CN106497579A - 一种生活垃圾资源化的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生活垃圾资源化的系统及方法。该系统包括热解单元、CO₂捕集单元和CO₂转化单元。其中，热解单元包括热解单元垃圾入口、热解炭出口、高温热解油气出口和热解单元燃烧尾气出口；CO₂捕集单元包括热解单元燃烧尾气入口和CO₂气体出口，所述热解单元燃烧尾气入口和所述热解单元燃烧尾气出口相连；CO₂转化单元包括CO₂气体入口，所述CO₂气体入口和所述CO₂气体出口相连。本发明以垃圾炭为气化原料，燃烧烟气分离的高浓度CO₂作为气化剂，采用流化床气化垃圾炭，也实现了垃圾炭资源化利用，也实现了CO₂循环利用。

Description

一种生活垃圾资源化的系统及方法

技术领域

本发明属于固体废弃物资源化处理领域，尤其涉及一种生活垃圾资源化的系统及方法。

背景技术

我国正面临环境和能源的双重压力，随着经济和城市化进展的加速，全国能源消耗巨大，同时大城市中2/3面临垃圾围城困境，通过技术手段将生活垃圾变为可利用资源，在一定程度上可以缓解我国能源和环境危机。生活垃圾热解技术以其资源化利用率高，环境污染小的优点越来越被人们所青睐。热解主要产物有以下几种：1.热解油，一部分热解油通过精制可作为燃料油使用；2.热解气，包括一些低分子碳氢化合物如氢气、甲烷、一氧化碳等，可作为燃料气使用；3.垃圾炭，大部分以炭黑形式存在，但存在重金属等有毒有害物质，热值低，市场销路差，如果作为固体燃料使用时，燃烧效果较差，且燃烧过程中会产生大量的二次污染物，环保效益较差，因此大多数垃圾炭最终只能作为热解残渣进行填埋处理，占用了土地资源且造成能源的浪费。

目前，随着经济的发展，碳减排已成为关注的课题。作为生活垃圾热解处理技术，在实现生活垃圾资源化的同时也产生了大量的CO₂。CO₂既是导致全球气候变暖的温室气体的主要成分之一，又是一种宝贵的资源。目前，生活垃圾处理工艺普遍存在碳排放量大的问题，主要辐射管燃烧尾气和发电装置排放的烟气等含有CO₂，如果将其中的CO₂分离出来制备碳材料和气化热解炭，一方面可降低垃圾处理过程的碳排放量，缓解企业面临的严重的环保压力，另一方面将CO₂制备碳材料或作为气化剂，可充分使CO₂和热解炭资源化，提高本工艺的经济性和环保性。因此采用本发明的方法和系统，实现了生活垃圾热解工艺中产生的CO₂资源化利用，降低了炭排放，提高了经济效益和环保效益。如果以CO₂作为气化剂，垃圾炭作为气化原料生产富含一氧化碳的气化气技术，同时富裕的CO₂制备碳材料，一方面有利于实现垃圾炭的资源化，另一方面可以实现CO₂的内部循环利用，降低企业的碳排放量。因此采用本发明的方法和系统，有利于节能减排，提高整个生活垃圾热解处理工艺的经济效益。

现有技术公开了一种生活垃圾热解资源化综合处理系统，该系统包括预处理装置、蓄热式旋转床热解炉、油气分离净化装置、固定床气化装置、热解气储存装置和可燃气回收装置；将生活垃圾经过分选、破碎、烘干、成型等预处理后，在热解炉内热解得到高温油气和垃圾炭，垃圾炭气化后生成气化可燃气，用以作为蓄热式燃气辐射管燃烧器的燃料。该系统虽然采用气化技术将垃圾炭气化成可燃气，但由于采用预处理过程中产生的有臭味的空气和含水蒸汽的烟气作为垃圾炭的气化剂，气化产生可燃气热值较低，利用价值低，且此发明采用含水蒸汽的烟气作为气化剂，主要气化剂为水蒸汽，并没有考虑烟气中的CO₂为气化剂气化垃圾炭的效果，也就没有充分实现CO₂的循环利用。

现有技术还公开了一种逆流廻转生活垃圾热解碳化炉系统及垃圾处理工艺，该系统主要包括进料装置、垃圾炭化炉炉体、出渣螺旋器、热解气焚烧炉、循环风机、空气预热器、鼓风机、管道阀门等设备构成，并结合与垃圾炭化炉炉体连接的气、热循环装置进行完善，配合对垃圾炭化炉炉体温度，垃圾停留时间的控制，实现对生活垃圾及有机固体废弃物进行处理，此项发明得到的产品热解气直接进入焚烧炉燃烧产生850℃-1100℃的高温烟气，垃圾炭作为最终产品。该发明是在加热无氧的条件下将生活及有机固废分解成可燃气体和炭渣，可燃气直接焚烧，烟气经过净化排放，并没有解决CO₂排放量高的问题，且此系统是将生活垃圾热解产生的垃圾炭作为最终产品，由于垃圾炭热值较低，市场销路不畅，且含有重金属等有毒有害物质，如果将垃圾炭作为最终产品，经济效益较差，技术推广比较困难。

生活垃圾热解产生大量的热解气，是热解产生经济价值的主要产物，但由于其中含有30％左右的CO₂，降低了热解气热值，限制了热解气使用途径，从而降低了生活垃圾处理技术的经济效益，使热解技术的推广和应用受到了极大的限制；热解炭中存在重金属等有毒有害物质，热值低，市场销路差，如果作为固体燃料使用时，燃烧效果较差，且燃烧过程中会产生大量的二次污染物，环境效益较差，因此大多数生活垃圾热解炭最终只能作为热解残渣进行填埋处理，占用了土地资源且造成能源的浪费，生活垃圾处理工艺过程中产生大量的CO₂，碳排放量较大，加剧了企业面临的环保压力。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用热解气作为气化剂，热解炭作为气化原料，从而使热解气中的CO₂还原为可燃性气体CO，达到提高热解气热值的目的，此外采用热解气作为气化剂，热解炭作为气化原料，使热解炭氧化成可燃性气体CO，热解气中不可燃气体CO₂还原为可燃性气体CO，实现热解炭高利用价值的资源化的同时，也实现热解气热值的目的。

为实现上述目的，本发明提出了一种生活垃圾资源化的系统，包括热解单元、CO₂捕集单元和CO₂转化单元；其中，

所述热解单元包括热解单元垃圾入口、热解炭出口、高温热解油气出口和热解单元燃烧尾气出口；

所述CO₂捕集单元包括热解单元燃烧尾气入口和CO₂气体出口，所述热解单元燃烧尾气入口和所述热解单元燃烧尾气出口相连；

所述CO₂转化单元包括CO₂气体入口，所述CO₂气体入口和所述CO₂气体出口相连。

进一步地，所述系统还包括预处理单元，所述预处理单元包括破袋机、滚筒筛分机、分选机和破碎机。

所述预处理单元包括破袋、滚筛、分选和破碎，将生活垃圾中的大块无机物、金属分出并破碎得到满足所述热解单元入料要求的垃圾。

所述预处理单元包括垃圾入口和垃圾出口，所述垃圾出口和所述热解单元垃圾入口相连。

进一步地，所述系统还包括气化单元和油气分离净化单元。

所述气化单元包括热解炭入口和热解气入口，所述热解炭入口和所述热解炭出口相连。

所述油气分离净化单元包括高温热解油气入口和热解气出口，所述高温热解油气入口和所述高温热解油气出口相连，所述热解气出口和所述热解气入口相连。

具体地，所述热解单元包括旋转床热解炉。

作为优选的实施方案，所述气化单元包括循环流化床气化炉，所述循环流化床气化炉用作热解炭和CO₂气化反应装置。

具体地，所述CO₂转化单元包括高温气-固两相反应炉，所述高温气-固两相反应炉用于CO₂和金属或金属氢化物的反应制备碳材料。

进一步地，所述气化单元还包括气化煤气出口和气化残渣出口，所述热解单元还包括第二净化气入口。

所述系统还包括脱酸净化单元和发电单元，所述脱酸净化单元包括气化煤气入口、第一净化气出口和第二净化气出口，所述发电单元包括第一净化气入口，所述气化煤气入口和所述气化煤气出口相连，所述第一净化气入口和所述第一净化气出口相连，所述第二净化气入口和所述第二净化气出口相连。

进一步地，所述油气分离净化单元还包括热解油出口，所述CO₂捕集单元还包括发电单元燃烧尾气入口，所述发电单元还包括热解油入口和发电单元燃烧尾气出口，所述热解油入口和所述热解油出口相连，所述发电单元燃烧尾气出口和所述发电单元燃烧尾气入口相连。

本发明还提供一种生活垃圾资源化的方法，其特征在于，包括步骤：

A.热解：在所述热解单元将热解单元垃圾给入热解炉，在炉内经过阶段升温，完成干燥、热解和活化，得到热解炭、高温热解油气和热解单元燃烧尾气；

B.CO₂捕集：在所述CO₂捕集单元将来自热解单元的燃烧尾气进行处理得到CO₂气体；

C.CO₂转化：在所述CO₂转化单元将金属或金属氢化物置于保护气气氛下，通入在步骤B中得到的CO₂气体进行反应，产物经过酸溶液反应、洗涤、烘干后得到碳材料。

进一步地，所述方法还包括，预处理：将生活垃圾破袋、滚筛、分选和破碎，然后将其中的大块无机物、金属分出并破碎得到所述热解单元垃圾。

进一步地，所述方法还包括，油气分离净化：将所述高温热解油气经过除尘、脱硫脱硝得到热解油和热解气。

进一步地，所述方法还包括，发电：将所述油气分离净化过程中产生的热解油作为发电装置燃料，然后将所述发电装置产生的燃烧尾气输送至所述CO₂捕集单元经处理得到CO₂气体。

进一步地，所述方法还包括，气化和脱酸净化：将所述热解炭破碎后与热解气共同输送至气化炉气化，破碎粒度在10mm以下，气化结束后得到气化煤气和气化残渣，气化残渣作为建筑材料或填埋处理，将气化煤气经过脱酸净化得到净化气一部分作为所述热解单元的补充燃料，另一部分作为发电装置补充燃料。

作为优选的实施方案，将所述热解单元垃圾粒度控制在小于20mm。

具体地，所述热解单元垃圾给入热解炉的铺料厚度控制在50-250mm，炉内旋转反应一周的时间为2h，炉底的料板选用穿孔板。

作为优选的实施方案，所述金属选自镁、铝、钙、钾的一种或多种；所述金属氢化物选自氢化镁、氢化钙、氢化钾、氢化铝、氢化钡、氢化钛、氢化钠中的一种或多种。

具体地，所述保护气选自氩气，氮气、氦气中的一种或多种的混合物。

进一步地，利用所述油气分离净化和所述气化和脱酸净化过程产生的余热，对惰性气体预热，预热后的惰性气体用于生活垃圾原料、渗滤液和热解污水的干燥。

采用本发明的系统和方法，可使生活垃圾资源化，同时充分利用热解炭还原了热解气中的CO₂，提高了热解气热值，回收燃烧烟气中的CO₂并制备碳材料，降低生活垃圾处理过程中CO₂排放量，既有利于提高工艺的经济效益，又有利于提高环境效益，本发明取得了以下效果：

(1)以垃圾炭为气化原料，燃烧烟气分离的高浓度CO₂作为气化剂，采用流化床气化垃圾炭，也实现了垃圾炭资源化利用，也实现了CO₂循环利用；

(2)以分离出的高浓度CO₂为原料，采用CO₂转化炉在一定温度和压力下制备碳材料，提高了生活垃圾处理工艺经济性，同时也实现了CO₂资源化利用；

(3)解决了现有技术中炭排放量大，环境效益差，垃圾炭热值低、直接燃烧污染物多、市场销路不畅、经济效益差的问题。

本发明有如下优点：

(1)采用旋转床热解炉作为生活垃圾热解制油、气和炭的设备，在同一个炉内完成了干燥，热解的过程，流程短，能源利用率高，同时易于放大，实现规模化；(2)从旋转床出来的热解油气经过节能-脱酸装置，同时实现了余热回收和酸性气体的脱除，提高能量利用效率、减轻酸性气体对设备的腐蚀；(3)以热解炭为气化原料，旋转床热解炉产生的热解气作为气化剂，采用流化床气化热解炭，在实现了提高热解气中可燃气体CO含量，提高热解气热值，同时也解决了热解炭热值低，市场销路不畅，经济效益差的问题；(4)采用本发明系统，热解气中CO₂含量由28％降低至8％，CO含量由9.7％提升至30.1％，CO₂转化率高达71.4％，热值由3962Kcal/Nm3提升至5128Kcal/Nm³；(5)以辐射管燃烧尾气和发电装置产生的尾气为原料，分离出高浓度CO₂，并以此作为制备碳材料的原料，减少了碳排放，使CO₂在整个生活垃圾处理工艺内部完成转化，增加CO₂资源化利用方法；(6)采用本发明系统，烟气中CO₂回收率可达90％以上，纯度可达98％以上，以此为原料可制备纯度大于98％的碳材料；(7)解决了现有技术中热解气热值低，利用途径有限，热解炭热值低，市场销路不畅，经济效益差、资源利用率低，生活垃圾处理过程中碳排放量高的问题，缓解了企业面临的严重的环保压力，实现了节能减排的目的。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明的生活垃圾资源化的系统结构示意图。

图2是本发明的生活垃圾资源化的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明所述的一种实现生活垃圾热解炭资源化同时提高热解气热值的方法和系统，由预处理、旋转床热解炉、节能-脱酸装置、油气分离净化装置、热解炭气化炉、CO₂转化炉、气体储罐、储炭槽、发电装置以及连接各单元的管路组成。预处理包括破袋机、滚筒筛分机、分选机和破碎机；旋转床热解炉主要是无热载体蓄热式旋转床；节能-脱酸装置包括惰性气体管道、热解气管道、两个四通换向阀、脱酸-蓄热复合体；气化炉主要是循环流化床气化炉；CO₂转化炉主要是高温气-固两相反应炉；气体净化装置包括除尘塔、初冷器、电捕焦油器、干式脱硫塔；气化气发电装置包括气化气燃烧室、余热锅炉和汽轮发电机。主要工艺流程是：

(1)生活垃圾经预处理后进入旋转床热解炉进行热解，生成高温热解油气和热解炭。热解炭经螺旋出料机并通过破碎机破碎至10mm以下进入热解炭气化炉。高温热解油气经管路进入节能-脱酸装置，其中酸性气体含量降至0.02％，热解油气温度降至260℃，节能脱酸后的热解油气进入油气分离净化装置，H₂S≤0.01g/Nm³、粉尘含量≤50mg/Nm³；净化后的热解气与破碎后的热解炭进入热解炭气化炉，气化残渣由于利用价值较低，可做建筑材料或填埋处理。

(2)气化气经气体净化装置净化后进入储气罐，一部分作为旋转床热解炉燃气使用，剩余部分进入发电装置燃烧室，产生的高温烟气进入余热锅炉，高温烟气在余热锅炉内与水换热产生过热蒸汽，然后进入汽轮机驱动发电机进行发电，产生的电能并入电网。换热后的烟气与辐射管燃烧烟气一同进入CO₂捕集装置，捕集到的CO₂经风机进入CO₂转化炉作为反应物使用。

(3)将金属(镁、铝、钙、钾)或金属氢化物(氢化镁、氢化钙、氢化钾、氢化铝、氢化钡、氢化钛、氢化钠)中的一种或多种置于干燥的CO₂高温转化炉中，在保护气气氛下，保护气如氩气，氮气、氦气中的一种或多种的混合物，以5-15℃/min的升温速率升至100-600℃，再通入CO₂至反应器中气体压力为1-15MPa，CO₂与保护气气流量比为1:3-6:1，反应5s-60min后关闭CO₂气流，在保护气气氛中冷却至室温，得到黑色粉末。将得到的黑色粉末与浓度为2-10mol/L的酸溶液反应5-48h，然后用去离子水充分洗涤至中性，烘干，即得到碳材料。

此发明使热解气中CO₂和热解炭转变为可燃气CO，既提高了热解气热值，又最大限度的实现了热解炭资源化的目的，提高了资源利用效率、增加经济效益，同时，将气化煤气燃烧尾气中的CO₂分离出来并制备碳材料，降低碳排放量，缓解企业所面临的环保压力，本具有工艺流程短、运行成本低，环保效益高等优点，易于实现工业化和规模化。

本发明将生活垃圾进行破袋、滚筛、分选和破碎，将其中的大块无机物，金属等分出并破碎至入料要求(＜20mm)后进入旋转床热解炉进行热解。经过预处理的原料含水率约为20％-60％，将其均匀给入旋转床热解炉，铺料厚度50-250mm，在炉内经过阶段升温，完成干燥和热解反应，反应时间(即旋转床旋转一周的时间)约为1h，生成热解油气和热解炭。热解油气经管道进入节能-脱酸装置完成余热回收和脱酸，温度降至350℃，酸性气体浓度降至0.05％，处理后热解油气进入油气分离净化装置可实现油气的分离、热解气的除尘、脱硫、脱硝等。净化后的热解气作为气化剂进入流化床气化炉，旋转床热解炉内产生的热解炭经过破碎机破碎至10mm以下作为气化原料进入储炭槽，储炭槽通过压力设备和管道与循环流化床相连。高浓度CO₂(28％左右)热解气净化后与破碎后的热解炭共同进入流化床气化，气化温度为1000℃左右，产生的气化气一部分作为辐射管燃烧器的补充燃料，另一部分可作为发电装置燃料。来自辐射管和发电装置的燃烧尾气经风机进入CO₂捕集系统，捕集到的CO₂进入CO₂转化炉作为反应物使用。将金属或金属氢化物置于干燥的CO₂高温转化炉中，在保护气气氛下，以5-15℃/min的升温速率升至100-600℃，再通入CO₂至反应器中气体压力为1-15MPa，CO₂与保护气气流量比为1:3-6:1，反应5s-60min后关闭CO₂气流，在保护气气氛中冷却至室温，得到黑色粉末。将得到的黑色粉末与浓度为2-10mol/L的酸溶液反应5-48h，然后用去离子水充分洗涤至中性，烘干，即得到纯度大于98％的碳材料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，如图2所示，本发明的流程主要有：

A、生活垃圾预处理：主要目的是得到具有一定粒径的原料，所以预处理工艺包括破袋、滚筛、分选和破碎，将其中的大块无机物，金属等分出并破碎至旋转床入料要求(＜20mm)。

B、生活垃圾热解：经过预处理的原料含水率约为20％-60％，将其均匀给入旋转床热解炉，铺料厚度50-250mm，在炉内经过阶段升温，完成干燥、热解和活化的反应，旋转一周的时间为2h。

其中旋转床热解炉为实现该过程的主体设备，它包括旋转床热解炉，辐射管燃烧器，以及布料、出料等辅助机构。其炉底为可转动的环形炉底，辐射管燃烧器布置于环形炉壁，通过燃烧热解气以热辐射的方式提供反应所需热量，辐射管内的烟气与旋转床内的气氛隔绝。将热解炉分为四个区域，分别是干燥区、热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区，物料由干燥区前端给入，在四个区的炉顶处设置气体出口，用于收集高温热解气；在热解反应三区末端设置出料装置，收集热解炭，为了使物料受热均匀，炉底的料板选用穿孔板。

C、余热回收及脱酸：来自旋转床热解炉内的500℃热解气经管道进入节能-脱酸装置完成余热回收和脱酸。热解气温度降至350℃，酸性气体浓度降至0.05％，处理后热解气进入下一工艺；节能-脱酸装置可对惰性气体进行预热，预热温度可达210℃左右，预热后的惰性气体送入干燥工艺，可对生活垃圾原料、渗滤液和热解污水等进行蒸发浓缩，实现惰性气体循环利用。

D、油气分离净化：来自节能-脱酸1、2的热解气和流化床气化气，进入气体净化装置1、2可实现对热解气/气化气的除尘、脱硫脱硝等。热解气/气化气首先在湿式除尘塔中完成除尘，采用激冷循环水喷洒热解气/气化气，将其中的粉尘除掉后进入横管初冷器，初冷器用32℃循环水和16℃制冷水的两段冷却水将热解气/气化气冷却至21℃左右。由初冷器下部排出的热解气/气化气进入两台并联同时操作的电捕焦油器，完成气体中夹带的焦油工作。再由罗茨鼓风机将热解气/气化气送至脱硫脱硝塔，完成脱硫脱硝。

E、流化床气化：净化后的热解气作为气化剂进入流化床气化炉，B单元中产生的热解炭经过破碎机破碎至10mm以下作为气化原料进入储炭槽，储炭槽通过压力设备和管道与循环流化床相连。高浓度CO2(28％左右)热解气净化后与破碎后的热解炭共同进入流化床气化，气化温度为1000℃左右，产生的气化气一部分作为辐射管燃烧器的补充燃料，另一部分可作为发电装置燃料。

F、CO₂捕集：来自旋转床辐射管燃烧烟气和发电装置燃烧室的燃烧烟气经风机加压给入吸收塔，在吸收塔内与吸收剂逆流接触，采用醇胺溶液作为吸收剂，烟气中的CO₂被吸收剂吸收，变为富液，富液经富液泵给入解吸塔，解吸生成CO₂气体、蒸汽及雾沫的混合气体和贫液；解吸后的CO₂经冷却器进行降温冷却，蒸汽和雾沫变成水和泡沫；冷却后的混合气体进入气液分离器，除去混合气体内的水和泡沫，分离出的CO₂气体作为反应物进入CO₂转化炉。

G、CO₂制备碳材料：将金属(镁、铝、钙、钾)或金属氢化物(氢化镁、氢化钙、氢化钾、氢化铝、氢化钡、氢化钛、氢化钠)中的一种或多种置于干燥的CO₂高温转化炉中，在保护气气氛下，保护气如氩气，氮气、氦气中的一种或多种的混合物，以5-15℃/min的升温速率升至100-600℃，再通过风机将E单元分离出的高浓度CO₂通入反应器中至气体压力为1-15MPa，CO₂与保护气气流量比为1:3-6:1，反应5s-60min后关闭CO2气流，在保护气气氛中冷却至室温，得到黑色粉末。将得到的黑色粉末与浓度为2-10mol/L的酸溶液反应5-48h，然后用去离子水充分洗涤至中性，烘干，即得到碳材料。

所述预处理根据处理工艺要求，其连接顺序为破袋-滚筛-分选-破碎，每个工序均具有一个进料口和一个出料口；

所述旋转床热解炉具有进料口，高温热解气出口，热解炭出口，和燃料入口，所述进料口与预处理系统中的破碎出料口相连；所述高温油气出口通过管路与节能-脱硝装置中的热解气管路进口相连；所述无热载体蓄热式旋转床设置的加热装置为燃气辐射管，其通过燃烧为所述旋转床供热，并且所述热解炭出口与破碎机入口相连；

所述节能-脱硝装置，包括惰性气体储气罐、惰性气体管道、热解气管道、两个四通换向阀、两个脱酸-蓄热复合体。所述热解气管道与气体净化装置相连。

所述气体净化装置包括湿式除尘塔、脱硫塔、脱硝塔、热解气/气化气管道。除尘塔有进气口和出气口，进气口与热解气/气化气管道相连，出气口与所述脱硫塔相连进气口相连，所述脱硫塔出气口与所述脱硝塔进气口相连，所述脱硝塔出气口与储气罐1/储气罐2进气口相连。

所述气化炉为热解炭气化装置，旋转床热解炉产生的热解炭为气化原料，热解气为气化剂，并且具有热解气进气口、热解炭进料口、气化气出口和气化残渣出口，所述气化气出口与储气罐进气口相连，所述热解炭进料口与储炭槽出口相连。

所述储气罐1具有进气口和出气口，进气口与所述脱硝塔出气口相连，出气口与气化炉进气口相连。所述储气罐2具有进气口、第一出气口和第二出气口，第一出气口与所述辐射管旋转床热解炉的燃料入口相连，并且所述储气罐2的第二出气口与发电装置相连。

所述发电装置包括气化气燃烧室、余热锅炉和汽轮发电机，所述气化气燃烧室具有气化气入口，助燃空气入口和烟气出口，所述余热锅炉具有烟气入口、烟气出口、锅炉给水入口和过热蒸汽出口，所述汽轮发电机具有蒸汽入口、蒸汽出口和电量输出端。所述燃烧室的气化气入口与储气罐2第二出气口相连；所述燃烧室的助燃空气与空气鼓风机相连；所述燃烧室的烟气出口与余热锅炉相连；所述余热锅炉的烟气出口与所述吸收塔第一入口相连；所述余热锅炉的过热蒸汽出口与汽轮发电机相连；所述汽轮发电机的电量输出端与用电设备或电网相连；

所述CO₂捕集包括吸收塔、富液泵、解吸塔、再沸器、气液分离器、贫液泵及贫液冷却器。所述吸收塔具有第一入口，与烟气管路相连。吸收塔第二入口，设置于吸收塔的上部，与吸收剂管路相连；吸收塔第一出口，设置于吸收塔顶部，与烟气出口管路相连；吸收塔第二出口，设置于吸收塔的底部，与富液泵入口相连；富液泵具有入口和出口，出口与解吸塔第一入口相连；解吸塔具有第一入口，设置于解吸塔上部。第一出口，设置于解吸塔底部，与贫液泵入口相连。解吸塔第二出口，设置在解吸塔底部，与再沸器入口相连。第二入口与再沸器出口相连。第三出口，设置于解吸塔的顶部，连通气液分离器入口；再沸器具有入口和出口；气液分离器具有入口和出口，出口与CO₂转化炉入口相连。贫液泵具有入口和出口，出口与贫液冷却器相连；贫液冷却器具有入口和出口；

所述CO₂转化炉为CO₂制备碳材料装置，具有CO₂进气口、惰性气体进气口、金属或金属氢化物进料口、未反应的CO₂和惰性气体出气口和碳材料出料口，所述惰性气体进气口与惰性气体储气罐出气口相连，所述CO₂和惰性气体出气口与所述吸收塔第一入口相连。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

本实施例提出了一种废旧电子产品处理的系统和方法，采用某市生活垃圾为原料，成分组成如表1：

表1生活垃圾成分组成(wt％)

进厂的垃圾经过简单分选去除大块无机物和金属，然后进行破碎，破碎得到的垃圾热解原料粒径＜20mm；

破碎的垃圾被均匀给入旋转床热解炉，布料厚度100mm，在炉内垃圾随炉底的转动经过干燥、热解、活化完成反应，其中干燥区温度350℃，热解反应一区、二区和三区的反应温度为900℃左右，反应时间2h；

生活垃圾经过热解炉热解后的热解气成分和热值如表2所示。热解气中CO²含量为28％，气体热值3962Kcal/Nm³。

表2燃烧尾气成分

热解气与热解炭在常压、1200℃下进行氧化还原反应即气化反应，炭转化率达97％以上。气化后的气化气成分及热解如表3所示。气化后的热解气CO²含量降至8％，转化率达71.4％，而CO含量升至30.1％，气化气的热值升至5128Kcal/Nm³，大大提高了热解气的利用途径。

表3热解气组成及热值

旋转床辐射管燃烧尾气及发电装置燃烧尾气成分如表4所示。

表4燃烧尾气成分

采用CO₂捕集装置收集CO₂，CO₂捕集率可达90％以上，纯度可达98％以上，可作为CO₂制备碳材料的目的。

将金属镁粉和氢化镁以2:1的比例混合，然后置于干燥的CO₂高温转化炉中，在氦气气氛下，以15℃/min的升温速率升至500℃，再通入CO₂至反应器中气体压力为5MPa，CO₂与氦气流量比为3:1，反应30min后关闭CO₂气流，在氦气气氛中冷却至室温，得到黑色粉末。将得到的黑色粉末与浓度为6mol/L的酸溶液反应15h，然后用去离子水充分洗涤至中性，烘干，即得到碳材料，纯度大于98％。

Claims (10)

1.一种生活垃圾资源化的系统，包括热解单元、CO₂捕集单元和CO₂转化单元；其中，

所述热解单元包括热解单元垃圾入口、热解炭出口、高温热解油气出口和热解单元燃烧尾气出口；

所述CO₂捕集单元包括热解单元燃烧尾气入口和CO₂气体出口，所述热解单元燃烧尾气入口和所述热解单元燃烧尾气出口相连；

所述CO₂转化单元包括CO₂气体入口，所述CO₂气体入口和所述CO₂气体出口相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述系统还包括预处理单元，所述预处理单元包括破袋机、滚筒筛分机、分选机和破碎机；

所述预处理单元包括破袋、滚筛、分选和破碎，将生活垃圾中的大块无机物、金属分出并破碎得到满足所述热解单元入料要求的垃圾；

所述预处理单元包括垃圾入口和垃圾出口，所述垃圾出口和所述热解单元垃圾入口相连。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述系统还包括气化单元和油气分离净化单元；

所述气化单元包括热解炭入口和热解气入口，所述热解炭入口和所述热解炭出口相连；

所述油气分离净化单元包括高温热解油气入口和热解气出口，所述高温热解油气入口和所述高温热解油气出口相连，所述热解气出口和所述热解气入口相连。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述热解单元包括旋转床热解炉；

所述气化单元包括循环流化床气化炉，所述循环流化床气化炉用作热解炭和CO₂气化反应装置；

所述CO₂转化单元包括高温气-固两相反应炉，所述高温气-固两相反应炉用于CO₂和金属或金属氢化物的反应制备碳材料。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述气化单元还包括气化煤气出口和气化残渣出口，所述热解单元还包括第二净化气入口；

所述系统还包括脱酸净化单元和发电单元，所述脱酸净化单元包括气化煤气入口、第一净化气出口和第二净化气出口，所述发电单元包括第一净化气入口，所述气化煤气入口和所述气化煤气出口相连，所述第一净化气入口和所述第一净化气出口相连，所述第二净化气入口和所述第二净化气出口相连。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

所述油气分离净化单元还包括热解油出口，所述CO₂捕集单元还包括发电单元燃烧尾气入口，所述发电单元还包括热解油入口和发电单元燃烧尾气出口，所述热解油入口和所述热解油出口相连，所述发电单元燃烧尾气出口和所述发电单元燃烧尾气入口相连。

7.一种用权利要求1所述系统进行生活垃圾资源化的方法，其特征在于，包括步骤：

A.热解：在所述热解单元将热解单元垃圾给入热解炉，在炉内经过阶段升温，完成干燥、热解和活化，得到热解炭、高温热解油气和热解单元燃烧尾气；

B.CO₂捕集：在所述CO₂捕集单元将来自热解单元的燃烧尾气进行处理得到CO₂气体；

C.CO₂转化：在所述CO₂转化单元将金属或金属氢化物置于保护气气氛下，通入在步骤B中得到的CO₂气体进行反应，产物经过酸溶液反应、洗涤、烘干后得到碳材料。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

预处理：将生活垃圾破袋、滚筛、分选和破碎，然后将其中的大块无机物、金属分出并破碎得到所述热解单元垃圾；

油气分离净化：将所述高温热解油气经过除尘、脱硫脱硝得到热解油和热解气；

发电：将所述油气分离净化过程中产生的热解油作为发电装置燃料，然后将所述发电装置产生的燃烧尾气输送至所述CO₂捕集单元经处理得到CO₂气体；

气化和脱酸净化：将所述热解炭破碎后与热解气共同输送至气化炉气化，破碎粒度在10mm以下，气化结束后得到气化煤气和气化残渣，气化残渣作为建筑材料或填埋处理，将气化煤气经过脱酸净化得到净化气一部分作为所述热解单元的补充燃料，另一部分作为发电装置补充燃料。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

将所述热解单元垃圾粒度控制在小于20mm；

所述热解单元垃圾给入热解炉的铺料厚度控制在50-250mm，炉内旋转反应一周的时间为2h，炉底的料板选用穿孔板；

所述金属选自镁、铝、钙、钾的一种或多种；所述金属氢化物选自氢化镁、氢化钙、氢化钾、氢化铝、氢化钡、氢化钛、氢化钠中的一种或多种；

所述保护气选自氩气，氮气、氦气中的一种或多种的混合物。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

利用所述油气分离净化和所述气化和脱酸净化过程产生的余热，对惰性气体预热，预热后的惰性气体用于生活垃圾原料、渗滤液和热解污水的干燥。