CN1951586A - 将有机质垃圾废弃物无害化、资源化、减量化治理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将有机质垃圾废弃物进行无害化、资源化、减量化的治理方法，属于资源与环境领域。它是通过一套组合设备协同工作的方法来解决目前在处理有机质垃圾废弃物方面存在的问题的。在这套组合系统中，有三个基本的子系统：一个是‘外热式热裂解子系统’，它的功能是完成废弃物的热解；一个是‘外热式催化、还原、气化子系统’，它的功能是将热解产物转换成为燃气并实现无害化处理；最后一个是‘自动监测控制子系统’。本发明可以在生物质气化、生物质或垃圾‘气－电－热’联产方面作为高品位燃气的主要生产方法开发。结合植物秸秆的利用，在治理造纸等行业的污染方面具有巨大的用途。

Description

将有机质垃圾废弃物无害化、资源化、减量化治理的方法

技术领域

本发明公开了一种适用于将工农业生产排放的有机质废弃物(如，各种植物秸杆，造纸厂、酿造厂、制糖厂、食品加工厂等企业排出的高浓度废液与糟粕，城市垃圾、医疗垃圾中的有机质部分等)通过具有连续热解催化裂解炭化气化功能的设备进行无害化、资源化、减量化治理的方法。属于资源与环境的技术领域。

背景技术

背景技术之一：关于生物质气化技术

将可再生的生物质能转化成为生物质燃气后再进行利用，是生物质能的热化学利用方法之一。由于气体燃料的利用率高、清洁、方便，因此，生物质气化技术的研究和开发得到了国内外的广泛重视，并取得了可喜的进展。

但是，生物质气化的原理和方法却是沿用了煤炭气化的原理和方法，即，使生物质材料在空气(氧气)供应不充分的条件下燃烧并且在一定的热力学条件下，将组成生物质的碳氢化合物通过热解、氧化、还原的过程生成包含有CO、H₂、CO₂并且包含有大量随着空气带入的N₂和低分子烃类的混合燃气。由于生物质材料和煤炭材料相比存在有比重轻，能量密度小的差别，因此，在二十世纪七十年代才开始兴起的生物质气化技术，存在有许多需要深入研究的课题。以我国农村在‘九五’以前曾经建设的大约400多家《200户型秸杆集中气化供气站为例，就存在有如下的‘瓶颈’问题：

1、由于秸杆类材料在挥发份析出后形成的炭基本上没有强度，不能够作为CO₂的还原材料使用生成CO，因此，这种在可以作为能源材料利用并且在可再生能源资源中数量最大的生物质材料，却不能在现有的固定床上/下吸气化炉或循环流化床上直接使用。现在的各种气化炉只能使用玉米芯、花生壳、稻壳或者木质材料等硬质的生物质材料作为气化炉的原材料。

2、产出的煤气发热量低(≯5MJ/nm³)，火力不旺，而且木焦油含量高(一般都≮50mg/nm³)，经常由于木焦油堵塞管道而被迫停止使用。这样的使用效果直接导致了这些集中气化供气站的绝大部分都是在投产后不到一年的时间内，就完全处于了瘫痪状态。

背景技术之二：关于生物质的炭化技术

生物质能的另外的一种热化学利用方法是将生物质能源材料在完全隔绝空气的条件下加热进行炭化干馏。用这种方法可以得到生物质炭、燃气、木焦油和木醋液。由于这种方法能够获得到发热量高的燃气(一般不小于15MJ/M³)和木炭，因此在近年来也获得了一定的发展。其中具有代表性的是《生物质炭化技术》。其主要的生产过程是：首先将生物质材料经过干燥并压缩加工成为成型的‘棒状燃料’，然后置入到间歇式工作的‘闷罐’式干馏罐中干馏，从而获得到高发热量的煤气、成型木炭、木焦油和木醋液。

但是，这项“生物质材料炭化技术”却存在有下列问题：

1、整个炭化生产过程是‘间歇式’工作的，既不能连续的加入生物质原材料，也不能连续的从系统中排出固态的木炭产品，‘闷罐式干馏罐’的体积又大，热透时间也长，因此，生产的效率比较低，不能在大规模的工业生产中使用；

2、间歇式工作的‘闷罐式干馏罐’必须要‘热出冷入’加热室，这使得作为炉具使用的‘闷罐式干馏罐’白白的浪费了大量的物理显热，造成了系统的热能利用率比较低；

3、在生产过程中，不能随机的调整木炭、煤气和木焦油产品的产出比例。比如，以生产煤气为主的企业由于受到固定的煤气用户数量的限制，一旦煤气产量过剩，生产就必须停止，不能够进行连续的、能够为生产企业带来更多经济效益的木炭生产，限制了企业经营者的经济收益；

4、生产使用的原材料主要是锯末，而且必须经过预先压缩密实成型，以便在一个固定的‘闷罐式干馏罐’中装入更多的原材料，生产的成本比较高；当使用秸杆类材料时，由于产出的木炭质量较差而且粉末较多，因此一般还要需要二次成型为成型木炭，造成了投资和生产成本都需要增加的问题。

背景技术之三：关于生物质气化发电技术

由于将生物质气化后产生的燃气进一步转换成为电能后就可以非常方便的进行能量输送，而且还可以在一定的范围内减少或者代替矿物燃料的使用，保护环境，因此，将生物质气化后发电或者进行直燃式发电，都是未来发展的主要目标。比如，我国‘十五’期间在江苏省兴化市进行的《5MW生物质气化发电优化系统及其示范工程》，就是一个“技术成果属国内首创，是国际上唯一正常运行的、最大规模的生物质气化发电站，属国际领先水平”的示范项目⁽¹⁾。

但是，不论是直燃式或者气化后再发电的项目，都不同程度的遭遇到下列的问题，还需要进行深入的进一步研究⁽²⁾：

1、秸秆气化热值低，在稳定运行、焦油清除、气体净化等技术上需要提高；

2、缺乏秸秆直接燃烧供热技术研究和设备开发，不便于多途径能源利用；

3、生物质发电技术和装置方面有较大差距。

根据有关的报道，我国在开发《5MW生物质气化发电优化系统及其示范工程》中，就曾经遭遇过下列具体的技术问题并进行了科技攻关：

1、秸秆气化后产生的燃气热值低(大约5～12MJ/M³)，需要研究开发专用的‘低热值燃气发电机’，以便提高转化为电能的转换效率；

2、秸秆气化过程中产生的木焦油需要通过催化技术处理，但是，沿用石油催化技术使用的催化剂存在非常容易积炭覆盖的问题。因此，催化技术需要进一步研究催化剂材料的选择和催化系统优化设计的方法问题；

3、处理木焦油产生的工业废水存在二次污染问题。

背景技术之四：关于有机质垃圾的焚烧及发电技术

目前，由于我国整个国民经济和城市建设的迅速发展，在城市中产生的垃圾数量不但迅速增加，而且垃圾的组成成分也发生了很大的变化：在城市垃圾中，增加了大量的有机质废弃物成分，增加了大量的塑料成分，还增加了许多含有金属或者重金属化学成分的有毒、有害化合物。存放这些生活垃圾不但占用了大量的土地，造成资源的极大浪费，而且也成为环境的主要污染源之一，困扰人们的日常生活，危害人体健康，并造成了许多长期的深层次的生态环境问题。

因此，如何能够将城市生活垃圾进行‘无害化’处理，就成为控制城市生活垃圾污染环境的重要途径。

还有，医院垃圾和禽流感发生以后强制屠杀的家禽、家畜尸体含有大量细菌、病毒及化学药剂，它们都具有空间传染、急性传染和潜伏性传染等特征，其病毒、病菌的危害是普通城市生活垃圾的几十倍乃至数百倍，因此，如何能够将这些医疗垃圾也‘无害化’处理，同样也成为控制环境污染的重要问题。

对待这些需要作为污染源处理的垃圾，国内外目前广泛采用的治理方法主要有卫生填埋、高温堆肥和焚烧等三种形式。这三种主要垃圾处理方式的比例，因地理环境、垃圾成份、经济发展水平等因素不同而有所区别。但是，垃圾‘焚烧’是目前世界各国广泛采用的城市垃圾处理技术。大型的配备有热能回收与利用装置的垃圾焚烧处理系统，由于无害化处理的比较彻底，而且可以使垃圾的数量大幅度缩减，还顺应了回收能源的要求，正逐渐上升为焚烧处理的主流。比如，美国在2001年3月26日就实现了全国生活垃圾全部焚烧综合处理。

因此，垃圾处理技术的发展方向是朝着“无害化、资源化、减量化”的方向发展。

根据《中华环保互联网》网页http://www.chinaep.net/feiwu/fsl/上介绍的资料，可以知道目前国内外在垃圾焚烧设备方面都是采用了和生物质材料气化一样的方法先进行热解气化成为燃气后再进行另外消耗的方法处理。所不同者仅仅是垃圾气化后产生的低热值燃气不是向居民供应，而是直接在系统中进行二次燃烧。在该网页上我们可以看到各种规格不同、用途不同的生产厂家的技术资料和照片，是说明本项背景技术的一个完整的脚本资料。

但是，所有利用这个原理设计、制造的垃圾焚烧设备，都存在下列问题：

1、不能有效的防止和消除含氯有机质在燃烧过程中生成危害极大的二恶英等污染物；

2、由于只能产生发热量≯5MJ/nm³的燃气，因此能量品位很低，直接燃烧的温度也比较低，不能够达到垃圾‘无害化’处理特别是达到彻底消除在燃烧过程中生成的‘二恶英’需要的≮1200℃高温。因此，只有使用另外加入燃料助燃的方法(一般使用柴油助燃)进行‘二次燃烧’。这就使得垃圾的处理成本大幅度的提高；

3、用这个原理设计、制造的垃圾焚烧设备系统比较庞大，很难使这个‘先热解气化，再二次燃烧’的复杂系统中的多种(套)设备实现一体化。

4、某些大型的垃圾焚烧设备还需要预先将垃圾材料加工成为块状燃料或者制造成为颗粒状态的复合燃料，生产处理的过程比较复杂。

关于这些问题，在该网页上公布的文章《我国垃圾焚烧技术和装备的现状及发展方向》中，是这样明确描述的：

“焚烧技术发展的动向是：

(1)垃圾焚烧厂尾气净化技术，特别是二恶英等污染物的消除越来越受到重视。

(2)垃圾焚烧余热综合利用技术将进一步完善。

(3)为满足日益严格的环保要求，焚烧技术向着烟气净化、残渣与废水处理以及废热回收等设备整体化方向发展。”将有机质垃圾废弃物通过发电的方式进行处理是目前唯一的一种能够真正实现垃圾“无害化、资源化、减量化”的处理方式。它不但可以克服焚烧技术中的大部分缺陷并且能够实现这些有机质垃圾废弃物中所包含的包括生物质能量在内的各种能量的充分利用。但是，它同样遭遇到了‘生物质气化发电技术’基本相同的一些技术问题。同时，垃圾发电为了消除生成的‘二恶英’和提高燃烧温度，达到提高能量转换效率的目的，需要大量的使用助燃燃料(比如煤和油)助燃，当规模比较小时，类似于一个小型的‘火力发电厂’。在这种情况下，不但处理成本大幅度的提高，而且还可能并没有达到‘无害化’的目标。

发明内容

为了解决背景技术中存在的各种问题，本发明根据工作的实践经验结合相关的一些基本原理设计了一套由‘外热式热裂解子系统’、‘外热式催化、还原、气化子系统’和通过计算机网络平台实施的‘自动监测控制子系统’三个子系统组成的具有将各种有机质废弃物进行连续热解、催化裂解、还原、气化和主动保障实现‘无害化’功能的热工设备。通过这三个子系统的组合工作，将有机质垃圾废弃物转化成为基本上不包含木焦油和不可燃气体成分的高品位燃气来实现有机质垃圾废弃物的‘资源化’利用。由于在整个‘资源化’转换过程中，还主动/自动限制了生成‘二恶英’的生成条件，又不存在二次污染，有机质垃圾废弃物经过‘资源化’利用后产生的木炭和/或剩余残渣对环境又非常友好，数量也大大减少，因此可以全面的实现有机质垃圾废弃物的“无害化、资源化、减量化”治理，彻底解决上述的背景技术中存在的各种问题。

根据需要处理的有机质废弃物的种类不同，本方法中的‘外热式热裂解子系统’和‘外热式催化、还原、气化子系统’两个子系统的组合工作形式有两种：一种是分立式(见‘附图一’)。它可以“无害化、资源化、减量化”治理一切有机质垃圾废弃物。但是结构复杂，造价较高。因此，实际生产过程中主要适用于治理医疗垃圾、城市垃圾等容易生成‘二恶英’危害的有机质废弃物，能够达到通过利用这些废弃物自身所具有的能量，实现“无害化、资源化、减量化”治理过程中‘自给有余’的目标，既不需要助燃燃料，治理的费用也很少；一种是‘合二而一’式(见‘附图二’)，它是通过延长(附图一)中的‘干馏、裂解、炭化室(4)’的方法将‘外热式催化、还原、气化子系统’的内胆(18)连续设置在‘干馏、裂解、炭化室(4)’之后组成了一个具有‘连续热解和催化裂解、还原、气化’功能的‘合二而一’形式。主要适用于将各种植物秸杆、酿造厂、制糖厂、食品加工厂等企业排出的有机质固体糟粕直接转化成为能量品位较高的燃气和木炭，从而实现对这些有机质废弃物的“无害化、资源化、减量化”治理。

因此，可以把(附图二)所表示的‘合二而一’式看作是‘分立式’的一种特例或者变形。所以，除非特别需要，在本申请文件中除了在‘附图说明’中对‘合二而一’式的代号的具体名称进行说明以外，本申请文件不再对这种形式特别是启动过程和需要配备的‘自动监测控制子系统’设计数据的采集进行更为详细的描述和权利要求。

关于如何实现这套具有进行连续热解、催化裂解、还原、气化和主动保障实现‘无害化’功能的热工设备及三个子系统如何组合工作的详细叙述如下：

1、将有机质垃圾废弃物进行“无害化、资源化、减量化”治理的一种方法，其特征在于本方法是由下列三个子系统组成的一套具有连续热解、炭化、催化裂解、还原、气化和主动保障功能的设备的组合工作系统协调工作的方法来达到对有机质垃圾废弃物进行“无害化、资源化、减量化”治理的(见‘附图一’)：

①一个是‘外热式热裂解子系统’：这个‘外热式热裂解子系统’是一个由单根或者多根能够在外部加热和封闭条件下连续加入有机质垃圾废弃物材料的管状‘干馏、裂解、炭化室(4)’和相应的外部加热装置(6)所组成的成套装置。它可以在被‘自动监测控制子系统’或人工控制在300～650℃的温度范围内和适宜压力为-100～0Pa的微负压状态下连续完成原料的热解、炭化并且将产生的热裂解气体(包含有木焦油蒸汽、CO₂、H₂O气体)全部排入到下一个‘外热式催化、还原、气化子系统’中进行进一步加工处理，将已经炭化了的木炭或者气化后产生的剩余残渣在密闭的条件下连续排出到外界；

②一个是‘外热式催化、还原、气化子系统’：这个‘外热式催化、还原、气化子系统’是在外部加热和封闭的条件下能够连续将‘外热式热裂解子系统’送来的全部热裂解气体通过内部充满有以木炭或者掺入有自云石、氧化钙的木炭作为催化剂的‘外热式催化、还原、气化子系统’内胆(18)和相应的外部加热装置‘外热式催化、还原、气化子系统’外加热室(16)所组成的成套装置。它可以在被‘自动监测控制子系统’或人工控制在800～950℃的范围内和适宜压力为-500～-50Pa的负压状态下强制完成对热裂解气体中木焦油蒸汽、CO₂、H₂O气体的催化、还原、气化处理成为燃气，然后，将产出的高温燃气送入燃气的余热利用和后处理装置(外界)处理，将已经完成催化反应的木炭等残渣在密闭的条件下连续排出到外界。

③一个是通过计算机网络平台实施的‘自动监测控制子系统’：这个‘自动监测控制子系统’是根据在上述两个子系统中配备的压力检测、温度检测、产生的热裂解气体和/或煤气成分的在线实时监测与流量积算数据，利用网络通讯的分散控制系统进行功能模块式控制，软件部分采用了UNLX开发软件和Intouch工控软件与INFORMIX数据库管理系统软件，对整个系统在启动、工作、关机的全过程中进行智能化管理的自动化控制管理系统。

2、在‘外热式热裂解子系统’中，另外具有的技术特征是：

①采用了强制加料的方法，即使用螺旋或者活塞的机械设施将有机质垃圾废弃物强制压入到‘外热式热裂解子系统’中进行加料。达到在加料过程中既可以克服原材料密度低的缺陷，又可以利用被挤压密实的原材料隔断系统和外界的联系，阻止热解气从加料口外逸；

②同时使用下述的两种方法或者使用其中的一种，保证‘热裂解气体’的运动方向和加入的有机质材料的运动方向完全一致：

a、‘外热式热裂解子系统’的‘干馏、裂解、炭化室’全部处在负压状态下。而且高温端的压力要低于加料端的压力，使‘热裂解气体’的运动方向和加入的有机质材料的运动方向一致；

b、‘外热式热裂解子系统’的高温端的几何位置高于加料端，而且产生的高温气体很快就可以自动进入到下一个‘外热式催化、还原、气化子系统’。其极限的状态可以是一种呈垂直的状态。

③从‘干馏、裂解、炭化室(4)’排出的已经炭化了的木炭或者气化后产生的剩余残渣的方法是利用这些固态产物的自重，自由跌落到上部可以排走热解气气体、下部用水封闭的水封池中的方法来实现在密闭状态下排渣的；也可以使用旋风除尘器的方法排出热解气气体和剩余残渣(在本说明书附图中没有进行标注)。

④在其中可以通过另外加入氢氧化钙、氢氧化钠或其他可以和氯离子在产生后就进行反应并转化为氯化物的方法，减少含氯有机质在加热后生成‘二恶英’前提物的数量。

3、在‘外热式催化、还原、气化子系统’中，另外具有的技术特征是：

①系统内部充满了完成木焦油催化、二氧化碳还原、水蒸气气化反应需要的各种催化和化学反应所需要的碳素材料和催化剂(如木炭、白云石材料)；

②有一套自动的电加热(或者其它能源加热)系统，这套自动的电加热(或者其它能源加热)系统所控制的空间是能够允许在920±15℃时，至少能够保证被‘无害化’处理的气态产物在该阶段停留1秒以上的恒温空间。

需要说明的是，在这套组合的设备工作系统中，在‘外热式热裂解子系统’和‘外热式催化、还原、气化子系统’中产生‘负压’或者‘微负压’的根本原因，或者是因为烟囱产生的抽力(如本说明书“附图一”所示)，或者是在使用真空水泵向外连续抽取煤气并进行煤气冷却、净化时所形成的。

附图说明

(附图一)是一个表征本发明这套组合的设备工作系统的示意图。其中的各个代号的具体名称和有关说明是：

(1)有机质垃圾废弃物原料加料口水封盖；(2)有机质垃圾废弃物原料加料口；(3)有机质垃圾废弃物原料加料口用水封池；(4)‘干馏、裂解、炭化室’；(5)有机质垃圾废弃物原料加料用的螺旋推进器及动力变速装置；(6)加热室(图中的虚线箭头表示了在本示意图中加热室中的烟气在利用过程中的有组织的流动方向)；(6)^*加热室的外壳及保温层：(7)‘外热式热裂解子系统’产生的残炭排出‘干馏、裂解、炭化室’时进入水封池的一个封闭的通道(当‘干馏、裂解、炭化室’为多个时，这个通道就转化为一个联系‘干馏、裂解、炭化室’和水封池并且和外界隔绝的一个‘共用空间’)；(8)水封池的水面(以能够淹没(7)为度)；(9)水封池；(10)‘外热式催化、还原、气化子系统’通往‘外热式热裂解子系统’的高温烟气管道的阀门；(10)^*‘外热式催化、还原、气化子系统’通往‘外热式热裂解子系统’的煤气管道和阀门；(11)‘外热式热裂解子系统’产生的原始热裂解气体通往‘外热式催化、还原、气化子系统’内胆的阀门和管道；(12)‘外热式热裂解子系统’烟囱；(13)‘外热式催化、还原、气化子系统’的原料入口；(14)‘外热式催化、还原、气化子系统’产生的煤气在自身需要以外的剩余煤气向外供应的管道和阀门；(15)‘外热式催化、还原、气化子系统’产生的煤气进入自身外加热室煤气燃烧器的伐门和管道；(16)‘外热式催化、还原、气化子系统’外加热室；(17)煤气燃烧器；(18)‘外热式催化、还原、气化子系统’内胆(其内部装有木炭或者掺入白云石的木炭作为催化剂)；(19)‘外热式催化、还原、气化子系统’排灰渣装置；(20)‘外热式催化、还原、气化子系统’的排渣出口；(20)^*‘外热式催化、还原、气化子系统’的自动电加热系统；(20)^**‘外热式催化、还原、气化子系统’烟囱和阀门。

其中，(1)～(9)和(11)、(12)组成了‘外热式热裂解子系统’；(9)、(10)、(13)、(16)～(20)、(20)^*和(20)^**组成了‘外热式催化、还原、气化子系统’。

(附图二)是通过延长(附图一)中的‘干馏、裂解、炭化室(4)’的方法将‘外热式催化、还原、气化子系统’的内胆(18)连续设置在‘干馏、裂解、炭化室(4)’之后组成的一个具有‘合二而一’功能的‘连续热解、催化裂解、还原、气化室4’而形成的。因此，(附图二)是(附图一)的一种特例或者变形。其中的各个代号的具体名称和有关说明是：

1有机质垃圾废弃物原料加料口水封盖；2有机质垃圾废弃物原料加料口；3有机质垃圾废弃物原料加料口用水封池；4‘连续热解、催化裂解、还原、气化室’；5有机质垃圾废弃物原料加料用的螺旋推进器及动力变速装置；6加热室(图中的虚线箭头表示了在本示意图中加热室中的烟气在利用过程中的有组织的流动方向)；7‘连续热解、催化裂解、还原、气化室’产生的残炭排入水封池的一个封闭的通道(当‘连续热解、催化裂解、炭化、气化室’为多个时，这个通道就转化为一个联系多个‘连续热解、催化裂解、炭化、气化室’和水封池并且和外界隔绝的一个‘共用空间’)；8水封池的水面(以能够淹没7为度)；9水封池；10‘连续热解、催化裂解、还原、气化室’产生的燃气进入燃气余热利用及净化系统的出口；11排出加热室废烟气的烟囱；12为加热室加热的高温气体热源的入口(≮1000℃)或者煤气燃烧器。

在(附图二)中标注的A、B、C表达了‘连续热解、催化裂解、还原、气化室’的三个温度区段：A区段为‘催化裂解、还原、气化段’，该区段温度应当在800～950℃，长度由B区段产生的燃气在A区段通过的时间为一秒的要求计算确定；B区段为‘热裂解段’，该区段的温度应当在300～650℃，长度由设计的生产率确定；C区段的温度应当在150～250℃，长度由排烟热损失最小的要求确定。

因此，在(附图二)中，当有高温区A存在时，系统可以依靠自身炭化生成的木炭在A区段完成热解气体的催化裂解、还原、气化，生产出来不包含木焦油和不可燃气体成分的燃气，不需要另外添加催化剂。由于完成了热解气化的木炭会随着生产的进行不断的进行更新，因此催化剂不存在补充问题，也不存在积炭覆盖的问题，因此也就不会产生催化剂活性降低和催化系统阻力增加的问题。

当不存在高温区A时，系统实际上就是一个外热式炭化炉，结合配套的燃气后处理系统，可以生产出优良的燃气、木炭粉末、木焦油和木醋液。

在(附图二)中的B区段和C区段的温度和长度要求，同样适用于(附图一)中‘干馏、裂解、炭化室(4)’的相应位置。

在为系统配备的‘自动监测控制子系统’中，包括了对‘外热式热裂解子系统’和‘外热式催化、还原、气化子系统’内的压力、温度运行参数进行实时监测和信号变换传送装置；包括了对‘外热式热裂解系统’排出的热裂解气体成分和‘外热式催化、还原、气化系统’排出的煤气成分进行在线实时监测、流量积算数据和信号变换传送装置；利用网络通讯的分散控制系统进行功能模块式控制，软件部分采用了UNLX开发软件和Intouch工控软件与INFORMIX数据库管理系统软件，从而实现系统在启动、运行、关机的全过程中进行智能化的自动化控制管理。

由于在(附图一)中没有将表明这些温度、压力和煤气成分以及流量仪表的符号在这个幅度很小的附图中进行标著，因此，(附图一)是本发明没有标注‘自动控制子系统’元件时的示意图。为了说明‘主动保障功能’和三个子系统是如何进行‘协调工作’的，下边以手动的方式按照步骤说明在启动过程中的操作程序和调整项目，而调整以后的系统状态参数，也是实施自动控制依据的唯一重要技术参数：

第一步：将系统中所有的阀门全部处于关闭状态；

第二步：打开加料口水封盖(1)，启动螺旋推进器及动力变速装置(5)，通过原料加料口(2)向‘干馏、裂解、炭化室’(4)中加入待处理的有机质垃圾废弃物原料，加完原料后在水封池(3)中充满水，使‘外热式热裂解子系统’处于完成准备工作、等待加热的密闭状态。

第三步：打开‘外热式催化、还原、气化子系统’产生的煤气进入自身外加热室煤气燃烧器的伐门和管道(15)和‘外热式催化、还原、气化子系统’烟囱和阀门(20)^**；打开原料入口(13)，向内胆(18)中装入少量木炭并点火，然后继续加满木炭后关闭并密闭(13)；

第四步：通过从‘外热式催化、还原、气化子系统’的排渣出口(20)处送入空气的方法使(18)在系统的升温阶段成为一个以空气为气化剂的气化炉，产生的煤气经过(15)在(17)处燃烧后进入‘外热式催化、还原、气化子系统’外加热室(16)，完成热量交换后，经过(20)^**排入大气；

第五步：随时检查(18)中的木炭消耗情况并及时补充木炭、清除灰渣。当(18)的温度达到800℃时，关闭(20)^**，打开(11)，打开(10)、(10)^*并调整其开度对(4)进行加热处理，当(4)的温度达到350℃时关闭并密闭(20)(或者用水封的方法将(20)密闭，如图中的(8)为水封的水面)，启动‘外热式催化、还原、气化子系统’的自动电加热系统(20)^*，维持(18)的温度控制在800～950℃的范围内。

根据加入(4)的原料种类和数量多少，按照(4)中原料的热透时间，随时启动(5)补入新的原料。

在运行中，如果(20)^*停运后(18)的温度由于意外的原因低于了800℃，应当自动关闭(5)，同时利用(20)^*的自动启动功能，继续向(18)供应热能，维持(18)的运行温度在≥800℃的状态下完成在(4)中残留的有机质垃圾废弃物原料的处理。

第六步：随着整个系统温度的升高，调节(15)和(10)^*的开度，使(18)的温度维持在800～950℃的前提条件下，维持(4)的温度在350～650℃的范围内；

在调整的过程中或者调整之后，如果(18)的温度达到1000℃，则应自动打开并调整‘外热式催化、还原、气化子系统’产生的煤气在自身需要以外的剩余煤气向外供应的管道和阀门(14)向系统之外供应多余的煤气。

第七步：维持‘第六步’调整的结果连续运行，一直到需要关机时。

第八步：关机。检查(4)并确定其中已经不存在待处理的材料——关闭(11)——使(9)中充水，完成严密的水封——关闭全部阀门——切断电源。

通过以上的具体操作过程的叙述，可以知道，本发明对于保证治理有机质垃圾废弃物能够达到“无害化、资源化、减量化”的标准，有一套“具有主动保障功能”的组合工作系统。它的‘主动保障功能’充分的体现在：

①只有在‘外热式催化、还原、气化子系统’内胆(18)的温度达到能够使‘热裂解’气态产物无害化处理的最低温度800℃要求时，系统才会打开‘外热式催化、还原、气化子系统’通往‘外热式热裂解子系统’的高温烟气管道的阀门(10)，才会开始对‘外热式热裂解子系统’加热。这就保证了‘热裂解’的气态产物只要产生了，就能够被‘外热式催化、还原、气化子系统’‘无害化’处理了。而如果(18)的温度在工作过程中由于某些原因突然低于了800℃时，系统又会自动启动(20)^*维持(18)的温度不小于800℃的基本要求。

②设计‘外热式催化、还原、气化了系统’的自动电加热系统(20)^*所控制的空间大小时，应当满足在温度被控制在920±15℃时，至少能够保证被‘无害化’处理的气态产物在该阶段能够停留一秒以上的要求，在这种情况下，所有‘外热式热裂解子系统’产生的所有气态产物都必须通过处在同样高温即900℃以上的高温条件下的‘外热式催化、还原、气化子系统’的电控部分，不会因为炉况变化而产生遗漏或者处理的‘无害化’质量不均匀的现象。

③即使有少量的‘二恶英’从其它渠道混入了最终的煤气产品中，还可以通过控制煤气燃烧温度≮1200℃的方法，彻底消除。

④由于本系统的‘负压’是由于烟囱(12)的抽力所形成的‘负压’或者是使用真空水泵向外抽取煤气时所形成的‘负压’，因此，保证了在工作状态时整个系统是处在‘负压’或者‘微负压’的状态下工作。虽然这种‘微负压’的大小仅仅对于进入煤气中的空气数量有直接影响，但是，系统却是绝对不会向环境泄露任何未经处理的有害气体，也不会对环境造成危害的。

具体实施方式

使用本发明可以生产、制造一系列规格不同、治理对象不同的设备或装置。但是，不论制造成为哪一种设备，它的最合理的工作制度显然是‘连续工作制’，这可以使得的系统的能源转换效率达到最高。

以下是本发明的几种具体实施方式。为了叙述上的方便，以表格的方法简述如下：

《将有机质垃圾废弃物无害化、资源化、减量化治理的方法》的几个具体实施方式

实施对象	被治理的材料	主要产品	另外需要配备的主要设备和装置	具体实施方式
					小型医疗垃圾处理设施	各种医疗垃圾	煤气热能	小型的茶炉房或者淋浴卫生设施；	可以直接按照《附图一》实施。规模比较大时，可以将(18)产生的高温煤气直接经过煤气显热利用装置、煤气后处理净化系统、煤气存储装置后，其中的一部分冷煤气再返回到煤气燃烧器(17)使用。其它的冷煤气部分直接送入燃气发电系统，转换成为电力后，供应社会。
大、中型医疗垃圾处理设施	各种(医疗+生活)垃圾	煤气热能电力	①煤气显热利用装置；②煤气净化系统；③煤气存储装置及用户配送系统；④煤气发电、配电、供电系统。
				城市垃圾集中处理中心	城市垃圾中的有机质部分和各种生物质能源材料
治理造纸厂(酿造厂、制糖厂)排出的高浓度废液与有机质糟粕	高浓度废液与有机质糟粕					煤气热能木炭NaOH	①高浓度废液与有机质糟粕初步加工、成型、自然/人工干燥装置；②煤气净化、存储装置及用户配送系统；③木炭成型加工装置；④NaOH回收装置。	使用(附图一)或者(附图二)在相应的工厂里，结合企业的清洁生产实施。
		建设农村生物质能源供应站	各种生物质能源材料	煤气热能木炭电力	①煤气显热利用装置；②煤气净化系统；③煤气存储装置及用户配送系统；④木炭成型加工装置；⑤煤气发电、配电、供电系统。				使用(附图二)既可以在已经建设的《秸杆集中气化供气站》中使用，也可以使用这个技术重新建设完全新型的<农村农村生物质能源供应站>。

参考资料：

(1)、《广州能源所“863”项目通过国家验收》，载 http://www.giec.ac.cn/giec/news/2005/200512/2005120604.htm

(2)、《我国生物质能利用技术展望》，载《中国洁净煤技术网》2005年6月30日

Claims (6)

1、将有机质垃圾废弃物进行“无害化、资源化、减量化”治理的一种方法，其特征在于本方法是由下列三个子系统组成的一套具有连续热解、炭化、催化裂解、还原、气化和主动保障功能的设备的组合工作系统协调工作的方法来达到对有机质垃圾废弃物进行“无害化、资源化、减量化”治理的：

①一个是‘外热式热裂解子系统’：这个‘外热式热裂解子系统’是一个由单根或者多根能够在外部加热和封闭条件下连续加入有机质垃圾废弃物材料的管状‘干馏、裂解、炭化室(4)’和相应的外部加热装置(6)所组成的成套装置。它可以在被‘自动监测控制子系统’或人工控制在300～650℃的温度范围内和适宜压力为-100～0Pa的微负压状态下连续完成原料的热解、炭化并且将产生的热解气体(包含有木焦油蒸汽、CO₂、H₂O气体)全部排入到下一个‘外热式催化、还原、气化子系统’中进行进一步加工处理，将已经炭化了的木炭或者气化后产生的剩余残渣在密闭的条件下连续排出到外界；

②一个是‘外热式催化、还原、气化子系统’：这个‘外热式催化、还原、气化子系统’是在外部加热和封闭的条件下能够连续将‘外热式热裂解子系统’送来的全部热裂解气体通过内部充满有以木炭或者掺入有白云石、氧化钙的木炭作为催化剂的‘外热式催化、还原、气化子系统’内胆(18)和相应的外部加热装置‘外热式催化、还原、气化子系统’外加热室(16)所组成的成套装置。它可以在被‘自动监测控制子系统’或人工控制在800～950℃的范围内和适宜压力为-500～-50Pa的负压状态下强制完成对热裂解气体中木焦油蒸汽、CO₂、H₂O气体的催化、还原、气化处理成为燃气，然后，将产出的高温燃气送入燃气的余热利用和后处理装置(外界)处理，将已经完成催化反应的木炭等残渣在密闭的条件下连续排出到外界。

③一个是通过计算机网络平台实施的‘自动监测控制子系统’：这个‘自动监测控制子系统’是根据在上述两个子系统中配备的压力检测、温度检测、产生的热裂解气体和/或煤气成分的在线实时监测与流量积算数据，利用网络通讯的分散控制系统进行功能模块式控制，软件部分采用了UNLX开发软件和Intouch工控软件与INFORMIX数据库管理系统软件，对整个系统在启动、工作、关机的全过程中进行智能化管理的自动化控制管理系统。

2、根据权利要求一所说的“本方法是由下列三个子系统组成的一套具有连续热解催化裂解炭化气化和主动保障功能的设备的组合工作系统”，其特征在于可以将‘外热式热裂解子系统’和‘外热式催化、还原、气化子系统’合并成为一体，组成一个具有‘连续热解和催化裂解、还原、气化’功能的系统。

3、根据权利要求一和权利要求二所说的“具有主动保障功能”，其特征在于如下的几个方面：

①只有在‘外热式催化、还原、气化子系统’内胆(18)的温度处在能够使‘热裂解’气态产物无害化处理的最低温度800℃要求时，才会开始对‘外热式热裂解子系统’加热并且对产出‘热裂解’气态产物进行处理；

②‘外热式催化、还原、气化子系统’的自动电加热系统(20)^*所控制的空间大小能够满足在温度被控制在恒定的920±15℃时，至少能够保证被‘无害化’处理的气态产物在该阶段能够停留一秒以上的时间要求，因此，催化、还原、气化反应进行的彻底，不会因为炉况变化而产生遗漏或者处理的‘无害化’质量不均匀的现象；

③系统全部都处于‘负压’或者‘微负压’的状态下工作，不会向环境泄露任何未经处理的有害气体，也不会对环境造成危害的。

④即使有少量的‘二恶英’混入了最终的煤气产品中，还可以通过控制煤气燃烧温度≮1200℃的方法，彻底消除。

4、根据权利要求一中所说的‘外热式热裂解子系统’和权利要求二中所说的具有‘连续热解和催化裂解、还原、气化’功能的系统，还具有如下的技术特征：

①采用了强制加料的方法，即使用螺旋式或者活塞式的机械设施将松散的有机质垃圾废弃物强制送入系统的方法，达到在克服原材料密度低的同时，也实现热解气的封闭，阻止热解气从加料口外逸的目的；

②加热后产生的‘热裂解气体’的运动方向和被加入的有机质废弃物材料的移动方向一致；

③和它们配套的加热室(即(6)和6)，是一个能够通过有组织的高温烟气流动实现对(6)和6进行加热装置，并且加热室高温烟气转变为低温烟气的流动方向和‘热裂解气体’的运动方向相反。

5、根据权利要求三所说的‘③系统全部都处于‘负压’或者‘微负压’的状态下工作’，还具有形成‘负压’或者‘微负压’的原因仅仅是由于下列两个原因之一或者共同作用结果的技术特征：

①因为烟囱(12)和11产生的抽力，使整个系统处在‘负压’下工作；

②使用真空水泵向外连续抽取燃气进行燃气的余热利用和后处理装置时，使整个系统处在‘负压’下工作：

6、根据权利要求一所说的‘组合设备工作系统协调工作的方法’，其特征是自动控制所使用的数据，是按照下述的手动步骤依据(附图一)在启动时采集并整理的基本数据进行工作的：

第一步：将系统中所有的阀门全部处于关闭状态；

第二步：打开加料口水封盖(1)，启动螺旋推进器及动力变速装置(5)，通过原料加料口(2)向‘干馏、裂解、炭化室’(4)中加入待处理的有机质垃圾废弃物原料，加完原料后在水封池(3)中充满水，使‘外热式热裂解子系统’处于完成准备工作、等待加热的密闭状态。

第三步：打开‘外热式催化、还原、气化子系统’产生的煤气进入自身外加热室煤气燃烧器的伐门和管道(15)和‘外热式催化、还原、气化子系统’烟囱和阀门(20)^**；打开原料入口(13)，向内胆(18)中装入少量木炭并点火，然后继续加满木炭后关闭并密闭(13)；

第四步：通过从‘外热式催化、还原、气化子系统’的排渣出口(20)处送入空气的方法使(18)在系统的升温阶段成为一个以空气为气化剂的气化炉，产生的煤气经过(15)在(17)处燃烧后进入‘外热式催化、还原、气化子系统’外加热室(16)，完成热量交换后，经过(20)^**排入大气；

第五步：随时检查(18)中的木炭消耗情况并及时补充木炭、清除灰渣。当(18)的温度达到800℃时，关闭(20)^**，打开(11)，打开(10)、(10)^*并调整其开度对(4)进行加热处理，当(4)的温度达到350℃时关闭并密闭(20)(或者用水封的方法将(20)密闭，如图中的(8)为水封的水面)，启动‘外热式催化、还原、气化子系统’的自动电加热系统(20)^*，维持(18)的温度控制在800～950℃的范围内。

根据加入(4)的原料种类和数量多少，按照(4)中原料的热透时间，随时启动(5)补入新的原料。

在运行中，如果(20)^*停运后(18)的温度由于意外的原因低于了800℃，应当自动关闭(5)，同时利用(20)*的自动启动功能，继续向(18)供应热能，维持(18)的运行温度在≥800℃的状态下完成在(4)中残留的有机质垃圾废弃物原料的处理。

第六步：随着整个系统温度的升高，调节(15)和(10)^*的开度，使(18)的温度维持在800～950℃的前提条件下，维持(4)的温度在350～650℃的范围内；

在调整的过程中或者调整之后，如果(18)的温度达到1000℃，则应自动打开并调整‘外热式催化、还原、气化子系统’产生的煤气在自身需要以外的剩余煤气向外供应的管道和阀门(14)向系统之外供应多余的煤气。

第七步：维持‘第六步’调整的结果连续运行，一直到需要关机时。

第八步：关机。检查(4)并确定其中已经不存在待处理的材料---关闭(11)----使(9)中充水，完成严密的水封---关闭全部阀门----切断电源。

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