CN208995480U - 一种城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统 - Google Patents

Abstract

一种城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统，园林垃圾圾接收料仓与破碎装置连通，餐厨垃圾接收料仓依次与垃圾分选系统、破碎装置、预处理罐和厌氧发酵产氢反应器连通，家庭生活垃圾接收料仓与干湿分离装置连通后分别与预处理罐和干垃圾收集仓连通，菌剂注入装置和碳酸氢铵注入装置分别与预处理罐的菌剂注入口和碳酸氢铵注入口连通；厌氧发酵产氢反应器的氢气出口依次与氢气提纯系统和氢气储气罐连通，混合物出口与厌氧产甲烷消化罐连通，厌氧污泥输入口与厌氧污泥供给仓连通，厌氧产甲烷消化罐分别与沼液罐和沼气罐连接；沼液罐与脱水设备连接后分别与干化装置连接和厌氧消化液注连通；沼气罐出口与沼气提纯系统连接和分别与加气装置和CO₂储气罐连接。

Description

一种城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统

技术领域

本实用新型涉及能源环保领域，具体涉及一种城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统。

背景技术

随着国家城镇化工作的推进和居民生活水平的提高，我国城市生活垃圾的产生量日益猛增；据统计，至2010年，全国城市生活垃圾年产生量已接近1.6亿吨。然而，由于长期以来我国城市生活垃圾处理技术较为落后，配套设施建设投入不足，导致大多数生活垃圾未能得到安全有效的处理处置，城市生活垃圾随意堆放和由此引发的二次污染问题已经凸显出来，并引起了社会的广泛关注。

当前，我国城市生活垃圾的处理处置主要采用填埋和焚烧等技术。填埋处置占用有限的土地资源，同时也难以避免向空气、地表水、地下水以及土壤环境中排放污染物，许多国家和地区对这一处置方式的二次污染防治要求日趋严格，处理成本也随之增加。焚烧具有减量化彻底、并可部分回收能源等优点。但是，由于垃圾焚烧过程将产生有毒有害气体，而这些气体的有效清除和净化又需要大量的设施投入和较高的运行费用，因而该技术正面临着“运行成本高和公众可接受性差”两大挑战。

氢气是单位质量热值最高的气体，其燃烧产物只有水，无温室气体产生，故氢气是最理想的能源物质。目前，氢气的制备方法主要是化学法，电解法、水煤气变换法及水蒸气重整法，其原理是从化合状态存在的水或烃类物质中制取氢气。这些氢气制备方法具有能耗高、设备要求高和产率低等的不足，并且部分氢气的制备原料本身即是可直接利用的燃料，故开发低能耗制取方法以及利用可再生原料是最具前景的制氢发展方向，同时，甲烷也是最有可能替代天然气的可再生能源，备受人们的关注。厨余垃圾油脂、蛋白等营养成分含量高，能够通过生物发酵联产氢气与甲烷过程实现其无害化、资源化、减量化，但厨余垃圾含水率和含盐量高，极易腐败变质，现有处理设施存在预处理要求高、启动缓慢、运行不稳定、产气率低、能耗大等问题，无法实现氢气-甲烷联产和混配利用的目的。

发明内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统。

本实用新型的技术解决方案是：一种城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统，包括：园林垃圾圾接收料仓，餐厨垃圾接收料仓，家庭生活垃圾接收料仓，厌氧污泥供给仓，垃圾分选系统，无机物回收仓，干湿分离装置，干垃圾收集仓，破碎装置，预处理罐，菌剂注入装置，碳酸氢铵注入装置，厌氧发酵产氢反应器，厌氧产甲烷消化罐，氢气提纯系统，氢气储气罐，沼液罐，脱水设备，干化装置，沼气罐，沼气提纯系统，加气机，加气柱和CO₂储气罐；

园林垃圾圾接收料仓通过输送装置与破碎装置连通，餐厨垃圾接收料仓的出口通过输送装置依次与垃圾分选系统、破碎装置、预处理罐和厌氧发酵产氢反应器连通，垃圾分选系统设置有无机物排出口，无机物排出口通过输送装置与无机物回收仓连通，家庭生活垃圾接收料仓通过输送装置与干湿分离装置连通，干湿分离装置的湿垃圾出口通过输送装置与预处理罐连通，干湿分离装置的干垃圾出口通过输送装置与干垃圾收集仓连通，预处理罐设置有菌剂注入口和碳酸氢铵注入口，菌剂注入装置和碳酸氢铵注入装置分别与菌剂注入口和碳酸氢铵注入口连通；厌氧发酵产氢反应器设置有氢气出口，混合物出口，厌氧消化液注入口和厌氧污泥输入口，氢气出口通过输送装置依次与氢气提纯系统和氢气储气罐连通，混合物出口通过输送装置与厌氧产甲烷消化罐连通，厌氧污泥输入口通过输送装置与厌氧污泥供给仓连通，厌氧产甲烷消化罐的出口分别通过输送装置与沼液罐和沼气罐连接；沼液罐的出口通过输送装置与脱水设备连接，脱水设备设有固体出口和厌氧消化液出口，固体出口通过输送装置与干化装置连接，厌氧消化液出口通过输送装置与厌氧消化液注入口连通；沼气罐出口通过输送装置与沼气提纯系统连接，沼气提纯系统通过输送装置分别与加气机和/或加气柱，CO₂储气罐连接。

进一步的，干化装置为太阳能干化场。

进一步的，沼气提纯系统包括：依次连接的罗茨风机，一级过滤器，缓冲罐，加压泵，水洗塔，气水分离器，脱硫装置，阻火器，脱碳装置，脱卤化氢装置，脱氮氧装置，一级压缩机，冷冻式干燥机，二级过滤器，二级压缩机，二氧化碳热泵，三级过滤器，一级加热器，四级过滤器，一级膜组，二级加热器，五级过滤器，二级膜组，天然气储罐，CNG压缩机，储气装置；罗茨风机的入口通过输送装置与沼气罐的出口连接；储气装置通过输送装置与加气机和/或加气柱连接；二氧化碳热泵包括循环依次连接的二氧化碳压缩机，冷凝器，膨胀阀和回热器。

进一步的，厌氧产甲烷消化罐包括壳体，驱动装置，升降搅拌杆，搅拌件，物料入口，沼气排出口，沼液排出口，支架；壳体底部固定在支架上，驱动装置固定在壳体顶部，升降搅拌杆为液压缸，其包括缸体和活塞杆，缸体一端与驱动装置连接，另一端穿过与壳体位于壳体内，搅拌件与活塞杆固定连接。

进一步的，驱动装置为伺服电机。

进一步的，升降搅拌杆的缸体通过可拆卸管路与设置在壳体外部的油泵连通。

进一步的，物料入口和沼液排出口均设置在壳体侧壁的下部，沼气排出口设置在壳体侧壁的上部。

进一步的，所述系统包括泄渣口，卸渣口设置在壳体底部。

进一步的，搅拌件包括2组搅拌片，每组搅拌片在同一水平面，相对于升降搅拌杆的轴线对称设置，2组搅拌片沿升降搅拌杆的轴线依次设置。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

1、本实用新型的城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统源化程度高，在解决环保问题的同时实现了氢气-甲烷联产，提高了资源利用率，实现了生态循环。

2、本实用新型的城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统中，沼气提纯系统通过设置的脱硫装置、气水分离器、沼气压缩机、冷干机、一级膜组、二级膜组、沼气压缩机等装置配合依次对沼气进行处理，保证了处理后最终输出的气体中的高位发热值、总硫、H₂S、CO₂、O₂、水露点等指标达到车用燃气的标准。实现了以较低的投资及运行成本、较简单的控制对沼气进行净化提纯处理，使处理后的输出气体满足了车用燃气标准要求。

3、本实用新型的城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统中，厌氧产甲烷消化罐设置有升降搅拌杆，当罐底的沼渣堆积较多难以搅动时，可以改变搅拌件的搅拌位置，在较接近底部沼渣的上方对物料进行搅拌，在沼液的旋流的作用下，罐底聚集的沼渣能够逐渐被沼液带动，提高厌氧消化反应的程度；设置2组搅拌片，提高了搅拌能力的同时，加大了搅拌的体积，进一步提高了厌氧反应的速度，此外底部设置卸渣口，定期排渣，避免残渣占用过多的发酵罐空间。

4、在生产生活中，混合的产品层出不穷，生物质类和化石类融为一体，难分难解，本实用新型的城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统中，采用干湿分离技术为将垃圾分为生物质垃圾和化石类垃圾提供了支撑。

附图说明

图1为本实用新型的城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统的示意图。

图2为本实用新型的城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统中，沼气提纯系统的示意图。

图3为本实用新型的城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统中，沼气提纯系统中二氧化碳热泵的示意图。

图4为本实用新型的城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统中，厌氧消化罐的结构示意图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，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。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1-4所示，一种城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统，其特征在于，包括：园林垃圾圾接收料仓，餐厨垃圾接收料仓，家庭生活垃圾接收料仓，厌氧污泥供给仓，垃圾分选系统，无机物回收仓，干湿分离装置，干垃圾收集仓，破碎装置，预处理罐，菌剂注入装置，碳酸氢铵注入装置，厌氧发酵产氢反应器，厌氧产甲烷消化罐，氢气提纯系统，氢气储气罐，沼液罐，脱水设备，干化装置，沼气罐，沼气提纯系统，加气机，加气柱和CO₂储气罐。

园林垃圾圾接收料仓通过输送装置与破碎装置连通，餐厨垃圾接收料仓的出口通过输送装置依次与垃圾分选系统、破碎装置、预处理罐和厌氧发酵产氢反应器连通，垃圾分选系统设置有无机物排出口，无机物排出口通过输送装置与无机物回收仓连通，家庭生活垃圾接收料仓通过输送装置与干湿分离装置连通，干湿分离装置的湿垃圾出口通过输送装置与预处理罐连通，干湿分离装置的干垃圾出口通过输送装置与干垃圾收集仓连通，预处理罐设置有菌剂注入口和碳酸氢铵注入口，菌剂注入装置和碳酸氢铵注入装置分别与菌剂注入口和碳酸氢铵注入口连通；厌氧发酵产氢反应器设置有氢气出口，混合物出口，厌氧消化液注入口和厌氧污泥输入口，氢气出口通过输送装置依次与氢气提纯系统和氢气储气罐连通，混合物出口通过输送装置与厌氧产甲烷消化罐连通，厌氧污泥输入口通过输送装置与厌氧污泥供给仓连通，厌氧产甲烷消化罐的出口分别通过输送装置与沼液罐和沼气罐连接；沼液罐的出口通过输送装置与脱水设备连接，脱水设备设有固体出口和厌氧消化液出口，固体出口通过输送装置与干化装置连接，厌氧消化液出口通过输送装置与厌氧消化液注入口连通；沼气罐出口通过输送装置与沼气提纯系统连接，沼气提纯系统通过输送装置分别与加气机和/或加气柱，CO₂储气罐连接。

优选的，干化装置为太阳能干化场。

优选的，干湿分离装置采用800-1000个大气压的机械挤压装置。

优选的，所述沼气提纯系统包括换热器，所述二氧化碳热泵的二氧化碳工质与一级加热器和二级加热器的冷却回水通过所述换热器换热。

优选的，所述一级过滤器为颗粒过滤器，所述二级过滤器为聚结式过滤器，所述三级过滤器为吸水过滤器，所述四级过滤器和五级过滤器均为油水分离过滤器。

优选的，所述沼气提纯系统包括CO₂储气罐，所述一级膜组和二级膜组均为CH₄/CO₂分离膜，所述一级膜组的CH₄渗透出口和CO₂渗透出口分别与二级加热器的入口和CO₂储气罐入口连通，所述二级膜组的CH₄渗透出口和CO₂渗透出口分别与天然气储罐的入口和CO₂储气罐入口连通。

优选的，所述一级压缩机和二级压缩机均为沼气压缩机。

优选的，所述CHG压缩机和储气装置之间的管道上设置有加臭机，以符合民用标准，更佳安全。

优选的，所述脱水设备为污泥脱水机房、螺旋挤压机或离心脱水机。

优选的，厌氧产甲烷消化罐包括壳体10，驱动装置20，升降搅拌杆30，搅拌件40，物料入口50，沼气排出口60，沼液排出口70，泄渣口80，支架90；所述壳体10底部固定在所述支架90上，所述驱动装置20固定在所述壳体10顶部，所述升降搅拌杆30为液压缸，其包括缸体31和活塞杆32，所述缸体31一端与所述驱动装置20连接，另一端穿过与所述壳体10位于所述壳体10内，所述升降搅拌杆30的缸体31通过可拆卸管路与设置在壳体10外部的油泵连通；所述搅拌件40与所述活塞杆32固定连接，所述物料入口50和沼液排出口70均设置在所述壳体10侧壁的下部，所述沼气排出口60设置在所述壳体10侧壁的上部，所述卸渣口80设置在所述壳体10底部。

优选的，所述驱动装置20为伺服电机。

优选的所述搅拌件40包括2组搅拌片，每组搅拌片在同一水平面，相对于所述升降搅拌杆30的轴线对称设置，2组搅拌片沿所述升降搅拌杆30的轴线依次设置，通过2组搅拌片提高了搅拌能力。

本实用新型的餐厨垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统的工作过程如下：

A)、园林垃圾圾接收料仓通过输送装置将仓内的园林垃圾圾输送至破碎装置破碎，餐厨垃圾接收料仓通过输送装置将仓内的餐厨垃圾输送至垃圾分选系统，分选出无机物通过所述垃圾分选系统的无机物排出口通过管路输送至无机物回收仓回收，通过设置垃圾分选系统，分离出不可降解的无机物，以保证后续厌氧发酵的稳定性。优选的，所述垃圾分选系统为自动分选机，所述自动分选机为现有技术，可实现有机物和无机物的分选；优选的，所述无机物为塑料、金属，砂石等；经过垃圾分选系统分选的餐厨垃圾后进入破碎装置破碎，家庭生活垃圾接收料仓通过输送装置将仓内的家庭生活垃圾输送至干湿分离装置，干湿分离装置将家庭生活垃圾分离为干垃圾和湿垃圾，在此，干垃圾主要为化石类垃圾，湿垃圾主要为生物质类垃圾，分离后的干垃圾通过输送装置进入干垃圾收集仓收集，湿垃圾与破碎后的园林垃圾圾和餐厨垃圾通过输送装置进入预处理罐，菌剂注入装置向预处理罐内注入菌剂，碳酸氢铵注入装置向预处理罐内注入碳酸氢铵，优选的，菌剂的注入量为预处理罐内垃圾的4％-6％，碳酸氢铵的注入量为预处理罐内垃圾的1％-2％，预处理3-5天，通过预处理罐的预处理，白色放线菌成长同时，破碎后的垃圾变软，提高了后续的产气量。预处理后的混合物通过输送装置进入厌氧发酵产氢反应器，同时，厌氧污泥供给仓通过输送装置向厌氧发酵产氢反应器内供给厌氧污泥，所述厌氧污泥内有产氢产乙酸菌，优选的，厌氧污泥的供给量为进入厌氧发酵产氢反应器的预处理后的混合物的20％-30％，厌氧发酵产氢反应器内，反应产生的氢气由氢气出口排出后通过输送装置经过氢气提纯系统提纯后进入氢气储气罐储存，剩余混合物通过输送装置进入厌氧产甲烷消化罐进行厌氧消化，经过厌氧消化后生成沼气和沼液，沼气通过输送装置进入沼气罐，沼液通过输送装置进入沼液罐；沼液罐内的沼液通过输送装置进入脱水设备进行脱水形成消化液和滤渣，滤渣通过输送装置进入太阳能干化场干化形成生物炭土；消化液通过输送装置进入厌氧发酵产氢反应器内，用于产氢反应。

B)、沼气罐内的沼气被罗茨风机抽出后，经过颗粒过滤器滤掉颗粒物后进入缓冲罐缓冲，沼气从缓冲罐出口通过加压泵加压后依次经过水洗塔，气水分离器，脱硫装置，阻火器，脱碳装置，脱卤化氢装置，脱氮氧装置实现碳化物、硫化物、卤化氢等杂质的去除；去除相关杂质的气体依次通过一级压缩机，冷冻式干燥机，二级过滤器，二级压缩机，二氧化碳热泵，三级过滤器，一级加热器，四级过滤器，一级膜组，二级加热器，五级过滤器，二级膜组实现脱水和脱二氧化碳后进入天然气储罐，天然气储罐出口的天然气通过CNG压缩机高压压缩并通过加臭机注入臭气后进入储气装置以供天然气营运车辆加气和/或为CNG槽车注气。

在此过程中，一级膜组和二级膜组析出的二氧化碳进入二氧化碳储气罐中存储。

其中，二氧化碳热泵的工作流程如下：经二氧化碳压缩机压缩后的高温高压二氧化碳进入冷凝器换热后形成低温高压二氧化碳；所述低温高压二氧化碳经过所述膨胀阀形成低温低压二氧化碳，所述低温低压二氧化碳进入回热器换热，形成高温低压二氧化碳，所述高温低压二氧化碳进入二氧化碳压缩机，形成高温高压二氧化碳，二级压缩机出口的气体经过二氧化碳热泵的回热器与低温二氧化碳换热实现降温，以便液态水的析出，所述冷凝器与所述换热器连通，实现低温高温二氧化碳与一级加热器和二级加热器的冷却回水换热。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种城市有机垃圾厌氧消化联产氢气甲烷的系统，其特征在于，包括：园林垃圾圾接收料仓，餐厨垃圾接收料仓，家庭生活垃圾接收料仓，厌氧污泥供给仓，垃圾分选系统，无机物回收仓，干湿分离装置，干垃圾收集仓，破碎装置，预处理罐，菌剂注入装置，碳酸氢铵注入装置，厌氧发酵产氢反应器，厌氧产甲烷消化罐，氢气提纯系统，氢气储气罐，沼液罐，脱水设备，干化装置，沼气罐，沼气提纯系统，加气机，加气柱和CO₂储气罐；

园林垃圾圾接收料仓通过输送装置与破碎装置连通，餐厨垃圾接收料仓的出口通过输送装置依次与垃圾分选系统、破碎装置、预处理罐和厌氧发酵产氢反应器连通，垃圾分选系统设置有无机物排出口，无机物排出口通过输送装置与无机物回收仓连通，家庭生活垃圾接收料仓通过输送装置与干湿分离装置连通，干湿分离装置的湿垃圾出口通过输送装置与预处理罐连通，干湿分离装置的干垃圾出口通过输送装置与干垃圾收集仓连通，预处理罐设置有菌剂注入口和碳酸氢铵注入口，菌剂注入装置和碳酸氢铵注入装置分别与菌剂注入口和碳酸氢铵注入口连通；厌氧发酵产氢反应器设置有氢气出口，混合物出口，厌氧消化液注入口和厌氧污泥输入口，氢气出口通过输送装置依次与氢气提纯系统和氢气储气罐连通，混合物出口通过输送装置与厌氧产甲烷消化罐连通，厌氧污泥输入口通过输送装置与厌氧污泥供给仓连通，厌氧产甲烷消化罐的出口分别通过输送装置与沼液罐和沼气罐连接；沼液罐的出口通过输送装置与脱水设备连接，脱水设备设有固体出口和厌氧消化液出口，固体出口通过输送装置与干化装置连接，厌氧消化液出口通过输送装置与厌氧消化液注入口连通；沼气罐出口通过输送装置与沼气提纯系统连接，沼气提纯系统通过输送装置分别与加气机和/或加气柱，CO₂储气罐连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：干化装置为太阳能干化场。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：沼气提纯系统包括：依次连接的罗茨风机，一级过滤器，缓冲罐，加压泵，水洗塔，气水分离器，脱硫装置，阻火器，脱碳装置，脱卤化氢装置，脱氮氧装置，一级压缩机，冷冻式干燥机，二级过滤器，二级压缩机，二氧化碳热泵，三级过滤器，一级加热器，四级过滤器，一级膜组，二级加热器，五级过滤器，二级膜组，天然气储罐，CNG压缩机，储气装置；罗茨风机的入口通过输送装置与沼气罐的出口连接；储气装置通过输送装置与加气机和/或加气柱连接；二氧化碳热泵包括循环依次连接的二氧化碳压缩机，冷凝器，膨胀阀和回热器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：厌氧产甲烷消化罐包括壳体，驱动装置，升降搅拌杆，搅拌件，物料入口，沼气排出口，沼液排出口，支架；壳体底部固定在支架上，驱动装置固定在壳体顶部，升降搅拌杆为液压缸，其包括缸体和活塞杆，缸体一端与驱动装置连接，另一端穿过与壳体位于壳体内，搅拌件与活塞杆固定连接。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：驱动装置为伺服电机。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：升降搅拌杆的缸体通过可拆卸管路与设置在壳体外部的油泵连通。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：物料入口和沼液排出口均设置在壳体侧壁的下部，沼气排出口设置在壳体侧壁的上部。

8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：包括泄渣口，卸渣口设置在壳体底部。

9.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：搅拌件包括2组搅拌片，每组搅拌片在同一水平面，相对于升降搅拌杆的轴线对称设置，2组搅拌片沿升降搅拌杆的轴线依次设置。