CN107225142A - 一种节能型垃圾干馏制燃气和燃气发电的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种节能型垃圾干馏制燃气和燃气发电的方法；更具体地说，属于将垃圾按照预处理、生化降解、干馏气化、气液分离、燃气净化、燃气利用等工艺流程处理垃圾制造燃气和燃气发电的方法，具有节能、环保、高效和连续化处理垃圾的优点，具有好的创造性、新颖性和工业实用性。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种节能型垃圾干馏制燃气和燃气发电的方法，属于环保技术领域；
二、发明背景
随着我国经济发展和人民生活水平的提高，生活垃圾产生量与日增长，特别是广大农村的有机垃圾的产生量不断提高；垃圾中的有机物易变质腐烂将会影响人们生存的环境；然而，降低垃圾的综合处理成本，提高垃圾处理的经济效益，将其无害化、减量化和资源化，是全社会推进垃圾处理的重要的关键问题；
文献报道，低位发热值(即，L·H·V)大于3344KJ/Kg(或800大卡/Kg)的垃圾在焚烧炉中能得到充分自燃，不用喷油或加煤助燃；当进炉的垃圾热值达不到800大卡/kg热值时，就必须向焚烧炉内喷射燃油或加煤以补充热量使垃圾烧烬，然而，我国城市和乡镇生活垃圾中的瓜果皮、蔬菜残渣、厨房餐馆垃圾、餐后剩食等碳水化合物量较高，水分含量大，热值低，不能自燃，这加大了垃圾处理的能耗成本；特别是，农村垃圾中的废塑料、橡胶、纸等高热值的物质较少，主要由果皮、菜叶、畜禽粪便等低热值的碳水化合物组成，其热值更低，这阻止了大量的农村垃圾进行焚烧或热解处理；目前，国内外的农村垃圾的处理方法主要是传统的填埋或是进行堆肥；然而，垃圾填埋后易产生垃圾渗透液的渗漏事件，污染地下水，垃圾生产的肥料含有重金属，达不到国家的肥料质量标准，限制了垃圾肥料的销售市场，垃圾处理的经济效益低；
为了克服上述方法的弱点，现已公开了一些解决这方面问题的技术方案，例如：在本申请人授权的USP 5,744,668、USP 6,133,491和CN 1068032C中，公开了将生活垃圾进行两段和两种不同温度的热裂解和催化裂解，采用连续进料和连续排渣的方法和设备；由于生活垃圾中的碳水化合物含量高，水分含量高，热值低，要使垃圾中的有机物质(畜禽的脏器、皮、毛、骨)彻底分解，必须先提供和消耗大量的热量，蒸发和除去有机物中所含的大量水分，使其干燥，然后才能够达到其分解温度；这，存在垃圾处理能耗高的缺陷；
在申请号200610014872.9《利用秸秆掺烧城市生活垃圾发电的方法》中，采用掺烧30-80％的高热值的秸秆到低热值的生活垃圾中，提高生活垃圾的热值进行“气化”或热处理制造燃气进行发电，存在秸秆掺烧量大、秸秆比重轻、运输成本高的弱点；
在本申请人授权的CN 101352721B中，公开了《一种连续化处理生活垃圾的方法》，采用机械挤压机或脱水机(如离心机)对垃圾进行脱水；然而，机械式的挤压脱水方式仅能对物质表面的游离水进行分离；不能挤压脱去垃圾有机物内部包含的大量水分；实践证明，挤压机对生活垃圾进行挤压脱水后，垃圾中残留的水分至少在55％以上，因此，要有效地大量的除去碳水化合物垃圾内部包含的水分，必须消耗大量的蒸发热或汽化热，这增加了垃圾脱水和干燥的处理成本；这，存在垃圾处理能耗高的缺陷；
特别地，生活垃圾与生物质(如秸秆、稻壳、木屑.....等)组份绝然不同，生物质(秸秆、稻壳、木屑......等)的热值一般在15000-19000KJ/kg，而生活垃圾成分复杂，包含有泥土，含水率高达40-60％(wt％)，比重大，热值低，如占生活垃圾70％左右(wt％)筛下物重组分垃圾的热值仅为生物质最低热值的1/5，无法点燃或焚烧，且含有一定量的金属或重金属；不能采用与生物质完全一样的方法去对生活垃圾进行“气化”或热处理制取燃气进行发电；据报道，生活垃圾的入炉焚烧或热解的最低热值为3300-5000KJ/kg，最好在6000KJ/Kg以上，低于3300kJ/kg不能焚烧或分解；生活垃圾分选出的筛下物(如菜叶、果皮、餐厨垃圾等碳水化合物)含水分高达40％-60％，热值一般在800-1500KL/kg，热值远远低于生活垃圾的焚烧或热解的最低热值3300-5000KJ/kg范围，通常只能作为堆肥的原料；
目前为止，在中国和世界专利文献库、相关的书籍、刊物、杂志以及工业化生产应用等方面，还没有查阅将含水率高的农村垃圾进行焚烧发电或干馏制取燃气进行发电的报道，没有查阅到从生活垃圾中分选出来的占生活垃圾70％左右(wt％)的低热值的碳水化合物进行干馏制取燃气发电的报道。
本发明的目的就是要克服低热值的垃圾(如农村垃圾)在热解或焚烧发电中需要额外补充燃油或燃煤的缺陷，提供一种耗能低(即，含水率高的碳水化合物垃圾采用生化降解方式进行分解、减量、脱去分子结构水)、资源化(垃圾中的能量转换成燃气，即燃气发电，燃气民用或燃气工业用)、减量化、环保、高效等多种优点的一种节能型垃圾干馏制燃气和燃气发电的方法。
三、发明内容
本发明涉及一种节能型垃圾干馏制燃气和燃气发电的方法；更具体地说，属于将垃圾按照预处理、生化降解、干馏气化、气液分离、燃气净化、燃气发电等工艺流程处理垃圾使其无害化、减量化和资源化的方法；
按本发明的方法包括以下步骤：
(1)预处理：垃圾由垃圾车辆运来，经地衡称量，人工除去大件垃圾、砖石，用磁选机除去金属，用破袋机进行破袋、破碎的初步处理；收集和利用初步处理后的垃圾物料，或是将初步处理后的垃圾物料进一步用筛分机进行分选，分别收集筛分出的筛上轻质物料、筛下重质物料；
(2)生化降解：将预处理中初步处理后的垃圾物料进行发酵，或是将预处理中分选出的筛下重质物料进行发酵，将一定量的发酵微生物菌剂与发酵的物料混匀，按照公知的发酵技术条件进行发酵，发酵使垃圾物料中的碳水化合物被分解成为气体、水和有机残渣，收集和净化处理在发酵中产生的气体，收集和净化处理在发酵中产生的废水，收集和利用发酵后的固体物料；
(3)干馏气化：将生化降解后收集的固体物料和/或预处理中收集的筛上垃圾轻质物料加到干燥设备内进行干燥脱水，然后输送到密闭的干馏气化设备内进行干馏气化；可以采用公知的无氧条件下的热裂解技术原理，对干馏设备内的物料进行间接加热的干馏气化，也可以依照水煤气生产或生物质气化的制造技术原理，在干馏气化设备内进行物料的缺氧燃烧的干馏气化；干馏气化中的压力控制在负压、常压或稍高于常压，干馏气化产生气相产物和残渣，收集和利用干馏气化产生的气相产物，从干馏气化设备中排出残渣，收集和利用排出的残渣；
(4)气液分离：采用公知的气--液分离技术原理，将干馏气化中收集的气相产物进行气--液分离或冷凝，分离出混合油、废水和可燃性气体；对可燃性燃气、混合油进行分别收集、利用，对废水进行净化达标处理；
(5)燃气净化：将气液分离中收集的可燃性气体进行脱酸、脱焦油、脱水、脱尘的气体净化达标处理，收集、储备和利用净化达标后的可燃性气体；
(6)燃气利用：将净化后的可燃性气体输送给燃气发电机组进行发电，或是将燃气作为燃料供给蒸汽锅炉产生水蒸气，用水蒸气进行汽轮机组发电，并对发电中产生的余热进行利用，或是将燃气作为工业和居民用的燃料；
按本发明的方法，所述的预处理中的筛分机是指：滚筒式筛分机、振动筛分选机、光电分选机、风力分选机；
按本发明的方法，所述的生化降解中的发酵是指：按照公知的有机物厌氧发酵或是好氧发酵的技术原理，将垃圾中的碳水化合物进行厌氧微生物的发酵，被分解成甲烷气体、水和有机残渣，或是将垃圾中含水率高的瓜果皮，菜叶餐厨垃圾等碳水化合物进行好氧发酵，分解成二氧化碳、水和少量的有机物残渣；发酵产生的气体通过石灰乳液或其它碱液中和吸收发酵中排放出来的二氧化碳及其它酸性气体，不被碱液吸收的甲烷气体被分离出，收集和回收利用。
一般情况下，发酵后剩余的有机残渣(主要成分是腐殖酸)的重量占发酵前碳水化合物重量的10-20％(wt％)；垃圾中的碳水化合物是由碳(C)、氢(H)和氧(O)三元素所构成的有机化合物，主要由腐烂瓜果、瓜果皮、蔬菜残叶、厨房餐馆垃圾、餐后剩食所组成，含水率在70-90％(wt％)；碳水化合物中水分含量(Wt％)超过数倍它的固体干基含量(Wt％)；如一个102克的苹果，榨汁后的固体残渣只有15.6克，汁或水分占86.4克，水分含量为84.37％(W％)；通过发酵处理，这些垃圾中的碳水化合物被生化降解成为二氧化碳、水和少量的有机残渣，发酵后剩余的有机残渣重量只是发酵前碳水化合物垃圾重量的10-20％，碳水化合物中70％以上的分子结构水被分解除去；如1000公斤的西瓜皮好氧发酵后的剩余有机残渣为106公斤；通过生化发酵，碳水化合物垃圾中的结构水被分离出，发酵剩余的有机残渣容积只是碳水化合物垃圾在发酵前容积的10-30％(v/v％)，通过对垃圾中碳水化合物的发酵处理，使生活垃圾中的水分重量百分比含量(W％)大大降低，固体干基的重量百分比含量(W％)大大上升；因此，通过对生活垃圾碳水化合物的生化降解或发酵处理，生活垃圾中大量的分子结构水被分解除去，垃圾物料的容积大大降低，得到了第一次减量化处理，同时地，垃圾中水分的分离出去，导致垃圾的发热值大大上升，其发热值能满足或超过此时垃圾焚烧至烬所需热量；生化降解或发酵温度一般维持在30-35℃，但在传统的垃圾热分解、干馏、垃圾焚烧法中，垃圾中的大部分水分都是靠吸收大量的汽化热进行干燥、蒸发后除去的，因此造成了大量的能源浪费，极大地增加了垃圾处理的综合成本；
因此，采用低能耗的生化降解或发酵方法，对生活垃圾中低热值的碳水化合物进行生化降解，脱去碳水化合物垃圾中70％(wt％)以上的分子结构水，对碳水化合物垃圾进行70％以上的减容和减量，提高固体垃圾物料的综合热值；这，就是本发明的特征之一；
按本发明的方法，所述的干馏气化，可以采用如下二种干馏气化方法中的任意一种方法：
第一种方法：依照水煤气生产或生物质气化的制造技术，干馏气化设备(如干馏气化炉)中的物料与空气直接接触进行缺氧燃烧的干馏气化，在干馏气化设备内，垃圾物料依次经过干燥区、裂解区、氧化区、还原区后，被分解成为燃气和灰渣；
第二种方法：依照公知的无氧条件下的干馏气化技术，在完全隔离空气的条件下，将垃圾物料加入密闭的干馏气化设备内，采用间接加热方式，使干馏气化设备内的物料受热后发生气化、裂解，生成气相产物和残炭；
垃圾中的有机物(生物质和烃类物质)在干馏气化的热解反应中，主要发生如下热解反应：
第一种干馏气化方法是：依照水煤气生产或生物质气化的制造技术，在缺氧条件下对物料进行干馏气化：将垃圾物料输送到干馏气化设备(如立式干馏气化炉)中，可以从干馏气化炉的上部或中部加料到干馏气化炉中，进入干馏气化炉的气化剂可以是空气、水蒸气或氧气；干馏气化炉中的氧化燃烧区产生的900-1200℃的高温气体与垃圾物料直接接触发生传热，供给垃圾物料进行热分解或干馏气化所需的热量，使干馏气化炉内的物料进行进一步干燥、热解或气化、氧化(残炭焚烧)和还原过程；气化炉内的还原区温度控制在800℃左右，氧化燃烧区的温度控制在900-1200℃，裂解区的温度控制在400-700℃，干燥区的温度控制在300℃左右，气化炉内压力控制在微负压(如采用常规的下吸式固定床气化炉)或稍高于常压(如采用上吸式固定床气化炉或流化床气化炉)，物料在气化炉内处理时间在0.1-1小时；热解产生气相产物和无机灰渣，气相产物从气化炉的上部(如采用上吸式固定床气化炉或流化床气化炉)或下部(如采用下吸式固定床气化炉)排出气化炉，无机灰渣从气化炉的底部排出气化炉；不断地收集并利用干馏气化炉内产生的气相产物(主要是可燃性气体)或固体灰渣；
在干馏气化设备中，落入到氧化(或燃烧)层的热解残炭中不含有机物，不含氢(H)和氧(O)元素，残炭是一种由炭(C)元素和无机灰尘组成的残渣，已经完全无害化，这种不含氢(H)和氧(O)元素的剩余无机物残渣在焚烧时，只会发生下列化学反应：
C+O2＝CO2
因为残渣中不含氢(H)或氧(O)，不能发生下列化学反应：
所以，垃圾干馏汽化的全过程中，二恶英(PCDFS)的生成得到遏制；
第二种方法是：依照公知的无氧条件下的干馏气化的热裂解技术，在完全隔离空气(或氧气)的条件下，将垃圾物料输送到常规的密闭的干馏气化设备(如卧式旋转反应釜、卧式螺旋搅拌反应器釜)中，采用加热炉燃烧产生的高温烟气、电热(如等离子体设备加热，或是中频或高频电磁加热)，或采用高温热载体(如导热油、熔融盐)给干馏气化设备的外壁或/和内部进行间接加热，使干馏气化设备内的物料受热后的温度达到300-500℃，并发生垃圾中有机物的热分解，干馏气化设备内的压力可以是负压、常压或稍高于常压，干馏产生气相产物和固体残炭(C)；气相产物不断地排出干馏气化设备；采用常规的方法不断地收集并利用干馏后产生的气相产物(主要是可燃性气体)和残炭；
按本发明的方法，所述的气液分离，进一步包括：采用公知的气液分离方法，将干馏气化设备中排出的气相产物进行气--液分离，其中包括对气相产物进行冷凝，收集冷凝后得到的混合油(生物焦油和烃油)、废水和不凝结的燃气等产物；通常地，采用文丘里气液分离器、电捕焦油器分离出气相产物中的焦油，用油水分离器将混合油与废水进行分离开；利用油和水的互不相溶性和密度差别将混合油与废水分离开，将燃气、混合油进行分别收集与利用，对废水进行净化处理达标后排放；
按本发明的方法，所述的燃气净化进一步包括：将收集的燃气引入到燃气净化设备中，对燃气进行脱酸性气体(即脱硫、脱氯、脱氮)、脱焦油、脱水和脱尘的净化达标处理；燃气净化的主要设备包括：电捕焦油器、湿法(喷淋塔)脱硫除尘设备、半干法净化设备(喷雾干燥+除尘器)、干法净化设备(干法管道喷射+除尘器)、活性炭吸附器、分子筛吸附器等，本发明优选本发明人授权的《一种气体净化装置》ZL：201220564006.8的燃气净化设备，该设备能有效地脱除或净化垃圾热解燃气或生物质热解燃气中的焦油、酸性物质、灰尘和水分；
按本发明的方法，所述的燃气发电，进一步包括将收集和储备的可燃性气体输送给燃气发电机组进行发电，可以将燃气发电机组发电中排出的高温烟气进行热量回收，用高温烟气作为热源给余热蒸汽锅炉供热产生水蒸气，用水蒸气驱动汽轮发电机组发电；
所述的垃圾包含生活垃圾、农村垃圾、餐厨垃圾、医疗垃圾、污泥、油沙，或以下一种或多种下列废弃的有机物质：
i)有机聚合物：其中包括：废塑料、废橡胶、尼龙、废烃油；
ii)有机纤维物质：其中包括：织物、衣物、废纸、化纤、植物、棉、布、纱、木、叶、茎、壳、枝、草；
iii)碳水化合物：其中包括：淀粉、动植物油脂、含油植物、油籽、腐烂瓜果、粪便、瓜果皮、蔬菜残渣、厨房餐馆垃圾、餐后剩食、毛发、骨头、动物脏器、人体组织器官；
iv)它有机残余物：其中包括：皮革、药材、颜料、油漆、有机化工废品、油沙，装饰垃圾、家用什具：
本发明的优点是：
1.城市生活垃圾，特别是低热值的农村有机垃圾，经过生化降解的发酵处理，垃圾物料中70％(wt％)以上的分子结构水被分离除去，垃圾物料中水的百分比含量大大降低，垃圾物料的体积和重量得到了大量的减少，垃圾物料的热值得到了提高，使得垃圾处理的能耗大大降低，特别是提高了后工序设备(如干馏气化设备)在单位时间的对垃圾的处理量；使得垃圾的处理变得更加节能，使垃圾的单位处理量的投资和运行成本大大降低；
2.采用生化降解和干馏气化的方法使垃圾减容、减量，无二恶因产生，真正做到了生活垃圾处理的无害化；
3.垃圾干馏后得到清洁的可燃性气体产物，利用燃气进行发电，或利用燃气给居民的家用供气，或将燃气用于工业炉的加热，真正实现了垃圾处理的资源化；
4.本发明所采用的设备均属于常规的设备，运行可靠，技术成熟，结构简单，维修方便，造价低廉；
5.本发明属于连续化垃圾处理方法，能将堆积如山的生活垃圾完全地彻底地实行减量化、无害化和资源化，具有好的创造性，新颖性和工业实用性。
附图说明
附图1是本发明方法的工艺流程图；
具体实施方式
如附图1所示，在本发明如下的三个实施例中，本发明不受其限制；本发明的方法包括：将生活垃圾按照预处理、生化降解、干馏汽化、气液分离、燃气净化和燃气利用等工艺流程进行连续化处理；
实施例一
如附图1所示，具体步骤是：
i)预处理：城市生活垃圾由垃圾车辆运来，经地衡称量后加入垃圾池内，垃圾池容积约为1000-2000m3，垃圾池顶部安装有抓斗式起重机，用于垃圾的倒垛和供料；先由磁选机分出黑色金属，然后人工手选，除去较大的砖石、箩筐等大件废弃物，另行无害化处理；用抓斗式起重机将1000KG生活垃圾抓起和移入到破袋机，对垃圾进行破袋处理，破袋后的垃圾落入输送机被输送入滚筒筛分选机进行筛分，分别收集和利用分选机筛上的废塑料、纸屑、布、绳子等的垃圾轻质物料203公斤(含水9.7％，wt％)、筛下的瓜果皮、菜叶、餐后剩食、泥土等垃圾重质物料729公斤，以及较大的石块和铁器等68kg；
ii)生化降解：采用本申请人发明的《生活垃圾和/或餐厨垃圾的快速好氧发酵装置》ZL：201310041024.7的装置，将上述i)预处理中收集的729公斤的筛下垃圾重质物料垃圾(如菜叶、果皮、餐后剩食、泥沙的混合物料)作为发酵物料，与适量的好氧微生物菌(“百花山”牌)，按公知的技术配方进行混合均匀，使C/N达到20-30，然后，加入到发酵仓中，装料或出料属于间歇式操作，采用热空气进行发酵，通过调节输入的空气温度的高或低，去控制各个发酵阶段在发酵中工艺所需的最佳温度，提高发酵的速度，特别地，热空气能够串透发酵物料表面的水膜，渗透到发酵物料内层的程度，提高发酵速度；发酵物料从室温状态开始，利用热空气直接输入到发酵仓内，使热空气与发酵物料直接接触传热，使发酵物料的温度快速上升到高温阶段(50-80℃)，进行快速的发酵，利用高温嗜热微生物菌的生化分解作用将有机物快速地降解；然后，调节和降低输入到发酵仓内的空气的温度，利用低温空气将高温阶段(50-80℃)的发酵物料温度快速地降低至中温阶段(25-40℃)，进行后期的腐熟期的发酵，发酵全过程时间为2-3天完成，发酵完毕后，收集到208公斤(含水29.5％，Wt％)发酵后的剩余产物，并排出发酵仓，收集和利用发酵后的剩余物料；利用石灰乳液吸收塔中和净化处理发酵排出的酸性气相产物；收集发酵中产生的废水，废水经过净化处理后达标排放；
iii)干馏汽化：采用本申请人已经授权的《一种热解煤或垃圾有机废弃物的旋转反应釜》ZL 201320236505.9的设备，将上述i)收集的筛上垃圾轻质物料203公斤和上述ii收集的发酵后的剩余产物208公斤(含水29.5％，Wt％)等垃圾物料用输送机连续地送入到卧式旋转干燥机中，将150-120℃的热空气输入卧式旋转干燥机内与物料直接接触发生传热，对物料进行加热蒸发和脱水，将卧式旋转干燥机内产生的水蒸气和废气引入到气体净化装置内进行气体的净化达标处理后排放；将干燥脱水后的物料输送到密闭的卧式旋转筒体裂解反应釜中，用燃油作为热源给卧式旋转筒体裂解反应釜的外壁加热，裂解反应釜内的温度控制在350-390℃，压力控制在0.03-0.08MPa；垃圾物料在无氧密闭的卧式旋转筒体裂解反应釜内不断地上下翻滚，垃圾物料从卧式旋转筒体裂解反应釜的一端进入，从另一端排出，垃圾物料从卧式旋转筒体反应釜的一端移向另一端的裂解时间可控制在25-30分钟，此时垃圾物料中的有机物发生干馏气化的热裂解反应，经过裂解反应后，垃圾物料被分解成固体残渣和气相产物(即CO2、H2O和可燃性气体)；分别收集和利用从卧式旋转筒体反应釜排出的气相产物和70.4公斤残渣；
iv)气液分离：将上述iii)排出的气相产物经过冷凝、文丘里分离器、电捕焦油器后，得到混合油、水和不凝结的可燃性气体(H2，C1-C4)；可燃性气体排被输送到后段工序进行净化处理和利用，收集到36.5kg的混合油作为燃料在燃烧炉中燃烧产生高温烟气(900-1100℃)给iii)干熘气化中的卧式旋转筒体反应釜的外壁加热进行干馏汽化或热解反应；收集的废水经过净化处理后达到《GB18918-2002》一级排放标准，然后排放；收集的固体残渣作为燃料在燃烧炉中燃烧回收热量，燃烧炉产生的无机灰渣排出燃烧炉，此灰渣可以经磁选机回收金属、粉碎、提纯后用作制砖原料。
v)燃气净化：采用本申请人已经授权的《一种气体净化装置》ZL：201220564006.8的燃气净化设备和操作，将上述iv)收集的可燃性气相进行脱酸性气体(如硫化氢、二氧化硫、氯化氢、二氧化碳)、脱焦油、脱水、脱尘的燃气净化达标处理；收集、储备和利用净化达标后的可燃性气体216m3(气体的热值为18.2MJ/Nm3)，净化后的燃气按照国标《GB/T12208-1990》城镇燃气中焦油和灰尘含量的检测方法进行检测，燃气的质量符合(DB37/253-2007)中规定的各项指标；
Vi)燃气利用：采用罗兹风机将上述v)燃气净化后的质量达标的燃气从燃气储柜内输送到燃气发电机组(义发牌康明斯系列燃气发电机组-100GF-SJ，发电机型号-HCI5C)配置联接的内燃机中，驱动内燃机工作，由内燃机带动发电机转动发电，发电度数为329度电(KWH)；不断地将上述内燃机(350GF-SJ)排放的高温烟气引入到余热锅炉中，用余热锅炉回收热量产生蒸汽，并利用蒸汽作为能源，输入到与发电机配置联接的蒸汽涡轮发动机(Steam turbine)中，驱动蒸汽涡轮发动机工作，由蒸汽轮机带动发电机转动发电；
经过上述工艺过程得到如下主要数据和结果：
生 活 垃 圾： 1000KG；
平 均 热 值： 1020千卡/公斤，或4263KJ/kg；
垃圾物理性质(W％)： 水分32.8％，总固体类(包括碳水化合物、废塑料、
纤维素、淀粉、金属、粉煤灰等等)67.2％，PH值为
8.5，比容为0.39吨/m3；
1000KG垃圾的容积： 2.56M3
垃 圾 元 素 分 析： H 7.2％(wt％)；C 21.1％(wt％)；O50.12％(wt％)；
S 0.34％(wt％)；N1.2％(wt％)，金属及无机物
20.14％(wt％)；
好氧发酵温度： 30-35℃；
好氧发酵时间： 72小时
发 酵 菌 剂： 百花山”牌发酵菌剂，由中国农业科学院出产；
发酵剩余物： 208公斤(含水29.5％，wt％)；
裂解反应釜内温度： 350-390℃；
裂解反应釜内压力： 0.03-0.08Mpa
燃烧炉排出烟气温度：850-1050℃；
反应产物(W％)：
混合油： 36.5KG，占3.65％；
可燃性气体(H2、CO、C1-C4)： 199.9KG，占19.99％；
燃气的产量： 216立方米；
可燃性气体热值： 18.2MJ/Nm3
燃气发电量： 329KWH；
石块和铁器： 68kg；
干馏气化残炭： 70.4KG
以上固体合计： 138.4KG(68+70.4)，占13.84％；
水分(包括发酵脱水、裂解产生的水) 597.1KG，占59.71％；
其它(包括烟气中的酸性气体成分)： 28.1KG，占2.81％；
垃圾减容效果：
残渣及金属的平均密度： 2.01吨/M3
138.4KG固体占容积： 0.069M3(0.1384÷2.01)
垃圾减容率(V％)： 97.3％[(2.56-0.069)/2.56×100％]
垃圾减量率(Wt％)： 97.3％[100％-2.7％]
实施例二
如附图1所示，具体步骤是：
i)预处理：与实施例一的操作方法相同；得到筛上的垃圾轻质物料203公斤(含水9.7％，wt％)、筛下的垃圾重质物料729公斤和石块和铁器68kg；
ii)生化降解：与实施例一操作方法相同，将预处理得到的筛下重质物料729公斤进行发酵处理，得到发酵后的降解产物208公斤；
iii)干馏气化：采用本申请人已经授权的《一种生活垃圾的热解催化气化炉》ZL201320182361.3的设备(下吸式气化炉)和操作，采用往复式液压机将上述i)收集的筛上垃圾轻质物料203公斤和ii)收集的发酵后的降解产物208公斤这二种物料不经过干燥和脱水处理，而是直接的被输送到密闭的干馏气化炉内，采用空气作为气化剂，在缺氧条件下对所述气化炉内的垃圾物料进行干馏气化，垃圾物料先后经过干燥区的脱水，裂解区的热解汽化，和燃烧区(还原区和氧化区)的残炭焚烧的处理而发生热分解；气化炉内的干燥区的温度控制在280-300℃左右，裂解区的温度控制在500-700℃，氧化燃烧区的温度控制在900-1200℃左右，还原区温度控制在700-800℃左右，气化炉内压力控制0.02-0.09MPa，干馏气化的热分解过程为63分钟；热解产生气相产物和灰渣，气相产物从气化炉的中下部排出气化炉，灰渣从气化炉的底部排出气化炉，收集和利用从干馏气化炉排出的气相产物和32.5公斤的灰渣；此灰渣可以经磁选机回收金属、粉碎、提纯后用作制砖原料；
iv)气液分离：将上述iii)排出的气相产物经过冷凝、文丘里分离器、电捕焦油器后，得到焦油、水和不凝结的可燃性气体；可燃性气体排被输送到后段工序进行净化处理和利用；收集的焦油返回到干馏气化炉进一步热分解制造燃气；收集的废水经过净化处理后达标排放；
v)燃气净化：按照实施例一的方法，对上述iv)收集的燃气进行净化达标处理，最后收集得到热值为7.8MJ/Nm3的可燃性气体为412M3，净化后的燃气按照国标《GB/T12208-1990》城镇燃气中焦油和灰尘含量的检测方法进行检测，燃气的质量符合(DB37/253-2007)中规定的各项指标；
Vi)燃气利用：采用罗兹风机将上述v)燃气净化后的412M3燃气从燃气储柜内输送到燃气发电机组配置联接的内燃机中，驱动内燃机工作，由内燃机带动发电机转动发电，发电度数为313度电(KWH)；
经过上述工艺过程得到如下主要数据和结果：
生 活 垃 圾： 1000KG；
平 均 热 值： 1020千卡/公斤，或4263KJ/kg；
垃圾物理性质(W％)： 水分32.8％，总固体类(包括碳水化合物、废塑料、
纤维素、淀粉、金属、粉煤灰等等)67.2％，PH值为
8.5，比容为0.39吨/m3；
1000KG垃圾的容积： 2.56M3
垃 圾 元 素 分 析： H 7.2％(wt％)；C 21.1％(wt％)；O50.12％(wt％)；
S 0.34％(wt％)；N 1.2％(wt％)，金属及无机物
20.14％(wt％)；
好氧发酵温度： 30-35℃；
好氧发酵时间： 72小时
发 酵 菌 剂： 百花山”牌发酵菌剂，由中国农业科学院出产；
发酵剩余物： 208公斤(含水29.5％，wt％)；
气化炉内温度：
干 燥 层： 280-300℃；
裂 解 层： 500-700℃
氧化燃烧层： 900-1200℃；
还原反应层： 700-800℃；
反应产物(W％)：
燃气的产量： 412立方米(N2、H2，C1-C4，CO)；
可燃性气体热值： 7.8MJ/Nm3
燃气发电量： 313KWH
无 机 残 渣 及 金 属： 112.1KG
水分(包括发酵脱水、干馏气化收集的水) 591.6KG。
实施例三
如附图1所示，具体步骤是：
i)预处理：农村垃圾1000公斤(其中，废塑料为15公斤，占1.5％，wt％)由垃圾车辆运来，用人工除去垃圾中的大件垃圾、砖石和铁器，磁选分离出铁器，再用对琨式破碎机将垃圾撕碎成为20公分以下尺寸；结果是：分离出石块和金属共计为58公斤，得到除去石块和铁器后的其它垃圾942公斤(其中，包含废塑料15公斤)，收集和备用；
ii)生化降解：
方法同实施例一，将上述i)预处理中收集的942公斤垃圾作为发酵物料加入到生化降解的发酵设备内进行生化降解的发酵处理，通过发酵处理，得到发酵后的降解产物为242公斤，其中，包括不被生化降解的废塑料15公斤，占6.2％，Wt％，降解产物的含水率为28.1％，Wt％；
iii)干馏气化：
方法同实施例二，将上述ii)收集的发酵后的降解产物242公斤(包括废塑料15公斤)用输送机连续地送入到卧式旋转干燥机中，将150-120℃的热空气输入卧式旋转干燥机内与物料直接接触发生传热，对物料进行加热蒸发和脱水，将卧式旋转干燥机内产生的水蒸气和废气引入到气体净化装置内进行气体的净化达标处理后排放；将干燥脱水后的物料输送到密闭的干馏气化炉内进行干馏气化(采用下吸式气化炉)的热分解，干馏气化产生气相产物和灰渣，收集和利用从干馏气化炉排出的气相产物和灰渣；
iv)气液分离：方法同实施例一；
v)燃气净化：按照实施例一的方法，对上述iv)收集的燃气进行净化达标处理，最后收集得到热值为6.5MJ/Nm3的可燃性气体280M3，净化后的燃气按照国标《GB/T12208-1990》城镇燃气中焦油和灰尘含量的检测方法进行检测，燃气的质量符合(DB37/253-2007)中规定的各项指标；
Vi)燃气利用：采用罗兹风机将上述v)燃气净化后的280M3燃气从燃气储柜内输送到燃气发电机组配置联接的内燃机中，驱动内燃机工作，由内燃机带动发电机转动发电，发电度数为153度电(KWH)；
经过上述工艺过程得到如下主要数据和结果：
农 村 垃 圾： 1000KG；
主 要 成 分： 菜叶，瓜果皮，草，枝，叶，秸秆、根，泥土，纸
屑，布，畜禽毛、人粪、畜禽粪便和少量废塑料；
圾物理性质(W％)： 水分32.1％，总固体类(包括碳水化合物、纤维素、
淀粉等等)70.9％，PH值为7.5，比容为0.58吨/m3；
平 均 热 值： 586千卡/公斤，或2453KJ/kg；
1000KG垃圾的容积： 1.72M3
好氧发酵温度： 30-35℃；
好氧发酵时间： 70小时
发 酵 菌 剂： 百花山”牌发酵菌剂，由中国农业科学院出产；
发酵剩余物： 242公斤(含水29.5％，wt％)；
气化炉内温度：
干 燥 层： 280-300℃；
裂 解 层： 500-700℃
氧化燃烧层： 900-1200℃；
还原反应层： 700-800℃；
燃 气 产 物：
燃气的产量： 280立方米(N2、H2，C1-C4，CO)；
可燃性气体热值： 6.5MJ/Nm3
燃气发电量： 153KWH。
Claims (4)
1.一种节能型垃圾干馏制燃气和燃气发电的方法，包括以下步骤：
(1)预处理：垃圾由垃圾车辆运来，经地衡称量，人工除去大件垃圾、砖石，用磁选机除去金属，用破袋机进行破袋、破碎的初步处理；收集和利用初步处理后的垃圾物料，或是将初步处理后的垃圾物料进一步用筛分机进行分选，分别收集筛分出的筛上轻质物料、筛下重质物料；
(2)生化降解：将预处理中初步处理后的垃圾物料进行发酵，或是将预处理中分选出的筛下重质物料进行发酵，将一定量的发酵微生物菌剂与发酵的物料混匀，按照公知的发酵技术条件进行发酵，发酵使垃圾物料中的碳水化合物被分解成为气体、水和有机残渣，收集和净化处理在发酵中产生的气体，收集和净化处理在发酵中产生的废水，收集和利用发酵后的固体物料；
(3)干馏气化：将生化降解后收集的固体物料和/或预处理中收集的筛上垃圾轻质物料加到干燥设备内进行干燥脱水，然后输送到密闭的干馏气化设备内进行干馏气化；可以采用公知的无氧条件下的热裂解技术原理，对干馏设备内的物料进行间接加热的干馏气化，也可以依照水煤气生产或生物质气化的制造技术原理，在干馏气化设备内进行物料的缺氧燃烧的干馏气化；干馏气化中的压力控制在负压、常压或稍高于常压，干馏气化产生气相产物和残渣，收集和利用干馏气化产生的气相产物，从干馏气化设备中排出残渣，收集和利用排出的残渣；
(4)气液分离：采用公知的气一液分离技术原理，将干馏气化中收集的气相产物进行气--液分离或冷凝，分离出混合油、废水和可燃性气体；对可燃性燃气、混合油进行分别收集、利用，对废水进行净化达标处理；
(5)燃气净化：将气液分离中收集的可燃性气体进行脱酸、脱焦油、脱水、脱尘的气体净化达标处理，收集、储备和利用净化达标后的可燃性气体；
(6)燃气利用：将净化后的可燃性气体输送给燃气发电机组进行发电，或是将燃气作为燃料供给蒸汽锅炉产生水蒸气，用水蒸气进行汽轮机组发电，并对发电中产生的余热进行利用，或是将燃气作为工业和居民用的燃料。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述的生化降解中的发酵是指：按照公知的有机物厌氧发酵或好氧发酵的技术原理，将垃圾中的碳水化合物进行厌氧微生物的发酵，被分解成甲烷气体、水和有机残渣，或是将垃圾中的碳水化合物进行好氧微生物的发酵，被分解成二氧化碳、水和有机物残渣；发酵产生的气体通过石灰乳液或其它碱液中和吸收发酵中排放出来的二氧化碳及其它酸性气体，不被碱液吸收的甲烷气体被分离出，收集和回收利用。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述的干馏气化，可以采用如下二种干馏气化方法中的任意一种方法：
第一种方法：依照水煤气生产或生物质气化的制造技术，干馏气化设备中的物料与空气直接接触进行缺氧燃烧的干馏气化，在干馏气化设备内，垃圾物料依次经过干燥区、裂解区、氧化区、还原区后，被分解成为燃气和灰渣；
第二种方法：依照公知的无氧条件下的干馏气化技术，在完全隔离空气的条件下，将垃圾物料加入密闭的干馏气化设备内，采用间接加热方式，使干馏气化设备内的物料受热后发生气化、裂解，生成气相产物和残炭。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述的垃圾包含生活垃圾、农村垃圾、餐厨垃圾、医疗垃圾、污泥、油沙。
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|---|---|
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN109807161A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-05-28 | 华电高科(北京)科技有限公司 | 一种垃圾中有机固体废物无害化耦合发电工艺 |
| CN109899800A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-06-18 | 广州鼎晟环境能源科技有限公司 | 基于生活垃圾复合热裂解气化处理工艺及*** |
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2016
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