CN103484183B - 生活垃圾制天然气工艺与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及垃圾处理领域，尤其涉及生活垃圾制天然气工艺与装置，通过将生活垃圾分类粉碎预处理后，无机物垃圾通过制H2多枪气化炉（6）、制CO多枪催化炉（19）反应生成H2与CO，H2与CO反应生成甲烷，有机物垃圾通过发酵池（48）从沼气中净化分离甲烷。本发明的有益效果在于：烟气主要污染物近零排放：在烟气密闭循环状态下捕集CO2的过程中，实现烟气主要污染物近零排放；生产高附加值天然气与碳黑产品，明显增加经济效益；适应大规模处理生活垃圾，可日处理量3000—30000吨。

Description

生活垃圾制天然气工艺与装置

技术领域

本发明涉及垃圾处理领域，尤其涉及生活垃圾制天然气工艺与装置。

背景技术

随着中国城镇化的快速发展，垃圾围城现象越来越严重。同时，随着中国对大气污染、以及PM2.5防治行动的进一步深化，城市生活垃圾简单焚烧发电将被淘汰。

现行生活垃圾简单焚烧发电技术的主要缺陷：一是二恶英（包括氯化物）、氮氧化物、硫氧化物、粉尘、以及臭味、其它有害的有机气体等污染物对周边环境的影响，引起附近地区居民难以排除的恐慌心理，造成抵触情绪，使垃圾焚烧发电项目选址困难；二是设备投资大，经济效益差，靠垃圾处理费维持开支与利润；三是规模小，不能适应大中等城市生活垃圾减量化资源化处理。

生活垃圾等离子体气化处理，是一种比较先进的处理方式，但现行技术的处理量不大。如目前美国、日本、加拿大等用等离子体生活垃圾气化处理设备的最大单台日处理量只能处理110吨，而且费用大。而我国大中等城市生活垃圾日发生量巨大：如上海2万吨，北京1.8万，广州1.8万吨，很难选用国外现行技术。

发明内容

本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供生活垃圾制天然气工艺与装置，克服现行生活垃圾简单焚烧发电技术的缺陷，实现烟气主要污染物近零排放、生产高附加值天然气与碳黑产品、大规模处理生活垃圾。

本发明是通过以下技术方案达到上述目的：生活垃圾制天然气工艺，包括以下工艺步骤：

1）垃圾经垃圾分类岛对生活垃圾进行分类粉碎，分成废塑料、废纸等有机质含量较高的垃圾和餐饮、污泥等含水量较高而有机质含量较少的垃圾；

2）废塑料、废纸等含量有机物较高垃圾通过甲烷岛制H2多枪气化炉、制CO多枪催化炉反应生成H2与CO，H2与CO反应生成甲烷后送天然气岛，并从甲烷岛捕集CO2送CO2循环岛，具体包括以下步骤：

Step21：依次打开远程防爆总控岛电源开关和其它各系统电源开关，打开远程防爆等离子体发生器、制H2多枪气化炉、制CO多枪催化炉循环水与过热锅炉送水阀门；

Step22：依次打开水蒸汽罐、CO2循环岛CO2罐、CO2脱氧器阀门，向远程防爆等离子体发生器输送所需的H2O、CO2和O2，并将H2O、CO2和O2激发成具有高活性的等离子态，送入制H2多枪气化炉与垃圾进行气化反应；

Step23：将经垃圾分类粉碎器粉碎好的垃圾，通过垃圾输送带送到螺杆压缩真空送料器，送到制H2多枪气化炉进行气化制H2；

Step24：将制H2多枪气化炉气化反应的气体送入过热锅炉，产生的一部分蒸汽送蒸汽轮机、发电机组进行发电；一部分蒸汽送水蒸汽罐供远程防爆等离子体发生器供制H2多枪气化炉制H2使用；

Step25：将经过热锅炉降温的气化气体送净化器净化脱尘、脱硫、脱氯、脱硝后，送H2分离器进行分离，其中：H2经通氢分子筛送H2罐，供甲烷合成器进行甲烷合成；

分离出来的CO2送CO2循环岛CO2罐，一部分CO2经热交换器预热送远程防爆等离子体发生器供制H2多枪气化炉制H2使用，一部分CO2送CO2脱氧器脱O2，O2经热交换器预热送远程防爆等离子体发生器供制H2多枪气化炉制H2使用；脱O2后获得的C，送碳黑包装线包装作为碳黑产品出售，也可以作为C源拌进垃圾一起送进制H2多枪气化炉循环气化使用；

完成的主反应为：

C（垃圾有机质）+CO2——2CO              （1-1）

C（垃圾有机质）+H2O（水蒸气）——CO+H2  （1-2）

CO+H2O（水蒸气）——CO2+H2              （1-3）

C（垃圾有机质）+O2——2CO2              （1-4）

CO2——C+O2                             （1-5）

副反应：

CO+O2——2CO2                           （1-6）

2H2+O2——2H2O                          （1-7）

Step26：:将CO2、O2经热交换器预热送远程防爆等离子体发生器供制CO多枪催化炉与螺杆压缩真空送料器送进来的垃圾气化制CO；

完成的主反应为：

C（垃圾有机质）+CO2——2CO              （1-8）

副反应为：

C（垃圾有机质）+O2——2CO2              （1-9）

CO+O2——2CO2                           （1-10）

Step27：将制CO多枪催化炉的CO气体送净化器净化后送CO分离器分离，CO送甲烷合成器与H2反应制甲烷；分离的CO2供制CO多枪催化炉循环使用；

甲烷合成器的主要反应机理为：

CO+3H2——CH4+H2O                       （1-11）

Step28：将甲烷合成器合成好的CH4，经冷却脱水或液化脱水处理后送天然气岛CH4罐储存应用；

3）餐饮、污泥等含水量较高而有机物含量较少的垃圾送沼气岛发酵，产生沼气送沼气分离岛，从沼气中分离的甲烷送天然气岛，分离的CO2送CO2循环岛，具体包括以下步骤：

Step31：依次打开远程防爆总控岛电源开关、沼气岛远程防爆监测传感器、远程压力传感器、发酵池上部温湿度酸度监测器、发酵池下部温湿度酸度监测器电源开关，对垃圾发酵实行远程防爆、压力、温度、PH值监控；

Step32：餐饮、污泥等含有机物垃圾经粉碎送料器送发酵池发酵，并将每批清池处理的发酵液经发酵液体进料口送进发酵池循环利用；

优选发酵温度20—45℃；

优选发酵含水量75—85%；

优选发酵PH值7.0—8.5；

优选发酵池48发酵周期5—30天；

Step33：将沼气送沼气分离岛净化分离器净化分离，其中CO2送CO2循岛CO2罐，H2送H2储罐，CH4送天然气岛CH4罐，N2送N2储罐或直接排放，H2S送H2S脱硫分离器；脱硫后的H2送H2储罐，脱硫后的S送硫磺加工包装线，或加工成硫酸产品；

Step34：将发酵池发酵后的沼渣送沼渣处理器处理，处理后的沼渣可做肥料；

Step35：将发酵池发酵后的沼液送沼液池集中，送发酵液体进料口循环利用；

4）CO2循环岛中约25—50%的CO2送甲烷岛循环制甲烷，约50—75%的CO2送碳黑岛分离，分离的O2送甲烷岛循环利用，分离的碳黑送炭黑包装线包装，或送甲烷岛循环利用制甲烷。

作为优选，在step27中，优选甲烷合成器的反应温度30—900℃，优选甲烷合成器的反应压力1Mpa以上，优选冷却脱水温度20℃以下，优选成品天然气中CH4含量达到98%以上。

作为优选，所述生活垃圾为工农业废料、污泥、煤炭、秸秆、有机质、废纸、废塑料中的一种或几种。

生活垃圾制天然气装置，包括：远程防爆总控岛、垃圾分类岛、甲烷岛、沼气岛、沼气分离岛、天然气岛、CO2循环岛、碳黑岛；所述垃圾分类岛与甲烷岛、沼气岛连接；沼气岛与沼气分离岛连接；甲烷岛、沼气分离岛与天然气岛连接；甲烷岛、沼气分离岛与CO2循环岛连接；CO2循环岛与碳黑岛连接；碳黑岛与甲烷岛连接。

作为优选，所述甲烷岛包括：螺杆压缩真空送料器、远程防爆等离子体发生器、制H2多枪气化炉、过热锅炉、热交换器、水蒸汽罐、制CO多枪催化炉、净化器、H2分离器、CO2脱氧器、甲烷合成器、CO分离器；所述垃圾分类粉碎器通过垃圾输送带与螺杆压缩真空送料器连接，制H2多枪气化炉、制CO多枪催化炉顶部设有螺杆压缩真空送料器；所述制H2多枪气化炉顶端设有开口与过热锅炉连接，下部与远程防爆等离子体发生器连接，过热锅炉一端通过水蒸汽罐与远程防爆等离子体发生器连通，过热锅炉另一端通过蒸汽轮机供发电机组工作，过热锅炉还有一端与热交换器连接，热交换器与远程防爆等离子体发生器、净化器、CO2循环岛CO2罐、CO2脱氧器连接，净化器与H2分离器连接，H2分离器底部与CO2循环岛CO2罐连接，H2分离器顶部与H2罐连接，H2罐与甲烷合成器连接；所述制CO多枪催化炉顶端设有开口与热交换器连接，下部与远程防爆等离子体发生器连接，热交换器与远程防爆等离子体发生器、净化器、CO分离器连接，CO分离器与净化器、甲烷合成器连接，甲烷合成器还与天然气岛CH4罐连接。

作为优选，所述沼气岛包括：垃圾有机物粉碎送料器、发酵池、沼气净化分离器、H2S脱硫分离器、硫磺加工包装线、N2储罐、远程防爆监测传感器、远程压力传感器、发酵液体进料口、发酵池上部温湿度酸度监测器、发酵池下部温湿度酸度监测器、沼渣处理器、沼液池；所述垃圾分类粉碎器通过垃圾有机物粉碎送料器将有机物垃圾运送到发酵池，发酵池顶部的沼气出口与沼气净化分离器连接，沼气净化分离器与CO2循环岛CO2罐、H2罐、天然气岛CH4罐、H2S脱硫分离器、N2储罐连接，H2S脱硫分离器与硫磺加工包装线连接；发酵池上设有发酵液体进料口，发酵池下部与沼渣处理器连通，发酵池底部与沼液池连通，沼液池与发酵液体进料口连接；远程防爆监测传感器、远程压力传感器、发酵池上部温湿度酸度监测器、发酵池下部温湿度酸度监测器对发酵池实行远程防爆、压力、温度、PH值监控。

作为优选，所述制H2多枪气化炉包括：炉壳、等离子体枪、等离子体燃烧器、多喷嘴等离子体燃烧器、干燥段、气化挥发份段、裂解还原段、燃烧段、燃烬段、出气管道、在线防爆监测器、落灰渣槽、网孔不锈钢板，所述炉壳顶端与螺杆压缩真空送料器连接，炉壳下部从上到下依次设有等离子体枪、等离子体燃烧器、多喷嘴等离子体燃烧器，多喷嘴等离子体燃烧器上设有网孔不锈钢板，炉壳内从上到下依次设有干燥段、气化挥发份段、裂解还原段、燃烧段、燃烬段，炉壳顶端设有出气管道，出气管道与气化气体出口连接，炉壳内还设有落灰渣槽，落灰渣槽上设有自动密封排灰渣口；所述在线防爆监测器检测炉内压力、温度、反应气体成分。

作为优选，所述制CO多枪催化炉包括：炉壳、等离子体枪、等离子体燃烧器、多喷嘴等离子体燃烧器、干燥段、气化挥发份段、裂解还原段、燃烧段、燃烬段、出气管道、在线防爆监测器、落灰渣槽、网孔不锈钢板，所述炉壳顶端与螺杆压缩真空送料器连接，炉壳下部从上到下依次设有等离子体枪、等离子体燃烧器、多喷嘴等离子体燃烧器，多喷嘴等离子体燃烧器上设有网孔不锈钢板，炉壳内从上到下依次设有干燥段、气化挥发份段、裂解还原段、燃烧段、燃烬段，炉壳顶端设有出气管道，出气管道与气化气体出口连接，炉壳内还设有落灰渣槽，落灰渣槽上设有自动密封排灰渣口；所述在线防爆监测器检测炉内压力、温度、反应气体成分。

作为优选，所述所述甲烷合成器包括：高压脉冲电源、脉冲形成器、绝缘体、电极催化芯、冷却器、冷却水箱、多嘴喷管，所述甲烷合成器壳上部设有绝缘体，绝缘体上设有电极催化芯，绝缘体伸出甲烷合成器壳外部的一端与脉冲形成器连接，脉冲形成器与高压脉冲电源连接，甲烷合成器壳还与冷却器连接，冷却器与天然气岛CH4罐、冷却水箱连接，甲烷合成器壳底部设有多嘴喷管，多嘴喷管与CO分离器连接；所述甲烷合成器还与H2罐连接。

作为优选，所述CO2脱氧器包括：高压脉冲电源、脉冲形成器、绝缘体、电极催化芯、CO2多嘴喷管、O2罐，所述CO2脱氧器顶部与O2罐连接，CO2脱氧器壳上部设有绝缘体，绝缘体上设有电极催化芯，绝缘体伸出CO2脱氧器壳外部的一端与脉冲形成器连接，脉冲形成器与高压脉冲电源连接，CO2脱氧器壳下部设有CO2多嘴喷管，CO2多嘴喷管与CO2循环岛CO2罐连接，CO2脱氧器底部与炭黑包装线连接。

本发明的有益效果在于：

1、烟气主要污染物近零排放：在烟气密闭循环状态下捕集CO2的过程中，实现烟气主要污染物近零排放。

2、生产高附加值天然气与碳黑产品，明显增加经济效益。

3、适应大规模处理生活垃圾，可日处理量3000—30000吨。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图；

图2是甲烷岛的工艺结构示意图；

图3是制H2多枪气化炉的工艺结构示意图；

图4是高压脉冲甲烷合成器的工艺结构示意图；

图5是热等离子体与高压脉冲结合甲烷合成器的工艺结构示意图；

图6是CO2脱氧器的工艺结构示意图；

图7是沼气岛的工艺结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：生活垃圾可为工农业废料、煤炭、秸秆、有机质、废纸、废塑料中的一种或几种，具体包括有机物垃圾与无机物垃圾，因此需要对其进行分类处理，如图1所示，生活垃圾制天然气装置，包括：远程防爆总控监测柜1、垃圾分类粉碎器2、甲烷岛、沼气岛、CO2循环岛CO2罐13、H2罐14、天然气岛CH4罐16；所述垃圾分类粉碎器2与甲烷岛、沼气岛连接，甲烷岛、沼气岛与CO2循环岛CO2罐13、H2罐14、天然气岛CH4罐16连接。

如图2所示，甲烷岛，包括：垃圾输送带3、螺杆压缩真空送料器4、远程防爆等离子体发生器5、制H2多枪气化炉6、过热锅炉7、蒸汽轮机8、发电机组9、热交换器18、水蒸汽罐10、制CO多枪催化炉19、净化器11、H2分离器12、CO2脱氧器20、甲烷合成器15、CO分离器17、炭黑包装线21，所述垃圾分类粉碎器2通过垃圾输送带3与螺杆压缩真空送料器4连接，制H2多枪气化炉6、制CO多枪催化炉19顶部设有螺杆压缩真空送料器4；所述制H2多枪气化炉6顶端设有开口与过热锅炉7连接，下部与远程防爆等离子体发生器5连接，过热锅炉7一端通过水蒸汽罐10与远程防爆等离子体发生器5连通，过热锅炉7另一端通过蒸汽轮机8供发电机组9工作，过热锅炉7还有一端与热交换器18连接，热交换器18与远程防爆等离子体发生器5、净化器11、CO2循环岛CO2罐13、CO2脱氧器20连接，净化器11与H2分离器12连接，H2分离器12底部与CO2循环岛CO2罐13连接，H2分离器12顶部与H2罐14连接，H2罐14与甲烷合成器15连接；所述制CO多枪催化炉19顶端设有开口与热交换器18连接，下部与远程防爆等离子体发生器5连接，热交换器18与远程防爆等离子体发生器5、净化器11、CO分离器17连接，CO分离器17与净化器11、甲烷合成器15连接，甲烷合成器15还与天然气岛CH4罐16连接。

基于上述装置实现生活垃圾制天然气工艺包括以下步骤：

第一步、依次打开远程防爆总控监测柜1和其它各系统电源开关，打开远程防爆等离子体发生器5、制H2多枪气化炉6、制CO多枪催化炉19循环水与过热锅炉7送水阀门；

第二步、依次打开水蒸汽罐10、CO2循环岛CO2罐13、CO2脱氧器20阀门，向远程防爆等离子体发生器5输送所需的H2O、CO2和O2，并将H2O、CO2和O2激发成具有高活性的等离子态，送入制H2多枪气化炉6与垃圾进行气化反应；

第三步、将经垃圾分类粉碎器2粉碎好的垃圾，通过垃圾输送带3送到螺杆压缩真空送料器4，送到制H2多枪气化炉6进行气化制H2；

第四步、将制H2多枪气化炉6气化反应的气体送入过热锅炉7，产生的一部分蒸汽送蒸汽轮机8、发电机组9进行发电，一部分蒸汽送水蒸汽罐10供远程防爆等离子体发生器5供制H2多枪气化炉6制H2使用；

第五步、制H2：将经过热锅炉7降温的气化气体送净化器11净化脱尘、脱硫、脱氯、脱硝后，送H2分离器12进行分离，其中：

H2经通氢分子筛送H2罐14，供甲烷合成器15进行甲烷合成；

分离出来的CO2送CO2循环岛CO2罐13，一部分CO2经热交换器18预热送远程防爆等离子体发生器5供制H2多枪气化炉6制H2使用；一部分CO2送CO2脱氧器20脱O2，O2经热交换器18预热送远程防爆等离子体发生器5供制H2多枪气化炉6制H2使用；脱O2后获得的C，送碳黑包装线21包装作为碳黑产品出售，也可以作为C源拌进垃圾一起送进制H2多枪气化炉6循环气化使用；

完成的主反应为：

C（垃圾有机质）+CO2——2CO                  （1-1）

C（垃圾有机质）+H2O（水蒸气）——CO+H2      （1-2）

CO+H2O（水蒸气）——CO2+H2                  （1-3）

C（垃圾有机质）+O2——2CO2                  （1-4）

CO2——C+O2                                 （1-5）

副反应：

CO+O2——2CO2                               （1-6）

2H2+O2——2H2O                              （1-7）

优选H2O温度210℃以上；

优选CO2预热温度300℃以上；

优选O2预热温度300℃以上；

第六步、制CO：将CO2、O2经热交换器18预热送远程防爆等离子体发生器5供制CO多枪催化炉19与螺杆压缩真空送料器4送进来的垃圾气化制CO；

完成的主反应为：

C（垃圾有机质）+CO2——2CO                  （1-8）

副反应为：

C（垃圾有机质）+O2——2CO2                  （1-9）

CO+O2——2CO2                               （1-10）

优选CO2预热温度300℃以上；

优选O2预热温度300℃以上。

第七步、将制CO多枪催化炉19的CO气体送净化器11净化后送CO分离器17分离，CO送甲烷合成器15与H2反应制甲烷；分离的CO2供制CO多枪催化炉19循环使用；

甲烷合成器15的主要反应机理为：

CO+3H2——CH4+H2O                           （1-11）

优选甲烷合成器15的反应温度30—900℃；

优选甲烷合成器15的反应压力1Mpa以上；

第八步、将甲烷合成器15合成好的CH4，经冷却脱水或液化脱水处理后送天然气岛CH4罐16储存应用；

优选冷却脱水温度20℃以下；

优选成品天然气中CH4含量达到98%以上。

图3是制H2多枪气化炉工艺结构示意图，所述制H2多枪气化炉6包括：炉壳22、等离子体枪23、等离子体燃烧器24、多喷嘴等离子体燃烧器25、干燥段26、气化挥发份段27、裂解还原段28、燃烧段29、燃烬段30、出气管道31、气化气体出口32、在线防爆监测器33、落灰渣槽34、自动密封排灰渣口35、网孔不锈钢板36，所述炉壳22顶端与螺杆压缩真空送料器4连接，炉壳22下部从上到下依次设有等离子体枪23、等离子体燃烧器24、多喷嘴等离子体燃烧器25，多喷嘴等离子体燃烧器25上设有网孔不锈钢板36，炉壳22内从上到下依次设有干燥段26、气化挥发份段27、裂解还原段28、燃烧段29、燃烬段30，炉壳22顶端设有出气管道31，出气管道31与气化气体出口32连接，炉壳22内还设有落灰渣槽34，落灰渣槽34上设有自动密封排灰渣口35；所述在线防爆监测器33检测炉内压力、温度、反应气体成分。

实施步骤：

第一步：依次打开等离子体枪23、等离子体燃烧器24、多喷嘴等离子体燃烧器25循环水与电源开关，以及载体风开关、在线防爆监测器33开关；

第二步:打开螺杆压缩真空送料器4阀门，将粉碎垃圾送入制H2多枪气化炉5内，经干燥段26、气化挥发份段27、裂解还原段28、燃烧段29、燃烬段30完成垃圾气化与制H2反应，经出气管道31和气化气体出口32送出H2合成气体；

优选干燥段26温度200℃以上，将垃圾颗粒中水份烘干；

优选气化挥发份段27温度350℃以上，使垃圾颗粒中挥发份馏出；

优选裂解还原段28温度650℃以上，使垃圾焦化；

优选燃烧段29温度850℃以上，燃烧焦化物质，并为气化炉直接增加气化热能；

优选燃烬段30温度1200℃以上，使所有焦化物质全部充分反应成简单的CO、H2、CO2；

这一步所完成的主反应为：

C（垃圾有机质）+CO2——2CO                （1-1）

C（垃圾有机质）+H2O（水蒸气）——CO+H2    （1-2）

CO+H2O（水蒸气）——CO2+H2                （1-3）

C（垃圾有机质）+O2——2CO2                （1-4）

副反应：

CO+O2——2CO2                             （1-5）

2H2+O2——2H2O                            （1-6）

优选等离子体枪23为1层或多层，每层1支或多支组成，载体风以CO2为主；

优选等离子体燃烧器24为1层或2层、3层，每层1支或多支组成，载体风为CO2+H2O；

优选多喷嘴等离子体燃烧器25为1层或2层，每层1支或多支组成，载体风CO2+O2，其中O2比例优选占75%以上；

优选每支等离子体枪23、等离子体燃烧器24、多喷嘴等离子体燃烧器25的等离子体功率为0.1—10MW；

优选等离子体枪23、等离子体燃烧器24、多喷嘴等离子体燃烧器25的载体风压力为5—100Kpa；

为了提高产H2率，优选H2O、CO2适当过量，使上述主反应充分进行，使气化气体出口32的气体中CO接近为零；

为了减少等离子体枪23、等离子体燃烧器24、多喷嘴等离子体燃烧器25等离子体的能耗，优选燃烧段29温度850℃以上，燃烧焦化物质，为气化炉直接增加和提供90%以上气化热能，改变现行技术单一靠等离子体功率提供热能的方式；

第三步：打开落灰渣槽34底部自动密封排灰渣口35将灰渣排出；

第四步：通过在线防爆监测器33记录的压力、温度、反应气体成分，进行调节等离子体枪23、等离子体燃烧器24、多喷嘴等离子体燃烧器25载体风的流量，使之达到设定的最佳气化工况效果。

本发明的制CO多枪催化炉19装置工艺结构与制H2多枪气化炉6基本相同，区别只是载体风中没有H2O。

优选远程防爆等离子体发生器5进制CO多枪催化炉19的载体风为CO2、O2。

图4是高压脉冲甲烷合成器工艺结构示意图，高压脉冲甲烷合成器由高压脉冲电源37、脉冲形成器38、绝缘体39、电极催化芯40、冷却器41、冷却水箱42、CO多嘴喷管43组成，所述甲烷合成器壳上部设有绝缘体39，绝缘体39上设有电极催化芯40，绝缘体39伸出甲烷合成器壳外部的一端与脉冲形成器38连接，脉冲形成器38与高压脉冲电源37连接，甲烷合成器壳还与冷却器41连接，冷却器41与天然气岛CH4罐16、冷却水箱42连接，甲烷合成器壳顶部与H2罐14连接，甲烷合成器壳底部设有CO多嘴喷管43，CO多嘴喷管43与CO罐17连接。

实施步骤：

第一步：将电极催化芯40和甲烷合成器壳内壁涂上Ni、Fe为主催化剂；

优选电极催化芯40和甲烷合成器壳内壁的材质为不锈钢；

优选电极催化芯40形状蜂窝式或网板式，或蜂窝管式或网板管式；

第二步：打开高压脉冲电源37和脉冲形成器38开关；

优选高压脉冲电源输出电压为20—120KV，直流迭加200—1000KV；

优选脉冲电流2—100A；

优选压力为常压；

第三步：打开H2罐14和CO罐17阀门，将CO+H2在甲烷合成器15内在高压脉冲的作用下完成合成反应：

CO+3H2——CH4+H2O                       （1-11）

优选甲烷合成温度30—300℃；

优选CO多嘴喷管43与H2罐14送出压力为10—100Kpa。

甲烷合成器15还可以是如图5所示，热等离子体与高压脉冲结合甲烷合成器由高压脉冲电源37、脉冲形成器38、绝缘体39、电极催化芯40、冷却器41、冷却水箱42、多嘴喷管等离子体燃烧器25组成，所述甲烷合成器壳上部设有绝缘体39，绝缘体39上设有电极催化芯40，绝缘体39伸出甲烷合成器壳外部的一端与脉冲形成器38连接，脉冲形成器38与高压脉冲电源37连接，甲烷合成器壳还与冷却器41连接，冷却器41与天然气岛CH4罐、冷却水箱42连接，甲烷合成器壳底部设有多嘴喷管等离子体燃烧器25，多嘴喷管等离子体燃烧器25与CO罐17、H2罐14连接。

实施步骤：

第一步：将电极催化芯40和甲烷合成器壳内壁涂上Ni、Fe为主催化剂；

优选电极催化芯40和甲烷合成器壳内壁内壁的材质为不锈钢；

优选电极催化芯40形状蜂窝式或网板式，或蜂窝管式或网板管式；

第二步：打开高压脉冲电源37和脉冲形成器38开关；

优选高压脉冲电源37输出电压为20—120KV，直流迭加200—1000KV；

优选脉冲电流2—100A；

优选压力为常压；

第三步：打开H2罐14和CO罐17阀门，将CO罐17中的CO与H2罐14中的H2一起送入多喷嘴等离子体燃烧器25后送入甲烷合成器15内完成合成反应：

CO+3H2——CH4+H2O                       （1-11）

优选CO与H2合成甲烷的温度为200—900℃；

优选多喷嘴等离子体燃烧器25的电源直流电压为380—500V；

优选多喷嘴等离子体燃烧器25为一层或多层。每层由一个或多个组成。

如图6所示，所述CO2脱氧器20包括：高压脉冲电源37、脉冲形成器38、绝缘体39、电极催化芯40、CO2多嘴喷管45、O2罐44，所述CO2脱氧器壳顶部与O2罐44连接，CO2脱氧器壳上部设有绝缘体39，绝缘体39上设有电极催化芯40，绝缘体39伸出CO2脱氧器壳外部的一端与脉冲形成器38连接，脉冲形成器38与高压脉冲电源37连接，CO2脱氧器壳下部设有CO2多嘴喷管45，CO2多嘴喷管45与CO2循环岛CO2罐13连接，CO2脱氧器壳底部与炭黑包装线21连接。

实施步骤：

第一步：将电极催化芯40和CO2脱氧器壳内壁涂上Ni、Fe为主催化剂；

优选电极催化芯40为1个或多个为一组；

优选电极催化芯40为1组或多组，每组之间并联成1层，或多层；

第二步：打开高压脉冲电源37和脉冲形成器38开关；

优选高压脉冲电源37输出电压为20—120KV，直流迭加200—1000KV；

优选脉冲电流2—100A；

优选压力为常压；

第三步：打开CO2循环岛CO2罐13阀门，将CO2在CO2脱氧器20内在高压脉冲的作用下完成脱O2反应：

CO2——C+O2                             （1-12）

优选脱温度0—300℃；

优选CO2多嘴喷管45压力为10—100Kpa；

第四步：将CO2脱氧器20分离的O2送O2罐44供循环使用，脱O2后获得的C送碳黑包装线21包装作为碳黑产品出售，也可以作为C源拌进垃圾一起送进制H2多枪气化炉6循环气化使用。

图7是沼气岛的结构示意图，包括：垃圾有机物粉碎送料器47、发酵池48、沼气净化分离器49、H2S脱硫分离器50、硫磺加工包装线51、N2储罐52、远程防爆监测传感器53、远程压力传感器54、发酵液体进料口55、发酵池上部温湿度酸度监测器56、发酵池下部温湿度酸度监测器57、沼渣处理器58、沼液池46；所述垃圾分类粉碎器2通过垃圾有机物粉碎送料器47将有机物垃圾运送到发酵池48，发酵池48顶部的沼气出口与沼气净化分离器49连接，沼气净化分离器49与CO2循环岛CO2罐13、H2罐14、天然气岛CH4罐16、H2S脱硫分离器50、N2储罐52连接，H2S脱硫分离器50与硫磺加工包装线51连接；发酵池48上设有发酵液体进料口55，发酵池48下部与沼渣处理器58连通，发酵池48底部与沼液池46连通，沼液池46与发酵液体进料口55连接；远程防爆监测传感器53、远程压力传感器54、发酵池上部温湿度酸度监测器56、发酵池下部温湿度酸度监测器57对发酵池48实行远程防爆、压力、温度、PH值监控。

具体实施步骤：

第一步：依次打开远程防爆总控岛电源开关、远程防爆监测传感器53、远程压力传感器54、发酵池上部温湿度酸度监测器56、发酵池下部温湿度酸度监测器57电源开关，对垃圾发酵实行远程防爆、压力、温度、PH值监控；

第二步：把有机物垃圾经垃圾有机物粉碎送料器47粉碎后送进发酵池48发酵，并将发酵液（清水、沼液）经发酵液体进料口55送进发酵池48；

优选发酵温度20—45℃；

优选发酵含水量75—85%；

优选发酵PH值7.0—8.5；

优选发酵池48数量为1个或多个；

优选发酵池48结构为钢筋混凝土；

优选发酵池48外形为立式蛋型，高3—80米，最大内径2—65米，中间设搅拌器；

优选发酵池48发酵周期5—30天；

第三步：将沼气送沼气净化分离器49净化分离，其中CO2送CO2循岛CO2罐13，H2送H2储罐14，CH4送天然气岛CH4罐16，N2送N2储罐52或直接排放，H2S送H2S脱硫分离器50，脱硫后的H2送H2储罐，脱硫后的S送硫磺加工包装线51，或加工成硫酸产品；

第四步：将沼气池48发酵后的沼渣送沼渣处理器58处理，处理后的沼渣可做肥料；

第五步：将沼气池48发酵后的沼液送沼液池46集中，送发酵液体进料口55循环利用。

远程防爆总控岛全程监控、记录整个工艺流程中的压力、温度、反应气体成分，为反应发生提供安全、可控的技术保障。

以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。

Claims (3)

1.生活垃圾制天然气工艺，其特征在于包括以下工艺步骤：

1)垃圾经垃圾分类岛对生活垃圾进行分类粉碎，分成废塑料、废纸有机质含量较高的垃圾和餐饮、污泥含水量较高而有机质含量较少的垃圾；

2)废塑料、废纸含量有机物较高垃圾通过甲烷岛制H2多枪气化炉(6)、制CO多枪催化炉(19)反应生成H2与CO，H2与CO反应生成甲烷后送天然气岛，并从甲烷岛捕集CO2送CO2循环岛，具体包括以下步骤：

Step21：依次打开远程防爆总控岛电源开关和其它各系统电源开关，打开远程防爆等离子体发生器(5)、制H2多枪气化炉(6)、制CO多枪催化炉(19)循环水与过热锅炉(7)送水阀门；

Step22：依次打开水蒸汽罐(10)、CO2循环岛CO2罐(13)、CO2脱氧器(20)阀门，向远程防爆等离子体发生器(5)输送所需的H2O、CO2和O2，并将H2O、CO2和O2激发成具有高活性的等离子态，送入制H2多枪气化炉(6)与垃圾进行气化反应；

Step23：将经垃圾分类粉碎器(2)粉碎好的垃圾，通过垃圾输送带(3)送到螺杆压缩真空送料器(4)，送到制H2多枪气化炉(6)进行气化制H2；

Step24：将制H2多枪气化炉(6)气化反应的气体送入过热锅炉(7)，产生的一部分蒸汽送蒸汽轮机(8)、发电机组(8)进行发电；一部分蒸汽送水蒸汽罐(10)供远程防爆等离子体发生器(5)供制H2多枪气化炉(6)制H2使用；

Step25：将经过热锅炉(7)降温的气化气体送净化器(11)净化脱尘、脱硫、脱氯、脱硝后，送H2分离器(12)进行分离，其中：H2经通氢分子筛送H2罐(14)，供甲烷合成器(15)进行甲烷合成；

分离出来的CO2送CO2循环岛CO2罐(13)，一部分CO2经热交换器(18)预热送远程防爆等离子体发生器(5)供制H2多枪气化炉(6)制H2使用，一部分CO2送CO2脱氧器(20)脱O2，O2经热交换器(18)预热送远程防爆等离子体发生器(5)供制H2多枪气化炉(6)制H2使用；脱O2后获得的C，送碳黑包装线(21)包装作为碳黑产品出售，也可以作为C源拌进垃圾一起送进制H2多枪气化炉(6)循环气化使用；

完成的主反应为：

C(垃圾有机质)+CO2——2CO           (1-1)

C(垃圾有机质)+H2O(水蒸气)——CO+H2 (1-2)

CO+H2O(水蒸气)——CO2+H2           (1-3)

C(垃圾有机质)+O2——2CO2           (1-4)

CO2——C+O2                       (1-5)

副反应：

CO+O2——2CO2                     (1-6)

2H2+O2——2H2O                    (1-7)

Step26：:将CO2、O2经热交换器(18)预热送远程防爆等离子体发生器(5)供制CO多枪催化炉(19)与螺杆压缩真空送料器(4)送进来的垃圾气化制CO；

完成的主反应为：

C(垃圾有机质)+CO2——2CO           (1-8)

副反应为：

C(垃圾有机质)+O2——2CO2           (1-9)

CO+O2——2CO2                     (1-10)

Step27：将制CO多枪催化炉(19)的CO气体送净化器(11)净化后送CO分离器(17)分离，CO送甲烷合成器(15)与H2反应制甲烷；分离的CO2供制CO多枪催化炉(19)循环使用；

甲烷合成器(15)的主要反应机理为：

CO+3H2——CH4+H2O(1-11)

Step28：将甲烷合成器(15)合成好的CH4，经冷却脱水或液化脱水处理后送天然气岛CH4罐(16)储存应用；

3)餐饮、污泥含水量较高而有机物含量较少的垃圾送沼气岛发酵，产生沼气送沼气分离岛，从沼气中分离的甲烷送天然气岛，分离的CO2送CO2循环岛，具体包括以下步骤：

Step31：依次打开远程防爆总控岛电源开关、沼气岛远程防爆监测传感器(53)、远程压力传感器(54)、发酵池上部温湿度酸度监测器(56)、发酵池下部温湿度酸度监测器(57)电源开关，对垃圾发酵实行远程防爆、压力、温度、PH值监控；

Step32：餐饮、污泥含有机物垃圾经粉碎送料器(47)送发酵池(48)发酵，并将每批清池处理的发酵液经发酵液体进料口(55)送进发酵池(48)循环利用；

发酵温度20—45℃；

发酵含水质量分数75—85％；

发酵PH值7.0—8.5；

发酵池48发酵周期5—30天；

Step33：将沼气送沼气分离岛净化分离器(49)净化分离，其中CO2送CO2循岛CO2罐(13)，H2送H2储罐(14)，CH4送天然气岛CH4罐(16)，N2送N2储罐或直接排放，H2S送H2S脱硫分离器(50)；脱硫后的H2送H2储罐(14)，脱硫后的S送硫磺加工包装线(51)，或加工成硫酸产品；

Step34：将发酵池(48)发酵后的沼渣送沼渣处理器(58)处理，处理后的沼渣可做肥料；

Step35：将发酵池(48)发酵后的沼液送沼液池(46)集中，送发酵液体进料口(55)循环利用；

4)CO2循环岛中质量分数为25—50％的CO2送甲烷岛循环制甲烷，质量分数为50—75％的CO2送碳黑岛分离，分离的O2送甲烷岛循环利用，分离的碳黑送炭黑包装线(21)包装，或送甲烷岛循环利用制甲烷。

2.根据权利要求1所述的生活垃圾制天然气工艺，其特征在于step27中，甲烷合成器(15)的反应温度30—900℃，甲烷合成器(15)的反应压力1Mpa以上，冷却脱水温度20℃以下，成品天然气中CH4其质量分数达到98％以上。

3.根据权利要求1所述的生活垃圾制天然气工艺，其特征在于所述生活垃圾为污泥、煤炭、秸秆、废纸、废塑料中的一种或几种。