CN107162373A - 一种基于碳化热解技术的猪粪综合利用方法 - Google Patents

一种基于碳化热解技术的猪粪综合利用方法 Download PDF

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黄伟萱
陈白云
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    • Y02W10/40—Valorisation of by-products of wastewater, sewage or sludge processing

Abstract

本发明提供一种基于碳化热解技术的猪粪综合利用方法，通过猪粪多级烘干、猪粪碳化热解、烟气处理等方法处理，使得猪粪在炉内干燥热解、高温热解气化和对烟气的再次热解气化（出口烟气＞850℃）、延长烟气在炉内停滞时间（两秒以上），整个热解过程中能有效抑制PCDDs/PCDFs类有害物质的产生，通过对高温烟气的急冷降温有效的避免“二噁英”的再合成、脱硫塔、消烟塔吸附、冷凝器液化等主要措施都投入到了工艺线上，可确保达到现行国家烟尘排放标准。

Description

一种基于碳化热解技术的猪粪综合利用方法
技术领域
本发明属于生物处理领域，具体涉及一种基于碳化热解技术的猪粪综合利用方法。
背景技术
生猪养殖业规模化、集约化的发展导致猪粪便大量集中产生。据估算2011年全国鲜猪粪量约为9.22亿吨。而且这一数字还将逐年递增。大量排放的猪粪便，不但会释放恶臭液体、固体和气体，同时还携带病原微生物，抗生素和重金属等物质，未经处理或处理不达标排放至环境中会引发多种环境问题。
猪粪便处理利用最大的问题是它们含水量很高、气味难闻，处理过程中氨态氮容易大量挥发损失，无害化、资源化和综合利用畜禽粪便处理利用的基本方向。目前，国内主要有如下两种猪粪便处理方法：（1）堆肥还田。自然堆放或通过消毒后直接还田，但该方法占用场地大、容纳有限，且猪粪便施用太多会导致耕地负荷粪便过载，造成土壤污染和作物减产。（2）沼气处理。利用沼气池处理猪粪占用场地大且沼渣处理较难。基于现代技术的猪粪便新型处理技术主要有生化处理技术和热化学处理技术两大类。对畜禽粪便采用生化处理方式，如沼气工程、燃料乙醇，这类处理方式有处理效率低、容易造成二次污染、存在技术瓶颈等问题。热化学处理技术通常高温进行，较少存在这些问题，通过热化学处理，猪粪便可快速转化为高品质的生物质燃料，热效率高，不会对环境造成二次污染，是当前较为理想的猪粪便处理模式，具有良好的实用性和广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种猪粪便可持续资源化循环处理和利用的模式。猪粪热解碳化工艺系统有着高效节能的显著优势，是一种对环境较好的热解炉型。同往复式排炉和流化床热解炉相比，它具有热解效率高、适应性较强、烟尘原始排放浓度低、NOx等排放量少、能耗低，热灼减量低等特点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
该工艺主要由猪粪多级烘干、猪粪碳化热解和烟气处理三部分组成，如图1。
(1) 猪粪多级烘干
猪粪由运输车输送到猪粪贮坑，首先进行计量，然后再由运输带传至猪粪烘干机热解炉，经双辊给料机入热解炉,均匀、松散地布撒在热解炉炉排上。在热解炉内猪粪自上而下经过一级烘干机干燥、二级烘干机干燥。
（2）猪粪碳化热解
猪粪经过一级、二级烘干机干燥后，进行碳化热解气化，使其中有机可燃成份高温碳化成高燃值碳化颗粒，无机不可燃组分则在高温下烧结形成稳定的固态残渣，用来生产免烧型建材产品（如广场地面砖、路缘石等）；热解炉正常运行时，主炉膛温度控制在750～900℃，二燃室温度控制在860～1150℃，避免因温度过高而产生较多氮氧化物，同时将猪粪热解后产生烟气温度控制在850～1000且在炉内停留时间在2-15秒，以促使可能存在的二噁英类（PCDDs/PCDFs）有害物质充分分解；
猪粪碳化热解后的渗滤液通过猪粪贮存底部的通道汇集到污水井，由污水泵抽出加压喷洒到热源主炉脱水、热解处理，以免造成渗滤液污水对环境的二次污染；由于本系统采用的是半干法烟气净化方式，因此，整个生产过程中无废水排放。
（3）烟气处理
猪粪多级烘干过程中经排烟口排出的温度在840-860℃高温烟气通过除尘器和脱硫塔、消烟塔、冷凝器，使烟气温度迅速降低至190-210℃，以避免二噁英类（PCDDs/PCDFs）有害物质的低温再合成，烟气经上述净化系统处理后可确保达标排放。
猪粪碳化热解步骤中所产的烟气经除尘器，然后经过焦油提取和木醋提取后，进入冷凝器液化，再次进入碳化热解炉的副炉进行二次燃烧，剩余废气循环进入二级烘干机，重复封闭无害化处理，使有毒有害的物质彻底得到分解。
猪粪在一级烘干机经80℃～90℃高温烘干45～60分钟除去大部分水分，二级烘干机烘干的温度为105～110℃，烘干时间为30～40分钟，猪粪含水量降至1%以下。
焦油提取方法:170℃前的馏分为轻油;170～210℃的馏分主要为酚油；210～230℃的馏分主要为萘油；230～300℃的馏分主要为洗油；280～360℃的馏分主要为一蒽油；二蒽油馏分初馏点为310℃，馏出50％时为400℃；再将各馏分混合得到焦油；木醋提取是将烟气隔绝空气加热至350-400℃，馏出成分冷却收集即得木醋。
为防止猪粪在贮存过程中产生的腐臭气等有害气体外逸污染环境，除对猪粪贮存作业点采取全封闭措施外，同时将这些空间的空气抽出作为助燃空气进入热解炉，使这些空间形成负压，从而杜绝臭气外逸。
本发明的优点在于：
（1）热解气化炉对猪粪适应性，猪粪投入热解前只需进行烘干脱水，不必配备完整猪粪预处理系统，对猪粪实现了“三化”处理。
（2）热解气化炉完全利用猪粪自身热值热解，能直接燃烧不低于1000kcal/kg、含水率≤50%的猪粪，对猪粪含水率适用范围极广。
（3）热解气化技术与火床炉燃烧原理有机结合，热效率高，余热利用充分。优良的保温技术确保猪粪在高温热解中形成碳化颗粒，同时产生的高温烟气（≥850℃），通过脱硫，除尘和冷凝可利用回收。
（4）环保工艺完善，烟气治理手段成熟。猪粪在炉内干燥热解、高温热解气化和对烟气的再次热解气化（出口烟气＞850℃）、延长烟气在炉内停滞时间（两秒以上），整个热解过程中能有效抑制PCDDs/PCDFs类有害物质的产生，通过对高温烟气的急冷降温有效的避免“二噁英”的再合成、脱硫塔、消烟塔吸附、冷凝器液化等主要措施都投入到了工艺线上，可确保达到现行国家烟尘排放标准。
（5）猪粪经本套热解炉高温热解气化后形成的碳化颗粒灼热减率<3%，碳化颗粒具有较高的活性（可做活性炭材料），是优良的吸附剂，也可以用作产生高能值热源的原料。
（6）减容效果好，消毒、除臭彻底，处理效率高。
（7）整套工艺生产过程中无污水产生，可实现污水零排放。
（9）建设投资及投运后猪粪处理成本优势明显。这些优势来源于该热解系统结构紧凑、工艺简便、附属设施精简、自动化程度高、主要设备国产化等特点，热解气化厂占地面积小。
附图说明
图1 猪粪碳化制粒工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
该工艺主要由猪粪多级烘干、猪粪碳化热解和烟气处理三部分组成，如图1。
(1) 猪粪多级烘干
猪粪由运输车输送到猪粪贮坑，首先进行计量，然后再由运输带传至猪粪烘干机热解炉，经双辊给料机入热解炉,以及均匀、松散地布撒在热解炉炉排上。在热解炉内猪粪自上而下经过一级烘干机干燥、二级烘干机干燥。猪粪在一级烘干机经90℃高温烘干50分钟除去大部分水分，二级烘干机烘干的温度为110℃，烘干时间为40分钟，猪粪含水量降至1%以下。
（2）猪粪碳化热解
猪粪经过一级、二级烘干机干燥后，进行碳化热解气化，使其中有机可燃成份高温碳化成高燃值碳化颗粒，无机不可燃组分则在高温下烧结形成稳定的固态残渣，用来生产免烧型建材产品（如广场地面砖、路缘石等）；热解炉正常运行时，主炉膛温度控制在850℃，二燃室温度控制在1000℃，避免因温度过高而产生较多氮氧化物，同时将猪粪热解后产生烟气温度控制在900℃且在炉内停留时间在5秒，以促使可能存在的二噁英类（PCDDs/PCDFs）有害物质充分分解；
猪粪的渗滤液通过猪粪贮存底部的通道汇集到污水井，由污水泵抽出加压喷洒到热源主炉脱水、热解处理，以免造成渗滤液污水对环境的二次污染；由于本系统采用的是半干法烟气净化方式，因此，整个生产过程中无废水排放。
（3）烟气处理
猪粪多级烘干过程中经排烟口排出的温度在850℃高温烟气通过除尘器和脱硫塔、消烟塔、冷凝器，使烟气温度迅速降低至200℃，以避免二噁英类（PCDDs/PCDFs）有害物质的低温再合成，烟气经上述净化系统处理后可确保达标排放。
猪粪碳化热解步骤中所产的挥发性混合气体经除尘器进入焦油提取装置和木醋提取装置提取后，进入冷凝器液化，再次进入碳化热解副炉进行二次燃烧，剩余废气循环进入二级烘干机，重复封闭无害化处理，使有毒有害的物质彻底得到分解。
焦油提取方法:170℃前的馏分为轻油;170～210℃的馏分主要为酚油；210～230℃的馏分主要为萘油；230～300℃的馏分主要为洗油；280～360℃的馏分主要为一蒽油；二蒽油馏分初馏点为310℃，馏出50％时为400℃；再将各馏分混合得到焦油；木醋提取是将烟气隔绝空气加热至400℃，馏出成分冷却收集即得木醋。
实施例2
该工艺主要由猪粪多级烘干、猪粪碳化热解和烟气处理三部分组成，如图1。
(1) 猪粪多级烘干
猪粪由运输车输送到猪粪贮坑，首先进行计量，然后再由运输带传至猪粪烘干机热解炉，经双辊给料机入热解炉,以及均匀、松散地布撒在热解炉炉排上。在热解炉内猪粪自上而下经过一级烘干机干燥、二级烘干机干燥。猪粪在一级烘干机经80℃高温烘干45分钟除去大部分水分，二级烘干机烘干的温度为105℃，烘干时间为30分钟，猪粪含水量降至1%以下。
（2）猪粪碳化热解
猪粪经过一级、二级烘干机干燥后，进行碳化热解气化，使其中有机可燃成份高温碳化成高燃值碳化颗粒，无机不可燃组分则在高温下烧结形成稳定的固态残渣，用来生产免烧型建材产品（如广场地面砖、路缘石等）；热解炉正常运行时，主炉膛温度控制在900℃，二燃室温度控制在1150℃，避免因温度过高而产生较多氮氧化物，同时将猪粪热解后产生烟气温度控制在850℃且在炉内停留时间在15秒，以促使可能存在的二噁英类（PCDDs/PCDFs）有害物质充分分解；
猪粪的渗滤液通过猪粪贮存底部的通道汇集到污水井，由污水泵抽出加压喷洒到热源主炉脱水、热解处理，以免造成渗滤液污水对环境的二次污染；由于本系统采用的是半干法烟气净化方式，因此，整个生产过程中无废水排放。
（3）烟气处理
猪粪多级烘干过程中经排烟口排出的温度在845℃高温烟气通过除尘器和脱硫塔、消烟塔、冷凝器，使烟气温度迅速降低至190℃，以避免二噁英类（PCDDs/PCDFs）有害物质的低温再合成，烟气经上述净化系统处理后可确保达标排放。
猪粪碳化热解步骤中所产的烟气经除尘器进入焦油提取装置和木醋提取装置提取后，进入冷凝器液化，再次进入碳化热解炉的副炉进行二次燃烧，剩余废气循环进入二级烘干机，重复封闭无害化处理，使有毒有害的物质彻底得到分解。
焦油提取方法:170℃前的馏分为轻油;170～210℃的馏分主要为酚油；210～230℃的馏分主要为萘油；230～300℃的馏分主要为洗油；280～360℃的馏分主要为一蒽油；二蒽油馏分初馏点为310℃，馏出50％时为400℃；再将各馏分混合得到焦油；木醋提取是将烟气隔绝空气加热至350℃，馏出成分冷却收集即得木醋。
实施例3
猪粪便为福州近郊某生猪养殖场提供。经自然风干至含水率约45%左右，由运输车输送到猪粪贮坑，称取约1000吨猪粪，分批次由运输带传至猪粪烘干机热解炉，经双辊给料机入热解炉,均匀、松散地布撒在热解炉炉排上。在热解炉内猪粪自上而下进行一级烘干干燥、二级烘干干燥。所产生的高温烟气（845℃）经排烟口排出，通过除尘器、脱硫塔和消烟塔，进入冷凝器，使烟气温度迅速降低至200℃，可达标排放到大气中。烘干的粪便进入碳化热解系统，主炉膛温度控制在900℃，二燃室温度控制在1000℃，得到高燃值碳化颗粒和固态残渣，猪粪热解后产生的烟气温度控制在950℃且在炉内停留10秒，挥发性混合气体再经除尘器进入焦油提取装置和木醋提取装置提取后，进入冷凝器液化，再次进入碳化热解副炉进行二次燃烧，剩余废气循环进入二级烘干机，重复封闭无害化处理。达标排放到大气中。
上述整个生产过程中无废水产生。烟气经净化系统处理后可达标排放到大气中。
表1 污染物排放指标要求
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种基于碳化热解技术的猪粪综合利用方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1) 猪粪多级烘干
猪粪由运输车输送到猪粪贮坑，首先进行计量，然后再由运输带传至猪粪烘干机，经双辊给料机入热解炉,均匀、松散地布撒在热解炉炉排上，在热解炉内猪粪自上而下经过一级烘干机干燥、二级烘干机干燥；
（2）猪粪碳化热解
猪粪经过一级、二级烘干机干燥后，进行碳化热解气化，使其中有机可燃成份高温碳化成高燃值碳化颗粒，无机不可燃组分则在高温下烧结形成稳定的固态残渣，用来生产免烧型建材产品；热解炉正常运行时，主炉膛温度控制在750～900℃，二燃室温度控制在860～1150℃，避免因温度过高而产生较多氮氧化物，同时将猪粪碳化热解后产生烟气温度控制在850～1000℃且在炉内停留时间在2～15秒，以促使可能存在的二噁英类有害物质充分分解；
猪粪的渗滤液通过猪粪贮存底部的通道汇集到污水井，由污水泵抽出加压喷洒到热源主炉脱水、热解处理，以免造成渗滤液污水对环境的二次污染；本系统采用的是半干法烟气净化方式，整个生产过程中无废水排放；
（3）烟气处理
猪粪多级烘干过程中经排烟口排出的温度为840-860℃高温烟气，通过除尘器和脱硫塔、消烟塔、冷凝器，使烟气温度迅速降低至190-210℃，以避免二噁英类有害物质低温再合成，烟气经处理后达标排放；
猪粪碳化热解步骤中所产的烟气经除尘器除尘，进行焦油提取和木醋提取，提取后，进入冷凝器液化，再次进入碳化热解炉的副炉进行二次燃烧，剩余废气循环进入二级烘干机中，重复封闭无害化处理，使有毒有害的物质彻底得到分解。
2.根据权利要求1所述的一种基于碳化热解技术的猪粪综合利用方法，其特征在于：猪粪在一级烘干机经80℃～90℃高温烘干45～60分钟除去大部分水分，二级烘干机烘干的温度为105～110℃，烘干时间为30～40分钟，猪粪含水量降至1%以下。
3.根据权利要求1所述的一种基于碳化热解技术的猪粪综合利用方法，其特征在于：焦油提取方法:170℃前的馏分为轻油;170～210℃的馏分主要为酚油；210～230℃的馏分主要为萘油；230～300℃的馏分主要为洗油；280～360℃的馏分主要为一蒽油；二蒽油馏分初馏点为310℃，馏出50％时为400℃；再将各馏分混合得到焦油；木醋提取是将烟气隔绝空气加热至350-400℃，馏出成分冷却收集即得木醋。
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