CN106903135A - 处理生活垃圾的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了处理生活垃圾的系统和方法，系统包括：预处理单元，其具有生活垃圾入口、有机垃圾出口和无机垃圾出口；热解装置，其具有有机垃圾入口、高温热解油气出口、热解炭出口和热解尾气出口；二氧化碳捕集单元，其具有尾气入口和二氧化碳气体出口；第一节能脱酸装置，所述第一节能脱酸装置高温热解油气入口、二氧化碳气体入口、降温脱酸后热解油气出口和预热后二氧化碳气体出口；甲烷合成单元，其具有预热后二氧化碳入口、氢气入口和甲烷出口。采用该系统可以实现生活垃圾的减量化、资源化处理，同时可以将温室气体CO2资源化利用，特别适用于技术推广和规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及能源化工领域，具体而言，本发明涉及处理生活垃圾的系统和方法。
背景技术
随着经济的迅速发展、人口的不断增长以及人民生活水平的日益提高，我国生活垃圾的产生量也急剧增加，目前中国城市生活垃圾年产生量约2亿吨，且每年还在以10％左右的速度增长，给环境造成了很大的负担，全国大城市中有2/3面临“垃圾围城”的困境。
目前垃圾处理常用的填埋、堆肥方式已陷入占用大量用地、堆肥产品无销路的困境，而垃圾焚烧处理的方式始终无法摆脱二噁英污染的问题，并且产生大量的飞灰，飞灰的处理远不如人意，成为生活垃圾焚烧全过程污染控制和风险管理中最为薄弱的环节。
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，对温室效应的贡献达到55％，又是一种宝贵的资源。目前，CO2被广泛应用于食品保鲜、采油行业、气体保护焊及化工合成等领域，且取得了良好的经济效益。但与CO2增长的产能相比，每年用于生产消耗的CO2量仅占总产量的一少部分，大量的CO2无法得到充分利用而排放到大气中，加剧温室效应，制约企业可持续发展的关键因素。不论从资源还是能源的角度来说，开发更多的CO2利用技术都是势在必行的。
因而，现有的处理生活垃圾的手段仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种处理生活垃圾的系统和方法。采用该系统可以实现生活垃圾的减量化、资源化处理，同时可以将温室气体CO2资源化利用，特别适用于技术推广和规模化生产。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种处理生活垃圾的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：预处理单元，所述预处理单元具有生活垃圾入口、有机垃圾出口和无机垃圾出口；热解装置，所述热解装置具有有机垃圾入口、高温热解油气出口、热解炭出口和热解尾气出口，所述有机垃圾入口与所述有机垃圾出口相连；二氧化碳捕集单元，所述二氧化碳捕集单元具有尾气入口和二氧化碳气体出口，所述尾气入口与所述热解尾气出口相连；第一节能脱酸装置，所述第一节能脱酸装置高温热解油气入口、二氧化碳气体入口、降温脱酸后热解油气出口和预热后二氧化碳气体出口，所述二氧化碳气体入口与所述二氧化碳气体出口相连，所述高温热解油气入口与所述高温热解油气出口相连；甲烷合成单元，所述甲烷合成单元具有预热后二氧化碳入口、氢气入口和甲烷出口，所述预热后二氧化碳入口与所述预热后二氧化碳出口相连。
由此，根据本发明实施例的处理生活垃圾的系统通过将生活垃圾预处理后供给至热解装置进行热解处理，以便得到高温热解油气、热解炭和热解尾气；其中，热解尾气进入二氧化碳捕集单元进行二氧化碳捕集，进而将捕集得到的二氧化碳气体供给至第一节能脱酸装置中进行换热和脱酸处理，以便将二氧化碳气体预热，预热后的二氧化碳气体进入甲烷合成单元，用于合成甲烷。由此，本申请的系统通过将生活垃圾热解得到的热解尾气经多步处理转化为用于合成甲烷的原料，实现了热解尾气的资源化利用，同时显著降低二氧化碳气体的排放，具有显著的经济效益和环境效益，特别适用于技术推广和规模化生产。
另外，根据本发明上述实施例的处理生活垃圾的系统还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述处理生活垃圾的系统进一步包括：热解油气净化单元，所述热解油气净化单元具有降温脱酸后热解油气入口、热解油出口和热解气出口，所述降温脱酸后热解油气入口与所述降温脱酸后热解油气出口相连；发电单元，所述发电单元具有燃料入口、水蒸汽出口和燃烧尾气出口，所述燃料入口与所述热解油出口相连，所述燃烧尾气出口与所述尾气入口相连。由此，可以利用从生活垃圾热解得到的热解油气中分离得到的热解油进行发电，从而进一步提高生活垃圾的资源利用率。
在本发明的一些实施例中，所述处理生活垃圾的系统进一步包括：氢气捕集单元，所述氢气捕集单元具有热解气入口、氢气出口和可燃气出口，所述热解气入口与所述热解气出口相连，所述氢气出口与所述氢气入口相连。由此，可以从生活垃圾热解得到的热解油气中分离得到的热解气中捕集氢气，并利用氢气合成甲烷，从而进一步提高生活垃圾的资源利用率。
在本发明的一些实施例中，所述处理生活垃圾的系统进一步包括：破碎装置，所述破碎装置具有热解炭入口和热解炭颗粒出口，所述热解炭入口与所述热解炭出口相连；气化装置，所述气化装置具有热解炭颗粒入口、水蒸汽入口、气化气出口和气化残渣出口，所述热解炭颗粒入口与所述热解炭颗粒出口相连，所述水蒸汽入口与所述水蒸汽出口相连；第二节能脱酸装置，所述第二节能脱酸装置具有助燃气入口、气化气入口、预热后助燃气出口和降温脱酸后气化气出口，所述气化气入口与所述气化气出口相连，所述预热后助燃气出口与所述燃料入口相连；气化气净化单元，所述气化气净化单元具有降温脱酸后气化气入口和净化气化气出口，所述降温脱酸后气化气入口与所述降温脱酸后气化气出口相连，所述净化气化气出口与所述燃料入口相连。由此，可以通过破碎装置将热解炭破碎得到热解炭颗粒，进而将热解炭颗粒供给至气化装置，并利用发电单元中得到的水蒸气将热解炭颗粒气化为以一氧化碳和氢气为主要成分的气化气，气化气进入第二节能脱酸装置与助燃气经过换热和脱酸处理后，得到的降温脱酸后气化气和预热后助燃气，降温脱酸后气化气进入气化气净化单元中进行净化处理，得到净化气化气，后续可以用于发电单元发电，预热后助燃气可以直接进入发电单元用于发电，由此实现了对低热值热解炭的资源化利用。
在本发明的一些实施例中，所述可燃气出口与所述热解装置相连。由此，可以将氢气捕集单元中得到的可燃气返回热解装置，作为热解装置的燃料气加以利用。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种采用前面实施例的处理生活垃圾的系统处理生活垃圾的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将生活垃圾供给至所述预处理单元中进行预处理，以便得到有机垃圾和无机垃圾；(2)将所述有机垃圾供给至所述热解装置中进行热解处理，以便得到高温热解油气、热解炭和热解尾气；(3)将所述热解尾气供给至所述二氧化碳捕集单元中，以便得到二氧化碳气体；(4)将所述二氧化碳气体和所述高温热解油气供给至所述第一节能脱酸装置中进行换热和脱酸处理，以便得到预热后二氧化碳气体和降温脱酸后热解油气；(5)将所述预热后二氧化碳气体和氢气供给所述甲烷合成单元中，以便得到甲烷。
由此，根据本发明实施例的处理生活垃圾的方法通过将生活垃圾预处理后供给至热解装置进行热解处理，以便得到高温热解油气、热解炭和热解尾气；其中，热解尾气进入二氧化碳捕集单元进行二氧化碳捕集，进而将捕集得到的二氧化碳气体供给至第一节能脱酸装置中进行换热和脱酸处理，以便将二氧化碳气体预热，预热后的二氧化碳气体进入甲烷合成单元，用于合成甲烷。由此，本申请的方法通过将生活垃圾热解得到的热解尾气经多步处理转化为用于合成甲烷的原料，实现了热解尾气的资源化利用，同时显著降低二氧化碳气体的排放，具有显著的经济效益和环境效益，特别适用于技术推广和规模化生产。
另外，根据本发明上述实施例的处理生活垃圾的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述处理生活垃圾的方法进一步包括：(6)将步骤(4)得到的所述降温脱酸后热解油气供给至所述热解油气净化单元中进行净化处理，以便得到热解油和热解气；(7)将所述热解油供给至所述发电单元中燃烧发电，以便得到水蒸汽和燃烧尾气，并将所述燃烧尾气供给至步骤(3)中的所述二氧化碳捕集单元。由此，可以利用从生活垃圾热解得到的热解油气中分离得到的热解油进行发电，从而进一步提高生活垃圾的资源利用率。
在本发明的一些实施例中，所述处理生活垃圾的方法进一步包括：(8)将步骤(6)得到的所述热解气供给至所述氢气捕集单元中，以便得到氢气和可燃气，并将所述氢气供给至步骤(5)中的所述甲烷合成单元。由此，可以从生活垃圾热解得到的热解油气中分离得到的热解气中捕集氢气，并利用氢气合成甲烷，从而进一步提高生活垃圾的资源利用率。
在本发明的一些实施例中，所述处理生活垃圾的方法进一步包括：(9)将步骤(2)得到的所述热解炭供给至所述破碎装置中进行破碎处理，以便得到热解炭颗粒；(10)将所述热解炭颗粒和步骤(7)得到的所述水蒸汽供给至所述气化装置中进行气化处理，以便得到气化气和气化残渣；(11)将所述气化气和助燃气供给至所述第二节能脱酸装置中进行换热和脱酸处理，以便得到预热后助燃气和降温脱酸后气化气，并将所述预热后助燃气供给至步骤(7)中的所述发电单元；(12)将所述降温脱酸后气化气供给至所述气化气净化单元中进行净化处理，以便得到净化气化气，并将所述净化气化气供给步骤(7)中的所述发电单元。由此，可以通过破碎装置将热解炭破碎得到热解炭颗粒，进而将热解炭颗粒供给至气化装置，并利用发电单元中得到的水蒸气将热解炭颗粒气化为以一氧化碳和氢气为主要成分的气化气，气化气进入第二节能脱酸装置与助燃气经过换热和脱酸处理后，得到的降温脱酸后气化气和预热后助燃气，降温脱酸后气化气进入气化气净化单元中进行净化处理，得到净化气化气，后续可以用于发电单元发电，预热后助燃气可以直接进入发电单元用于发电，由此实现了对低热值热解炭的资源化利用。
在本发明的一些实施例中，所述处理生活垃圾的方法进一步包括：(13)将步骤(8)得到的所述可燃气供给至步骤(2)中的所述热解装置作为燃料使用。由此，可以将氢气捕集单元中得到的可燃气返回热解装置，作为热解装置的燃料气加以利用。
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
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的处理生活垃圾的系统结构示意图；
图2是根据本发明再一个实施例的处理生活垃圾的系统结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的处理生活垃圾的方法流程示意图；
图4是根据本发明再一个实施例的处理生活垃圾的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种处理生活垃圾的系统。根据本发明的实施例，参考图1～2，该系统包括：预处理单元100、热解装置200、二氧化碳捕集单元300、第一节能脱酸装置400和甲烷合成单元500。
根据本发明的实施例，预处理单元100具有生活垃圾入口101、有机垃圾出口102和无机垃圾出口103，预处理单元100适于将生活垃圾进行预处理，以便得到有机垃圾和无机垃圾。具体地，生活垃圾中含有部分金属、玻璃、砖块等无机物，这类无机物无法在后续热解处理中生成热解炭或热解油气等资源，且将混有无机物的生活垃圾进行热解处理还会增大热解处理的能耗并降低热解处理的效率。由此，在将生活垃圾进行热解处理之前，预先将生活垃圾中的无机物除去，可以有效地提高后续热解处理的效率并降低能耗。
根据本发明的一个具体实施例，预处理单元100包括依次相连的破袋机构、滚筛机构、分选机构和破碎机构。具体地，可以通过破袋机构、滚筛机构以及分选机构处理除去生活垃圾中的金属、玻璃、砖块等无机物，进而通过破碎机构将生活垃圾进行破碎。根据本发明的具体实施例，可以将生活垃圾破碎至粒径不高于20mm，由此可以显著提高后续热解处理的效率。
根据本发明的实施例，热解装置200具有有机垃圾入口201、高温热解油气出口202、热解炭出口203和热解尾气出口204，有机垃圾入口201与有机垃圾出口102相连，热解装置200适于将有机垃圾进行热解处理，以便得到高温热解油气、热解炭和热解尾气。
根据本发明的一个具体实施例，热解装置200可以为旋转床热解炉，旋转床热解炉可以采用无热载体蓄热式旋转床，无热载体蓄热式旋转床包括旋转床热解腔室、环形炉底和分别位于环形炉底上下的蓄热式燃气辐射管燃烧器以及布料、出料等机构，蓄热式燃气辐射管燃烧器布置于环形炉壁，以热辐射的方式提供垃圾热解所需的热量。旋转床热解炉沿转动的方向依次设置有干燥区、热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区，待处理有机垃圾从干燥区进入旋转床热解炉，在旋转床热解炉各个区域的炉顶均设置有高温热解油气出口，用于收集高温热解油气，在热解反应三区的末端热解炭出口处设置有出料装置，用于收集热解炭，另外，为了使待处理有机垃圾受热均匀，炉底料板可以选用穿孔板。
根据本发明的实施例，二氧化碳捕集单元300具有尾气入口301和二氧化碳气体出口302，尾气入口301与热解尾气出口204相连，二氧化碳捕集单元300适于对热解尾气中的二氧化碳进行捕集，以便得到二氧化碳气体。具体地，热解尾气主要是热解装置中蓄热式辐射管燃烧产生的尾气，其主要成分是二氧化碳。
根据本发明的一个具体实施例，二氧化碳捕集单元300包括依次相连的吸收塔、解吸塔、冷却器和气液分离器。具体地，来自热解装置的热解尾气经风机加压给入吸收塔，在吸收塔内与吸收剂醇胺溶液逆流接触，热解尾气中的二氧化碳被吸收剂吸收，得到富液，富液经富液泵给入解吸塔，解吸生成含有二氧化碳气体、蒸汽和雾沫的混合气体以及贫液，解吸后的混合气体经冷却器降温冷却，使得蒸汽和雾沫变为水和泡沫，进而通过气液分离器除去混合气体内的水和泡沫，得到纯度较高的二氧化碳气体。
根据本发明的实施例，第一节能脱酸装置400具有高温热解油气入口401、二氧化碳气体入口402、降温脱酸后热解油气出口403和预热后二氧化碳气体出口404，二氧化碳气体入口402与二氧化碳气体出口302相连，高温热解油气入口401与高温热解油气出口202相连，第一节能脱酸装置400适于将高温热解油气与二氧化碳气体进行间接换热以及对高温热解油气进行脱酸处理，以便得到预热后二氧化碳气体和降温脱酸后热解油气。具体地，通过采用第一节能脱酸装置400，可以将高温热解油气温度降至200℃，并将其中的酸性气体浓度降至0.02v％；此外，第一节能脱酸装置500兼具蓄热功能，蓄热得到的热量可以将二氧化碳捕集单元中收集得到的二氧化碳预热至100～600℃，由此可以降低后续甲烷合成单元500中合成反应的能耗约10～20％。需要说明的是，该步骤中的脱酸方式可以为现有技术中能够除去高温热解油气中酸性物质的任何方法，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
根据本发明的实施例，甲烷合成单元500具有预热后二氧化碳入口501、氢气入口502和甲烷出口503，预热后二氧化碳入口501与预热后二氧化碳气体出口404相连，甲烷合成单元500适于利用预热后二氧化碳和氢气合成甲烷。具体地，可以先将预热后二氧化碳和氢气经合成气压缩机压至4～8MPa，再供给至甲烷合成单元，甲烷合成反应采用铜、锌、铝的氧化物中的一种或多种作为催化剂，反应压力可以为4～8MPa，反应温度可以为200～500℃，合成的粗甲烷气经过净化提纯即可得高纯甲烷。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对粗甲烷气提纯过程的具体操作条件进行选择。
由此，根据本发明实施例的处理生活垃圾的系统通过将生活垃圾预处理后供给至热解装置进行热解处理，以便得到高温热解油气、热解炭和热解尾气；其中，热解尾气进入二氧化碳捕集单元进行二氧化碳捕集，进而将捕集得到的二氧化碳气体供给至第一节能脱酸装置中进行换热和脱酸处理，以便将二氧化碳气体预热，预热后的二氧化碳气体进入甲烷合成单元，用于合成甲烷。由此，本申请的系统通过将生活垃圾热解得到的热解尾气经多步处理转化为用于合成甲烷的原料，实现了热解尾气的资源化利用，同时显著降低二氧化碳气体的排放，具有显著的经济效益和环境效益，特别适用于技术推广和规模化生产。
参考图2，根据本发明实施例的处理生活垃圾的系统进一步包括：热解油气净化单元600和发电单元700。
根据本发明的实施例，热解油气净化单元600具有降温脱酸后热解油气入口601、热解油出口602和热解气出口603，降温脱酸后热解油气入口601与降温脱酸后热解油气出口403相连，热解油气净化单元600适于将降温脱酸后热解油气进行第一净化处理，以便得到热解油和热解气。根据本发明的实施例，通过第一净化处理可以将热解油气中的硫化氢含量降至不高于0.01g/Nm3，粉尘含量降至不高于50mg/Nm3，苯含量降至不高于20mg g/Nm3，氯化氢含量降至不高于10mg g/Nm3，并同时将热解油气分离为热解油和热解气。
根据本发明的一个具体实施例，热解油气净化单元600包括依次相连的湿式除尘塔、初冷器、电捕焦油器和脱硫脱硝塔，由此，可以有效地对降温脱酸后热解油气进行除尘、除焦油、脱硫以及脱硝。具体地，降温脱酸后热解油气首先通过采用激冷循环水进行喷洒降温，分离成待净化的热解气和焦油，焦油经过管路输送至油水分离槽，分离成焦油和废水；待净化的热解气在湿式除尘塔中完成除尘，将降温脱酸后热解气的粉尘除去，进而将降温脱酸后热解气送入横管初冷器，采用32℃循环水和16℃制冷水的两段冷却水将降温脱酸后热解气冷却至21℃左右，随后通过两台并联同时操作的电捕焦油器，将气体中夹带的焦油除去，然后采用罗茨鼓风机将降温脱酸后热解气送至脱硫脱硝塔，完成脱硫脱硝，以便得到清洁热解气。
根据本发明的实施例，发电单元700具有燃料入口701、水蒸汽出口702和燃烧尾气出口703，燃料入口701与热解油出口602相连，燃烧尾气出口703与尾气入口301相连，发电单元700适于利用从高温热解油气中分离得到的热解油进行燃烧发电。具体地，可以将热解油供给至发电单元700的余热锅炉，在余热锅炉内与水换热或通过燃烧产生过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机驱动发电机进行发电，产生的电能并入电网，而发电单元产生的燃烧尾气可以进入二氧化碳捕集单元进行二氧化碳捕集利用。
参考图2，根据本发明实施例的处理生活垃圾的系统进一步包括：氢气捕集单元800。
根据本发明的实施例，氢气捕集单元800具有热解气入口801、氢气出口802和可燃气出口803，热解气入口801与热解气出口603相连，氢气出口802与氢气入口502相连，氢气捕集单元800适于从热解气中捕集得到氢气，并将氢气供给至甲烷合成单元500用于合成甲烷。
根据本发明的具体实施例，氢气捕集装置800包括氢气吸附塔，氢气在塔内变压吸附，氢气吸附塔利用吸附剂在不同分压下对吸附质有不同的吸附容量，并且在一定的吸附压力下，对被分离的气体混合物的各组份有选择吸附的特性来提纯氢气。变压吸附塔内由4个吸附床并联组成，吸附压力范围为1～3MPa，吸附剂可以为活性炭，氢气回收率在92％以上。
根据本发明的具体实施例，氢气捕集装置800的可燃气出口803可以与热解装置200相连，由此，可以将氢气捕集单元中得到的可燃气返回热解装置，作为热解装置的燃料气加以利用。
参考图2，根据本发明实施例的处理生活垃圾的系统进一步包括：破碎装置900、气化装置1000、第二节能脱酸装置1100、气化气净化单元1200。
根据本发明的实施例，破碎装置900具有热解炭入口901和热解炭颗粒出口902，热解炭入口901与热解炭出口203相连，破碎装置900适于将有机垃圾热解得到的热解炭进行破碎处理，以便得到热解炭颗粒。
根据本发明的一个具体实施例，热解炭颗粒的粒径可以不高于10mm。发明人发现，通过在将热解炭进行气化处理之前，预先将热解炭破碎至该粒径，可以显著提高气化处理的效率并降低气化处理的能耗。
根据本发明的实施例，气化装置1000具有热解炭颗粒入口1001、水蒸汽入口1002、气化气出口1003和气化残渣出口1004，热解炭颗粒入口1001与热解炭颗粒出口902相连，水蒸汽入口1002与水蒸汽出口802相连，气化装置1000适于将热解炭颗粒和来自于发电单元700的水蒸气接触并进行气化处理，以便得到气化气和气化残渣。具体地，由垃圾热解得到的热解炭具有一定的燃烧热，属于低热值的能源产物，通过将热解炭在气化装置内进行气化处理，可以使热解炭转化为热值较高的气化气，而气化残渣的利用价值较低，可用作建筑材料或进行填埋处理。根据本发明的具体实施例，气化处理的温度可以为1000℃左右，由此可以有效地将热解炭转化为气化气。
根据本发明的实施例，第二节能脱酸装置1100具有助燃气入口1101和气化气入口1102、预热后助燃气出口1103和降温脱酸后气化气出口1104，气化气入口1101与气化气出口1003相连，预热后助燃气出口1103与燃料入口701相连，第二节能脱酸装置1100适于助燃气和气化气进行第二换热和脱酸处理，以便得到预热后助燃气和降温脱酸后气化气。具体地，通过采用第二节能脱酸装置1100，可以将助燃气预热至300～900℃，可以将气化气中的酸性气体浓度降至0.05v％，将气化气的温度降至350℃。需要说明的是，第二节能脱酸装置可以同于第一节能脱酸装置。
根据本发明的具体实施例，预热后助燃气出口1103可以与发电单元700的燃料入口701相连，由此可以将预热后助燃气供给至发电单元中用于发电。
根据本发明的实施例，气化气净化单元1200具有降温脱酸后气化气入口1201和净化气化气出口1202，降温脱酸后气化气入口1201与降温脱酸后气化气出口1104相连，净化气化气出口1202与燃料入口701相连，气化气净化单元1200适于将降温脱酸后气化气进行第二净化处理，以便得到净化气化气。
根据本发明的一个具体实施例，气化气净化单元1200包括依次相连的湿式除尘塔、初冷器、电捕焦油器和脱硫脱硝塔，由此，可以有效地对降温脱酸后气化气进行除尘、除焦油、脱硫以及脱硝。具体地，降温脱酸后气化气首先通过采用激冷循环水进行喷洒降温，分离成待净化的气化气和焦油，焦油经过管路输送至油水分离槽，分离成焦油和废水；待净化的气化气在湿式除尘塔中完成除尘，将降温脱酸后气化气的粉尘除去，进而将降温脱酸后气化气送入横管初冷器，采用32℃循环水和16℃制冷水的两段冷却水将降温脱酸后气化气冷却至21℃左右，随后通过两台并联同时操作的电捕焦油器，将气体中夹带的焦油除去，然后采用罗茨鼓风机将降温脱酸后气化气送至脱硫脱硝塔，完成脱硫脱硝，以便得到清洁气化气。
根据本发明的具体实施例，气化气净化单元1200的净化气化气出口1202可以与发电单元700的燃料入口701相连，由此可以将净化气化气作为发电单元的燃料加以利用。
由此，根据本发明实施例的处理生活垃圾的系统通过将生活垃圾预处理后供给至热解装置进行热解处理，以便得到高温热解油气、热解炭和热解尾气；其中，热解尾气进入二氧化碳捕集单元进行二氧化碳捕集，进而将捕集得到的二氧化碳气体供给至第一节能脱酸装置中进行换热和脱酸处理，以便将二氧化碳气体预热，预热后的二氧化碳气体进入甲烷合成单元，用于合成甲烷。同时，生活垃圾热解产生的高温热解油气进入热解油气净化单元进行净化与分离，得到热解油和热解气，热解油可以用于发电单元进行燃烧发电，热解气可以进入氢气捕集单元中进行氢气捕集，以便得到氢气和可燃气，其中氢气可以供给至甲烷合成单元，可燃气可以返回热解装置用作燃料。另一方面，生活垃圾热解产生的热解炭经过破碎装置破碎，得到热解炭颗粒，将热解炭颗粒供给至气化装置，利用发电单元中产生的水蒸气将热解炭颗粒气化为气化气，得到的气化气进入第二节能脱酸装置与助燃气进行换热和脱酸处理，得到预热后助燃气和降温脱酸后气化气，再经气化气净化单元进行净化处理，得到的净化气化气进一步可以用于发电单元发电，而预热后助燃气可以直接供给至发电单元用于发电。由此，根据本发明的实施例，该系统通过将生活垃圾热解得到的热解尾气经多步处理转化为用于合成甲烷的原料，实现了热解尾气的资源化利用，同时显著降低二氧化碳气体的排放，且生活垃圾处理产生的热解炭和高温热解油气经处理后均可加以利用，本发明的处理生活垃圾的系统具有显著的经济效益和环境效益，特别适用于技术推广和规模化生产。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种采用前面实施例的处理生活垃圾的系统处理生活垃圾的方法。
下面参考图3～4对根据本发明实施例的处理生活垃圾的方法进行详细描述，根据本发明的实施例，该方法包括：
S100：预处理
该步骤中，将生活垃圾供给至预处理单元中进行预处理，以便得到有机垃圾和无机垃圾。具体地，生活垃圾中含有部分金属、玻璃、砖块等无机物，这类无机物无法在后续热解处理中生成热解炭或热解油气等资源，且将混有无机物的生活垃圾进行热解处理还会增大热解处理的能耗并降低热解处理的效率。由此，在将生活垃圾进行热解处理之前，预先将生活垃圾中的无机物除去，可以有效地提高后续热解处理的效率并降低能耗。
根据本发明的一个具体实施例，预处理单元包括依次相连的破袋机构、滚筛机构、分选机构和破碎机构。具体地，可以通过破袋机构、滚筛机构以及分选机构处理以便除去生活垃圾中的金属、玻璃、砖块等无机物，进而通过破碎机构将生活垃圾进行破碎。根据本发明的具体实施例，可以将生活垃圾破碎至粒径不高于20mm，由此可以显著提高后续热解处理的效率。
S200：热解处理
该步骤中，将有机垃圾供给至热解装置中进行热解处理，以便得到高温热解油气、热解炭和热解尾气。
根据本发明的一个具体实施例，热解装置可以为旋转床热解炉，旋转床热解炉可以采用无热载体蓄热式旋转床，无热载体蓄热式旋转床包括旋转床热解腔室、环形炉底和分别位于环形炉底上下的蓄热式燃气辐射管燃烧器以及布料、出料等机构，蓄热式燃气辐射管燃烧器布置于环形炉壁，以热辐射的方式提供垃圾热解所需的热量。旋转床热解炉沿转动的方向依次设置有干燥区、热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区，待处理有机垃圾从干燥区进入旋转床热解炉，在旋转床热解炉各个区域的炉顶均设置有高温热解油气出口，用于收集高温热解油气，在热解反应三区的末端热解炭出口处设置有出料装置，用于收集热解炭，另外，为了使待处理有机垃圾受热均匀，炉底料板可以选用穿孔板。
S300：二氧化碳捕集
该步骤中，将热解尾气供给至二氧化碳捕集单元中，以便得到二氧化碳气体。具体地，热解尾气主要是热解装置中蓄热式辐射管燃烧产生的尾气，其主要成分是二氧化碳。
根据本发明的一个具体实施例，二氧化碳捕集单元包括依次相连的吸收塔、解吸塔、冷却器和气液分离器。具体地，来自热解装置的热解尾气经风机加压给入吸收塔，在吸收塔内与吸收剂醇胺溶液逆流接触，热解尾气中的二氧化碳被吸收剂吸收，得到富液，富液经富液泵给入解吸塔，解吸生成含有二氧化碳气体、蒸汽和雾沫的混合气体以及贫液，解吸后的二氧化碳气体经冷却器降温冷却，使得蒸汽和雾沫变为水和泡沫，进而通过气液分离器除去混合气体内的水和泡沫，得到纯度较高的二氧化碳气体。
S400：第一换热和脱酸处理
该步骤中，将二氧化碳气体和高温热解油气供给至第一节能脱酸装置中使高温热解油气和二氧化碳气体进行间接换热以及对高温热解油气进行脱酸处理，以便得到预热后二氧化碳气体和降温脱酸后热解油气。
具体地，通过采用第一节能脱酸装置，可以将高温热解油气温度降至200℃，并将其中的酸性气体浓度降至0.02v％；此外，第一节能脱酸装置兼具蓄热功能，蓄热得到的热量可以将二氧化碳捕集单元中收集得到的二氧化碳预热至100～600℃，由此可以降低后续甲烷合成单元中合成反应的能耗约10～20％。
S500：合成甲烷
该步骤中，将预热后二氧化碳气体供给至甲烷合成单元中，以便得到甲烷。具体地，根据本发明的实施例，可以先将预热后二氧化碳和氢气经合成气压缩机压至4～8MPa，再供给至甲烷合成单元，甲烷合成反应采用铜、锌、铝的氧化物中的一种或多种作为催化剂，反应压力可以为4～8MPa，反应温度可以为200～500℃，合成的粗甲烷气经过净化提纯即可得高纯甲烷。
由此，根据本发明实施例的处理生活垃圾的方法通过将生活垃圾预处理后供给至热解装置进行热解处理，以便得到高温热解油气、热解炭和热解尾气；其中，热解尾气进入二氧化碳捕集单元进行二氧化碳捕集，进而将捕集得到的二氧化碳气体供给至第一节能脱酸装置中进行换热和脱酸处理，以便将二氧化碳气体预热，预热后的二氧化碳气体进入甲烷合成单元，用于合成甲烷。由此，本申请的方法通过将生活垃圾热解得到的热解尾气经多步处理转化为用于合成甲烷的原料，实现了热解尾气的资源化利用，同时显著降低二氧化碳气体的排放，具有显著的经济效益和环境效益，特别适用于技术推广和规模化生产。
参考图4，根据本发明实施例的处理生活垃圾的方法进一步包括：
S600：第一净化处理
该步骤中，将S400得到的降温脱酸后热解油气供给至热解油气净化单元中进行第一净化处理，以便得到热解油和热解气。根据本发明的实施例，通过第一净化处理可以将热解油气中的硫化氢含量降至不高于0.01g/Nm3，粉尘含量降至不高于50mg/Nm3，苯含量降至不高于20mg g/Nm3，氯化氢含量降至不高于10mg g/Nm3，并同时将热解油气分离为热解油和热解气。
根据本发明的一个具体实施例，热解油气净化单元包括依次相连的湿式除尘塔、初冷器、电捕焦油器和脱硫脱硝塔，由此，可以有效地对降温脱酸后热解油气进行除尘、除焦油、脱硫以及脱硝。具体地，降温脱酸后热解油气首先通过采用激冷循环水进行喷洒降温，分离成待净化的热解气和焦油，焦油经过管路输送至油水分离槽，分离成焦油和废水；待净化的热解气在湿式除尘塔中完成除尘，将降温脱酸后热解气的粉尘除去，进而将降温脱酸后热解气送入横管初冷器，采用32℃循环水和16℃制冷水的两段冷却水将降温脱酸后热解气冷却至21℃左右，随后通过两台并联同时操作的电捕焦油器，将气体中夹带的焦油除去，然后采用罗茨鼓风机将降温脱酸后热解气送至脱硫脱硝塔，完成脱硫脱硝，以便得到清洁热解气。
S700：发电
该步骤中，将热解油供给至发电单元中燃烧发电，以便得到水蒸气和燃烧尾气，并将燃烧尾气供给至S300中的二氧化碳捕集单元。具体地，可以将热解油供给至发电单元的余热锅炉，在余热锅炉内与水换热或通过燃烧产生过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机驱动发电机进行发电，产生的电能并入电网，而发电单元产生的燃烧尾气可以进入二氧化碳捕集单元进行二氧化碳捕集利用。
S800：氢气捕集
该步骤中，将S600得到的热解气供给至氢气捕集单元中，以便得到氢气和可燃气，并将氢气供给至S500中的甲烷合成单元。
根据本发明的具体实施例，氢气捕集装置800包括氢气吸附塔，氢气在塔内变压吸附，氢气吸附塔利用吸附剂在不同分压下对吸附质有不同的吸附容量，并且在一定的吸附压力下，对被分离的气体混合物的各组份有选择吸附的特性来提纯氢气。变压吸附塔内由4个吸附床并联组成，吸附压力范围为1～3MPa，吸附剂可以为活性炭，氢气回收率在92％以上。
根据本发明的具体实施例，可以将氢气捕集单元中得到的可燃气返回热解装置，作为热解装置的燃料气加以利用。
S900：破碎处理
该步骤中，将热解炭供给至破碎装置中进行破碎处理，以便得到热解炭颗粒。
根据本发明的一个具体实施例，热解炭颗粒的粒径可以不高于10mm。发明人发现，通过在将热解炭进行气化处理之前，预先将热解炭破碎至该粒径，可以显著提高气化处理的效率并降低气化处理的能耗。
S1000：气化处理
该步骤中，将热解炭颗粒和S700得到的水蒸气供给至气化装置中进行气化处理，以便得到气化气和气化残渣。具体地，由垃圾热解得到的热解炭具有一定的燃烧热，属于低热值的能源产物，通过将热解炭在气化装置内进行气化处理，可以使热解炭转化为热值较高的气化气，而气化残渣的利用价值较低，可用作建筑材料或进行填埋处理。根据本发明的具体实施例，气化处理的温度可以为1000℃左右，由此可以有效地将热解炭转化为气化气。
S1100：第二换热和脱酸处理
该步骤中，将气化气和助燃气供给至第二节能脱酸装置中进行第二换热和脱酸处理，以便得到预热后助燃气和降温脱酸后气化气，并将预热后助燃气供给至S700中的发电单元。具体地，通过进行第二换热和脱酸处理，可以将助燃气预热至300～900℃，可以将气化气中的酸性气体浓度降至0.05v％，将气化气的温度降至350℃。
S1200：第二净化处理
该步骤中，将降温脱酸后气化气供给至气化气净化单元中进行第二净化处理，以便得到净化气化气，并将净化气化气供给至S700中的发电单元。
根据本发明的一个具体实施例，气化气净化单元包括依次相连的湿式除尘塔、初冷器、电捕焦油器和脱硫脱硝塔，由此，可以有效地对降温脱酸后气化气进行除尘、除焦油、脱硫以及脱硝。具体地，降温脱酸后气化气首先通过采用激冷循环水进行喷洒降温，分离成待净化的气化气和焦油，焦油经过管路输送至油水分离槽，分离成焦油和废水；待净化的气化气在湿式除尘塔中完成除尘，将降温脱酸后气化气的粉尘除去，进而将降温脱酸后气化气送入横管初冷器，采用32℃循环水和16℃制冷水的两段冷却水将降温脱酸后气化气冷却至21℃左右，随后通过两台并联同时操作的电捕焦油器，将气体中夹带的焦油除去，然后采用罗茨鼓风机将降温脱酸后气化气送至脱硫脱硝塔，完成脱硫脱硝，以便得到清洁气化气。
由此，根据本发明实施例的处理生活垃圾的方法通过将生活垃圾预处理后供给至热解装置进行热解处理，以便得到高温热解油气、热解炭和热解尾气；其中，热解尾气进入二氧化碳捕集单元进行二氧化碳捕集，进而将捕集得到的二氧化碳气体供给至第一节能脱酸装置中进行换热和脱酸处理，以便将二氧化碳气体预热，预热后的二氧化碳气体进入甲烷合成单元，用于合成甲烷。同时，生活垃圾热解产生的高温热解油气进入热解油气净化单元进行净化与分离，得到热解油和热解气，热解油可以用于发电单元进行燃烧发电，热解气可以进入氢气捕集单元中进行氢气捕集，以便得到氢气和可燃气，其中氢气可以供给至甲烷合成单元，可燃气可以返回热解装置用作燃料。另一方面，生活垃圾热解产生的热解炭经过破碎装置破碎，得到热解炭颗粒，将热解炭颗粒供给至气化装置，利用发电单元中产生的水蒸气将热解炭颗粒气化为气化气，得到的气化气进入第二节能脱酸装置与助燃气进行换热和脱酸处理，得到预热后助燃气和降温脱酸后气化气，再经气化气净化单元进行净化处理，得到的净化气化气进一步可以用于发电单元发电，而预热后助燃气可以直接供给至发电单元用于发电。由此，根据本发明的实施例，该方法通过将生活垃圾热解得到的热解尾气经多步处理转化为用于合成甲烷的原料，实现了热解尾气的资源化利用，同时显著降低二氧化碳气体的排放，且生活垃圾处理产生的热解炭和高温热解油气经处理后均可加以利用，本发明的处理生活垃圾的方法具有显著的经济效益和环境效益，特别适用于技术推广和规模化生产。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些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
待处理生活垃圾成分组成如表1：
表1生活垃圾成分组成(wt％)
| 名称 | 织物 | 塑料 | 纸 | 木竹 | 厨余 | 渣土 | 玻璃、金属 | 总计 |
| 湿基 | 10.71 | 18.02 | 11.65 | 14.78 | 17.12 | 17.67 | 10.05 | 100 |
(1)生活垃圾依次通过破袋、滚筛以及分选处理除去生活垃圾中的金属、玻璃、砖块等无机物，进而将生活垃圾进行破碎粒径不高于20mm，以便得到有机垃圾；
(2)将有机垃圾均匀布入旋转床热解炉，布料厚度100mm，在旋转床热解炉内，干燥区温度为350℃，热解区温度为800～900℃，热解时间1h，以便得到热解炭、高温热解油气和热解尾气；
其中，生活垃圾经旋转床热解炉热解产生的热解油气的主要成分、密度和热值如表2所示：
表2热解气的主要成分、密度和热值
(3)将热解尾气供给至二氧化碳捕集单元中，以便进行二氧化碳捕集，得到二氧化碳气体；采用二氧化碳捕集单元回收二氧化碳气体，二氧化碳气体的回收率可达90％以上，纯度可达98％以上，达到作为低阶煤气化剂的要求；
(4)将二氧化碳气体和高温热解油气供给至第一节能脱酸装置中进行换热和脱酸处理，以便得到预热后二氧化碳气体和降温脱酸后热解油气；
(5)将预热后二氧化碳气体和氢气供给甲烷合成单元中，以便利用二氧化碳和氢气合成得到甲烷；采用二氧化碳和氢气作为原料制备甲烷，催化剂为反应压力6.7MPa，反应温度350℃，气化气流量6500m3/h，可制得甲烷1500m3/h，甲烷提纯后纯度达到97％以上。
(6)将步骤(4)得到的降温脱酸后热解油气供给至热解油气净化单元中进行净化处理，以便得到热解油和热解气；
(7)将热解油供给至发电单元中燃烧发电，以便得到水蒸汽和燃烧尾气，并将燃烧尾气供给至步骤(3)中的二氧化碳捕集单元；
其中，步骤(2)中的热解尾气与步骤(7)中的燃烧尾气的成分如表3所示：
表3热解尾气和燃烧尾气的成分
(8)将步骤(6)得到的热解气供给至氢气捕集单元中，以便得到氢气和可燃气，并将氢气供给至步骤(5)中的甲烷合成单元用于合成甲烷；其中，氢气捕集率可达90％以上，捕集得到的氢气纯度可达94％以上；
(9)将步骤(2)得到的热解炭供给至破碎装置中进行破碎处理，以便得到热解炭颗粒；
(10)将热解炭颗粒和步骤(7)得到的水蒸汽供给至气化装置中进行气化处理，以便得到气化气和气化残渣；气化处理中热解炭颗粒的转化率达97％以上，得到的气化气热值达2670Kcal/Nm3，气化气的成分如表4所示：
表4气化气组成、密度及热值
(11)将气化气和助燃气供给至第二节能脱酸装置中进行换热和脱酸处理，以便得到预热后助燃气和降温脱酸后气化气，并将预热后助燃气供给至步骤(7)中的发电单元；
(12)将降温脱酸后气化气供给至气化气净化单元中进行净化处理，以便得到净化气化气，并将净化气化气供给步骤(7)中的发电单元；
(13)将步骤(8)得到的可燃气供给至步骤(2)中的热解装置作为燃料使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种处理生活垃圾的系统，其特征在于，包括：
预处理单元，所述预处理单元具有生活垃圾入口、有机垃圾出口和无机垃圾出口；
热解装置，所述热解装置具有有机垃圾入口、高温热解油气出口、热解炭出口和热解尾气出口，所述有机垃圾入口与所述有机垃圾出口相连；
二氧化碳捕集单元，所述二氧化碳捕集单元具有尾气入口和二氧化碳气体出口，所述尾气入口与所述热解尾气出口相连；
第一节能脱酸装置，所述第一节能脱酸装置高温热解油气入口、二氧化碳气体入口、降温脱酸后热解油气出口和预热后二氧化碳气体出口，所述二氧化碳气体入口与所述二氧化碳气体出口相连，所述高温热解油气入口与所述高温热解油气出口相连；
甲烷合成单元，所述甲烷合成单元具有预热后二氧化碳入口、氢气入口和甲烷出口，所述预热后二氧化碳入口与所述预热后二氧化碳出口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：
热解油气净化单元，所述热解油气净化单元具有降温脱酸后热解油气入口、热解油出口和热解气出口，所述降温脱酸后热解油气入口与所述降温脱酸后热解油气出口相连；
发电单元，所述发电单元具有燃料入口、水蒸汽出口和燃烧尾气出口，所述燃料入口与所述热解油出口相连，所述燃烧尾气出口与所述尾气入口相连。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，进一步包括：
氢气捕集单元，所述氢气捕集单元具有热解气入口、氢气出口和可燃气出口，所述热解气入口与所述热解气出口相连，所述氢气出口与所述氢气入口相连。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，进一步包括：
破碎装置，所述破碎装置具有热解炭入口和热解炭颗粒出口，所述热解炭入口与所述热解炭出口相连；
气化装置，所述气化装置具有热解炭颗粒入口、水蒸汽入口、气化气出口和气化残渣出口，所述热解炭颗粒入口与所述热解炭颗粒出口相连，所述水蒸汽入口与所述水蒸汽出口相连；
第二节能脱酸装置，所述第二节能脱酸装置具有助燃气入口、气化气入口、预热后助燃气出口和降温脱酸后气化气出口，所述气化气入口与所述气化气出口相连，所述预热后助燃气出口与所述燃料入口相连；
气化气净化单元，所述气化气净化单元具有降温脱酸后气化气入口和净化气化气出口，所述降温脱酸后气化气入口与所述降温脱酸后气化气出口相连，所述净化气化气出口与所述燃料入口相连。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述可燃气出口与所述热解装置相连。
6.一种采用权利要求1～5中任一项所述的系统处理生活垃圾的方法，其特征在于，包括：
(1)将生活垃圾供给至所述预处理单元中进行预处理，以便得到有机垃圾和无机垃圾；
(2)将所述有机垃圾供给至所述热解装置中进行热解处理，以便得到高温热解油气、热解炭和热解尾气；
(3)将所述热解尾气供给至所述二氧化碳捕集单元中，以便得到二氧化碳气体；
(4)将所述二氧化碳气体和所述高温热解油气供给至所述第一节能脱酸装置中进行换热和脱酸处理，以便得到预热后二氧化碳气体和降温脱酸后热解油气；
(5)将所述预热后二氧化碳气体和氢气供给所述甲烷合成单元中，以便得到甲烷。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：
(6)将步骤(4)得到的所述降温脱酸后热解油气供给至所述热解油气净化单元中进行净化处理，以便得到热解油和热解气；
(7)将所述热解油供给至所述发电单元中燃烧发电，以便得到水蒸汽和燃烧尾气，并将所述燃烧尾气供给至步骤(3)中的所述二氧化碳捕集单元。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，进一步包括：
(8)将步骤(6)得到的所述热解气供给至所述氢气捕集单元中，以便得到氢气和可燃气，并将所述氢气供给至步骤(5)中的所述甲烷合成单元。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：
(9)将步骤(2)得到的所述热解炭供给至所述破碎装置中进行破碎处理，以便得到热解炭颗粒；
(10)将所述热解炭颗粒和步骤(7)得到的所述水蒸汽供给至所述气化装置中进行气化处理，以便得到气化气和气化残渣；
(11)将所述气化气和助燃气供给至所述第二节能脱酸装置中进行换热和脱酸处理，以便得到预热后助燃气和降温脱酸后气化气，并将所述预热后助燃气供给至步骤(7)中的所述发电单元；
(12)将所述降温脱酸后气化气供给至所述气化气净化单元中进行净化处理，以便得到净化气化气，并将所述净化气化气供给步骤(7)中的所述发电单元。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：
(13)将步骤(8)得到的所述可燃气供给至步骤(2)中的所述热解装置作为燃料使用。
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