CN108690660A - 一种快速处理餐厨垃圾联产高值燃气和生物炭的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速处理餐厨垃圾联产高值燃气和生物炭的方法，先对餐厨垃圾进行预处理；然后进行补水至含水量80‑90%；在用高压泵将餐厨垃圾注入超临界反应器中加热至超临界状态；在反应器中反应20‑40分钟；最后通过气水分离器、过滤器、洗涤器、干燥器后获得高值燃气和生物炭。本发明的处理处理速度大幅度加快，处理更加彻底，占地面积小，并无二次污染，极大的提高餐厨垃圾日处理量，可以更好地应对我国餐厨垃圾产量高和产量逐年增长等现实问题。

Description

一种快速处理餐厨垃圾联产高值燃气和生物炭的方法
技术领域
本发明属于能源清洁利用及有机废弃物高效处理和高值利用领域，涉及一种快速处理餐厨垃圾联产高值燃气和生物炭的方法。
背景技术
餐厨垃圾是指居民日常生活以及居民日常生活以外的食品加工、餐饮服务等活动中产生的餐厨垃圾和废弃食用油脂。餐厨垃圾属于固体废弃物，占我国城市生活垃圾比例达30％-60％，餐厨垃圾的特点包括含水率高，水分占到垃圾总量的70％-90％；有机物、油脂等含量高；易酸化腐烂变质，易发酵、发臭；同时易滋长寄生虫、卵及病原微生物和霉菌素等有害物质，对自然和生活环境构成了巨大的威胁。
餐厨垃圾处理的基本思路是实现餐厨垃圾的资源化、无害化、减量化。传统的餐厨垃圾处理技术主要是焚烧法、填埋法和机械研磨法。随着处理技术的发展，目前餐厨垃圾的饲料化处理技术、堆肥化处理技术、厌氧消化处理技术以及好氧生物处理技术等资源化处理技术已成为主流，但以上几种餐厨垃圾处理技术各自存在优缺点。
高温焚烧法处理餐厨垃圾可以使其中的可燃成分进行彻底的氧化分解，但厨余垃圾水分含量较高，燃烧过程中热值相对较低，影响燃烧效率，且焚烧过程中易产生有毒气体，目前此技术的使用已在国内收到了一定的限制。
填埋法处理餐厨垃圾运行管理简单，处理成本低，但此技术没有对餐厨垃圾进行较好的资源回收利用造成资源浪费，并且在处理过程中易造成水土资源污染，我国大部分的垃圾填埋场都存在渗漏问题，引发填埋场土壤的二次污染。
机械研磨法处理餐厨垃圾，操作简单，投入小，但餐厨垃圾自行粉碎处理后与水混合排放到城市污水处理***中，易造成城市污水管网的堵塞，同时也加重了城市污水处理的负担，此处理技术在我国的推广应用收到一定的限制。
饲料化处理餐厨垃圾是将餐厨垃圾经过一定的工艺加工成有利用价值的饲料添加物。该技术工艺简单，容易操作，但缺点是安全隐患大，餐厨垃圾中的有毒有害物质难以在处理过程中降解，用作饲料随着食物链进行累积，将会影响人类健康。
好氧堆肥技术投资与运行费较低，操作简单，但受餐厨垃圾成分制约，堆肥处理周期较长，占地面积较大。
厌氧消化产气技术有机负荷承担能力强，可以实现能源和资源的回收，但其生化***反应慢，发酵周期长，项目占地面积大，餐厨垃圾产气率不高，且产生的沼液量较大，无害化程度较低。
超临界水是一种均匀的、有高扩散性、高传递特性的非极性溶剂。作为化学反应的介质，超临界水具有良好的传递和溶解特性，而且超临界水的物性很容易通过调节压力和温度来实现控制。在T>374℃，P>22.1MPa的超临界状态下，超临界水可将生物质中的有机物快速溶解气化并产生H2，CO，CO2，CXHY，并能杀死绝大多数的微生物。
因此利用超临界水气化餐厨垃圾制取富氢的高值燃气和生物炭将是一种很有前景的快速处理餐厨垃圾实现其资源化能源化利用的方法。
发明内容
解决的技术问题：本发明针对上述现有技术的不足提供了一种通过超临界水气化城市餐厨垃圾联产高值燃气和生物炭的快速处理方法，处理更加彻底，减量性大，极大的缩短了处理时间和减小了工程占地面积，在处理过程中可以杀死绝大部分的病原体和细菌，避免对环境的二次污染，产生高值燃气和生物炭可以实现餐厨垃圾的能源化和资源化利用。
本发明上述解决的技术问题是通过下面的技术方案得以实现的：
本发明提供了一种快速处理餐厨垃圾联产高值燃气和生物炭的方法，在高温高压环境下，使得高含水的厨余垃圾达到超临界状态，在超临界反应器中进行超临界水气化，停留20-40分钟，获得富氢高值燃气和生物炭，实现餐厨垃圾的快速处理和资源能源转化。
一种快速处理餐厨垃圾联产高值燃气和生物炭的方法，包括以下步骤：
(1)将餐厨垃圾进行预处理，分拣出固体无机物后进行破碎打浆；
(2)对预处理后的餐厨垃圾补水至含水量达到80-90％，高压泵将餐厨垃圾注入温度为460-500℃的超临界反应器中加热至超临界状态，即T＝460-500℃，P＝25-27MPa，在反应器中进行超临界水气化反应，停留时间为20-40分钟；
(3)反应后的产物经过热交换器后将热量传递给补水，对补水进行预热，通过热交换减少热量的散失，提高能源利用率；
(4)从热交换器中输出的产物经背压阀降压后进入高压分离器进行气液分离，得到富氢的高值燃气，从高压分离器输出的液态产物再次经过背压阀降压后进入低压分离器进行气液分离，得到剩余的气体，气体储存在气罐中待用；
(5)经过高压分离器和低压分离器后的液态产物经过滤器过滤后，得到高含碳的固体产物，产生的液体进入补水箱，实现补水的循环利用，固体产物送到洗涤器中经纯水洗涤后，在100-110℃环境下干燥制得生物炭。
由于餐厨垃圾中含有不可用组分，首先要对餐厨垃圾中的玻璃、金属等不可用组分进行分拣。
为了强化餐厨垃圾在超临界反应器中的气化反应，加热加压前需要对餐厨垃圾进行破碎打浆。
本发明具有以下有益效果:
1.在超临界状态下,餐厨垃圾被快速气化处理,可以实现75-80％的减量,经过水气转化反应和氢化反应生成氢气,最后得到高值可燃气体，氢气产量可达6.72mol/kg。
2.水气化结束后，经过热交换器换热，背压阀降压，然后依次经过高低压分离器和过滤器，得到固体产物，干燥后由于其较高的碳含量，可制备生物炭。
3.经过本发明处理后，餐厨垃圾可以实现高值燃气和生物炭生产的多联产目标。
4.在高温高压环境下，超临界水可以杀死厨余垃圾中绝大多数的病原体和细菌。
5.通过本发明提供的处理方法，大大的减小了占地面积，实现餐厨垃圾日产日处理，满足我国餐厨垃圾巨大年产量和逐年增长的现状。
附图说明
图1是快速处理餐厨垃圾联产高值燃气和生物炭的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
将统一收集来的餐厨垃圾补水至含水量为90％，高压泵将餐厨垃圾注入温度为460℃的超临界反应器中加热至超临界状态(T＝460℃，P＝25MPa)，反应20分钟，反应结束后，反应产物经换热器、高低压分离器、过滤器、洗涤器、干燥器后获得气相产物和固体产物，气相产物和固相产物组分表见表1和表2。
实施例2
将统一收集来的餐厨垃圾补水至含水量为90％,高压泵将餐厨垃圾注入温度为460℃的超临界反应器中加热至超临界状态(T＝460℃，P＝25MPa)，反应40分钟，反应结束后，反应产物经换热器、高低压分离器、过滤器、洗涤器、干燥器后获得气相产物和固体产物，实施例2较实施例1不同的是延长了反应时间，气相产物见表1。
实施例3
将统一收集来的餐厨垃圾补水至含水量为90％,高压泵将餐厨垃圾注入温度为480℃的超临界反应器中加热至超临界状态(T＝480℃，P＝26MPa)，反应20分钟，反应结束后，反应产物经换热器、高低压分离器、过滤器、洗涤器、干燥器后获得气相产物和固体产物，实施例3较实施例1不同的是提高了反应温度，气相产物见表1。
实施例4
将统一收集来的餐厨垃圾补水至含水量为90％,高压泵将餐厨垃圾注入温度为490℃的超临界反应器中加热至超临界状态(T＝490℃，P＝26MPa)，反应20分钟，反应结束后，反应产物经换热器、高低压分离器、过滤器、洗涤器、干燥器后获得气相产物和固体产物，实施例4较实施例3不同的是延长了反应时间，气相产物和互相产物见表1和表2。
实施例5
将统一收集来的餐厨垃圾补水至含水量为90％,高压泵将餐厨垃圾注入温度为500℃的超临界反应器中加热至超临界状态(T＝500℃，P＝27MPa)，反应20分钟，反应结束后，反应产物经换热器、高低压分离器、过滤器、洗涤器、干燥器后获得气相产物和固体产物，实施例5较实施例1不同的是提高了反应温度和压力，气相产物见表1。
实施例6
将统一收集来的餐厨垃圾补水至含水量为90％,高压泵将餐厨垃圾注入温度为500℃的超临界反应器中加热至超临界状态(T＝500℃，P＝27MPa)，反应40分钟，反应结束后，反应产物经换热器、高低压分离器、过滤器、洗涤器、干燥器后获得气相产物和固体产物，实施例6较实施例5不同的是延长了反应时间，气相产物见表1。
表1经超临界水气化反应后的气相产品成分
表2经超临界水气化反应后的固相产品成分

Claims (2)

1.一种快速处理餐厨垃圾联产高值燃气和生物炭的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将餐厨垃圾进行预处理，分拣出固体无机物后进行破碎打浆；
（2）对预处理后的餐厨垃圾补水至含水量达到80-90%，高压泵将餐厨垃圾注入温度为460-500℃的超临界反应器中加热至超临界状态，即T=460-500℃，P=25-27MPa，在反应器中进行超临界水气化反应，停留时间为20-40分钟；
（3）从热交换器中输出的产物经背压阀降压后进入高压分离器进行气液分离，得到富氢的高值燃气，从高压分离器输出的液态产物再次经过背压阀降压后进入 低压分离器进行气液分离，得到剩余的气体，气体储存在气罐中待用；
（4）经过高压分离器和低压分离器后的液态产物经过滤器过滤后，得到高含碳的固体产物，产生的液体进入补水箱，实现补水的循环利用，固体产物送到洗涤器中经纯水洗涤后，在100-110℃环境下干燥制得生物炭。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）反应后的产物经过热交换器后将热量传递给补水，对补水进行预热，通过热交换减少热量的散失，提高能源利用率。
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