[发明专利]一种从固体废物中获得高质量固体燃料的方法和设备

说明书

技术领域

本发明属于废物垃圾处理领域，具体涉及一种从固体废物中获得高质量固体燃料的方法。

背景技术

固体废物，如城市固体废物(MSW)，医疗废物中塑料和生物质的含量很高，其热值可以与煤炭相比拟，是潜在的能量来源。固体废物之所以没有被广泛地作为能源使用，是因为(1)固体废物混合了多种物质，如食品废物，粪肥，塑料，木制品，金属，纺织物，橡胶，陶瓷，玻璃，灰尘，石头，易燃的玻璃或金属等，并且这些物质难以被分离；(2)固体废物含有水分，这些水分主要存在于食品或有机废物中，从而降低了固体废物作为能源的价值；(3)固体废物含有潜在的有害物质，如含氯PVC，当固体废物作为燃料使用时，氯在一定条件下很可能会转化成剧毒的二恶英。

首先，由于各种生物质和塑料的不同化学组成和结构，混合物质很难通过有效的处理转化成能量。生物质是一种5个碳和1个氧环的聚合物，其本身并不含有潜在的有害物质，但是在热裂解过程中极易产生木酸或焦油。另一方面，类似于普通燃油，塑料是由含氢碳链组成的，但是某些塑料中含有潜在的有害物质，如含氯PVC。如何焚化热裂，如何处理燃烧后的废气和灰尘，对于每种物质来说是不同的。如果将含有潜在有害物质的城市固体废物(MSW)或医疗废物作为燃料使用，而又不损害环境，那么由于其自身的复杂性和燃烧后存在新产生的有毒物质，后期废气和灰尘的处理是非常麻烦的。

此外，城市固体废物(MSW)中的许多物质都是复杂的物理组装物或粘合物，如破损的玩具，化学粘合的塑料层压板。许多如塑料层压板这样的塑料制品是PVC和PP，或者PE和PS，PE和铝的组和在一起的，几乎不可能将同类的塑料进行辨认并且将其同其他物质分离开。

分离物质的方法包括机械分离和手动分离。某些设备采用机械粉碎进行预分类和筛选的方式分离物质，但是仅适用于分离食品废物，并且这种分离不能生成可再生能源。手动分离是在材料回收设施中的带式运输机上进行的，但是废物带有细菌以及其散发出的难闻气味使得工作环境很恶劣。尤其是医疗废物通常是被生物有害物质所污染的。因此手动分离很难在安全的环境下进行。

因此，需要一种以最低成本且可最大效率地将物质进行分离的方法。

其次，固体废物中的水分含量很高，这些水分主要来自于食品和有机废物，这使得各种物质粘在一起，很难被分离。并且在焚烧和高温分解废物时，这些高水分由于要汽化成水蒸汽而消耗更多的能源。更重要的是，食品废物中的水分存在于生物结构的细胞壁中(如蔬菜，肉类等)，外部加热法很难将其烘干。在从城市固体废物(MSW)提炼出残留衍生燃料的常用方法中，城市固体废物(MSW)用大约600度的热汽进行烘干，这就需要额外的能量来加热大气以使之达到这样高的温度。直接焚烧或高温分解这些含有高水分的废物，不能产生发电用的高温烟气，能量的转化率很低。在城市固体废物(MSW)转化成电能的工厂，通常是将废物直接丢入火炉中，这样做法的能量转换率低于20％，一般在10-15％之间。这是由于低温度的烟气使得汽轮发电机中能量转换率较低。

因此，需要一种容易实现并且低成本的烘干固体废物的方法。

再次，某些潜在的有害物质，如含氯PVC在焚烧和高温分解的过程中会生成剧毒的二恶英。二恶英被认为是在有金属(比如铜)存在的环境中，并且在300度至500的高温下进行焚烧或高温裂解形成的。而固体废物中不仅有PVC，还通常含有铜材料，比如电线或PCB(印刷电路板)中的铜。为了不产生二恶英，在将废物转化成可再生能源之前，消除其中的PVC是一个较好的方法。除了PVC，还有很多有害的物质，比如荧光灯中的汞，颜料油漆和电池中的重金属，含氰的ABS塑料，橡胶中的硫，喷雾器中的氟等。

由于这些有害物质的存在，在废物向能源转化的下游处理过程中需要重型废气处理装置进行处理，而这增大了投资成本。并且处理含有包括二恶英在内的有毒物质的灰尘，是非常麻烦和昂贵的事情。

另外，在建设和运营这些废物处理设备的过程中往往遭到周围居民的强烈抗议。消除固体废物中潜在的有害物质，不仅对于生产高质量的燃料能源，并且对于建立人们对废物处理设施的安全感都是极其重要的。

1985年，Halloway在专利号为US0454095的美国专利文件中介绍了一种为大众所熟知的处理固体废物的方法。该方法是将固体废物，如城市固体废物(MSW)，在大于270华氏度(132摄氏度)，小于320华氏度(160摄氏度)的水汽中进行热处理，以重组或改变固体废物原有的特性。