CN105001917A - 用于生活垃圾处理的清洁气化处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生活垃圾处理的清洁气化处理方法及系统，该系统包括预处理、热解气化处理和干式厌氧气化处理三个核心单元。生活垃圾经过预处理后分成干物料和浆状湿物料两部分，干物料进行热解气化生产合成气，湿物料进行干式厌氧气化生产沼气。合成气和沼气作为清洁能源被高效利用。该方法同单纯的垃圾焚烧工艺相比，该技术能够有效减少二噁英、粉尘、氮氧化物、二氧化硫、恶臭气体、重金属及飞灰等污染物的排放，是一种能够从固体废物中提取“清洁能源——燃气”的城市垃圾无公害处理技术。

Description

用于生活垃圾处理的清洁气化处理方法及系统

技术领域

本发明涉及垃圾处理领域，特别是涉及一种用于生活垃圾处理的清洁气化处理方法及系统。

背景技术

随着社会经济的发展和城市化进程的加快，我国城市固体废物的产生量迅速增加，尤其是城市固体废物中大量存在的生物质垃圾，具有产生量大、易生物降解和高含水的特点，成为固体废物污染环境的主要污染源。卫生填埋、焚烧和堆肥三种处理技术是目前我国广泛采用的城市垃圾处理处置技术，在垃圾的无害化、减量化和资源化处置中发挥着重要的作用。但这些处理技术存在选址困难、投资大、运行成本高、二次污染风险大、产品质量不稳定及销售困难等问题。此外随着近年来温室效应加剧、可利用土地资源减少、公众对垃圾处置工程二次污染风险的重视程度日益增加、社会发展对资源回收利用的要求越来越高，这些技术的缺陷日益为政府、专家和公众所关注。目前拟采用这些技术的新建垃圾处理处置工程，在立项、环境影响评价和审批时都受到了严格的审查，获得通过的难度也越来越大。

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种用于生活垃圾处理的清洁气化处理系统及方法，能从固体废物中提取清洁能源燃气，并有效减少处理过程造成的污染物排放。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于生活垃圾处理的清洁气化处理方法，包括以下步骤：

预处理：

减小所处理的生活垃圾的粒度，将减小粒度后的生活垃圾转化成干物料和湿物料；

热解气化处理：

对所述预处理得到的干物料进行热解气化产生粗高能合成气，对所述粗高能合成气进行等离子化反应分解其中的焦油及其他有毒有害物质产生半粗高能合成气，对所述半粗高能合成气进行多级洗涤去除其中的NOx、Cl、F、H₂S、金属和灰尘，生成干净的高能合成气，所述高能合成气输出作为燃气；

干式厌氧气化处理：

将所述预处理得到的湿物料进行调质和加热处理后，进行干式厌氧气化处理生产沼气，所述沼气输出作为燃气，生产沼气后的剩余物料脱水处理成废水和固体物料，所述废水经过处理后达标排放，所述固体物料进行所述热解气化处理生成干净的高能合成气输出作为燃气。

本发明实施例还提供一种用于生活垃圾处理的清洁气化处理系统，能用于本发明所述的方法，该系统包括：

预处理单元，由破碎装置和深度脱水装置串联连接而成，所述破碎装置设有物料入口，所述深度脱水装置设有干物料出口和湿物料出口；

热解气化处理单元，由气化炉、等离子化反应炉和合成气净化装置串联连接而成，所述气化炉设有进料口，所述合成气净化装置设有高能合成气输出口；

干式厌氧气化处理单元，由进料装置、干式厌氧气化装置和高效脱水装置串联连接而成，所述干式厌氧气化装置设有沼气输出口和与所述高效脱水装置连接的剩余物料出口，所述高效脱水装置设有废水排出口和固体物料排出口；

所述预处理单元的深度脱水装置的干物料出口与所述热解气化处理单元的气化炉的进料口连接，所述湿物料出口与所述干式厌氧气化处理单元的进料装置连接；

所述干式厌氧气化处理单元的高效脱水装置的固体物料排出口与所述热解气化处理单元的气化炉的进料口连接。

本发明的有益效果为：通过预处理步骤将生活垃圾粒径减小后，转化为干、湿两种物料，再经热解气化处理步骤对干物料进行热解气化、等离子化反应和多级洗涤后，得到能作为清洁能源燃气的高能合成气；经干式厌氧气化处理步骤对湿物料进行干式厌氧气化得到能作为清洁能源燃气的沼气，而产生沼气的剩余物质分出的废水处理后可达标排放，分出的固体物料仍可进行热解气化处理能作为清洁能源燃气的高能合成气，该方法处理过程中不仅产生可作为清洁能源的燃气，而且对易造成污染的物质有效去除，无污染物排放，既实现了垃圾的资源化利用，又有效减小了垃圾处理造成的二次污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的清洁气化垃圾处理流程图；

图2为本发明实施例提供的清洁气化垃圾处理系统示意图；

图2中各标号对应的部件为：1-预处理单元；11-破碎装置；111-物料入口；A-生活垃圾；12-深度脱水装置；2-热解气化处理单元；21-气化炉；211-进料口；22-等离子化反应炉；23-合成气净化装置；231-高能合成气输出口；B-高能合成气；3-干式厌氧气化处理单元；31-进料装置；32-干式厌氧气化装置；321-沼气输出口；C-沼气；33-高效脱水装置；331-废水排出口；D-废水；332-固体物料排出口；E-固体物料。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供的一种用于生活垃圾处理的清洁气化处理方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

预处理步骤：减小所处理的生活垃圾的粒度，将减小粒度后的生活垃圾转化成干物料和湿物料；

热解气化处理步骤：对预处理得到的干物料进行热解气化产生粗高能合成气，对粗高能合成气进行等离子化反应分解其中的焦油及其他有毒有害物质产生半粗高能合成气，对半粗高能合成气进行多级洗涤去除其中的NOx、Cl、F、H₂S、金属和灰尘，生成干净的高能合成气，高能合成气输出作为燃气；对热解气化产生的炉渣填埋处理；

干式厌氧气化处理步骤：将预处理得到的湿物料进行调质和加热处理后，进行干式厌氧气化处理生产沼气，沼气输出作为燃气，生产沼气后的剩余物料脱水处理成废水和固体物料，废水经过处理后达标排放，固体物料进行热解气化处理生成干净的高能合成气输出作为燃气。

上述处理方法中，预处理步骤中，通过破碎减小所处理的生活垃圾的粒度为80～120mm；垃圾破碎后，更便于后续脱水以及气化处理，提高处理效率。

通过脱水将减小粒度后的生活垃圾转化成干物料和湿物料，干物料的含水率为20～40％，湿物料的含水率为80～90％，这种通过脱水将垃圾转化成干、湿两种物料的方式，使含水率低的干物料基本上保留了生活垃圾中的全部高热值成分，如塑料、竹木、衣物、纸张等，具有很高的热值，可直接进行后续的热解气化处理；含水率高的湿物料为浆状，其中保留了生活垃圾中大部分可生物降解的成分，可进行后续的干式厌氧气化处理；这样处理后的干、湿物料既能更好的满足后续对应气化处理的要求，又不用过度脱水，也避免了脱水导致的高耗能的问题。

上述处理方法中，热解气化处理步骤中，在无氧和大于850℃的高温条件下对预处理得到的干物料进行热解气化；

在2000～4000℃的温度条件下对粗高能合成气进行等离子化反应，等离子化反应可在等离子反应炉中进行。

上述热解气化处理步骤中，热解气化可在气化炉中进行，等离子化反应可在等离子反应炉中进行，对半粗高能合成气进行多级洗涤可在合成气净化装置中进行，所用的气化炉、等离子反应炉和合成气净化装置可通过具有控制阀的管路顺次密封连接。实现热解气化、等离子反应与多级洗涤的连续进行。

上述处理方法中，干式厌氧气化处理步骤中，对预处理得到的湿物料进行加热的温度为30～60℃；通过加热可提高湿物料的流动性，并便于提高后续干式厌氧气化的效率。

生产沼气后的剩余物料脱水处理成的固体物料的含水率为20～40％，这种含水率的固定物料满足了热解气化的要求，也避免过度脱水造成的能耗浪费的问题。

如图2所示，本发明实施例还提供一种用于生活垃圾处理的清洁气化处理系统，可用于实现本发明的清洁气化处理方法，该系统包括：

预处理单元，由破碎装置和深度脱水装置串联连接而成，破碎装置设有物料入口，深度脱水装置设有干物料出口和湿物料出口；

热解气化处理单元，由气化炉、等离子化反应炉和合成气净化装置串联连接而成，气化炉设有进料口，合成气净化装置设有高能合成气输出口；气化炉设有炉渣排出口，用于将热解气化产生的炉渣排出，以进行填埋处理。气化炉、等离子化反应炉和合成气净化装置可通过带有控制阀的管路密封连接，使得各步处理可以连接进行。

干式厌氧气化处理单元，由进料装置、干式厌氧气化装置和高效脱水装置串联连接而成，干式厌氧气化装置设有沼气输出口和与高效脱水装置连接的剩余物料出口，高效脱水装置设有废水排出口和固体物料排出口；

预处理单元的深度脱水装置的干物料出口与热解气化处理单元的气化炉的进料口连接，湿物料出口与干式厌氧气化处理单元的进料装置连接；

干式厌氧气化处理单元的高效脱水装置的固体物料排出口与热解气化处理单元的气化炉的进料口连接。

上述处理系统中，预处理单元的破碎装置可采用破碎粒径为80～120mm的粗破碎装置；预处理单元的深度脱水装置可采用螺旋压榨脱水机或液压挤压脱水机。

下面结合具体实施例对本发明处理系统及方法作进一步说明。

本实施例提供一种用于生活垃圾处理的清洁气化处理系统，由预处理单元、热解气化处理单元和厌氧气化处理单元三者连接组成。

预处理单元由破碎装置和深度脱水装置连接而成，该单元的预处理步骤为：生活垃圾首先经过破碎装置粗破碎，将垃圾的粒度减小到80～120mm；粗破碎后的垃圾再经深度脱水装置进行深度脱水处理，将生活垃圾转化成干物料和湿物料两部分；干物料的含水率为20～40％，基本上保留了生活垃圾中的全部高热值成分，如塑料、竹木、衣物、纸张等，具有很高的热值，直接进行后续的热解气化处理；湿物料含水率为80～90％，为浆状，其中保留了生活垃圾中大部分可生物降解的成分，进行后续的干式厌氧气化处理；

热解气化处理单元由气化炉、等离子反应炉和合成气净化装置三部分连接而成，该单元的热解气化处理步骤为：预处理单元输出的干物料进入气化炉，在无氧和高温(>850℃)条件下进行热解气化处理，产生粗高能合成气；粗高能合成气随后进入等离子反应炉，在2000～4000℃的条件下进行等离子化反应，将高能合成气中的焦油、有毒有害物质分解，彻底消除二噁英的再生问题，产生半粗高能合成气；半粗高能合成气进入多级洗涤的合成气净化装置进一步去除其中的NOx，Cl，F，H₂S，金属和灰尘，生成干净的高能合成气；热解气化处理单元产生的炉渣进行卫生填埋处理。

干式厌氧气化处理单元由进料装置、干式厌氧气化装置和高效脱水装置三部分连接而成。该单元的干式厌氧气化处理步骤为：预处理单元输出的湿物料在进料装置中进行调质和加热(30～60℃)处理，然后被输送至干式厌氧气化装置，在干式厌氧气化装置中进行处理生产沼气，生产沼气后的剩余物料采用高效脱水装置进行处理，分成固体物料和废水两类，固体物料的含水率在20～40％，具有一定的热值，能送入热解气化炉进行处理；废水经过处理后达标排放。

热解气化产生的高能合成气和干式厌氧气化产生的沼气可以作为清洁能源-燃气输出使用。

本发明的处理方法与现有单纯的垃圾焚烧工艺相比，能够有效减少二噁英、粉尘、氮氧化物、二氧化硫、恶臭气体、重金属及飞灰等污染物的排放，是一种能够从固体废物中提取“清洁能源——燃气”的城市垃圾无公害处理技术。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于生活垃圾处理的清洁气化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

预处理：

减小所处理的生活垃圾的粒度，将减小粒度后的生活垃圾转化成干物料和湿物料；

热解气化处理：

对所述预处理得到的干物料进行热解气化产生粗高能合成气，对所述粗高能合成气进行等离子化反应分解其中的焦油及其他有毒有害物质产生半粗高能合成气，对所述半粗高能合成气进行多级洗涤去除其中的NOx、Cl、F、H₂S、金属和灰尘，生成干净的高能合成气，所述高能合成气输出作为燃气；

干式厌氧气化处理：

将所述预处理得到的湿物料进行调质和加热处理后，进行干式厌氧气化处理生产沼气，所述沼气输出作为燃气，生产沼气后的剩余物料脱水处理成废水和固体物料，所述废水经过处理后达标排放，所述固体物料进行所述热解气化处理生成干净的高能合成气输出作为燃气。

2.根据权利要求1所述用于生活垃圾处理的清洁气化处理方法，其特征在于，所述预处理步骤中，通过破碎减小所处理的生活垃圾的粒度为80～120mm；

通过脱水将减小粒度后的生活垃圾转化成干物料和湿物料，所述干物料的含水率为20～40％，所述湿物料的含水率为80～90％。

3.根据权利要求1所述用于生活垃圾处理的清洁气化处理方法，其特征在于，所述热解气化处理步骤中，在无氧和大于850℃的高温条件下对所述预处理得到的干物料进行热解气化；

在2000～4000℃的温度条件下对所述粗高能合成气进行等离子化反应。

4.根据权利要求1或3所述用于生活垃圾处理的清洁气化处理方法，其特征在于，所述热解气化处理步骤中，对所述预处理得到的干物料进行热解气化是在气化炉中进行；

所述热解气化处理步骤中，对所述粗高能合成气进行等离子化反应是在等离子反应炉中进行。

5.根据权利要求1至3任一项所述用于生活垃圾处理的清洁气化处理方法，其特征在于，所述干式厌氧气化处理步骤中，对所述预处理得到的湿物料进行加热的温度为30～60℃；

生产沼气后的剩余物料脱水处理成的所述固体物料的含水率为20～40％。

6.根据权利要求1至3任一项所述用于生活垃圾处理的清洁气化处理方法，其特征在于，所述热解气化处理还包括：将干物料进行热解气化产生的炉渣填埋处理。

7.一种用于生活垃圾处理的清洁气化处理系统，其特征在于，能用于实现权利要求1至6任一项所述的方法，该系统包括：

预处理单元，由破碎装置和深度脱水装置串联连接而成，所述破碎装置设有物料入口，所述深度脱水装置设有干物料出口和湿物料出口；

热解气化处理单元，由气化炉、等离子化反应炉和合成气净化装置串联连接而成，所述气化炉设有进料口，所述合成气净化装置设有高能合成气输出口；

干式厌氧气化处理单元，由进料装置、干式厌氧气化装置和高效脱水装置串联连接而成，所述干式厌氧气化装置设有沼气输出口和与所述高效脱水装置连接的剩余物料出口，所述高效脱水装置设有废水排出口和固体物料排出口；

所述预处理单元的深度脱水装置的干物料出口与所述热解气化处理单元的气化炉的进料口连接，所述湿物料出口与所述干式厌氧气化处理单元的进料装置连接；

所述干式厌氧气化处理单元的高效脱水装置的固体物料排出口与所述热解气化处理单元的气化炉的进料口连接。

8.根据权利要求7所述的用于生活垃圾处理的清洁气化处理系统，其特征在于，所述破碎装置采用破碎粒径为80～120mm的粗破碎装置；

所述深度脱水装置采用螺旋压榨脱水机或液压挤压脱水机。

9.根据权利要求7所述的用于生活垃圾处理的清洁气化处理系统，其特征在于，所述热解气化处理单元的气化炉设有排出炉渣进行填埋的炉渣排出口。