CN114308981B - 一种超临界水处理湿垃圾多联产综合利用系统及处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超临界水处理湿垃圾多联产综合利用系统及处理工艺，该系统包括：液肥产出单元，用于将湿垃圾中的液体转化为高品质液肥，包括湿垃圾湿液供给支路和超临界水供给支路；商品油产出单元，用于将湿垃圾中的固体转化为商品油，包括油相供给支路和固相供给支路；所述的湿垃圾湿液供给支路和超临界水供给支路交叠于高温冲淋装置(2)和氧化反应器(24)；所述的液肥产出单元还包括渗滤液收集器(6)。与现有技术相比，本发明将超临界水、湿垃圾固相干馏炉、瓦斯燃烧炉、半焦燃烧炉与一级高压螺旋式换热器有机结合，实现湿垃圾废弃物的科学、高效、综合利用。

Description

一种超临界水处理湿垃圾多联产综合利用系统及处理工艺

技术领域

本发明涉及生物质资源综合利用技术领域，具体涉及一种超临界水处理湿垃圾多联产综合利用系统及处理工艺。

背景技术

随着我国经济的发展和人民生活水平的改善，人们越来越认识到对环境和不可再生能源保护的重要性。同时，城市有机垃圾也随着人们生活水平的提高而增加，自1979年以来，我国的城市垃圾平均以每年8.98％的速度增长。与日俱增的生活垃圾已成为困扰经济发展和环境治理的重大问题。因此，如何将垃圾变废为宝、实现垃圾的资源化循环利用，是现代化城市管理中的一个重要课题。

专利CN 206828339U公开了一种超临界水处理市政污泥的装置，该装置将市政污泥处理过后，减少了垃圾的污染，充分地节能降耗，但工艺较为复杂，且没有产生很多有效利用的产物；专利CN 105295982A公开了一种油页岩伴生物质多联产综合利用系统及工艺，该系统将生物质与油页岩混合干馏，实现油页岩的综合利用，但可能会出现二次裂解，以此降低了热解油的品质与产量。此外，上述专利均采用固体废弃物以及瓦斯循环实现热量回收再利用，对于废气以及半焦的综合利用未见报道。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种将超临界水、湿垃圾固相干馏炉、瓦斯燃烧炉、半焦燃烧炉与一级高压螺旋式换热器有机结合，实现湿垃圾废弃物的科学、高效、综合利用的超临界水处理湿垃圾多联产综合利用系统及处理工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种超临界水处理湿垃圾多联产综合利用系统，该系统包括：

液肥产出单元，用于将湿垃圾中的液体转化为高品质液肥，包括湿垃圾湿液供给支路和超临界水供给支路；

商品油产出单元，用于将湿垃圾中的固体转化为商品油，包括油相供给支路和固相供给支路；

所述的湿垃圾湿液供给支路和超临界水供给支路交叠于高温冲淋装置和氧化反应器；所述的液肥产出单元还包括渗滤液收集器；

所述的油相供给支路和固相供给支路交叠于高温冲淋装置和固体收集器；所述的商品油产出单元还包括湿垃圾固相干馏炉和产品收集装置。所述的高温冲淋装置内含有渗透传送带。

进一步地，所述的湿垃圾湿液供给支路包括依次相连的湿垃圾给料机、将湿垃圾固液分离的高温冲淋装置、一级油水分离器、渗滤液泵机、蒸发器、渗滤液收集器、氧化反应器和高品质液肥收集器，所述一级油水分离器的水相出口端与渗滤液泵机相连；所述蒸发器的重组分出口端与渗滤液收集器相连；

所述的超临界水供给支路包括依次相连的高温冲淋装置、破碎机、干燥箱、水箱、一级高压螺旋式换热器和氧化反应器，所述干燥箱的轻组分出口端与水箱相连；

所述蒸发器的轻组分出口端与水箱相连。

进一步地，所述的油相供给支路包括依次相连的高温冲淋装置、一级油水分离器和固体收集器，所述一级油水分离器的油相出口端与固体收集器相连；

所述的固相供给支路包括依次相连的高温冲淋装置、破碎机、干燥箱和固体收集器，所述干燥箱的重组分出口端与固体收集器。

进一步地，所述的产品收集装置包括分别与湿垃圾固相干馏炉相连的瓦斯气收集器、液相收集器和半焦燃烧炉、氨气储存罐和硫化氢储存罐；产品收集装置与湿垃圾固相干馏炉之间还设有气体分离及输送装置；

所述的液相收集器依次与二级油水分离器和商品油收集器相连，所述二级油水分离器的水相出口端与水箱相连，所述二级油水分离器的油相出口端与商品油收集器相连。

进一步地，该系统包括供热单元；该供热单元包括用于向湿垃圾固相干馏炉供热的瓦斯气燃烧炉，向一级高压螺旋式换热器供热的半焦燃烧炉以及对蒸发器产生的蒸汽进行加热的二级换热器；

瓦斯气收集器通过所述的瓦斯气燃烧炉与湿垃圾固相干馏炉相连；

所述的半焦燃烧炉与灰分收集器相连，半焦燃烧炉与一级高压螺旋式换热器和二级换热器依次相连，所述蒸发器的轻组分出口端与高温冲淋装置相连。

整个系统中的热量都为闭环，无需外界提供热量，湿垃圾固相干馏炉的热量由瓦斯气燃烧提供，一级高压螺旋式换热器的高温烟气由半焦燃烧提供。

半焦燃烧炉产生的烟气经一级高压螺旋式换热器后，低温烟气通入二级换热器与蒸发器蒸发出的蒸汽换热，产生高温蒸汽，通入高温冲淋装置，形成闭合热量耦合系统。另外，干燥箱间接利用换热器换热的余热进行持续的低温干燥，完成热量耦合。

一种基于如上所述超临界水处理湿垃圾多联产综合利用系统的处理工艺，该处理工艺包括以下步骤：

(a)湿垃圾给料机中的湿垃圾经高温冲淋装置后渗透带分离，固体进入破碎机，液体经一级油水分离器静置分层，上层油组分进入固体收集器，下层泔水液经渗滤液泵机泵入蒸发器后进入渗滤液收集器；

(b)破碎机中的固体经干燥箱干燥后进入固体收集器，干燥时产生的水分进入水箱中，蒸发器产生的水分一部分进入水箱中，另一部分回流至高温冲淋装置；

(c)将固体收集器收集的混合物送入湿垃圾固相干馏炉进行干馏；生成半焦、液相产物和瓦斯不凝气，半焦收集至半焦燃烧炉进行燃烧，液相产物经二级油水分离器分离，分别送入商品油收集器和水箱中，气体产物进入气体分离及输送装置中；商品油进行收集后，可作为工业或商业用田；

(d)半焦燃烧炉燃烧产生的高温烟气供给一级高压螺旋式换热器和二级换热器作为热源，产生的灰分进入到灰分收集器；

(e)水箱中的水经一级高压螺旋式换热器加热后通过精密地控制温度及压力形成超临界水，通入到氧化反应器中，并在氧化反应器中与通入的高压氧气一起分解来自渗滤液收集器渗滤液，产物通入到高品质液肥收集器中。

进一步地，气体产物进入气体分离及输送装置后，对湿垃圾固相干馏炉产生的含有瓦斯的气体产物进行分离，分离出的氨气进入氨气储存罐，分离出的硫化氢进入硫化氢储存罐，分离出的瓦斯进入瓦斯气收集器中，瓦斯气收集器中的瓦斯部分进入瓦斯气燃烧炉中进行燃烧，产生的高温烟气为湿垃圾固相干馏炉提供热源。

不难看出，有毒有害气体收集罐包括但不限于氨气储存罐和硫化氢储存罐。使得湿垃圾固相干馏炉后产生的含有瓦斯的气体产物进行分离，分离出的有毒有害气体进入有毒有害气体收集罐，分离出的氨气、硫化氢等气体也可作它用，从而实现了生物质干馏废气的资源化利用，有效减少了环境污染。

进一步地，所述干燥箱中的干燥温度为102-108℃。

进一步地，所述湿垃圾给料机中的湿垃圾在处理前被研磨为粒径为10-30mm的颗粒。以20mm左右为佳，主要是为了适用于干馏炉干馏，同时克服后续湿垃圾产生的半焦进入半焦燃烧炉燃烧过程中需要进一步破碎的问题。

进一步地，所述半焦燃烧炉中的运行温度为850-900℃。以有效控制NO_x的生成排放，且有利于保持灰渣的活性，使得燃烧后的灰渣中底灰和飞灰含量小于2％，可以直接作为建材原料，进而通过作为建材原料制作砖块、水泥等高附加值产品以得到充分利用，从而实现了半焦、灰分的资源化利用，且有效减少了环境污染。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明将湿垃圾干馏炉产生的半焦送入半焦燃烧炉中进行燃烧，通过燃烧充分利用了湿垃圾干馏产生的半焦内部的热量，然后半焦在半焦燃烧炉中燃烧产生的高温烟气通入一级高压螺旋式换热器产生超临界水，由超临界水和高压氧气去分解渗滤液，得到所需的高品质液肥，实现了固体半焦废弃物和废气的资源化利用，有效减少了环境污染；

(2)本发明将湿垃圾固相干馏炉、瓦斯燃烧器与半焦燃烧炉有机结合为一体，湿垃圾固相干馏炉所需的热载体直接源于瓦斯燃烧器烟气加热的循环瓦斯，半焦燃烧炉的燃料源于湿垃圾干馏后的半焦，实现了湿垃圾干馏炼油与燃烧室供热同步进行；

(3)本发明中，整个系统及方法对原料的适应性广，且综合利用程度高，既能用于贫矿，也可用于富矿，既可用于秸秆等农作废弃物的资源化利用，也适用于海藻等其他生物质的综合利用；

(4)本发明中，整个系统及方法湿垃圾干馏产油率较高，避免了固体废弃物半焦和热解气对环境的污染问题，最终实现生物质的洁净、高效利用。

附图说明

图1为实施例中湿垃圾多联产综合利用系统；

图中标号所示：湿垃圾给料机1、高温冲淋装置2、一级油水分离器3、渗滤液泵机4、蒸发器5、渗滤液收集器6、破碎机7、干燥箱8、高品质液肥收集器9、湿垃圾固相干馏炉10、瓦斯气收集器11、液相收集器12、半焦燃烧炉13、瓦斯气燃烧炉14、二级油水分离器15、商品油收集器16、灰分收集器17、水箱18、一级高压螺旋式换热器19、二级换热器20、固体收集器21、氨气储存罐22、硫化氢储存罐23、氧化反应器24。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

一种超临界水处理湿垃圾多联产综合利用系统，如图1，该系统包括：液肥产出单元，用于将湿垃圾中的液体转化为高品质液肥，包括湿垃圾湿液供给支路和超临界水供给支路；商品油产出单元，用于将湿垃圾中的固体转化为商品油，包括油相供给支路和固相供给支路；

湿垃圾湿液供给支路和超临界水供给支路交叠于高温冲淋装置2和氧化反应器24；液肥产出单元还包括渗滤液收集器6；油相供给支路和固相供给支路交叠于高温冲淋装置2和固体收集器21；商品油产出单元还包括湿垃圾固相干馏炉10和产品收集装置。高温冲淋装置2内含有渗透传送带。

湿垃圾湿液供给支路包括依次相连的湿垃圾给料机1、将湿垃圾固液分离的高温冲淋装置2、一级油水分离器3、渗滤液泵机4、蒸发器5、渗滤液收集器6、氧化反应器24和高品质液肥收集器9，一级油水分离器3的水相出口端与渗滤液泵机4相连；蒸发器5的重组分出口端与渗滤液收集器6相连；

超临界水供给支路包括依次相连的高温冲淋装置2、破碎机7、干燥箱8、水箱18、一级高压螺旋式换热器19和氧化反应器24，干燥箱8的轻组分出口端与水箱18相连；蒸发器5的轻组分出口端与水箱18相连。油相供给支路包括依次相连的高温冲淋装置2、一级油水分离器3和固体收集器21，一级油水分离器3的油相出口端与固体收集器21相连；固相供给支路包括依次相连的高温冲淋装置2、破碎机7、干燥箱8和固体收集器21，干燥箱8的重组分出口端与固体收集器21。

产品收集装置包括分别与湿垃圾固相干馏炉10相连的瓦斯气收集器11、液相收集器12和半焦燃烧炉13、氨气储存罐22和硫化氢储存罐23；产品收集装置与湿垃圾固相干馏炉10之间还设有气体分离及输送装置；液相收集器12依次与二级油水分离器15和商品油收集器16相连，二级油水分离器15的水相出口端与水箱18相连，二级油水分离器15的油相出口端与商品油收集器16相连。

该系统包括供热单元；该供热单元包括用于向湿垃圾固相干馏炉10供热的瓦斯气燃烧炉14，向一级高压螺旋式换热器19供热的半焦燃烧炉13以及对蒸发器5产生的蒸汽进行加热的二级换热器20；瓦斯气收集器11通过瓦斯气燃烧炉14与湿垃圾固相干馏炉10相连；半焦燃烧炉13与灰分收集器17相连，半焦燃烧炉13与一级高压螺旋式换热器19和二级换热器20依次相连，蒸发器5的轻组分出口端与高温冲淋装置2相连。

整个系统中的热量都为闭环，无需外界提供热量，湿垃圾固相干馏炉10的热量由瓦斯气燃烧提供，一级高压螺旋式换热器19的高温烟气由半焦燃烧提供。

半焦燃烧炉13产生的烟气经一级高压螺旋式换热器19后，低温烟气通入二级换热器20与蒸发器5蒸发出的蒸汽换热，产生高温蒸汽，通入高温冲淋装置2，形成闭合热量耦合系统。另外，干燥箱8间接利用换热器换热的余热进行持续的低温干燥，完成热量耦合。

一种基于如上超临界水处理湿垃圾多联产综合利用系统的处理工艺，该处理工艺包括以下步骤：

(a)湿垃圾给料机1中的湿垃圾经高温冲淋装置2后渗透带分离，固体进入破碎机7，液体经一级油水分离器3静置分层，上层油组分进入固体收集器21，下层泔水液经渗滤液泵机4泵入蒸发器5后进入渗滤液收集器6；湿垃圾给料机1中的湿垃圾在处理前被研磨为粒径为10-30mm的颗粒。以20mm左右为佳，主要是为了适用于干馏炉干馏，同时克服后续湿垃圾产生的半焦进入半焦燃烧炉燃烧过程中需要进一步破碎的问题；

(b)破碎机7中的固体经干燥箱8干燥后进入固体收集器21，干燥时产生的水分进入水箱18中，蒸发器5产生的水分一部分进入水箱18中，另一部分回流至高温冲淋装置2；干燥箱8中的干燥温度为102-108℃；

(c)将固体收集器21收集的混合物送入湿垃圾固相干馏炉10进行干馏；生成半焦、液相产物和瓦斯不凝气，半焦收集至半焦燃烧炉13进行燃烧，液相产物经二级油水分离器15分离，分别送入商品油收集器16和水箱18中，气体产物进入气体分离及输送装置中；商品油进行收集后，可作为工业或商业用田；气体产物进入气体分离及输送装置后，对湿垃圾固相干馏炉10产生的含有瓦斯的气体产物进行分离，分离出的氨气进入氨气储存罐22，分离出的硫化氢进入硫化氢储存罐23，分离出的瓦斯进入瓦斯气收集器11中，瓦斯气收集器11中的瓦斯部分进入瓦斯气燃烧炉14中进行燃烧，产生的高温烟气为湿垃圾固相干馏炉10提供热源。不难看出，有毒有害气体收集罐包括但不限于氨气储存罐22和硫化氢储存罐23。使得湿垃圾固相干馏炉10后产生的含有瓦斯的气体产物进行分离，分离出的有毒有害气体进入有毒有害气体收集罐，分离出的氨气、硫化氢等气体也可作它用，从而实现了生物质干馏废气的资源化利用，有效减少了环境污染。

(d)半焦燃烧炉13燃烧产生的高温烟气供给一级高压螺旋式换热器19和二级换热器20作为热源，产生的灰分进入到灰分收集器17；半焦燃烧炉13中的运行温度为850-900℃。以有效控制NO_x的生成排放，且有利于保持灰渣的活性，使得燃烧后的灰渣中底灰和飞灰含量小于2％，可以直接作为建材原料，进而通过作为建材原料制作砖块、水泥等高附加值产品以得到充分利用，从而实现了半焦、灰分的资源化利用，且有效减少了环境污染。

(e)水箱18中的水经一级高压螺旋式换热器19加热后通过精密地控制温度及压力形成超临界水，通入到氧化反应器24中，并在氧化反应器24中与通入的高压氧气一起分解来自渗滤液收集器6渗滤液，产物通入到高品质液肥收集器9中。

综上所述，本发明将湿垃圾进行处理，有效提升了湿垃圾的干馏效率，并实现生物质废弃物的资源化利用，同时将湿垃圾固体干馏炉、半焦燃烧炉及瓦斯燃烧室有机结合，综合考虑了资源、环境与社会经济效益，实现了湿垃圾废弃物的科学利用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种超临界水处理湿垃圾多联产综合利用系统，其特征在于，该系统包括：

液肥产出单元，用于将湿垃圾中的液体转化为高品质液肥，包括湿垃圾湿液供给支路和超临界水供给支路；

商品油产出单元，用于将湿垃圾中的固体转化为商品油，包括油相供给支路和固相供给支路；

所述的湿垃圾湿液供给支路和超临界水供给支路交叠于高温冲淋装置(2)和氧化反应器(24)；所述的液肥产出单元还包括渗滤液收集器(6)；

所述的油相供给支路和固相供给支路交叠于高温冲淋装置(2)和固体收集器(21)；所述的商品油产出单元还包括湿垃圾固相干馏炉(10)和产品收集装置；

所述的湿垃圾湿液供给支路包括依次相连的湿垃圾给料机(1)、将湿垃圾固液分离的高温冲淋装置(2)、一级油水分离器(3)、渗滤液泵机(4)、蒸发器(5)、渗滤液收集器(6)、氧化反应器(24)和高品质液肥收集器(9)，所述一级油水分离器(3)的水相出口端与渗滤液泵机(4)相连；所述蒸发器(5)的重组分出口端与渗滤液收集器(6)相连；

所述的超临界水供给支路包括依次相连的高温冲淋装置(2)、破碎机(7)、干燥箱(8)、水箱(18)、一级高压螺旋式换热器(19)和氧化反应器(24)，所述干燥箱(8)的轻组分出口端与水箱(18)相连；

所述蒸发器(5)的轻组分出口端与水箱(18)相连；

所述的油相供给支路包括依次相连的高温冲淋装置(2)、一级油水分离器(3)和固体收集器(21)，所述一级油水分离器(3)的油相出口端与固体收集器(21)相连；

所述的固相供给支路包括依次相连的高温冲淋装置(2)、破碎机(7)、干燥箱(8)和固体收集器(21)，所述干燥箱(8)的重组分出口端与固体收集器(21)。

2.根据权利要求1所述的一种超临界水处理湿垃圾多联产综合利用系统，其特征在于，所述的产品收集装置包括分别与湿垃圾固相干馏炉(10)相连的瓦斯气收集器(11)、液相收集器(12)和半焦燃烧炉(13)、氨气储存罐(22)和硫化氢储存罐(23)；产品收集装置与湿垃圾固相干馏炉(10)之间还设有气体分离及输送装置；

所述的液相收集器(12)依次与二级油水分离器(15)和商品油收集器(16)相连，所述二级油水分离器(15)的水相出口端与水箱(18)相连，所述二级油水分离器(15)的油相出口端与商品油收集器(16)相连。

3.根据权利要求1所述的一种超临界水处理湿垃圾多联产综合利用系统，其特征在于，该系统包括供热单元；该供热单元包括用于向湿垃圾固相干馏炉(10)供热的瓦斯气燃烧炉(14)，向一级高压螺旋式换热器(19)供热的半焦燃烧炉(13)以及对蒸发器(5)产生的蒸汽进行加热的二级换热器(20)；

瓦斯气收集器(11)通过所述的瓦斯气燃烧炉(14)与湿垃圾固相干馏炉(10)相连；

所述的半焦燃烧炉(13)与灰分收集器(17)相连，半焦燃烧炉(13)与一级高压螺旋式换热器(19)和二级换热器(20)依次相连，所述蒸发器(5)的轻组分出口端与高温冲淋装置(2)相连。

4.一种基于如权利要求1-3任一项所述超临界水处理湿垃圾多联产综合利用系统的处理工艺，其特征在于，该处理工艺包括以下步骤：

(a)湿垃圾给料机(1)中的湿垃圾经高温冲淋装置(2)后渗透带分离，固体进入破碎机(7)，液体经一级油水分离器(3)静置分层，上层油组分进入固体收集器(21)，下层泔水液经渗滤液泵机(4)泵入蒸发器(5)后进入渗滤液收集器(6)；

(b)破碎机(7)中的固体经干燥箱(8)干燥后进入固体收集器(21)，干燥时产生的水分进入水箱(18)中，蒸发器(5)产生的水分一部分进入水箱(18)中，另一部分回流至高温冲淋装置(2)；

(c)将固体收集器(21)收集的混合物送入湿垃圾固相干馏炉(10)进行干馏；生成半焦、液相产物和瓦斯不凝气，半焦收集至半焦燃烧炉(13)进行燃烧，液相产物经二级油水分离器(15)分离，分别送入商品油收集器(16)和水箱(18)中，气体产物进入气体分离及输送装置中；

(d)半焦燃烧炉(13)燃烧产生的高温烟气供给一级高压螺旋式换热器(19)和二级换热器(20)作为热源，产生的灰分进入到灰分收集器(17)；

(e)水箱(18)中的水经一级高压螺旋式换热器(19)加热后形成超临界水，通入到氧化反应器(24)中，并在氧化反应器(24)中与通入的高压氧气一起分解来自渗滤液收集器(6)渗滤液，产物通入到高品质液肥收集器(9)中。

5.根据权利要求4所述的一种处理工艺，其特征在于，气体产物进入气体分离及输送装置后，对湿垃圾固相干馏炉(10)产生的含有瓦斯的气体产物进行分离，分离出的氨气进入氨气储存罐(22)，分离出的硫化氢进入硫化氢储存罐(23)，分离出的瓦斯进入瓦斯气收集器(11)中，瓦斯气收集器(11)中的瓦斯部分进入瓦斯气燃烧炉(14)中进行燃烧，产生的高温烟气为湿垃圾固相干馏炉(10)提供热源。

6.根据权利要求4所述的一种处理工艺，其特征在于，所述干燥箱(8)中的干燥温度为102-108℃。

7.根据权利要求4所述的一种处理工艺，其特征在于，所述湿垃圾给料机(1)中的湿垃圾在处理前被研磨为粒径为10-30mm的颗粒。

8.根据权利要求4所述的一种处理工艺，其特征在于，所述半焦燃烧炉(13)中的运行温度为850-900℃。

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