CN207552243U - 一种生活垃圾资源化的系统 - Google Patents

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张安强
刘璐
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Abstract

本实用新型涉及一种生活垃圾资源化的系统,包括:垃圾干燥装置、预处理装置、热解装置、CO2捕集装置、气化装置、节能脱酸装置、气化气净化装置、甲醇合成装置、甲醇精馏装置和发电装置,以垃圾热解炭为气化原料,发电装置产生水蒸气作为气化剂,采用流化床气化垃圾热解炭,充分利用低热值的垃圾热解炭,同时也实现了厂区内CO2循环利用,降低碳排放量。

Description

一种生活垃圾资源化的系统
技术领域
本实用新型属于垃圾处理技术领域,具体涉及一种生活垃圾资源化的系统。
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。生活垃圾热解技术属于全球先进的第三代垃圾处理技术,真正实现资源化、减量化和无害。我国生活垃圾含水率较高(40%-60%),降低了无机渣土的分选效率,导致热解炭灰分高、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,同时高含水率也增加垃圾热解能耗。为了提高垃圾热解炭品位和降低热解能耗,需降低生活垃圾水分提高无机渣土分选效率,从而达到降低垃圾热解炭灰分和热解能耗的目的,增加其利用途径。
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,对温室效应的贡献达到55%,又是一种宝贵的资源。CO2已经成为制约企业可持续发展的关键因素。所以,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。如果以CO2作为制备碳材料的原料,将大幅度降低垃圾处理工艺碳排放量。
甲醇是重要的化工原料,可以作为汽油添加剂、可以用来合成汽油也可以用来合成醋酸、醋酐、单细胞等等,随着甲醇应用的不断扩大和发展,甲醇的市场越来越广阔。所以本实用新型先利用新能源(太阳能和污水处理单元的中水)对原生垃圾进行干燥处理,提高无机渣土分选效率,从而达到降低垃圾热解炭中灰分的目的,进而利用垃圾热解炭作为气化原料,水蒸气作为气化剂生产富含一氧化碳、氢气的气化煤气,然后以此为原料生产甲醇,有利于实现垃圾热解炭的资源化。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术的不足,提供一种生活垃圾资源化的系统,以垃圾热解炭为气化原料,发电装置产生水蒸气作为气化剂,采用流化床气化垃圾热解炭,充分利用低热值垃圾热解炭,同时也实现了厂区内CO2循环利用,降低碳排放量。
为解决上述问题,本实用新型采用的技术方案为:
一种生活垃圾资源化的系统,包括:垃圾干燥装置、预处理装置、热解装置、 CO2捕集装置、气化装置、节能脱酸装置、气化气净化装置、甲醇合成装置、甲醇精馏装置和发电装置,其中,
所述预处理装置的进料口与所述垃圾干燥装置的出料口连接;
所述热解装置的进料口与所述预处理装置的出料口连接,所述热解装置的热解炭出口与所述气化装置的进料口连接,所述热解装置的燃烧尾气出口与所述 CO2捕集装置连接,所述热解装置的热解油气出口与所述发电装置连接;
所述发电装置的水蒸气出口与所述气化炉连接,所述发电装置的烟气出口与所述CO2捕集装置连接,所述发电装置与电网连接;
所述气化装置与所述节能脱酸装置、气化气净化装置、气化气收集装置顺序连接,用于将气化气进行脱酸和净化处理后进行储存和利用;所述节能脱酸装置与所述CO2捕集装置的出气口连接,
所述气化气收集装置与所述甲醇合成装置、甲醇精馏装置依次连接,用于将气化气合成甲醇。
进一步,还包括中水回用水处理装置,所述中水回用水处理装置的进水口与所述热解装置的热解废水出口连接,所述中水回用水处理装置的进水口与气化装置的废水出口连接。
进一步,还包括循环水加热装置,所述循环水加热装置与垃圾干燥装置连接,用于为垃圾干燥装置提供热源。
进一步,所述循环水加热装置包括:太阳能电池板、换热器、循环水泵、中水水泵、热泵,所述太阳能电池板与所述换热器连接;所述换热器的循环水进口与循环水泵连接,用于将循环水加热,所述换热器的循环水出口与所述垃圾干燥装置进水口连接;所述换热器的中水进口与所述热泵的中水出口连接;所述热泵的中水进口与所述中水回用水处理装置连接,对中水的热量进行回收并作为补充热源。
进一步,还包括CO2转化炉,所述CO2转化炉与所述节能脱酸装置连接,用于制备碳材料。
进一步,所述节能脱酸装置对来自气化装置的高温气化气进行余热回收,回收的热源用于对高纯CO2预热。
进一步,所述热解装置包括:旋转床热解炉、辐射管燃烧器以及布料、出料辅助机构,其中,所述辐射管燃烧器布置于所述旋转床热解炉的环形炉壁上,通过燃烧加热的方式提供反应所需热量;
所述旋转床热解炉的炉底为可转动的环形炉底,所述旋转床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,热解反应三区末端设置出料装置,收集热解炭,所述旋转床热解炉的炉底的料板选用穿孔板。
进一步,还包括破碎机,所述破碎机设置在所述热解装置的热解炭出口,用于将从旋转床热解炉出来的热解炭和煤炭破碎至10mm以下。
本实用新型的有益效果在于:
(1)旋转床热解炉作为生活垃圾热解制油、气和热解炭的设备,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,实现规模化的垃圾处理;
(2)采用新能源(太阳能和中水)对垃圾进行干燥处理,垃圾含水率降至 20%以下,使无机残渣分选效率大于90%,使垃圾热解炭灰分含量降低至低于 25%,增加其利用途径,降低垃圾热解能耗20%以上;
(3)从旋转床出来的热解油气直接进入发电装置,实现了热解油气的高效利用,同时又节省了油气分离净化装置,降低投资成本和运行、维修成本;
(4)气化气经过节能脱酸装置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;
(5)以垃圾热解炭为气化原料,发电装置产生水蒸气作为气化剂,采用流化床气化垃圾热解炭,有效利用了低热值的垃圾热解炭,同时也实现了厂区内 CO2循环利用,降低碳排放量。
附图说明
图1为本实用新型生活垃圾资源化的系统结构示意图。
图2为本实用新型生活垃圾资源化的方法流程图。
其中,1、中水回用水处理装置 2、破碎机 3、旋转床热解炉 4、发电装置 5、直燃锅炉 6、CO2捕集装置 7、气化炉 8、节能脱酸装置 9、除尘塔 10、脱硫塔 11、电捕焦油器 12、CO2转化炉 13、储气罐 14、甲醇精馏塔 15、甲醇合成塔 16、转化炉 17、地热装置 18、热泵19、太阳能吸收装置 20、破袋机 21、滚筒筛 A、生活垃圾 B、水蒸气 C、气化气 D、一部分气化煤气 E、70-90℃的循环水 F、18-25℃的中水 G、循环水 H、中水 I、高温油气 J、高温蒸汽 L、低温蒸汽 M、热解碳 N、燃烧废气 a、热解废水 b、气化废水 c、高纯CO2 d、气化煤气e、预热后CO2
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案,下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。请注意,下面描述的实施例是示例性的,仅用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。实施例中未注明具体技术或条件的,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
生活垃圾热解过程中,需要旋转床热解炉为其提供能源,这个过程中会产生大量的CO2,同时发电装置的燃烧室也会产生大量的CO2。本实用新型采用旋转床辐射管燃烧和发电装置燃烧产生的CO2制备碳材料,实现CO2的资源化利用,降低碳排放量。
垃圾热解过程中,垃圾热解炭产率很高,为原生垃圾湿基的40%-60%,垃圾热解炭中存在灰分高、热值低、重金属等有毒有害物质、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,本实用新型先采用太阳能和污水处理单元的中水回收能量作为降低垃圾中水分的能源,提高无机渣土分选效率,降低垃圾热解炭灰分,然后将发电装置的低温水蒸气作为气化剂,降低灰分的垃圾热解炭和煤作为气化原料生产富含CO、H2的气化煤气,并以此原料生产甲醇,实现了垃圾热解炭资源化。
根据本实用新型的一个方面,本实用新型提供了一种生活垃圾资源化的系统,图1为本实用新型生活垃圾资源化的系统结构示意图,如图1所示,包括垃圾干燥装置、预处理装置、热解装置、CO2捕集装置、气化装置、节能脱酸装置、气化气净化装置、甲醇合成装置、甲醇精馏装置和发电装置,其中,所述预处理装置的进料口与所述垃圾干燥装置的出料口连接,对干燥后的垃圾进行筛选破碎;所述热解装置的进料口与所述预处理装置的出料口连接,对破碎后的垃圾进行热解,所述热解装置的热解炭出口与所述气化装置的进料口连接,所述热解装置的燃烧尾气出口与所述CO2捕集装置连接,用于收集CO2,所述热解装置的热解油气出口与所述发电装置连接;所述发电装置的水蒸气出口与所述气化炉连接,所述发电装置的烟气出口与所述CO2捕集装置连接,所述发电装置与电网连接;所述气化装置与所述节能脱酸装置、气化气净化装置、气化气收集装置顺序连接,用于将气化气进行脱酸和净化处理后进行储存和利用;所述节能脱酸装置与所述CO2捕集装置的出气口连接,所述气化气收集装置与所述甲醇合成装置、甲醇精馏装置依次连接,用于将气化气合成甲醇。
由此,本实用新型以垃圾热解炭为气化原料,发电装置产生水蒸气作为气化剂,采用流化床气化垃圾热解炭,充分利用了低热值的垃圾热解炭,同时也实现了厂区内CO2循环利用,烟气中CO2回收率可达90%以上,纯度可达98%以上,炭转化率达97%以上,捕集CO2可预热至100℃-600℃,降低CO2转化炉能耗,实现节能10%-20%,得到纯度大于98%的碳材料,降低碳排放量。
根据本实用新型的具体实施例,本实用新型还包括中水回用水处理装置,所述中水回用水处理装置的进水口与所述热解装置的热解废水出口连接,所述中水回用水处理装置的进水口与气化装置的废水出口连接,用于对热解装置和气化装置产生的废水进行处理。废水由污水泵送入污水池,在外力作用下,以一定流速沿着滤膜表面流动,废水中低分子量物质、无机离子从高压侧透过滤膜进入低压侧,并作为中水而排出;而污水中高分子物质、胶体微粒及微生物等被超滤膜截留,并以污泥形式排出。
根据本实用新型的具体实施例,本实用新型还包括中水回用水处理装置和循环水加热装置,其中,所述循环水加热装置包括:太阳能电池板、换热器、循环水泵、中水水泵、热泵,所述太阳能电池板与所述换热器连接;所述换热器的循环水进口与循环水泵连接,用于将循环水加热,所述换热器的循环水出口与所述地热装置进水口连接;所述换热器的中水进口与所述热泵的中水出口连接;所述热泵的中水进口与所述中水回用水处理装置连接,用于对中水的热量进行回收并作为补充热源,所述中水回用水处理装置的进水口与所述热解装置的热解废水出口连接,所述中水回用水处理装置的进水口与气化装置的废水出口连接,用于对热解装置和气化装置产生的废水进行处理。
在生活垃圾干燥处理的过程中,干燥的热源分为两种,一种是太阳能;一种是污水处理系统的中水通过热泵产生的热量。太阳能电池板吸收太阳能并将循环水加热至70-90℃,如果太阳能不足以提供将垃圾含水率降至20%以下的需求时,采用热泵对污水处理单元产生的中水进行热量回收,并对太阳能进行补充, 70-90℃的循环水进入地热装置,并对生活垃圾进行干燥处理。在本实用新型的一些优选的实施例中,垃圾干燥装置为地热装置,地热装置上方设有垃圾自动翻动装置和卸料装置,可实现生活垃圾装料、翻动、干燥、卸料。
由此,本实用新型采用新能源(太阳能和中水)对垃圾进行干燥处理,垃圾含水率降至20%以下,使无机残渣分选效率大于90%,使垃圾热解炭灰分含量降低至低于25%,降低垃圾热解能耗20%以上;
根据本实用新型的具体实施例,本实用新型还包括CO2转化炉,所述CO2转化炉与所述节能脱酸装置连接,用于制备碳材料。CO2转化炉与惰性气体储罐连接,利用惰性气体制备碳材料。
根据本实用新型的具体实施例,本实用新型还包括破碎机,所述破碎机设置在所述热解装置的出热解炭口,用于将从旋转床热解炉出来的热解炭和煤炭破碎至10mm以下。
根据本实用新型的具体实施例,如图1所示,本实用新型的预处理装置包括:破袋机、滚筒筛和破碎机,将生活垃圾筛分破碎以得到具有一定粒径的原料,在本实用新型的一些优选的实施例中,预处理装置将垃圾中的大块无机物、金属等分出,然后将剩余垃圾破碎至热解装置的入料要求,在本实用新型的一些优选的实施例中,热解的主体装置为旋转床热解炉,垃圾破碎的粒径为<20mm。
根据本实用新型的具体实施例,所述热解装置包括旋转床热解炉、辐射管燃烧器以及布料、出料辅助机构,其中,所述辐射管燃烧器布置于所述旋转床热解炉的环形炉壁上,通过燃烧加热的方式提供反应所需热量,辐射管燃料入口与气化气储罐气体出口相连;所述旋转床热解炉炉底为可转动的环形炉底,所述旋转床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,热解反应三区末端设置出料装置,收集热解炭,所述旋转床热解炉的炉底的料板选用穿孔板。经过干燥和预处理的垃圾含水率降至20%以下,将垃圾通过布料辅助机构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1-2.5h。
由此,本实用新型采用旋转床热解炉作为生活垃圾热解制油、气和热解炭的设备,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,实现规模化的垃圾处理。
根据本实用新型的具体实施例,所述热解装置的热解油气出口与所述发电装置连接;所述发电装置包括油气燃烧室、余热锅炉和汽轮发电机,所述油气燃烧室具有高温油气入口,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。所述燃烧室的油气入口与热解油气出口相连;所述燃烧室的助燃空气入口与空气鼓风机相连;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CO2捕集装置相连;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,所述汽轮机发电机的蒸汽出口与气化炉的水蒸气入口相连。
从旋转床热解炉出来的热解油气直接进入发电装置,实现了热解油气的高效利用,同时又节省了油气分离净化装置,降低投资成本和运行、维修成本。
在本实用新型的另一些实施例中,如图1所示,还包括直燃锅炉,所述热解油气出口与直燃锅炉连接,所述直燃锅炉将燃烧高温油气产生的高温蒸汽送至发电装置发电。
根据本实用新型的具体实施例,所述CO2捕集装置包括: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。其中,
所述吸收塔包括:与烟气管路(旋转床热解炉和直燃锅炉排出的燃烧尾气汇集于排烟管路中)相连的吸收塔第一入口,设置于吸收塔的上部,与吸收剂管路相连的吸收塔第二入口,设置于吸收塔顶部,与烟气出口管路相连的吸收塔第一出口;设置于吸收塔的底部,与富液泵入口相连的吸收塔第二出口;富液泵出口与解吸塔相连;
解吸塔包括:设置于解吸塔上部的第一入口,其与富液泵出口连接;与再沸器出口相连的第二入口;设置于解吸塔底部,与贫液泵入口相连的第一出口;设置在解吸塔底部,与再沸器入口相连解吸塔第二出口;设置于解吸塔的顶部,连通气液分离器入口的第三出口;气液分离器出口与节能脱酸装置的入口相连。贫液泵与贫液冷却器相连;贫液冷却器具有入口和出口。
烟气管路内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,优选的,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气体经节能脱酸装置预热后进入CO2转化炉。
在本实用新型的一些优选的实施例中,所述节能脱酸装置,包括CO2气体管道、气化气管道、两个四通换向阀和两个脱酸蓄热复合体。所述气化气管道与气化气净化装置相连。气化气经过节能脱酸装置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。
根据本实用新型的具体实施例,所述节能脱酸装置对来自气化装置的高温气化气进行余热回收,回收的热源用于对高纯CO2预热。
根据本实用新型的具体实施例,如图1所示,所述气化气净化装置包括除尘塔、脱硫塔和电捕焦油器,上述机构顺序连接,对气化气进行净化。除尘塔优选为湿式除尘塔。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气化气冷却至21℃左右。由初冷器下部排出的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。再由罗茨鼓风机将气化气送至脱硫塔,完成脱硫脱硝。
根据本实用新型的具体实施例,如图1所示,所述气化气收集装置为储气罐。
根据本实用新型的具体实施例,所述甲醇合成装置包括转化炉和甲醇合成塔,所述转化炉具有气化气进气口和出气口,所述甲醇合成塔具有入口和出口,所述转化炉出气口与所述甲醇合成塔入口相连。所述甲醇精馏装置为甲醇精馏塔,所述甲醇精馏塔包括入口和出口,入口与所述甲醇合成塔的出口相连,将气化气合成为甲醇。
根据本实用新型的另一方面,图2为本实用新型生活垃圾资源化的方法流程图,如图2所示,本实用新型提供了一种生活垃圾资源化的方法,图2为本实用新型生活垃圾资源化的方法流程图,如图2所示,包括以下步骤:
(1)垃圾干燥处理,以太阳能和中水换热得到的热能作为热源,对垃圾进行干燥;主要目的是得到含水率20%以下的生活垃圾,提高无机渣土分选效率,从而达到提高垃圾热解炭品位的目的。干燥的热源分为两种,一种是太阳能;一种是污水处理系统的中水通过热泵产生的热量。太阳能电池板吸收太阳能并将循环水加热至70-90℃,如果太阳能不足以提供将垃圾含水率降至20%以下的需求时,采用热泵对污水处理单元产生的中水进行热量回收,并对太阳能进行补充, 70-90℃的循环水进入地热装置,并对生活垃圾进行干燥处理。
(2)对干燥后的垃圾进行预处理,将其中的无机物和金属分出,将剩余的待处理垃圾破碎至符合旋转床入料的要求。
(3)垃圾进入热解装置热解,将热解炭送到破碎机,将热解油气送到发电装置发电,将旋转床热解炉燃烧尾气送到CO2捕集装置;同时,发电装置燃烧热解油气产生的烟气送到CO2捕集装置,产生的蒸汽送到气化炉。
其中,经过预处理的原料含水率为20%以下,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1-2.5h。
(4)热解炭和煤炭在破碎机内破碎后送到气化炉气化;发电装置换热后的水蒸气作为气化剂进入气化炉中,热解装置中产生的垃圾热解炭经过破碎机破碎至10mm以下作为气化原料通过压力设备和管道与气化炉相连。水蒸气与破碎后的垃圾热解炭共同进入流化床气化,气化温度为900-1100℃左右,产生的气化气一部分作为辐射管燃烧器的补充燃料,一部分作为合成甲醇的原料,剩余部分可作为发电装置燃料。
(5)热解炭和煤炭气化后产生的气化气经余热回收、脱酸、净化处理后送到气化气收集装置;处理后,热解气温度降至200℃-350℃,酸性气体浓度降至 0.05%,处理后气化气进入下一工艺;节能脱酸装置可对CO2捕集装置捕集到的高浓度CO2进行预热,预热温度可达300℃左右,预热后的CO2送入CO2转化炉制备碳材料。进一步的,所述节能脱酸装置对来自气化装置的高温气化气进行余热回收的热源用于对高纯CO2预热。
来自节能脱酸装置的气化气,进入气化气净化装置可实现对气化气的除尘、脱硫、脱硝等。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气化气冷却至21℃左右。由初冷器下部排出的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。再由罗茨鼓风机将气化气送至脱硫脱硝塔,完成脱硫脱硝。
(6)经CO2捕集装置提取的高纯CO2经节能脱酸装置预热后送到CO2转化炉制备碳材料;烟气管路内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,优选的,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气体经节能脱酸装置预热后进入CO2转化炉。
(7)气化气收集装置内的一部分气化气送到甲醇合成装置和甲醇精馏装置,用于合成甲醇,另一部分为热解装置提供燃料。气化气经过气体净化后进入转化炉,将气体中甲烷及少量的碳烃化合物转化为一氧化碳和氢,转化后的气体成分满足甲醇合成原料气的基本要求。转化后的气体经合成气压缩机压至5-7MPa,进入甲醇合成装置,甲醇合成采用5-7MPa低压合成,合成后的粗甲醇经过甲醇精馏塔精馏制得甲醇。
实施例一
(1)垃圾干燥处理,以太阳能和中水换热得到的热能作为热源,对垃圾进行干燥;垃圾经过干燥后含水率<20%;
(2)对干燥后的垃圾进行预处理,将其中的无机物和金属分出,将剩余的待处理垃圾破碎至符合旋转床热解炉的入料要求;分选去除大块无机物和金属效率达到90%以上,然后进行破碎,破碎得到的垃圾热解原料粒径<20mm;
采用某市生活垃圾为原料,含水率55.3%,湿基成分组成如表1:
表1生活垃圾成分组成(wt%)
(3)垃圾进入热解装置热解,将热解炭送到破碎机,将热解油气送到发电装置发电,将旋转床热解炉燃烧尾气送到CO2捕集装置;同时,发电装置燃烧热解油气产生的烟气送到CO2捕集装置,产生的蒸汽送到气化炉;热解得到垃圾热解炭灰分<25%。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、活化反应,其中,转底炉干燥区温度 350℃,热解区温度800℃,活化区温度900℃,反应时间1h,热解能耗降低20%; CO2捕集装置回收CO2,CO2回收率可达90%以上,纯度可达98%以上,达到 CO2制备碳材料的要求。
旋转床辐射管燃烧尾气及发电装置燃烧尾气成分如表2所示。
表2燃烧尾气成分
(4)热解炭和煤炭在破碎机内破碎后送到气化炉气化;采用水蒸气作为气化剂可实现垃圾热解炭气化的目的,炭转化率达97%以上。气化气热值达 2670Kcal/Nm3,成分如表3所示。
表3气化气组成及热值
(5)热解炭和煤炭气化后产生的气化气经余热回收、脱酸、净化处理后送到气化气收集装置;
(6)经CO2捕集装置提取的高纯CO2经节能脱酸装置预热后送到CO2转化炉制备碳材料;
(7)气化气收集装置内的一部分气化气依次送到甲醇合成装置和甲醇精馏装置,用于合成甲醇,另一部分为热解装置提供燃料。采用气化气作为原料制备甲醇,反应压力6.2MPa,反应温度280℃,气化气流量5000m3/h,最后可制得甲醇2.3t/h,甲醇经精馏纯度达到99%。
综上所述,本实用新型的一种生活垃圾资源化的系统,采用旋转床热解炉作为生活垃圾热解制油、气和热解炭的设备,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,实现规模化的垃圾处理;采用新能源(太阳能和中水)对垃圾进行干燥处理,垃圾含水率降至20%以下,使无机残渣分选效率大于90%,使垃圾热解炭灰分含量降低至低于25%,增加其利用途径,降低垃圾热解能耗20%以上;从旋转床出来的热解油气直接进入发电装置,实现了热解油气的高效利用,同时又节省了油气分离净化装置,降低投资成本和运行、维修成本;气化气经过节能-脱酸装置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;以垃圾热解炭为气化原料,发电装置产生水蒸气作为气化剂,采用流化床气化垃圾热解炭,充分利用低热值的垃圾热解炭,同时也实现了厂区内CO2循环利用,降低碳排放量。
在本实用新型的描述中,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一个或者更多个该特征。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,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。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实用新型中的具体含义。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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实用新型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实用新型的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本实用新型的限制,本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型,同时,对于本领域的一般技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims (8)

1.一种生活垃圾资源化的系统,其特征在于,包括:垃圾干燥装置、预处理装置、热解装置、CO2捕集装置、气化装置、节能脱酸装置、气化气净化装置、甲醇合成装置、甲醇精馏装置和发电装置,其中,
所述预处理装置的进料口与所述垃圾干燥装置的出料口连接;
所述热解装置的进料口与所述预处理装置的出料口连接,所述热解装置的热解炭出口与所述气化装置的进料口连接,所述热解装置的燃烧尾气出口与所述CO2捕集装置连接,所述热解装置的热解油气出口与所述发电装置连接;
所述发电装置的水蒸气出口与气化炉连接,所述发电装置的烟气出口与所述CO2捕集装置连接,所述发电装置与电网连接;
所述气化装置与所述节能脱酸装置、气化气净化装置、气化气收集装置顺序连接,用于将气化气进行脱酸和净化处理后进行储存和利用;所述节能脱酸装置与所述CO2捕集装置的出气口连接,
所述气化气收集装置与所述甲醇合成装置、甲醇精馏装置依次连接,用于将气化气合成甲醇。
2.根据权利要求1所述的生活垃圾资源化的系统,其特征在于,还包括中水回用水处理装置,所述中水回用水处理装置的进水口与所述热解装置的热解废水出口连接,所述中水回用水处理装置的进水口与气化装置的废水出口连接。
3.根据权利要求2所述的生活垃圾资源化的系统,其特征在于,还包括循环水加热装置,所述循环水加热装置与垃圾干燥装置连接,用于为垃圾干燥装置提供热源。
4.根据权利要求3所述的生活垃圾资源化的系统,其特征在于,所述循环水加热装置包括:太阳能电池板、换热器、循环水泵、中水水泵、热泵,所述太阳能电池板与所述换热器连接;所述换热器的循环水进口与循环水泵连接,用于将循环水加热,所述换热器的循环水出口与所述垃圾干燥装置的进水口连接;所述换热器的中水进口与所述热泵的中水出口连接;所述热泵的中水进口与所述中水回用水处理装置连接,对中水的热量进行回收并作为补充热源。
5.根据权利要求1所述的生活垃圾资源化的系统,其特征在于,还包括CO2转化炉,所述CO2转化炉与所述节能脱酸装置连接,用于制备碳材料。
6.根据权利要求5所述的生活垃圾资源化的系统,其特征在于,所述节能脱酸装置对来自气化装置的高温气化气进行余热回收,回收的热源用于对高纯CO2预热。
7.根据权利要求1所述的生活垃圾资源化的系统,其特征在于,所述热解装置包括:旋转床热解炉、辐射管燃烧器以及布料、出料辅助机构,其中,
所述辐射管燃烧器布置于所述旋转床热解炉的环形炉壁上,通过燃烧加热的方式提供反应所需热量;
所述旋转床热解炉的炉底为可转动的环形炉底,所述旋转床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,热解反应三区末端设置出料装置,收集热解炭,所述旋转床热解炉的炉底的料板选用穿孔板。
8.根据权利要求1所述的生活垃圾资源化的系统,其特征在于,还包括破碎机,所述破碎机设置在所述热解装置的热解炭出口,用于将从旋转床热解炉出来的热解炭和煤炭破碎至10mm以下。
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CN112624041A (zh) * 2021-01-19 2021-04-09 宋金文 一种废弃生物质碳制氢的方法
WO2023029151A1 (zh) * 2021-09-03 2023-03-09 山东大学 一种利用有机废弃物实现碳氢循环利用的方法和系统

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