一種生物質(zhì)廢棄物低溫濕熱碳化處理技術(shù)和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種生物質(zhì)廢棄物低溫濕熱碳化技術(shù)和相關(guān)裝置。該技術(shù)具有工藝簡單、設(shè)備先進、資源回收利用率高、無二次污染、處理效率高、適合規(guī)?；茝V的優(yōu)點。
【專利說明】一種生物質(zhì)廢棄物低溫濕熱碳化處理技術(shù)和裝置
[0001]發(fā)明名稱
[0002]一種生物質(zhì)廢棄物低溫濕熱碳化處理技術(shù)和裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及生物質(zhì)廢棄物處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種以低溫濕熱碳化對生物質(zhì)廢棄物進行資源轉(zhuǎn)化利用的工藝過程和處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]環(huán)境污染和能源緊缺已經(jīng)成為21世紀中國面臨的兩大難題。這兩個問題在很大程度上制約我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展和人民生活水平的進一步提高。如何深入實施節(jié)能減排，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，緩解經(jīng)濟發(fā)展與能源及環(huán)境之間的矛盾，建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的和諧社會，生物質(zhì)廢棄物資源化利用為我們提供了一種新的選擇。
[0005]生物質(zhì)廢棄物是人類在利用生物質(zhì)的過程中生產(chǎn)和消費所產(chǎn)生的廢棄物，主要包括生活廢棄物(城市生活垃圾、餐廚垃圾、人類和動物糞便、城市污水處理廠剩余活性污泥)、工業(yè)廢棄物(造紙廠、家具廠、食品加工廠有機廢水等)、農(nóng)業(yè)廢棄物(各類秸桿、稻殼、蔗渣等)、林業(yè)廢棄物(廢木材、枝椏材、樹皮、木屑等)和養(yǎng)殖場畜禽糞便。通過技術(shù)、經(jīng)濟手段與管理措施對上述廢棄物進行有效的處理，可以在實現(xiàn)無害化處置和減少污染物排放的同時，回收大量有價物質(zhì)，提高廢棄物綜合利用率，具有公益性和經(jīng)濟性雙重特性。但是由于長期以來我國的生物質(zhì)廢棄物處理技術(shù)發(fā)展滯后，配套設(shè)施不足，導(dǎo)致大多數(shù)生物質(zhì)廢棄物未能得到安全有效的資源轉(zhuǎn)化利用。統(tǒng)計資料表明我國每年可作為能源利用的生物質(zhì)廢棄物總量折合標準煤約4.6億噸，但是目前已利用量僅約為2200萬噸，還有近4.4億噸沒有得到有效地資源轉(zhuǎn)化利用。
[0006]目前，在我國對生物質(zhì)廢棄物的處理處置主要還是采用傳統(tǒng)的填埋、焚燒等技術(shù)，而資源轉(zhuǎn)化技術(shù)應(yīng)用的主要有:厭氧發(fā)酵、氣化、固化等。通過近些年來的發(fā)展，已經(jīng)在生物質(zhì)廢棄物資源化利用方面取得了一些成績，但仍然還存在著很多的問題，例如規(guī)?；l(fā)展緩慢，設(shè)備落后，轉(zhuǎn)換效率低等，甚至還存在二次污染的隱患。現(xiàn)階段迫切需要研究設(shè)計出一種創(chuàng)新的生物質(zhì)廢棄物資源化處理方法，安全可靠、工藝簡單、轉(zhuǎn)化效率高、應(yīng)用范圍大、適合規(guī)模化推廣，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的處理技術(shù)，提高生物質(zhì)廢棄物清潔化處置能力與消納規(guī)模，大幅度提升廢物綜合利用率、資源產(chǎn)出水平和循環(huán)利用產(chǎn)品品質(zhì)，推動生物質(zhì)廢棄物資源化更快更好地發(fā)展，以使得有效解決日益嚴峻的生物質(zhì)廢棄物處理問題的同時，為緩解能源緊缺和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟做出更大的貢獻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有生物質(zhì)廢棄物處理技術(shù)所存在的資源轉(zhuǎn)化率不高、規(guī)模化推廣難等缺陷和弊端，揭示了一種對生物質(zhì)廢棄物進行極度減量化和高度資源化的低溫濕熱碳化技術(shù)和相關(guān)設(shè)備(參見附圖)。該技術(shù)具有工藝簡單、設(shè)備先進、資源回收利用率高、無二次污染、處理效率高、適合規(guī)?；茝V的優(yōu)點。
[0008]本發(fā)明采取如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題。
[0009]生物質(zhì)廢棄物低溫濕熱碳化處理系統(tǒng)，包括帶可調(diào)式泄壓閥的低溫濕熱碳化反應(yīng)釜、超高壓干濕分離裝置、加壓輸送裝置、熱交換器、生物炭燃燒供熱裝置、生物炭機械脫水裝置。其具體處理步驟如下:
[0010](I)對于組成成分復(fù)雜的城市生活垃圾、農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物類生物質(zhì)廢棄物，首先輸送入工作壓力達每平方厘米800至1000公斤的超高壓垃圾壓榨機(專利申請?zhí)?01110049074.0)中實現(xiàn)一次性分類處理，得到干、濕兩種組分。其中含水低、熱值高的干組分可被直接加工制成固體燃料或通過高溫?zé)峤鈿饣M行資源利用。利用本發(fā)明揭示的低溫濕熱碳化技術(shù)對含水高、主要由生物質(zhì)廢棄物細胞內(nèi)容物漿料組成的濕組分進行低溫濕熱碳化處理。此種技術(shù)還可以對成分相對簡單的城市污水處理廠剩余活性污泥、餐廚垃圾、人類及禽畜糞便等生物質(zhì)廢棄物直接進行低溫濕熱碳化處理。
[0011](2)將經(jīng)過預(yù)處理或者其他不需要預(yù)處理的生物質(zhì)廢棄物和特別選擇的反應(yīng)催化劑通過加壓輸送設(shè)備輸入到低溫濕熱碳化系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一臺特別設(shè)計的混合裝置、高效熱交換器(螺旋板式或套管式)、高壓反應(yīng)釜(以下簡稱反應(yīng)釜)、可調(diào)式泄壓閥和板框壓濾機。所述的反應(yīng)催化劑可以是1%至5%的乙酸、丙酸、丁酸、檸檬酸或無機酸。
[0012](3)輸入的物料通過混合器與催化劑充分混合后，以與高壓反應(yīng)釜排放出的高溫碳化產(chǎn)物料(生物炭和碳化液組成的混合物)相逆的方向進入熱交換器進行熱量交換預(yù)熱，使生物質(zhì)廢棄物物料的溫度由常溫升至160°C。
[0013](4)經(jīng)過預(yù)熱后的物料，以活塞流的形式從反應(yīng)器的下部送入反應(yīng)釜中進行低溫濕熱碳化反應(yīng)。反應(yīng)溫度控制在160?260°C，反應(yīng)物滯留時間為0.5?lh。反應(yīng)產(chǎn)物包括生物質(zhì)完全脫水形成的炭(以下簡稱生物炭)和由生物質(zhì)脫去的水、生物質(zhì)在脫碳、脫水后游離出的氨氮和無機鹽(包括磷酸鹽)組成的水溶液(以下簡稱碳化液)。整個處理系統(tǒng)以連續(xù)化的運轉(zhuǎn)形式運行。整個處理過程歷時一到兩個小時的時間即可完成。它相當于在遠古時代，自然界生物質(zhì)需要歷時幾萬年才能完成的碳化過程(即煤的形成過程)，具有目前其他相關(guān)處理技術(shù)所不具備的極度減量化和高度資源化生物質(zhì)廢棄物處理技術(shù)優(yōu)勢。
[0014]反應(yīng)釜中形成的碳化產(chǎn)物經(jīng)由設(shè)置在反應(yīng)器頂部的可調(diào)式泄壓閥進入熱交換器降溫后，進入板框壓濾機過濾后，分別得到含水量為30%以下的生物炭和碳化液。
[0015](5)為反應(yīng)釜中物料加熱升溫的設(shè)施為一臺以部分低溫濕熱碳化過程獲得的生物炭為燃料的小型加熱裝置。該裝置中有一裝滿加熱油的吸熱盤管和將高溫加熱油泵入反應(yīng)釜加溫盤管的循環(huán)油泵。借助于溫度控制裝置，生物炭燃燒產(chǎn)生的高溫將吸熱盤管中的加熱油的溫度加熱至260°C后通過加熱油循環(huán)泵輸入反應(yīng)釜的加熱盤管中，以便將反應(yīng)釜內(nèi)的溫度控制在設(shè)定溫度。
[0016](6)低溫濕熱碳化產(chǎn)物通過板框壓濾機進行壓濾脫水后得到含水率低于30%的高碳熱值的生物炭和含有豐富N、P等無機鹽成分的碳化液。碳化液經(jīng)過鳥糞石法分離處理獲得磷酸鎂銨結(jié)晶，作為氮磷復(fù)合肥出售。用發(fā)明人已獲發(fā)明專利(專利號200710073815.2)中使用的硫化鈉穩(wěn)定碳化液中可能存在的重金屬離子。無害化處理后的廢水回收利用或排放。
[0017](7)經(jīng)固液分離所得到的生物炭產(chǎn)物，除了一少部分作為低溫濕熱碳化處理的能源外，剩余的大部分供其它需要能源的部門使用，或者作為土壤改良劑供農(nóng)業(yè)或城市綠化部門使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]附圖1是生物質(zhì)廢棄物低溫濕熱碳化處理技術(shù)工藝流程圖。
[0019]附圖2是生物質(zhì)廢棄物低溫濕熱碳化系統(tǒng)詳圖。
[0020]其中，1-生物質(zhì)廢棄物原料儲倉；2_超高壓垃圾壓榨機；3_加壓輸送裝置；4-混合裝置；5_熱交換器；6_高壓反應(yīng)釜；7_板框壓濾機；8_生物炭燃燒加熱裝置；9_生物炭；10-能源物質(zhì)、土壤改良劑；11-碳化液；12_鳥糞石結(jié)晶裝置；13_重金屬穩(wěn)定池；14_廢水回收或排放；15_氮磷復(fù)合肥；16_催化劑儲罐。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
[0022]將收集的典型城市生活垃圾首先投入具有l(wèi)OOOkg/cm2的壓力的超高壓垃圾壓榨機中完成垃圾干、濕組分分類。將得到的濕組分投入低溫濕熱碳化系統(tǒng)進行處理。通過加壓輸送裝置送入混合器中與添加I %的催化劑進行混合，然后輸入螺旋板式熱交換器中進行預(yù)熱處理，預(yù)熱處理過的物料溫度達到120~150°C，進入低溫濕熱碳化反應(yīng)釜，溫度控制在200°C，在反應(yīng)釜中的停留時間為0.5小時。反應(yīng)完成的物料通過設(shè)在反應(yīng)釜頂部的泄壓閥排入熱交換器被輸入熱交換器的濕組分冷卻，冷卻后的物料溫度降至100°C以下，進入板框壓濾機脫水完成固液分離，從而得到含水率低于30%的生物炭和含有N、P等成分的碳化液。其中，生物炭的一部分直接投入生物炭燃燒加熱裝置為低溫濕熱碳化反應(yīng)釜提供反應(yīng)所需熱量，另一部分供其它需要能源的部門使用(例如，可以用于燃料鍋爐——發(fā)電系統(tǒng))；碳化液送入深度處理裝置進行穩(wěn)定重金屬、脫氮除磷等處理后得到鳥糞石和可以回用達到排放標準的廢水。
[0023]物料衡算:1000kg城市生活垃圾=300kg干組分固體燃料+185.5kg生物炭+514.5kg碳化液
[0024]能量衡算:
[0025]
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明所揭示的一種生物質(zhì)廢棄物低溫濕熱碳化處理技術(shù)，其特征在于:將組成成分復(fù)雜的城市生活垃圾、農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物類生物質(zhì)廢棄物，首先輸送入壓榨力為每平方厘米800至1000公斤的超高壓垃圾壓榨機中完成干、濕組分類預(yù)處理過程。將得到的由生物質(zhì)廢棄物細胞物質(zhì)組成的濕組分進行低溫濕熱碳化處理。而對于成分相對簡單的城市污水處理廠剩余活性污泥、人類及禽畜糞便和餐廚垃圾等生物質(zhì)廢棄物則不需要預(yù)處理直接進行低溫濕熱碳化處理，在厭氧的狀況下以獲取高熱值生物碳。此種生物炭的一小部分作為低溫濕熱碳化處理過程所需的能源，其余的或者作為能源供給其它工業(yè)部門使用，或者作為土壤改良劑供給農(nóng)業(yè)或城市綠化部門使用。
2.本發(fā)明揭示的低溫濕熱碳化系統(tǒng)的特征在于:所述的低溫濕熱碳化處理系統(tǒng)由低溫濕熱碳化反應(yīng)釜、可調(diào)式泄壓閥、加壓輸送裝置、熱交換器、生物炭燃燒供熱裝置、生物炭機械脫水裝置組成。
3.權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)廢棄物低溫濕熱碳化處理技術(shù)，其特征在于:垃圾濕組分的加壓輸送裝置應(yīng)具有3?4MPa的輸送壓力，所添加的催化劑為I %至5%的乙酸、丙酸、丁酸或者檸檬酸等有機酸，或無機酸。
4.權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)廢棄物低溫濕熱碳化處理技術(shù)，其特征在于:常溫的生物質(zhì)廢棄物漿料或濕組分物料和從低溫濕熱碳化反應(yīng)釜中排放出的高溫碳化產(chǎn)物以逆流的方式進入熱交換器進行熱交換，使以活塞流的形式進入低溫濕熱碳化反應(yīng)釜的生物質(zhì)廢棄物漿料或濕組分物料預(yù)熱溫度升至攝氏160度。
5.權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)廢棄物低溫濕熱碳化處理技術(shù)，其特征在于:低溫濕熱碳化反應(yīng)釜的溫度控制在180?260°C，反應(yīng)物滯留時間為0.5?lh。
6.權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)廢棄物低溫濕熱碳化處理技術(shù)，其特征在于:處理過程產(chǎn)生的生物炭被用作所述的低溫濕熱碳化系統(tǒng)燃燒供熱裝置的燃料，該裝置中有一裝滿加熱油的吸熱盤管和將高溫加熱油泵入反應(yīng)釜加溫盤管的循環(huán)油泵，生物炭燃燒產(chǎn)生的高溫將吸熱盤管中的加熱油的溫度加熱至攝氏260度后通過加熱油循環(huán)泵輸入反應(yīng)釜的加熱盤管中，以將反應(yīng)釜內(nèi)的溫度控制在設(shè)定溫度。
7.權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)廢棄物低溫濕熱碳化處理技術(shù)，其特征在于:使用鳥糞石結(jié)晶法回收碳化液中的銨氮和磷酸根離子；用硫化鈉沉淀碳化液中可能存在的重金屬離子。
【文檔編號】B09B3/00GK103990643SQ201410235737
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】張涉, 馬輝文, 陸曉春, 黃中林, 李智勤, 王克虹, 梁順文, 童絢霞, 黎莉, 陳思伍, 黃森佑, 宋娟, 郭提, 李舉, 謝春陽, 張妮 申請人:深圳市龍澄高科技環(huán)保有限公司