CN104418301B - 利用城市生活垃圾和农业废弃物制备氢气和营养液的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用城市生活垃圾和农业废弃物制备氢气和营养液的方法，包括如下步骤：步骤1，对垃圾进行分拣，将非厌氧发酵原料分离除去；步骤2，将原料打碎，利用工业醋酸或者石灰水处理，调节pH值；步骤3，将打碎的可发酵原料，与水混合发酵，产生沼气；步骤4，将沼气脱硫、脱碳；步骤5，向沼气精脱硫；步骤6，甲烷与水蒸气反应，生成H2和CO；步骤7，CO与水蒸气反应，生成H2和CO2；步骤8，由压缩机输送脱碳塔，与强碱反应，生成碳酸盐；步骤9，将沼液经过过滤、浓缩，然后用塑料桶分装后，即可。本发明的方法减少了气体和土壤的污染，同时生成的营养液为无土种植提供营养，促进有机蔬菜产业发展，为农户增加收入。
Description
技术领域
本发明涉及生物能源应用技术领域，具体地，涉及一种利用城市生活垃圾和农业废弃物制备氢气和营养液的方法。
背景技术
随着人类的不断发展和进步以及环保意识的加强，城市垃圾中所含的废弃物的种类越来越多，城市垃圾的处理越来越受到世界环保组织和各国环保组织的重视。据统计，我国每年我国城市和乡村每年产出生活垃圾高达4.45亿吨，其中657座城市产出垃圾1.65亿吨，农村地区产出2.8亿吨。城市生活垃圾处理率为91.1%，垃圾简单堆放，侵占大量土地，造成严重的污染，有些地区已经带来高发的癌症病例。传统的垃圾处理方式中，卫生填埋法：因占地面积达，处理费用高，浪费大量土地资源，而适用价值逐渐降低。堆肥法：因有机物的利用不完全，肥料成分复杂，减量化较小等原因，将逐步被淘汰。垃圾的焚烧发电因其具有许多独特的优点将逐步成为城市成活垃圾无害化处理的主流。主要表现在：垃圾经焚烧处理后，垃圾中的病原体彻底消灭，燃烧过程中产生的有害体和烟尘经处理后达到排放标准，无害化程度高；垃圾经焚烧后可减重80%以上，减量效果明显，节约了大量的土地资源；尾气、热能可充分回收和利用。现有技术中的垃圾焚烧是一个垃圾接收-垃圾储存-焚烧炉投料-焚烧炉焚烧-蒸汽锅炉-蒸汽发电等工艺。现有技术中由于采用垃圾直接分手啊的处理方法，普遍存在设备普遍运行效果差，各项指标长期达不到涉及的要求。现有技术中平均垃圾电能热回收只在7%左右，垃圾减容率为70%左右，二口恶英排放浓度长期不达标；炉渣中可燃物含量依然在10%以上，受垃圾水分和发热值限制，长期添加大量的助燃物质或重油，添加量高达20%以上，大幅度提高了处理的成本，尾气中漂浮物和重金属较高，长期不达标。垃圾焚烧炉处理运行费用高，同时尾气及炉渣的二次污染问题至今尚未完成解决，阻碍了整个技术的推广及应用。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供利用城市生活垃圾和农业废弃物制备氢气和营养液的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种利用城市生活垃圾和农业废弃物制备氢气和营养液的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，对垃圾进行分拣，将垃圾中非厌氧发酵原料分离除去；
步骤2，将可发酵原料经过破碎机打碎，可以用工业醋酸或者石灰水处理，调节pH值；
步骤3，将打碎的可发酵原料，与水混合，调节总固体物质的重量百分比浓度为8～12%，进入厌氧发酵罐，35±2℃下进行湿式发酵，产生沼气；或调节总固体物质的重量百分比浓度为20～35%，进入厌氧发酵罐，55±2℃下进行干式发酵，产生沼气；
同时，利用农业废弃物制备沼气和碳酸盐；
步骤4，将所述沼气依次进行脱硫化氢处理和脱出二氧化碳处理，使得处理后的沼气的主要成分为甲烷和水蒸气；
所述脱硫化氢处理为通过氧化铁干式脱硫或碳酸钠湿式脱硫化氢；
所述脱出二氧化碳处理为通过脱碳塔脱碳；
步骤5，在CO-Mo或者Ni-Mo催化剂作用下，向沼气中加氢进行精脱硫；
步骤6，在转换炉内，甲烷与水蒸气反应，生成H2和CO；
步骤7，将CO与水蒸气反应，生成H2和CO2；
步骤8，将步骤7生成的H2和CO2由压缩机输送到MDEA/DEA/MEA脱碳塔，脱去二氧化碳，与所述沼气中脱出的二氧化碳一起，进入碳化塔，与强碱反应，生成碳酸盐；
所述步骤产生的H2能够用于发电燃料，或者制备压缩氢气，或者制备液化氢气；
步骤9，将所述沼渣制备成有机肥；将所述沼液经过过滤、浓缩，使沼液中有效营养物质体积缩小8～10倍，然后用塑料桶分装后，即可得植物营养液。
优选地，步骤1中，所述分拣具体为：将城市生活垃圾经过破袋、人工分拣、滚筒筛选、磁选、风选、弹跳分选，将有毒有害物、粗大无机物、大件垃圾、玻璃、金属、织物、木类分离除去。
优选地，步骤2中，所述所有可可发酵原料经过破碎机处理后的直径为1～30mm。
优选地，步骤2中，所述pH值为6.8～7.5。
优选地，步骤3中，所述农业废弃物为秸秆或者其他厌氧发酵原料。
优选地，步骤4中，以沼气的体积百分比为100%计，甲烷的体积百分比为95～97%，水蒸气的体积百分比3～5%。
优选地，步骤6中水碳比为2.7～3.0。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明对城市垃圾有效利用，通过处理得到了氢气及植物营养液；减少了污染气体的排放，同时得到的碳酸盐产品，使得整个产业的盈利性增强，同时生成的植物营养液可以作为农作物的有机肥料，得到了循环利用；
（2）本发明采用的是大型厌氧发酵罐，有利于实现生物天然气工业化生产，具备小型厌氧发酵罐或者沼气池无法比拟的成本优势；
（3）由于大规模生产，使得沼气中的二氧化碳利用具备产业化条件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种利用城市生活垃圾和农业废弃物制备氢气和营养液的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，对垃圾进行分拣，将上海市每天收集的城市生活垃圾经过破袋、人工分拣、滚筒筛选、磁选、风选、弹跳分选，分离有毒有害物、粗大无机物、大件垃圾、玻璃、金属、织物、木类分离除去；
步骤2，将可发酵原料经过破碎机打碎至1mm，利用工业醋酸或者石灰水处理，调节pH值6.8；
步骤3，将打碎的可发酵原料，与水混合，调节总固体物质的重量百分比浓度为8%，进入厌氧发酵罐，在温度为35±2℃条件下进行厌氧发酵，产生沼气，或调节总固体物质的重量百分比浓度为20%，进入厌氧发酵罐，在温度为55±2℃条件下进行厌氧发酵，产生沼气；同时，利用秸秆农业废弃物制备沼气和碳酸盐（可参见201310002508.0，公开日：2013-05-01）；
步骤4，将所述沼气依次通过氧化铁干式脱硫或碳酸钠湿式脱硫化氢、脱碳塔脱碳，使得沼气中的主要成分为甲烷（体积百分比为95%）和水蒸气（体积百分比为5%）；
步骤5，在CO-Mo或者Ni-Mo催化剂作用下，向沼气中加氢进行精脱硫；
步骤6，在转换炉内，甲烷与水蒸气反应，生成H2和CO，控制水碳比为2.7；
步骤7，将所述步骤6生成的CO与水蒸气反应，生成H2和CO2；
步骤8，将步骤7生成的H2和CO2由压缩机输送到MDEA/DEA/MEA脱碳塔，脱去二氧化碳与沼气中脱出的二氧化碳进入碳化塔，与强碱反应，生成碳酸盐；
步骤9，将产生的沼液经过过滤、浓缩，使沼液中有效营养物质体积缩小8倍，然后用塑料桶分装后，即可得植物营养液。
实施例2
本实施例提供了一种利用城市生活垃圾和农业废弃物制备氢气和营养液的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，对垃圾进行分拣，将北京市每天收集的城市生活垃圾经过破袋、人工分拣、滚筒筛选、磁选、风选、弹跳分选，分离有毒有害物、粗大无机物、大件垃圾、玻璃、金属、织物、木类分离除去；
步骤2，将可发酵原料经过破碎机打碎至30mm，利用工业醋酸或者石灰水处理，调节pH值7.5；
步骤3，将打碎的可发酵原料，与水混合，调节总固体物质的重量百分比浓度为12%，进入厌氧发酵罐，在温度为35±2℃条件下进行厌氧发酵，产生沼气，或调节总固体物质的重量百分比浓度为35%，进入厌氧发酵罐，在温度为55±2℃条件下进行厌氧发酵，产生沼气；同时，利用秸秆农业废弃物制备沼气和碳酸盐；
步骤4，将所述沼气依次通过氧化铁干式脱硫或碳酸钠湿式脱硫化氢、脱碳塔脱碳，使得沼气中的主要成分为甲烷（体积百分比为97%）和水蒸气（体积百分比为3%）；
步骤5，在CO-Mo或者Ni-Mo催化剂作用下，向沼气中加氢进行精脱硫；
步骤6，在转换炉内，甲烷与水蒸气反应，生成H2和CO，控制水碳比为3.0；
步骤7，将所述步骤6生成的CO与水蒸气反应，生成H2和CO2；
步骤8，将步骤7生成的H2和CO2由压缩机输送到MDEA/DEA/MEA脱碳塔，脱去二氧化碳与沼气中脱出的二氧化碳进入碳化塔，与强碱反应，生成碳酸盐；
步骤9，将产生的沼液经过过滤、浓缩，使沼液中有效营养物质体积缩小10倍，然后用塑料桶分装后，即可得植物营养液。
本实施例1和2利用城市生活垃圾和农业废弃物制备氢气和营养液的方法产生的社会效益：由于城市生活垃圾中含有大量病菌，经过厌氧发酵后，病原体几乎被全部杀死；生活垃圾中含有的大量氨气和硫化氢气体，造成周边环境污染，经过酸液、碱液吸附后，周边不再有恶臭气体；城市生活垃圾中的渗滤液与厌氧发酵物料一起进入厌氧发酵罐内，最后变成浓缩沼液，作为植物营养液可进行销售，本发明的处理方法能够减少填埋时渗滤液对地下水的污染；减少城市生活垃圾填埋占用大量土地；氢气燃烧生成物是水，减少甲烷和二氧化碳排放到大气中，产生温室气体效应。
本实施例1和2利用城市生活垃圾和农业废弃物制备氢气和营养液的方法产生的经济效益：氢气发电，产出是天然气发电的6.72倍；是沼气发电的11.2倍。二氧化碳被回收利用生产碳酸盐，为项目增加额外经济效益；植物营养液为无土种植提供营养，促进有机蔬菜产业发展，为农户增加收入。本发明的技术若在全国推广，每年可为我国节能环保产业多带来4000亿的经济效益，具有显著的进步和意想不到的技术效果。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (4)
1.一种利用城市生活垃圾和农业废弃物制备氢气和营养液的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1，对垃圾进行分拣，将垃圾中非厌氧发酵原料分离除去；
步骤2，将可发酵原料经过破碎机打碎，利用工业醋酸或者石灰水处理，调节pH值；
步骤3，将打碎的可发酵原料，与水混合，调节总固体物质的重量百分比浓度为8～12％，进入厌氧发酵罐，35±2℃下进行湿式发酵，产生沼气；或调节总固体物质的重量百分比浓度为20～35％，进入厌氧发酵罐，55±2℃下进行干式发酵，产生沼气；
同时，利用农业废弃物制备沼气和碳酸盐；
步骤4，将所述沼气依次进行脱硫化氢处理和脱出二氧化碳处理，使得处理后的沼气的主要成分为甲烷和水蒸气；
所述脱硫化氢处理为通过氧化铁干式脱硫或碳酸钠湿式脱硫化氢；
所述脱出二氧化碳处理为通过脱碳塔脱碳；
步骤5，在Co-Mo或者Ni-Mo催化剂作用下，向沼气中加氢进行精脱硫；
步骤6，在转换炉内，甲烷与水蒸气反应，生成H2和CO；
步骤7，将CO与水蒸气反应，生成H2和CO2；
步骤8，将步骤7生成的H2和CO2由压缩机输送到MDEA/DEA/MEA脱碳塔，脱去二氧化碳，与所述沼气中脱出的二氧化碳一起，进入碳化塔，与强碱反应，生成碳酸盐；
所述H2能够用于发电燃料，或者制备压缩氢气，或者制备液化氢气；
步骤9，将沼渣制备成有机肥；将沼液经过过滤、浓缩，使沼液中有效营养物质体积缩小8～10倍，然后用塑料桶分装后，即可得植物营养液；
步骤2中，所述pH值为6.8～7.5；步骤4中，以沼气的体积百分比为100％计，甲烷的体积百分比为95～97％，水蒸气的体积百分比3～5％；步骤6中，水碳比为2.7～3.0。
2.如权利要求1所述的利用城市生活垃圾和农业废弃物制备氢气和营养液的方法，其特征在于，步骤1中，所述分拣具体为：将城市生活垃圾经过破袋、人工分拣、滚筒筛选、磁选、风选、弹跳分选，将有毒有害物、粗大无机物、大件垃圾、玻璃、金属、织物、木类分离除去。
3.如权利要求1所述的利用城市生活垃圾和农业废弃物制备氢气和营养液的方法，其特征在于，步骤2中，所述可发酵原料经过破碎机处理后的直径为1～30mm。
4.如权利要求1所述的利用城市生活垃圾和农业废弃物制备氢气和营养液的方法，其特征在于，步骤3中，所述农业废弃物为秸秆和其他可厌氧发酵原料的生物质。
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