm2，上述催化剂在催化固定床中的配置见图2；

[0065] 催化反应温度：220?350℃；[0066] 催化固定床5内压力：0.03?0.08MPa；[0067] 催化反应空速：1800?2000h?1；[0068] 烟气中的二噁英测试参数：[0069] 烟气中的平均含氧量：6.5％；[0070] 二噁英采样仪器：众瑞ZR?3720型二噁英烟气采样器；[0071] 二噁英分析仪器：ThermoDFS磁式质谱仪(GC/MS)；[0072] 烟气采样时间：120分钟；[0073] 排出烟气中的二噁英测试结果：0.083ngTEQ/m3，低于国标(GB18485?2014)《生活3

垃圾焚烧污染控制标准》中规定的二噁英类小于0.1ngTEQ/m。