基本信息
- 项目名称：
- 城市生活垃圾高温自蔓延裂解衍生能源新技术
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 城市生活垃圾高温自蔓延裂解衍生能源新技术项目包括裂解炉、真空吸气系统、气体传输与净化冷却系统、焦油裂解系统、二噁英消除系统。生活垃圾经分拣、破碎、烘干等前处理后，进入裂解炉，垃圾经点燃后无需辅助能源，自持地发生高温裂解反应，连续稳定的转化为粗燃气。经焦油裂解系统、二噁英消除系统、气体传输与净化冷却系统净化后，形成热值较高的可燃气。减量化、无害化、资源化显著。本技术已达到RDF-7水平。
- 详细介绍：
- 当前，全世界城市每年产生 4.9亿吨城市生活垃圾（MSW），并且每年平均以 8.5%的速度增长。全球 60%的生活垃圾靠填埋处理，而在中国 80%的生活的垃圾都靠填埋处理，98%的城市已经陷入垃圾围城的困局。目前中国城市生活垃圾累积堆存量已达 70亿吨，而且产生量每年以约 10％速度递增。数量巨大的城市生活垃圾对环境管理和污染控制形成了严重挑战。 西南科技大学点绿团队在观察和研究了农村秸秆气化炉后，提出了将秸秆气化炉用于城市生活垃圾处理的设想，此设想契合了当前我国城市生活垃圾处理亟需改进的需求，得到了我校国防科技学院唐敬友教授、材料科学与工程学院何平教授及学校相关部门的大力支持。在技术初步成形的基础上，同四川省森昆再生能源开发有限公司合作，共同研制、开发城市生活垃圾高温自蔓延裂解衍生能源新技术。 城市生活垃圾高温自蔓延裂解衍生能源新技术项目包括裂解炉、真空吸气系统、气体传输与净化冷却系统、焦油裂解系统、二噁英消除系统。生活垃圾经分拣、破碎、烘干等前处理后，进入裂解炉，垃圾经点燃后无需辅助能源，自持的发生高温裂解反应，连续稳定的转化为粗燃气。经焦油裂解系统、二噁英消除系统、气体传输与净化冷却系统净化后，形成热值为1500-2000kcal/m3可燃气。该可燃气可用于发电并网，经加压或混入部分天然气也可用于天然气并网。垃圾经裂解产生的固体灰分成分与土壤接近，可直接用于民用建筑用砖、玻璃生产、水泥生产原料。本技术具有使垃圾资源化、无害化、减量化显著的优点，它的全面推广应用每年可以为国家节约数亿平方米填埋用地、节约数百亿垃圾处理服务费、节约垃圾处理设备投入费上千亿、节约燃煤上百万吨。本技术已达到RDF-7（美国试验材料协会按城市生活垃圾衍生燃料的加工程度、形状、用途等将其分成 7 类，RDF-7即将垃圾转化为衍生可燃气体）水平。 本技术具有以下优势： （1）连续稳定产气：生活垃圾经分拣、破碎、烘干等前处理后，进入裂解炉，垃圾经点燃后无需辅助能源，自持的发生高温裂解反应连续稳定的转化为可燃气，实现24小时不间断产气。 （2）设备自动化控制：设备采用计算机DCS（分布式控制系统）自动化控制。生产设备进行专业化设计，可组装成不同规模的生产线，生产线设施全部封闭，周边环境影响小。 （3）设备适应能力强：垃圾裂解气化工艺适用性广，操作灵活，可组合成一百吨至千吨以上各种规模垃圾处理设备。 （4）运行成本低：垃圾点燃后无需辅助能源，垃圾自持的发生高温自蔓延裂解反应，裂解产物的余热直接用于烘干垃圾，最大限度减少运行成本。 （5）垃圾无害化彻底：通过二次加热部分或全部去除垃圾裂解产生的焦油、二噁英，最大限度消除二次污染。垃圾经高温裂解切实消除灰分中的有毒有害成分，使之与土壤成分接近，切实消除垃圾堆放,且整个生产过程均可实现清洁生产。 （6）垃圾资源化利用充分：经简单净化后形成高热值的可燃气，可直接发电并网，经加压或混入一定比例的天然气可进行天然气并网。 （7）垃圾减量化显著：垃圾经裂解可一次性减量80%以上。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1、发明目的和基本思路:点绿团队顺应了国家需求，以引进吸收再创新的模式，综合高温自蔓延、生物质气化技术、金属防腐技术，研发出了城市生活垃圾高温自蔓延裂解衍生能源新技术（以下简称本技术），是完全拥有自主知识产权的技术。解决传统垃圾处理技术（填埋、堆肥、焚烧）占地多、垃圾中可利用成分回收不充分、处理效率低、污染环境严重、运行成本高的问题。本技术已经取得了快速稳定产气、无污染、零排放的效果。 2、创新点:（1）采用垃圾中有机质的高温自蔓延裂解，产生化学活泼性极强的自由基，在反应区快速复合反应从而生成分子量小的化合物，这与传统焚烧方式的概念和原理有本质的不同。（2）采用二次高温裂解技术，消除二噁英和焦油，经过简单的净化和干燥处理，获得热值高的可燃气体，使垃圾变废为宝，最终成为一种巨大而实用的能源。（3）采用主动吸气式装置和裂解炉的密切配合，从而形成快速而连续的运行模式，使整个生产系统容易集成化、工作连续化，具有极高的实用性和经济性。 3、技术关键:采取侧吸式裂解反应炉，在不添加任何助燃物的条件下，实现垃圾中的有机物质自持地发生高温自蔓延裂解反应，连续稳定地生成粗燃气，通过简单的焦油裂解、脱硫、脱硝和干燥处理后，最终形成热值高达1500-2000 kcal/m3的可燃气体。 4、主要技术指标：（1）每吨混合垃圾产生400-500m3净化可燃气（2）无污染、零排放（3）每立方米净化可燃气体所产生的热值1500-2000kcal（4）垃圾减量80%-95%（5）日处理垃圾100吨/套。
科学性、先进性
- 当前国内外传统垃圾处理方式为填埋、焚烧和堆肥等。但填埋占地面积大、分解速度缓慢；堆肥破坏地下水质、重金属超标；焚烧成本高，且产生剧毒二噁英和有毒气体。而本技术无污染、零排放且快速稳定产气。其先进性如下：（1）本技术采用高温自蔓延裂解技术处理垃圾，与传统焚烧方式的概念和原理有本质的不同。在工艺上，主动吸气式装置和裂解炉密切配合，使系统运行模式快速而连续。通过简单冷却、过滤、脱硫、脱硝和干燥处理后，最终形成热值为1500-2000kcal/m3可燃气体。（2）无污染、零排放：整个工艺流程均可实现清洁生产。（3）连续化生产：采用24小时不间断作业，生产稳定，产气连续。（4）减量化显著：垃圾可一次性减量80%-95％。（5）无害化彻底：本技术可有效杀灭原生垃圾的各种有害菌，充分去除臭味。（6）能量利用效率高：点燃或引发后不需要外加热源。（7）垃圾经处理后，产生的可燃气体可作为能源完全收集，裂解残余物无害化彻底，可做建筑用砖、水泥制造、玻璃生产材料使用。
获奖情况及鉴定结果
- 经国家科技部、中国地方城市发展研究会、中国地方政府研究院、绵阳市科技局、环保局、商务局以及国内相关产业企业家的调研和考察，认为本技术是先进的、可行的、具有较好开发前景。该项目正在申请国家科技部中小企业创新基金。 现已在四川省绵阳市已建成一套日处理100吨的垃圾处理设备，完成了安装调试，正在试运行。绵阳市丰谷酒业有限公司已经预定了一套100吨的垃圾处理设备。 在2010年西南科技大学“节能减排”大赛中，本作品荣获科技制作类特等奖。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 合作
作品可展示的形式
- 实物、产品、模型、图纸、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1、使用说明：本项目包括裂解炉、真空吸气系统、气体传输与净化冷却系统、焦油裂解系统、二噁英消除系统。生活垃圾经分拣、破碎、烘干等前处理后，进入裂解炉，垃圾经点燃后无需辅助能源，自持地发生高温裂解反应，连续稳定的转化为粗燃气。经焦油裂解系统、二噁英消除系统、气体传输与净化冷却系统净化后，形成热值较高的可燃气。 2、技术优势和特点：本技术具有生产可连续化、占地面积小、选址灵活、大量节约土地资源和处理费用低等突出优点，且设备模块化。 3、使用范围：本技术主要应用于城市生活垃圾及医用垃圾的处理和综合利用。 4、推广前景：本项目可以直接推广到秸秆、酒糟、棉杆（籽）等可燃固体废弃物的处理。 5、经济效益：以日处理100吨/套生产线为例，按可燃气体单价0.7元/m3为例,产气年毛利润500余万元，投资回收期小于一年，具有极高的经济效益。 6、社会效益：使垃圾变废为宝，并节约大量土地资源和政府财政支出。 7、环境效益：垃圾处理无污染、零排放和显著减量化。
同类课题研究水平概述
- 目前国际上生活垃圾的处理方式主要包括填埋、堆肥、焚烧等。垃圾处理方式的选择与社会经济发展水平、人口密度、土地及周边条件、产生垃圾的成分以及居民的生活习惯和环保意识等有关。对于像日本、新加坡、瑞士等人口密度较高的国家以焚烧为主，所占比例已达 75%-85%，而对于人口密度相对较低的国家，如美国等，则以填埋处理为主 。 填埋法具有技术成熟、操作简单、处理量大投资和运行费用低、适用于所有类型垃圾等诸多优点，但其减容、减量化效果较差，资源化水平低，处理周期长。另外，采用填埋法需要占用大量的土地资源，场址选择困难，并且垃圾渗滤液会污染地下水及土壤，散发的臭气又会污染大气，垃圾发酵产生的甲烷气体既是火灾及爆炸隐患，排放到大气中又会产生温室效应。 高温堆肥既可以杀灭垃圾中的病菌，又可制造有机肥料。但此种处理方式只适用于易腐有机质含量较高的垃圾，而且存在产品质量与销售市场的问题。高温堆肥同填埋法一样处理周期长，所需占地面积较大，会污染大气和土壤，特别是垃圾中的一些重金属元素会在土壤中富集起来，并随食物链进入人体，危害居民身体健康。 焚烧法减量化程度高、处理周期短，但会产生二噁英等有害物质，对环境造成二次污染。 除此之外，国内外正在积极开发垃圾处理新技术，但终因技术难点未解决、成本高昂、装备不过关等原因而无法实施并推广。如垃圾厌氧处理技术和英国试验的真空高温处理技术成本高昂；垃圾微波处理技术尚有许多技术难点未解决、美国研究的垃圾等离子体技术尚在试验中、英国试验的真空高温处理技术基本成功，但成本高昂。垃圾衍生燃料RDF技术因装备不过关，成本居高不下，尚无成功工程案例。
