利用生活垃圾生产木炭 焦油和木煤气

利用生活垃圾生产木炭焦油和木煤气

云南云维集团电仪黄兆荣

摘要：生活垃圾主要由固体可然物和非可燃物组成利用垃圾中的可燃物（在干馏条件下）生产木炭、焦油和木煤气（煤气）。

关键词：生活垃圾干馏木炭焦油可燃气

一、概述：全国已有200多个城市处于垃圾的包围中，且年产垃圾量2.2亿吨，并以每年8-10%的速度增长。现在能源短缺，油价上涨，迫切需要寻找新的替代能源。在城市生活垃圾中，有机物占60%-70%，塑料占15%-20%，纸张类占2%-3%，玻璃占3%-5%，及少量金属成份等。可利用的成份达95%，其价值相当可观。目前世界垃圾的处理方法有垃圾发电机，填埋和沼气池。垃圾发电要排出大量二氧化碳和发电成本高。填埋会污染地下水。沼气池不能处理大量的垃圾。

根据资料（城市生活垃圾收运与处理重庆：重庆大学出版社，1991），人均垃圾日产量与国民收入和人均工资收入2项指标有较好的线性关系，国民收入每增加100元，人均年垃圾产量增加408kg；人均年工资收入增加100元，人均年垃圾产量增加15.1kg。由此可见，人均收入增加对垃圾产量增加的影响比国民经济收入增加对垃圾产量的影响要大得多。我们不容易确定众多因素中哪一个对垃圾产量的增加贡献最大，但是垃圾产量的增长与经济发展的关系是非常密切的。

众所周知，垃圾是一种废弃物，处理不当将成为一大公害，不仅对城市建设和城市管理带来巨大压力，而且还影响人们的日常生活，阻碍经济社会的可持续发展；但是垃圾也是一种可再生利用的资源，垃圾内含有金属、塑料、纸张、木质、织物、玻璃、橡胶等无机物，也含有许多可腐物、蛋白质等有机物，还有大量的建材原料,被称为是第二矿产资源。据不完全统计，目前全国每年从垃圾中回收再利用的资源不足四成，扔掉的再生资源价值高达300亿人民币，而发达国家却利用先进的管理和技术，抢回了这些资源财富。作为资源相对贫乏的我国，更应更新并树立新的垃圾价值理念，类比选择最先进的垃圾处理方式方法，使垃圾处理真正做到“系人所弃，为人奉献，变废为宝，化害为财，从生活中来，再到生活中去”，形成人类与自然界的真正良性循环。

根据垃圾的来源及基本性质可将其分为三类：

1、食品垃圾：这是食用各种食品所产生的残余废物的总称。其主要特征是生物分解速度快，腐蚀性强，并产生令人厌恶的各种刺鼻气味。食品垃圾的处理要求不高，主要需解决处理速度的问题。

2、普通生活垃圾：这是人们日常生活废物的总称。包括废弃的木制品、纸制品、塑料、橡胶、纺织品、皮革制品及丢弃的碎玻璃及金属制品和尘土等。普通垃圾是城市中垃圾回收的主要对象。

3、危险垃圾：对人类和动植物的生命具有瞬间的、短期或长期危害的垃圾称为危险垃圾。包括干电池、日光灯管、体温计等各种化学、生物的危险品、易燃、易爆品，含放射性物质的废物。这类垃圾一般不能混入普通垃圾中，应单独分类清运、回收处理

目前，我国对城市垃圾（主要是食品垃圾和普通生活垃圾）处理的主要方法有堆积、填埋、堆肥、焚烧等4种。而发达国家垃圾处理的原则是：无害化、减量化、资源化。这也是评价垃圾处理方法优劣的标准。

1、堆积和填埋法。这是最主要的垃圾处理方法，约占全部处理量的70%以上。世界多数国家，特别是不发达国家的多数垃圾处理采用此方法。其特点是：建设和运行费用较低，操作简单，处理量大。主要弊端：一是占用大量土地。由于公众对把农村当作垃圾消纳场所已有抵制，选址日益困难，并且土地征拨费用高；二是浪费大量的垃圾内含资源。城市垃圾构成中，部分具有一定价值

的成份是可利用的，填埋法则人为地将垃圾化为“不能增长的资源、扔掉的巨额财富”，达不到资源化处理需求；三是环境污染严重。因现有的填埋场建设大多达不到卫生填埋的要求，垃圾中的菌毒物不断向下渗沥，污染了土地和水质，并随着堆积量的增加和时间的延续，污染向周边与地下深层扩散，遗害千年。垃圾所散发的毒、臭气体向周围漫散，形成空中、周边、地下立体污染，而且易引起甲烷爆炸事故,由此对人、畜、生态环境酿成悲剧的事例，屡见不鲜。虽然，在许多发达国家和我国一些较发达城市建设了少数“卫生填埋场”，减少了一些污染，但由于技术上的不完善而造成的环境污染问题依然很多，不能从根本上解决问题。

2、堆肥法。就是将分选后的垃圾经过发酵和生化处理，制成有机复合肥或“多菌种生物肥”。此法的主要弊端：一是堆肥处理能力较小，不能满足日益增多的垃圾处理要求；二是占地面积大，垃圾在处理过程中渗出的废液污染周边环境；三是产品使用范围受到一定限制，经济效益不佳，同时会导致土壤的重金属污染及垃圾化、渣化、砂化，不能适应新的农业生产节奏和习惯。堆肥技术还很难大面积推广。

3、焚烧法。焚烧是一种对城市垃圾进行高温化学处理的技术。经过焚烧处理，垃圾中的细菌、病毒能彻底被消灭，各种恶臭气体得到高温分解，烟气中的有害气体经处理达标后排放。焚烧法是目前实现垃圾无害化、减量化和资源化处理最有效的手段之一。焚烧法优点：占地少；减容、减量效果明显，体积、重量分别可缩减到原来的8%～12%和25%～40%；焚烧对垃圾处理彻底、迅速，残渣二次污染危险较小；利用垃圾燃烧产生的热量发电，残渣可作建材利用。但实践证明，其弊端也较明显：一是投资大，运行费用高；二是焚烧对垃圾的热值有一定要求，必须混加助燃燃料；三是焚烧的废气治理难度大，费用高，处理不当，焚烧垃圾所产生的二恶英将严重污染环境。

离对垃圾实行无害化、减量化、资源化处理，化害为利，综合利用还有一定的差距。

而本人发明的利用垃圾生产木炭、焦油和煤气装置（获国家专利，专利号ZL200820228990.4）

其原理和过程是利用密闭装置中对垃圾进行干馏处理。干馏是物质在无氧或缺氧高温状态下，进行炭化的一个过程。其过程是将垃圾中的可燃物（或碳水化合物）干馏后得木炭、焦油、木醋液和木煤气，对垃圾中不可燃物经过消毒，可分离分类再利用，如玻璃、金属、器碎片等回收再生产。染环境、干馏后的固体物质是木炭，焦油和煤气可供生产生活再使用。使垃圾无害化、减量化、资源化。这也是评价垃圾处理方法优劣的标准。

二、原理：

生活垃圾是由固体可燃物和非可燃物组成，可燃物有塑料、衣物、果蔬残留物等，可燃物达78~95%。非可燃物包括玻璃、煤灰、石头、砖块、极少量金属等。可燃物是由碳水化合物组成，在高温条件下干馏可产出木炭、木焦油和木煤气。木炭和木煤气都是能源，木焦油是一种化工原料，可以收集利用。

干馏：在高温无氧状态下对物质进行分离。在干馏状态下：

垃圾中的塑料能分离大量的可燃煤气、少量焦油和黑炭。

植物（包括木质类、草类、菜叶类）能分离大量木炭、木焦油和木煤气。同样纸张、衣物也是如此。生活垃圾在高温隔氧状态下都可分离出木炭，焦油和可燃气体。塑料分离出可燃气体最多，炭最少，木料类分离木炭最多，可燃气体最少，其他植物类居中。

我们知道煤炭在高温干馏条件能分离出焦炭、焦油和煤气，即煤化工或能源工业。

植物能源工程即生物质能转换工程。是利用一切植物体为原料，经过热解化学加工，可制取经济价值高的可燃气、焦油、醋液、类木炭（或活性炭），做到了废植物全部回收利用，不产生任何废物，开辟了新的能源和化工原料资源。我国可开发的生物资源达7亿吨，如果能充分开发，可以在我国的能源消费中占重要的地方，这对改善我国能源结构，减少我国对石化燃料的依赖，进而减少我国CO2和SO2等污染物的排放，最终缓解能源消耗给环境造成的压力有重要的意义

三、生产工艺过程

大家都知道，煤化工行业的焦化企业所使用炼焦炉的功能，炼焦炉主要是由炭化室、加热室组成，是将煤饼在炭化室中的高温状况下进行干馏分离出可燃气、焦油、焦炭、硫等。

基本反应包括：

C + O2 = CO2 2C + O2 = 2CO

2H2O + C = CO2 + 2H2 2CO + O2 = 2CO2

H2O + CO = CO2 + H2 CO2 + C = 2CO

CH4 + CO2 = 2CO +2H2 C + 2H2 = CH4

CO + 3H2 = CH4 + H2O 2H2 + O2 = 2H2O

S + O2 = SO2 2SO2 + O2 = 2SO3

CO、CO2、H2等气体用于生产甲醇。固体可分离出来，作为副产品出售，这项技术已经是一项十分成熟技术。利用垃圾生产木炭、焦油和煤气的工艺流程方框图如下图所示：