[00132079]垃圾无害化、资源化治理的一种方法

本项目是根据授权发明专利《一种快速、规模化生产生物燃料的方法》（ZL200910165054.2）的基本原理和基本方法结合其它的一些技术所形成的一个新的申请发明专利《垃圾无害化、资源化治理的一种方法》（201110315784.3）。 一、基本原理和国外先进设备概况 对于使用外部热源加热的各种圆柱形干馏碳化釜，将加热室布置在碳化室四周，依靠“导热”传热的方式，通过碳化室外表面把热能传递给碳化室内部的被碳化物质并完成碳化过程，是日本钢铁公司（NKK）、荏原公司（Ebara）、日本神户钢铁公司等20多家日本企业在最先进的两步法气化熔融法（或者冷却法）治理城市垃圾中第一步的“碳化气化”阶段中所使用的核心设备圆柱形立式《40~60分钟超快速炭化炉》（又叫做“奥卡德拉碳化机”）的基本加热方式和换热结构。和这些企业原来使用的“回转式炭化炉”相比较，不但《40~60分钟超快速炭化炉》的结构形式从卧式变成了立式，其导热加热的面积，也从原来仅仅接触的一条窄带形状的火焰面积，一下子增加到了全部的外表面面积，生产速度和生产能力都得到了极大的提高，换热的强度甚至可以和循环流化床相比较。因此，日本的这种超快速炭化炉的技术和装备，近年来在世界上特别是在欧盟等工业发达国家，发展的很快。我国在2008年前后开始，也投入了一定的力量，对这种治理垃圾新的工艺进行了研究。 但是，圆柱形立式《40~60分钟超快速炭化炉》用这种导热传热方式的全部总加热面积，充其量也只能够是干馏釜碳化室的外表面的总表面面积（ F ），即 F =碳化室的圆周长（ L）×碳化室高（H）（㎡）。所以 F 是一个在碳化机总尺寸确定了以后，就已经确定了的固定数量，不能够通过其它的手段进行扩大或者缩小。 同时，在互联网上，也还没有见到过国内外把数量十分庞大的有机质城市垃圾，在实现“无害化”治理的同时，是以清洁利用其中大量可再生的生物质新能源为基本目标的具体技术和有关方法的报道。 另外，从治理垃圾污染的角度分析，国内外现有的两步法治理城市垃圾的技术对于热解反应器热解产生的可冷凝气体可能会造成的污染，基本上都没有见到是如何通过催化重整的方法彻底消除这种潜在污染并实现清洁生产的报道。 二、本发明的先进性描述： 在干馏釜碳化室尺寸完全一致的情况下，本发明在燃烧室同时具有相同的 F导热面积的情况下，又在立式的燃烧加热室内布置了相当于2F 面积上下强制加热的封闭式循环加热管，使用被碳化的生物质在热解反应过程中产出的挥发份（V）气体作为高温载能工质，在循环加热管道内被燃烧加热室强制加热到恒定的温度（比如650℃）的过程中或者在达到恒定的温度后，不断的和被干馏的生物质材料在碳化室中进行强制连续循环的对流换热（详见 ZL200910165054.2说明书附图）。 由于在中、低温条件下对流换热的强度要比导热换热的强度大许多倍，因此，和日本的相同规格尺寸的炭化炉相比较，本发明导热加热的面积至少比日本的《超快速炭化炉》大两倍。而且，又因为同时采用了对流换热的方法进行强化换热，因此，实际比日本同尺寸的《超快速炭化炉》快的速度，应当不止两倍。 所以，本发明的加热速度可以比日本称为“超快速炭化炉”的速度更快。因此 ZL200910165054.2在我国的广泛推广使用，将有力的缓解制约我国生物质新能源开发过程中存在的“加热难、传热难”的瓶颈问题。 三、和日本最先进的《40~60分钟超快速炭化炉》比较，主要的创新点论述： 创新点1：在国内外的碳化干馏设备中，首先使用了以热解的气体产物作为高温载能工质并且用 “对流换热”为主的换热方式取代了单纯的以“导热换热”为主的加热方式。因此，在中、低温条件下进行生物质热解的反应速度和强度，得到了很大的提高； 这种更快、更强的加热方法的广泛推广，将有力的缓解我国生物质能材料开发过程中“加热难、传热难”的制约瓶颈。 创新点2：国内外现在所有的常速热解反应器的核心部件，全部都是处于转动甚至处于高速运动中的运动部件（比如日本的《40~60分钟超快速碳化机》，就是依靠离心机把生物质甩到碳化室的外壁上实现加热碳化的）。这种包含着运动部件的生物质物化转换设备，由于制造技术和成本问题，是不可能以大规模或者超大规模的形式进行生产的。 而本发明的核心部件（包括了全部的碳化系统和载能工质的循环加热系统）全部都是“静止不动”的铆焊件，在生产的规模可以按照三次方的速度增加时，设备的制造成本仅仅按照原材料消耗的数量呈线性增加。因此，本发明支持我国低成本、规模化开发生物质新能源的总需求。 创新点3：在本发明中，核心的工艺技术是由《真空恒低温过热蒸汽快速干燥机》、《恒中温快速干馏炉》和《恒高温催化、重整装置》三个子系统所组成的《生物质恒温快速干燥、碳化和催化重整装置总成》（以下简称为“装置总成”）。 “装置总成”保证了本发明能够在清洁生产的条件下，不论垃圾中的收到基水分（Mar）多少，《真空恒低温过热蒸汽快速干燥机》都可以稳定的为《恒中温快速干馏炉》等后续工艺提供数量足够、质量稳定的垃圾原料供应，由于在“装置总成”中，还采用了按照能量的品位进行梯级利用的技术方案，因此“装置总成”具有生产能力可以按照需要任意扩大、总输入功率稳定、总的能量利用率高、特别是产出的非冷凝燃气可燃成分含量高、用途广的各种技术经济优势。 而这种技术经济优势，现在还没有在日本两步法气化熔融法（或者冷却法）治理城市垃圾中见到过报道。在国内的各种“无害化、资源化、减量化”治理垃圾的产业中，也没有见到过类似的工艺和技术的报道。 四、专利的投资效益 根据按照201110315784.3的原理设计的《30吨/d城市垃圾处理厂》示范工程的投资估计，该示范工程在使用收到原始状态的垃圾作为原材料，在不作储存的条件下，随进随治理（这个过程和日本的工艺一样）， 在实现清洁生产的前提条件下，只产出半焦（SC）和非冷凝燃气（IG）两种高品位新能源（这个过程和产品也和日本的工艺一样），设备投资大约需要350万元上下，3个月建成，6个月基本可收回全部投资。 而同样的规模，日本使用《40~60分钟超快速炭化炉》作为核心的《30吨/d城市垃圾处理厂》的系统设备，在2005年时，就已经是3500万元了。而且现在还在世界上特别是工业发达的国家内广为推广。 因此，本项目在现在和今后的一段时间内，具有很大的利润空间。由于这个示范工程的技术在我国具有普遍适用的推广价值，所以，示范工程的“投资少、见效快、回收期特别短”的技术经济优势，能够使投资人很快的获得到较多的经济利益。 五、在示范工程的指导下，本发明的市场和潜在市场的前景分析： 市场1、县级以下城镇的垃圾处理厂是示范工程的直接目标市场。 但是，由于《生物质恒温快速干燥、碳化和催化重整装置总成》可以有0.1~30t/h的不同规格，而且原材料可以使用一切的农林废弃物，因此，示范工程还可以直接用来建设各种规格的供应农村的新能源生产基地，解决农村缺乏优质能源供应的社会问题； 1-1、本发明的作用：直接使用《30吨/d城市垃圾处理厂》示范工程经过实践检验的全部设备和工艺就可以了。 1-2、可获得的经济利益： 国内销售价格按照日本的1/5价格估计，毎套设备具有300~400万元的盈利空间； 国外销售价格按照和2005年日本价格持平估计，每套的利润空间大约为3000万元。 市场2、已经建设的各种垃圾焚烧厂 2-1、本发明的作用：将和焚烧厂相同规模的《生物质恒温快速干燥、碳化和催化重整装置总成》安装在垃圾进入焚烧炉之前并把垃圾转换成为 SC和 IG，就能够在焚烧厂实现经济升值的前提下，彻底消除垃圾焚烧所产生的二噁英污染。 2-2、可获得的经济利益：根据估计，改造的费用为焚烧厂项目总投资的3~5%，就能够完成改造，在极短的时间内（不大于半年）就能够收回投资。 市场3、已经建成的生物质油生产厂（现在处于停产状态下） 3-1、本发明的作用：将原来的生物质热解反应器按照 ZL200910165054.2进行技术改造便可以把主产品由生物质油转换成为 SC和 IG。 由于 SC和 IG都不需要把现代社会所使用的用能设备进行技术改造，因此，这些工厂将具有无限广阔的发展前景。 3-2、可获得的经济利益：以改造某生物质油生产厂为例（2009年建成，投资1200万元，每小时产出一吨生物质油）：核心设备的改造费用大约100万元， 年利润≮1000万元。 市场4、各种治理垃圾的环保公司和已经建成的生物质/垃圾发电厂 4-1、本发明的作用：基本上和“二、已经建设的各种垃圾焚烧厂”相同。 4-2、可获得的经济利益：基本上和“二、已经建设的各种垃圾焚烧厂”相同。