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1、1利用垃圾生产木炭、焦油和煤气工艺 云南云维集团大为制焦 黄兆荣 摘要：本文阐述了利用垃圾生产木炭、焦油和煤气项目的主要原 理、小试、中试验生产过程以及大生产工艺，而且生产过程中不 排出二噁英及其他有害气体，生产过程环保，生产工艺成熟，所 有产品都可以直接用于生产和生活，或进行深加工生产。 关键词：垃圾、生物质、木炭、焦油、煤气 1、 概述 垃圾中的物质绝大部分是生物质，主要有：塑料制品、织物、 废纸、果蔬皮、煤灰、碎石等；从物理性质分，垃圾是由可燃物 和非可燃物两大类组成；从化学成分来分、可燃物是由碳水化合 物组成，非可燃物是由非碳水化合物组成。其中塑料、果皮（壳） 、蔬菜叶、农作物秸秆等都
2、是碳水化合物，也是可燃物；而煤灰、 碎石、砖头等是非碳水化合物，属于非可燃物。而生活垃圾中 85%以 上的物质属于可燃物。 本生产项目就是利用垃圾的性质，把可燃物和非可燃物分离出 来，根据碳水化合物的可燃性，应用干馏的原理，把垃圾中的废 旧塑料品、废弃织物、果蔬残渣、农作物根茎等可燃物，用来生 产木炭、焦油和煤气等产品。 2、 小试实验过程 2.1）、小试：将垃圾中的废旧塑料、果蔬残渣、秸秆等可燃物 （一定量）放入化学实验用的锥形瓶中，瓶口与球形状冷却管相 连，冷却管下端出口与 T 形管连接， T 形管下口放一个烧杯，另 一个出口与半径 6cm 的不锈钢管相连接，锥形瓶比 T 形管的位置 高。
3、然后在锥形瓶底部加热，当加热的温度到 150以下，排出 的气体是白色的水蒸汽，继续加热到一定的温度时，开始有黄色 的气体冒出来，在球形冷却管内冷却后，就会形成黄黑色的乳状 液体（焦油）经过 T 形管流到烧杯中，其余的气体经过不锈钢管 排除放空，在排出管口用明火点不会燃烧，经检测大部分气体是 水蒸汽，继续加热瓶中的垃圾，黑黄色的乳状焦油逐渐增加，并 开始有的大量的无色气体从不锈钢管中排除，在排气管口点火就 会燃烧，经检测是煤气（主要成分是氢气、甲烷、乙烷、还有少 量的一氧化碳和二氧化碳）；继续加热，当温度上升到某一确定 值后，焦油减少，煤气产量逐渐增大，整个实验过程中可以观察2到锥形瓶的瓶壁变化
4、由白色变黄最后全部垃圾碳化变成黑色，从 锥形瓶底部看到一部分黑色的结晶体是固态的木炭。如果将上述的塑料、废纸、桔梗等生物质单独分离出来做实验， 会发现单一的生物质体积越大，进行试验产生的木炭量比较多， 试验温度越高，得到的木炭灰量减少，而煤气产量则增加。如用 废旧塑料品做实验时，产生的木炭最少，而煤气最多，用不同的 生物质物料做实验，得到的煤气的组成成分不一样，得到的焦油 和木炭的数量也不一样。 3.中试： 用厚度为 0.5cm 的铸铁片焊接成一个体积为 0.5m 的正方形箱体 （也可以加大体积）作为物料干馏的炭化炉，在炭化炉的其中一 面板上部预留一个直径 30cm 左右的出气孔,也用作加入物
5、料的物 料口，在同一面板预留一个直径为 2cm 的测温孔。用碳化硅红外 线加热板，覆盖在整个箱体上，用于加热箱内部的物料，在箱体 的外部做一层防腐保温材料；在物料口加入废旧塑料、果蔬残渣 等垃圾物料后，用不锈钢管做成的气体上升管把物料口封闭，使 整个箱体形成一个密闭的空间在上升集气管下部，还有集气管、 喷淋冷却管、水冷却器、泵及焦油储槽等。然后给红外线加热板 通电加热，开始生产，生产设备工艺流程图如下：生产工艺流程 图（1）3开始加热后，物料产生的气体经过气体上升管中的喷淋管降 温，使黄黑色的气体降温成乳状液体（木焦油），经过排气管的 中向下的出口流到焦油储槽。其余气体，用经过水冷却后的木焦
6、油作为冷却剂，喷淋到集气管直接冷却上升管中的煤气，冷却后 的煤气才能够从排气管口排出到收集器中。 4、生产线阶段生产线是由垃圾进场，垃圾渗透液处理，可燃物和非可燃物的 分离，垃圾干馏炭化，焦油、煤气处理等工序。 4.1、垃圾进场：过磅、下车、破袋，消毒、除臭、液选分离、 烘干脱水等。44.1.1）将垃圾和渗透液分离：生活垃圾存放一段时间后，其中 的有机物都会分解产生水分混合醋酸、丙酸、己酸等五种成分的 有机酸等有害物质，要进行回收处理。 4.1.2）液选分离：按照可燃物和非可燃物密度不同的性质，配 置一种密度为 1.15-1.20 的液体（主要成分是磁铁粉、炭粉、水 等），可以将密度小于 1.
7、2 的可燃物与非可燃物在液体中分离处 理，使可燃物随液体进入滚筒筛中处理、经过离心机分离出原液 和小颗粒非可燃物。同样非可燃物留在分离槽中，分离出来后经 过粗滤筛过滤掉大颗粒的非可燃物，再进入离心机二次处理，分 离出来的原液通过泵打入配液槽中配液，配好的液体经过密度计 测量返回分离槽循环使用，生产工艺流程图（2）AIT1AIT24.1.3、垃圾脱水：经过液选后的垃圾水分含量大，必须经过离 心机脱水，先用炭化炉中产生的烟气烘干，再经过刚出炉的木炭 烘干。54.2、垃圾干馏（或炭化）：把经过烘干后的垃圾中可燃物输送 到炭化炉顶部物料口（与用煤炭炼焦炉一样），但是为了省力在 炭化室中设一斜坡使推焦车
8、和装煤车借助下滑力进出炭化室。 4.2.1、木炭从炭化室出口进入螺旋运输机，运到烘干机中处理 刚分离出来的潮湿垃圾，之后包装成品出售或是回收当生产燃料 使用。 4.3、炭化炉生产工艺流程图（3）如下: 隔 离传 热墙集气管5冷凝器7外 壳 3加热 室 1加热 室 1加热 室 1加热 室 1加热 室 1气化 室 2气化 室 2气化 室 2气化 室 264.3.1 炭化炉是由炭化室、燃烧室、储热室、排气上升管、集 气管、冷却鼓风机等组成。生产过程经过脱水烘干的垃圾从炭化炉顶部的进入炭化室、进 行高温干馏，产生的气体沿着上升管排出到下降管顶部经过喷淋 管中的喷淋液对高温气体进行降温处理，温度降到 5
9、0 度以下， 使降温后的气液混合体进入集气体中，集气管上部是气体（煤气） ，下部是黄黑色的液体（焦油）。 4.3.2、燃烧室是煤气燃烧产生热量的地方，燃烧室是双数的燃 烧孔组成如图（4）：燃烧孔中的一孔燃烧，另一孔排出烟气，并可以交替工作，排出 的烟气中还有大量的热量，可以使储热室的温度升高，以便供给 炭化室底部预热，也可以提高炭化室的空气温度，节省用于燃烧 的煤气量。 冷却鼓风机：炭化炉的炭化室只能承受 300Pa 的压力 4.4、冷却分离装置。由冷却分离器、初冷器、电捕、焦油储槽 等组成。 4.4.1 从集气管中出来的物料是气液混合体，其中有液体焦油和 煤气需要进行分离处理。 分离装置如下
10、图（5）：7HI1气气液液分分离离器器焦焦 油油HI2液固分离木炭液固分离木炭焦焦油油和和煤煤气气煤煤 气气焦油从分离器下部出口流出到焦油储槽，但是焦油的表面还有一 些木炭粉，可以用刮板机将浮在焦油上面的木炭刮出。 84.4.2、初冷器 从分离器上部出口中出来的煤气中还含有 10-15% 的焦油。初冷 器就是将煤气进一步冷却，将焦油从中除去。其工作原理如下图 （6）: ABff冷 却 器 1750冷 却 器 2750冷 却 器 375017V焦焦油油 和和煤煤 气气焦焦 油油煤煤气气煤煤气气T3B1T2A19初冷器有上下两部分组成，上部是储存冷却循环水，下部是制冷， 煤气从初冷器上部输入，冷却
11、后的焦油从底部输出，煤气从侧面 输出。煤气中还含有少量的焦油和木炭粉，要用电捕来除去。工作原 理是用直流高压静电来吸引焦油和木炭粉，煤气从电捕的顶部输 入，从底部输出。电捕是二相 380V、50Hz 的交流电，经过可控 硅的调压后，到升压变压变压器中，使电压升高到 0-10V、电流 0-1A 的交流电压，再经过高压整流后，转换成直流电静电，就可 以吸引木炭粉和焦油到电极板上，从而分离出来。5、产品用途 5.1、木炭在工业领域主要用于化工业与冶金工业；在农业领域主要 用于提高土温、改良土壤、保持土壤水分和作为农药或肥料的缓释 剂，此外炭还可改变土壤酸碱，增加土壤 CO2 含量，吸附土壤中有 害金
12、属，提高土壤微生物的活力等；在生活领域主用用于用作燃料、 除湿剂、防腐剂和除臭剂等。 5.2、焦油的化学成分复杂、，其中 20%是植物汽油、60%是植物柴 油，10%是沥青，多数情况下是由煤焦油工业专门进行分离、提纯后 加以利用.焦油各馏分进一步加工，可分离出多种产品 5.3、煤气可以直接用于生活燃气，替代现有的生活燃气，或者工业 生产的燃料，或是深加工甲醇，或是变压吸附分离出氢气、甲烷、 氧气等作为燃料电池的动力能源。也可供给燃气发电机发电。 六、结论。利用垃圾（生物质如麻杆）生产木炭、焦油和煤气的工艺 是干馏工艺， 无污染外排。解决了现有垃圾处理方法关键性问题， 没有渗透污染，没有毒害气体产生、不影响环境和人们的健康。占 地少，转化利用率高，将垃圾变成能源，这是人类可持续发展重要 途经之一,也符合国家新能源、低炭经济、环保、循环利用的政策。七、感谢词：云南云维集团大为制焦的员工的支持八、作者介绍: 毕业昆明理工大学 工程师 九、参考文献： 师伟 徐一峰 郭鹏臻 余晓青 生活垃圾填埋场二次污染 分析与防治J资源节约与环保杂志,期 48-49 2、云南云维集团公司大为制焦公司编制 炼焦工艺及操作规 程 炼焦工艺流程
