热解-活化-燃烧-气化一体炉、垃圾填埋场协调处理系统、活性炭制造方法
【专利摘要】一种热解-活化-燃烧-气化一体炉，包括：燃烧单元；热解气化单元，利用来自燃烧单元的烟气热解炭化原料以生成炭化材料和热解气；活化单元，利用来自燃烧单元的水蒸气将来自热解气化单元的炭化材料活化以生产活性炭；以及干燥单元，干燥来自活化单元的活性炭。
【专利说明】热解-活化-燃烧-气化一体炉、垃圾填埋场协调处理系统、活性炭制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及热解-活化-燃烧-气化一体炉、垃圾填埋场协调处理系统以及活性炭制造方法。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的快速发展和城镇化进程的加快，城市生活垃圾清运量急速增加。目前，我国城市生活垃圾无害化处理处置仍以卫生填埋为主。垃圾填埋场侵占了城市周边的大量土地资源，填埋场及周边占地面积普遍高达数平方公里，甚至十几平方公里。同时，生活垃圾填埋场面临渗滤液与填埋气两方面的环境污染问题，其中渗滤液的处理为世界性难题。
[0003]由于我国生活垃圾中有机物含量和含水率往往高达50% -60%，导致渗滤液产量大、成分复杂且浓度高、处理难度大，往往出现处理不达标和偷排现象，致使渗滤液污染事件频繁发生。
[0004]填埋气中含有大量的甲烷及二氧化碳等温室气体，其中甲烷的温室气体效应是二氧化碳的21倍，另外填埋气中还有硫化氢、氨等组分，其产生的恶臭严重地影响了填埋场周边的生活环境。
[0005]目前生活垃圾填埋场的渗滤液、填埋气、土地三种资源的处理与利用模式都是单一的短链条发展模式。
【发明内容】
[0006]为了有效的解决生活垃圾填埋场的环境污染问题，提升其土地资源的价值，加速恢复与治理填埋场的生态环境，本发明提出了垃圾填埋场的协调处理。
[0007]根据垃圾填埋场的协调处理的一个方面，本发明提出了一种热解-活化-燃烧-气化一体炉，包括:燃烧单元；热解气化单元，利用来自燃烧单元的烟气热解炭化原料以生成炭化材料和热解气；活化单元，利用来自燃烧单元的高温水蒸气将来自热解气化单元的炭化材料活化以生产活性炭；以及干燥单元，干燥来自活化单元的活性炭。
[0008]有利的，所述干燥单元的干燥热源包括来自燃烧单元的烟气。
[0009]可选的，所述热解气化单元布置在燃烧单元的一侧，所述活化单元和所述干燥单元设置在所述燃烧单元的另一侧，且所述活化单元位于所述干燥单元的下方。进一步的，所述燃烧单元通过侧壁向所述热解气化单元、所述活化单元和所述干燥单元中的至少一个传递热量。
[0010]可选的，所述热解气化单元和所述活化单元布置在燃烧单元的一侧，所述干燥单元设置在所述燃烧单元的另一侧，且所述活化单元位于所述热解气化单元的下方。有利的，所述燃烧单元通过侧壁向所述热解气化单元、所述活化单元和所述干燥单元中的至少一个传递热量。
[0011]可选的，所述热解气化单元内设置有中间布风管，中间布风管上设置有多个开口，与燃烧单元高温烟气换热后的热解气或填埋气通入到所述中间布风管中；炭化原料从所述热解气化单元的下部或底部输送到所述活化单元内。
[0012]有利的，热解-活化-燃烧-气化一体炉还包括热解气回路，将从热解气化单元产生的部分热解气与空气混合燃烧后引入到热解气化单元内。
[0013]可选的，来自燃烧单元的烟气经过除尘净化后通入到所述干燥单元内。
[0014]可选的，热解-活化-燃烧-气化一体炉还包括将垃圾填埋场的至少部分填埋气引入到燃烧单元内燃烧的填埋气置换引入管路。
[0015]可选的，热解-活化-燃烧-气化一体炉还包括将垃圾填埋场的至少部分填埋气弓I入到活化单元中的填埋气重整引入管路。
[0016]可选的，以上热解-活化-燃烧-气化一体炉还包括邻近所述干燥单元设置的分离单元，将干燥后的活性炭分离为颗粒活性炭和携带在烟气中的粉末活性炭。
[0017]根据垃圾填埋场的协调处理的另一个方面，本发明提出了一种垃圾填埋场协调处理系统，包括:上述的热解-活化-燃烧-气化一体炉，其包括上述的分离单元；移动床净水装置，分离单元中分离的颗粒活性炭自上方进入所述移动床净水装置；将活性炭作为燃料从移动床净水装置下部输送到燃烧单元的输送路径。
[0018]可选的，所述输送路径中包括去除从移动床净水装置出来的吸附污染物的活性炭中的水分的过滤器。
[0019]可选的，所述输送路径中设置有提供来自活化单元中的水蒸气与去往燃烧单元的吸附污染物的活性炭之间的热交换的热交换器。
[0020]可选的，所述垃圾填埋场协调处理系统还包括:混合装置，连通在所述输送路径与所述燃烧单元的炉膛之间；空气经过与来自炉膛的烟气换热之后一部分通入所述混合装置，另一部分从燃烧单元的下部直接通入燃烧单元的炉膛。
[0021]可选的，另外的燃料通入到所述混合装置中。所述另外的燃料可包括从燃烧单元的烟气中分离出的未燃尽颗粒和/或垃圾填埋场的填埋气。
[0022]有利的，所述垃圾填埋场协调处理系统还包括:位于所述垃圾填埋场中的能源植物种植区，利用能源植物作为所述炭化原料。所述能源植物可包括大豆、向日葵或蓖麻。
[0023]有利的，所述垃圾填埋场协调处理系统还包括:灰渣输送装置，将来自燃烧单元的灰渣输送到所述能源植物种植区。
[0024]有利的，所述垃圾填埋场协调处理系统还包括:气体净化单元，利用从干燥单元获得的活性炭净化垃圾填埋场的填埋气和/或获得的热解气。
[0025]有利的，所述垃圾填埋场协调处理系统还包括:合成装置，用于将利用活性炭净化后的热解气合成。
[0026]有利的，以上的垃圾填埋场协调处理系统还可包括:渗滤液调节池，来自垃圾填埋场的渗滤液容纳在所述渗滤液调节池中；且所述渗滤液调节池中的渗滤液被引入到所述移动床净水装置的下部，处理后的渗滤液作为净水从所述移动床净水装置的上部引出。进一步的，所述燃烧单元的炉膛内设置有蒸发管路，所述蒸发管路提供到所述活化单元的高温水蒸气；从所述移动床净水装置的上部引出的净水的至少一部分通入到所述蒸发管路中。从分离单元分离的粉末活性炭可随烟气一起通入到所述渗滤液调节池或氨氮吹脱设备中。来自活化单元的水蒸气可通入到所述渗滤液调节池或氨氮汽提设备中。
[0027]根据垃圾填埋场的协调处理的再一个方面，本发明提出了一种活性炭制造方法，包括:热量产生步骤:在燃烧单元中燃烧燃料以产生热量；热解气化步骤:利用来自燃烧单元的热量在热解气化单元中热解炭化原料以生成炭化材料和热解气；活化步骤:将炭化材料置于活化单元中，并且向活化单元中通入高温水蒸气以生产活性炭，所述高温水蒸气由所述燃烧单元生成；以及干燥步骤:利用来自燃烧单元的烟气干燥生产的活性炭。
[0028]有利的，所述热量产生步骤包括在燃烧单元中燃烧垃圾填埋场的填埋气。
[0029]有利的，所述活化步骤包括将来自垃圾填埋场的填埋气与高温水蒸气同时通入到活化单元中。
[0030]有利的，还包括步骤:利用干燥后的活性炭处理污染物；以及将处理污染物后的活性炭作为燃料置于所述燃烧单元中。进一步的，所述污染物为垃圾填埋场的渗滤液和/或填埋气。
[0031]有利的还包括炭化原料生成步骤:利用垃圾填埋场的土地资源种植能源植物，利用所述能源植物作为所述炭化原料。所述能源植物可包括大豆、向日葵或蓖麻。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]本发明的以上及其它目的和优点当结合附图获悉时将从以下优选实施例的【具体实施方式】变得更加清楚呈现，其中:
[0033]图1为示例性说明本发明的垃圾填埋场协调处理技术的原理的示意图；
[0034]图2为示例性说明本发明的垃圾填埋场协调处理系统中的物料和能量流程的示意图；
[0035]图3为根据本发明的一个示例性实施例的垃圾填埋场协调处理系统的示意图，其中示出了热解-活化-燃烧-气化一体炉的一种结构；
[0036]图4为根据本发明的另一个示例性实施例垃圾填埋场协调处理系统的示意图，其中示出了热解-活化-燃烧-气化一体炉的另一种结构；
[0037]图5为根据本发明的一个示例性实施例的垃圾填埋场协调处理系统中的热解-活化-燃烧-气化一体炉的工作流程示意图；以及
[0038]图6为示意性说明燃烧过程与活性炭制造过程之间的耦合的视图。
【具体实施方式】
[0039]虽然将参照含有本发明的较佳实施例的附图充分描述本发明，但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的发明，同时获得本发明的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本发明所描述的示例性实施例。
[0040]为了有效解决城市生活垃圾填埋场的渗滤液与填埋气的污染问题，充分利用填埋场土地资源，本发明提出“系统协调处理技术”，其主要技术路线如下:
[0041]1.利用填埋场土地资源种植能源植物，果实可直接加工为化工品或生物燃料；
[0042]2.利用能源植物的大量秸杆制取水处理用的不同等级活性炭，产生的灰渣作为肥料返回土地；
[0043]3.利用大量的活性炭处理填埋场的渗滤液，渗滤液处理后净水用于合成工艺、培养微藻或灌溉；
[0044]4.水处理使用后的活性炭燃烧气化，为制取活性炭提供热量，并为合成工艺补充合成气、蒸汽；
[0045]5.活性炭转化成的合成气合并净化后的填埋气重整为合成气，生产生物燃料。
[0046]此工艺将生物质技术、环保技术、能源技术有机整合为一体，系统中物料、能量、组分实现自我平衡，通过对垃圾填埋场土地资源、渗滤液、填埋气的系统协调处理，实现垃圾填埋场的土地、渗滤液、填埋气资源的深度化综合利用，将垃圾填埋场升级为高端能源中心，主要原理如图1所示。主要原理为三条主线+ —个纽带，实现了系统协调整合。
[0047]三条主线:
[0048](I)以土地资源为基础，种植适合填埋场的能源植物，能源植物本身实现了生物固碳、生物固氮、富集重金属等作用，加速填埋场及周边的生态环境改善。果实可直接用于加工生物燃料。秸杆通过储存、自然干燥处理、切块、热解-活化-燃烧-气化一体炉的干燥处理等流程，用作活性炭的加工原料与燃料。
[0049](2)利用活性炭处理渗滤液，活性炭可在常规渗滤液处理工艺的预处理、深度处理中使用，吸附难降解有机物、氨氮、重金属等，也可用于生物处理，形成生物活性炭，处理后的渗滤液将达到工艺用水标准，既可以灌溉、养殖微藻或直接排放，也可以用于生物燃料的合成工艺。处理渗滤液的流程优选地可分为三步:1.将活性炭生产流程中产生的陶粒直接用于预处理过程，去除悬浮物、漂浮物及部分有机物，预处理后的渗滤液通入到渗滤液调节池；2.将粉末活性炭伴随烟气、水蒸气直接进入渗滤液调节池，可实现除臭、脱色、吸附重金属、难生物降解有机物，又可以实现氨氮的脱除，充分利用了吹脱与汽提技术的优点，同时避免了能量的消耗；3.将颗粒活性炭直接进入净水装置——移动床水处理装置，实现对来自渗滤液调节池的渗滤液的高效地深度净化。上述3步中吸附污染后的活性炭，在经过脱水、干燥后，将作为燃料返回热解-活化一燃烧-气化一体炉。
[0050](3)填埋气利用的一种流程为:首先部分填埋气用作热解-活化-燃烧-气化一体炉的燃料，与热解气进行置换；其次由于填埋气富含甲烷与二氧化碳，含碳比例较高，而热解气含氢比例高，将两者通过净化单元、重整单元后合成为碳氢比可调且比例合适的合成气；最后利用合成单元合成生物燃料，既可以利用费托合成直接制取生物柴油，也可将合成气先催化转化为甲醇，通过甲醇合成下游的生物燃料及化工品，例如合成二甲醚(DME)、乙醇、聚甲氧基二甲醚(DMM3_8)，工艺过程中产生的废水、废气可与渗滤液合并处理。另外，填埋气利用的另一种流程可以选择将填埋气最大量与热解气进行置换，由于热解气杂质含量少、氢组分高、热值高，可以利用置换出的热解气进行高效洁净发电。
[0051]一个纽带:
[0052]生产活性炭的热解-活化-燃烧-气化一体炉为整个系统的核心。炉体分为四个单元:燃烧单元、热解气化单元、活化单元及干燥(分离)单元。
[0053]燃烧单元通过燃烧填埋气、吸附污染物的活性炭及废弃生物质或褐煤等产生热量与高温蒸汽、高温烟气，向热解气化单元提供高温烟气与热量，向活化单元提供高温水蒸汽与热量，向干燥分离单元提供烟气与热量。填埋气、废弃活性炭与生物质进入燃烧单元前，将与部分烟气进行换热，提升燃料的温度，减低燃料的含水率；同样空气进入燃烧单元也与烟气换热，提升其温度。燃烧后产生烟气经过净化、除尘进入其它单元，产生的灰渣可用于填埋场的土壤改良或渗滤液预处理。燃烧单元可采用循环流化床结构，炉膛截面为矩形，内部侧壁布置过热蒸汽发生器，产生活化单元所需高温水蒸汽，其外部设置有旋风分离器、换热器、除尘净化装置等。燃烧单元的燃料包括经过水处理后的颗粒活性炭、活性炭污泥、填埋气、生物质、城市生活垃圾、煤等，产生蒸汽的水来自渗滤液经深度处理后的净水。燃烧单元产生的烟气通过旋风分离器后与燃料及空气换热，换热后除尘净化，最后通入渗滤液调节池，灰渣可返回填埋场。
[0054]热解气化单元用于生物质或褐煤等原料的热解与气化，产生高含氢量的热解气。热解气化单元由填埋气和热解气与燃烧单元的高温烟气和部分燃烧的热解气换热后产生的高温气体作为气体热载体，对热解原料实施无氧环境的可控快速加热，实现热解原料的高效炭化。利用单元内部原料的布置与进风通道的协调，热解气在单元内部实现部分净化，减少焦油成分的产生。热解气抽出后，经过活性炭净化处理后，部分通入空气进行部分燃烧，进一步提升温度并裂解焦油组分以及为热解气化单元提供高温烟气，部分高温热解气返回热解气化单元，另一部分高温热解气进入生物燃料的合成单元，为重整过程直接输入热量与含氢组分，或将高温热解气与热解原料换热后，直接用于发电。热解气化单元可采用移动床结构，内部沿水平方向通过耐火蓄热材料隔离为上下相通的若干通道，通道中间布置通风管，如图3-4中热解气化单元中间的管道，与燃烧单元高温烟气换热后的热解气或填埋气通过通风管及热解气化单元底部为炭化原料提供热量，并吹动物料流动，防止结块。同时，燃烧单元通过其侧壁与热解气化单元内部通道隔离壁，以导热的形式将热量传导给物料。炭化原料由上部进料，通过加热在底部形成炭化后材料，为活化单元提供活化所需物料。炭化过程产生的热解气由上部抽出，经过净化后大部分以合成气形式输送至合成工艺单元(或合成装置)或发电，其余部分与燃烧单元高温烟气换热后通过通风管及热解气化单元底部加热炭化原料。
[0055]活化单元用于活化经过热解炭化材料。利用燃烧单元产生的高温水蒸汽和热量活化炭化材料，处理后产生的活性炭进入干燥分离单元。处理过程产生的废弃高温水蒸气含有粉末活性炭，经过与燃烧单元的燃料换热后，通入渗滤液调节池和/或氨氮汽提设备中，用于渗滤液中氨氮的汽提与氨氮吸附。活化单位可采用固定床结构，活化所需热量一部分由燃烧单元的侧壁提供，一部分由高温水蒸气提供。炭化后的物料由热解气化单元底部进入活化单元，高温水蒸汽由底部进气，使用后的水蒸气伴随部分粉末活性炭排出至渗滤液调节池与氨氮汽提设备，活化后的活性炭提升至分离干燥单元。
[0056]干燥分离单元用于干燥活性炭与分离出粉末活性炭与颗粒活性炭。干燥分离单元采用循环流化床技术，利用燃烧单元产生的烟气对各类尺寸活性炭进行不同程度的干燥处理。活性炭在旋风分离器中分离出粉末活性炭与颗粒活性炭，其中粉末活性炭与烟气进入渗滤液调节池和/或氨氮吹脱设备中，吹脱氨氮与吸附重金属、难降解有机物等；而颗粒活性炭进入储罐，通过储罐的缓冲与调控，进入渗滤液深度处理的移动床净化单元。分离干燥单元后部可布置旋风分离器。干燥所需热量一部分由燃烧单元的侧壁提供，一部分由净化除尘后的烟气提供。烟气由底部供气，活性炭从底部进料。经过旋风分离器的分离，粉末活性炭随烟气排出后通入渗滤液调节池，大颗粒活性炭返回分离干燥单元底部，其余进入活性炭储罐。
[0057]如图5中所示，热解-活化-燃烧-气化一体炉通过系统协同处理，将能源植物产生的生物质转为成了土壤的改良剂，将渗滤液净化达标水或合成工艺用水，将填埋气置换成清洁、高热值、高含氢量的热解气，内部实现能量的自我平衡与梯级利用，组分进行了重组，适合于深度资源化利用，为合成工艺或发电提供了高价值的原料气。同时由于整个过程以活性炭为载体，全过程为物理处理过程，实现了污染物的完全脱除，系统中产生的活性炭量大且可再生，能够保证系统的高效运行。
[0058]热解-活化-燃烧-气化一体炉主要目的在于通过燃烧与活性炭制备两个流程的耦合，实现将富含能量的污染物转为清洁的燃料，同时实现对污染物的治理。
[0059]燃烧流程包括填埋气(部分)、废弃活性炭、生物质、垃圾、褐煤等低品位或含污染物的燃料的燃烧，提供热量与高温蒸汽，烟气余热实现梯级利用，最后实现烟气净化与固态残渣的无害化利用。
[0060]活性炭制备流程包括热解活化生物质生产活性炭或再生使用后的活性炭，同时将净化后填埋气弓I入热解活化过程中，与热解合并重整为合成气。
[0061]上述两个流程耦合关系如图6所示，同时实现了填埋气重整置换为合成气，重整置换的主要机理包括两方面:
[0062]置换机理:通过燃烧填埋气，为热解活化流程提供热量，生物质热解产生的热解气富含CO与H2,实现了直接置换。
[0063]重整机理:在热解活化流程中，将填埋气与高温水蒸汽同时通入活化原料中，以活性炭、炭粉等为催化剂，将填埋气中甲烷重整为合成气，并以高温水蒸气与填埋气的CO2为活化剂，去除活性炭上的沉积炭，保持与强化活性炭的活性。
[0064]基于以上内容，如图2中所示，本发明提出了一种热解-活化-燃烧-气化一体炉，包括:燃烧单元；热解气化单元，利用来自燃烧单元的烟气热解炭化原料以生成炭化材料和热解气；活化单元，利用来自燃烧单元的高温水蒸气将来自热解气化单元的炭化材料活化以生产活性炭；以及干燥单元，干燥来自活化单元的活性炭。有利的，所述干燥单元的干燥热源包括来自燃烧单元的烟气。
[0065]可选的，如图3中所示，所述热解气化单元布置在燃烧单元的一侧，所述活化单元和所述干燥单元设置在所述燃烧单元的另一侧，且所述活化单元位于所述干燥单元的下方。进一步的,所述燃烧单元通过侧壁向所述热解气化单元、所述活化单元和所述干燥单元中的至少一个传递热量。在图3中，虽然未示出，但是可以利用垃圾填埋场的填埋气将热解气化单元下部排出的炭化材料吹送到活化单元中，在活化单元中，如后面将提及的，可以热解气、填埋气可以被重整为合成气。
[0066]可选的，如图4中所示，所述热解气化单元和所述活化单元布置在燃烧单元的一侦牝所述干燥单元设置在所述燃烧单元的另一侧，且所述活化单元位于所述热解气化单元的下方。有利的，所述燃烧单元通过侧壁向所述热解气化单元、所述活化单元和所述干燥单元中的至少一个传递热量。在图4中，热解气化单元下部排出的炭化材料直接进入到活化单元中，在活化单元中，如后面将提及的，可以热解气、填埋气可以被重整为合成气。
[0067]可选的，所述热解气化单元内设置有中间布风管，中间布风管上设置有多个开口，与燃烧单元高温烟气换热后的热解气或填埋气通入到所述中间布风管中；炭化原料从所述热解气化单元的下部或底部输送到所述活化单元内。
[0068]有利的，如图3和4中所示，热解-活化-燃烧-气化一体炉还包括热解气回路，将从热解气化单元产生的部分热解气与空气混合燃烧后引入到热解气化单元内。
[0069]可选的，如图4中所示，来自燃烧单元的烟气经过除尘净化后通入到所述干燥单元内。
[0070]可选的，热解-活化-燃烧-气化一体炉还包括将垃圾填埋场的至少部分填埋气引入到燃烧单元内燃烧的填埋气置换引入管路。
[0071]可选的，热解-活化-燃烧-气化一体炉还包括将垃圾填埋场的至少部分填埋气弓I入到活化单元中的填埋气重整引入管路。
[0072]可选的，如图3和4中所示，以上热解-活化-燃烧-气化一体炉还包括邻近所述干燥单元设置的分离单元，将干燥后的活性炭分离为颗粒活性炭和携带在烟气中的粉末活性炭。
[0073]根据垃圾填埋场的协调处理的另一个方面，本发明提出了一种垃圾填埋场协调处理系统，如图2-5中所示，该系统包括:上述的热解-活化-燃烧-气化一体炉，其包括上述的分离单元；移动床净水装置(净水塔)，分离单元中分离的颗粒活性炭自上方进入所述移动床净水装置；将活性炭作为燃料从移动床净水装置下部输送到燃烧单元的输送路径。
[0074]可选的，所述输送路径中包括去除从移动床净水装置出来的吸附污染物的活性炭中的水分的过滤器。
[0075]可选的，所述输送路径中设置有提供来自活化单元中的水蒸气与去往燃烧单元的吸附污染物的活性炭之间的热交换的热交换器。
[0076]可选的，所述垃圾填埋场协调处理系统还包括:混合装置，连通在所述输送路径与所述燃烧单元的炉膛之间；空气经过与来自炉膛的烟气换热之后一部分通入所述混合装置，另一部分从燃烧单元的下部直接通入燃烧单元的炉膛。
[0077]可选的，另外的燃料通入到所述混合装置中。所述另外的燃料可包括从燃烧单元的烟气中分离出的未燃尽颗粒和/或垃圾填埋场的填埋气。
[0078]有利的，所述垃圾填埋场协调处理系统还包括:位于所述垃圾填埋场中的能源植物种植区，利用能源植物作为所述炭化原料。所述能源植物可包括大豆、向日葵或蓖麻。
[0079]有利的，所述垃圾填埋场协调处理系统还包括:灰渣输送装置，将来自燃烧单元的灰渣输送到所述能源植物种植区。
[0080]有利的，所述垃圾填埋场协调处理系统还包括:气体净化单元，利用从干燥单元获得的活性炭净化垃圾填埋场的填埋气和/或获得的热解气。
[0081]有利的，所述垃圾填埋场协调处理系统还包括:合成装置，用于将利用活性炭净化后的热解气合成。
[0082]有利的，以上的垃圾填埋场协调处理系统还可包括:渗滤液调节池，来自垃圾填埋场的渗滤液容纳在所述渗滤液调节池中；且所述渗滤液调节池中的渗滤液被引入到所述移动床净水装置的下部，处理后的渗滤液作为净水从所述移动床净水装置的上部引出。进一步的，所述燃烧单元的炉膛内设置有蒸发管路，所述蒸发管路提供到所述活化单元的高温水蒸气；从所述移动床净水装置的上部引出的净水的至少一部分通入到所述蒸发管路中。从分离单元分离的粉末活性炭可随烟气一起通入到所述渗滤液调节池或氨氮吹脱设备中。来自活化单元的水蒸气可通入到所述渗滤液调节池或氨氮汽提设备中。
[0083]根据垃圾填埋场的协调处理的再一个方面，本发明提出了一种活性炭制造方法，包括:热量产生步骤:在燃烧单元中燃烧燃料以产生热量；热解气化步骤:利用来自燃烧单元的热量在热解气化单元中热解炭化原料以生成炭化材料和热解气；活化步骤:将炭化材料置于活化单元中，并且向活化单元中通入高温水蒸气以生产活性炭，所述高温水蒸气由所述燃烧单元生成；以及干燥步骤:利用来自燃烧单元的烟气干燥生产的活性炭。
[0084]有利的，所述热量产生步骤包括在燃烧单元中燃烧垃圾填埋场的填埋气。
[0085]有利的，所述活化步骤包括将来自垃圾填埋场的填埋气与高温水蒸气同时通入到活化单元中。
[0086]有利的，还包括步骤:利用干燥后的活性炭处理污染物；以及将处理污染物后的活性炭作为燃料置于所述燃烧单元中。进一步的，所述污染物为垃圾填埋场的渗滤液和/或填埋气。
[0087]有利的还包括炭化原料生成步骤:利用垃圾填埋场的土地资源种植能源植物，利用所述能源植物作为所述炭化原料。所述能源植物可包括大豆、向日葵或蓖麻。
[0088]在本发明中，热解活化燃烧气化一体炉由于采用整体化的设计思路，分别采用循环流化床、移动床、固定床等技术，因此形成了燃料与原料适应性强、能耗低、操作环境安全、易调控、污染物负排放、低成本等如下特点。
[0089]1.燃烧单元与热解气化单元、活化单元及干燥分离单元的一体化，减少了燃烧单元的热量损耗，保证了热量能够有效的输送到其它三个需要热量的单元。
[0090]2.采用分步多级换热，充分利用烟气与蒸汽的余热为燃烧单元的燃料与空气加热，保证整体系统的高效运行。
[0091]3.整个系统的产出物所携带的余热为后续工艺所必需，如合成气自身的热量将保证合成工艺或发电所需热量，活化单元的水蒸气余热用于渗滤液氨氮处理的汽提，干燥分离单元的烟气余热用于渗滤液氨氮处理的吹脱。
[0092]4.活性炭实现了分级利用，粉末活性炭用于脱除氨氮、吸附重金属及难生物降解有机物，颗粒活性炭用于渗滤液深度净化与热解气净化，使用后的活性炭既可再生也可作为燃料，保证了系统的能量与物料平衡。
[0093]5.由于系统中活性炭作为污染物脱除载体，且粉末活性炭使用环境易产生粉尘污染，因此暴露使用会产生人体危害。而本系统中活性炭的操作环境为全过程封闭，特别是粉末活性炭全部采用气力输送，直接进入渗滤液，不产生人为接触。
[0094]6.燃烧单元采用循环流化床技术，燃料适应性非常强，包括使用后的活性炭及其污泥、生物质、填埋气、城市生活垃圾、褐煤等，能够更广泛的保证系统的燃料来源。
[0095]7.热解气化单元能够接受各类原料，包括使用后的活性炭、生物质、褐煤、城市生活垃圾等。
[0096]8.热解气为高热值且含氢量高的合成气，可与填埋气进行置换，实现能量品位的提升与成分组成的改善，为合成工艺或发电提供清洁、高品位的原料气。
[0097]9.由于整个系统四个单元之间不存在强关联性，四个单元都可在一定范围内独立调控，因此系统的操控容易，适用于宽工况范围的调节。
[0098]10.系统实现了污染物的负排放，由于热解活化燃烧气化一体炉中活性炭是渗滤液中的污染物脱除载体，对渗滤液与排放的烟气可实现深度净化，而灰渣将返回填埋场用于土壤改良。因此系统不对外部产生任何气固液污染，相反还可对填埋场周边的水体与气体污染物进行净化处理。
[0099]11.热解活化燃烧气化一体炉的规模扩展性与功能兼容强。其既可以适应大规模的渗滤液处理，也可采用简化结构适应小规模的渗滤液处理；同时可与填埋气发电、合成装置实现功能衔接，又能与填埋场已有渗滤液处理设备兼容。
[0100]12.热解活化燃烧气化一体炉采用耐火材料整体构建而成，结构简单、材料消耗少且成本低，系统的建设成本优势显著。
[0101]13.热解活化燃烧气化一体炉的燃料与原料采用垃圾填埋场就地取材，或使用低成本的废弃生物质及褐煤，因此其运行成本非常低。
[0102]利用本发明的技术方案，至少可以获得如下技术效果之一:
[0103](I)实现了对垃圾填埋场土地、渗滤液、填埋气资源的系统集成处理与深度资源化利用，彻底解决渗滤液无法高效经济洁净的处理难题。现有技术中，因为活性炭成本高，一般都不用其处理渗滤液。但是，在本发明的工艺中活性炭仅仅是整个系统中的附加产物与污染物脱除载体，既不存在成本过高的影响，也能有效地融入到现有的渗滤液处理与生物燃料合成工艺中，彻底消除了渗滤液(特别是浓缩渗滤液)的环境污染问题。
[0104](2)加速改善了垃圾填埋场及周边的生态环境。通过在垃圾填埋场上大规模种植各类能源植物，既能满足美化环境景观，又能提供制取活性炭的原料，极大降低了渗滤液的处理成本。更重要的是组合利用不同植物的生物固碳、生物固氮、富集重金属等特点，实现快速降低填埋场中的难降解有机物、高氨氮、重金属的含量，有利于加速改善与恢复填埋场的生态环境。
[0105](3)整个系统中的物料、能量自我平衡，且工艺中的生产设备通用性强，与传统煤化工、石油化工的技术路线相比，其原料、水、技术装备等单位成本都低于传统化石能源工艺，因此其最终产品——生物燃料对比传统化石能源具有非常大的成本优势。以2平方公里的生活垃圾填埋场示范单元为例，其年产生物质达4000吨，如合并计算进场农林园林废弃生物质,产量还将翻倍,将产生足够的用于水处理的生物质活性炭；同时渗滤液每天出水量高达400吨，水资源丰富，可用于合成工艺提供净水及水蒸气，或用于能源植物的灌溉，避免对外排放；全年产填埋气1600万立方米，合并生物质气化后产生的合成气资源，将充分保证年产万吨生物燃料。
[0106](4)此工艺发展基于垃圾填埋气的生物燃料合成技术，这样能够迅速弥补我国在生物燃料供给上的巨大缺口。
[0107](5)真正实现甲烷、二氧化碳等温室气体的减排，达到了生物固碳目的。
[0108]在详细说明本发明的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变。
【权利要求】
1.一种热解-活化-燃烧-气化一体炉，包括: 燃烧单元； 热解气化单元，利用来自燃烧单元的烟气热解炭化原料以生成炭化材料和热解气； 活化单元，利用来自燃烧单元的高温水蒸气将来自热解气化单元的炭化材料活化以生产活性炭；以及 干燥单元，干燥来自活化单元的活性炭。
2.根据权利要求1所述的热解-活化-燃烧-气化一体炉，其中: 所述干燥单元的干燥热源包括来自燃烧单元的烟气。
3.根据权利要求1所述的热解-活化-燃烧-气化一体炉，其中: 所述热解气化单元布置在燃烧单元的一侧，所述活化单元和所述干燥单元设置在所述燃烧单元的另一侧，且所述活化单元位于所述干燥单元的下方。
4.根据权利要求3所述的热解-活化-燃烧-气化一体炉,其中: 所述燃烧单元通过侧壁向所述热解气化单元、所述活化单元和所述干燥单元中的至少一个传递热量。
5.根据权利要求1所述的热解-活化-燃烧-气化一体炉，其中: 所述热解气化单元和所述活化单元布置在燃烧单元的一侧，所述干燥单元设置在所述燃烧单元的另一侧，且所述活化单元位于所述热解气化单元的下方。
6.根据权利要求5所述的热解-活化-燃烧-气化一体炉,其中: 所述燃烧单元通过侧壁向所述热解气化单元、所述活化单元和所述干燥单元中的至少一个传递热量。
7.根据权利要求1所述的热解-活化-燃烧-气化一体炉，其中: 所述热解气化单元内设置有中间布风管，中间布风管上设置有多个开口，与燃烧单元高温烟气换热后的热解气或填埋气通入到所述中间布风管中； 炭化原料从所述热解气化单元的下部或底部输送到所述活化单元内。
8.根据权利要求1所述的热解-活化-燃烧-气化一体炉，还包括: 热解气回路，将从热解气化单元产生的部分热解气与空气混合燃烧后引入到热解气化单元内。
9.根据权利要求1所述的热解-活化-燃烧-气化一体炉，其中: 来自燃烧单元的烟气经过除尘净化后通入到所述干燥单元内。
10.根据权利要求1所述的热解-活化-燃烧-气化一体炉，还包括: 将垃圾填埋场的至少部分填埋气引入到燃烧单元内燃烧的填埋气置换引入管路。
11.根据权利要求1所述的热解-活化-燃烧-气化一体炉，还包括: 将垃圾填埋场的至少部分填埋气引入到活化单元中的填埋气重整引入管路。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的热解-活化-燃烧-气化一体炉，还包括: 分离单元，邻近所述干燥单元设置，将干燥后的活性炭分离为颗粒活性炭和携带在烟气中的粉末活性炭。
13.一种垃圾填埋场协调处理系统，包括: 根据权利要求12所述的热解-活化-燃烧-气化一体炉； 移动床净水装置，分离单元中分离的颗粒活性炭自上方进入所述移动床净水装置； 将活性炭作为燃料从移动床净水装置下部输送到燃烧单元的输送路径。
14.根据权利要求13所述的垃圾填埋场协调处理系统，其中: 所述输送路径中包括去除从移动床净水装置出来的吸附污染物的活性炭中的水分的过滤器。
15.根据权利要求13所述的垃圾填埋场协调处理系统，其中: 所述输送路径中设置有提供来自活化单元中的水蒸气与去往燃烧单元的吸附污染物的活性炭之间的热交换的热交换器。
16.根据权利要求15所述的垃圾填埋场协调处理系统，其中: 所述垃圾填埋场协调处理系统还包括:混合装置，连通在所述输送路径与所述燃烧单元的炉膛之间； 空气经过与来自炉膛的烟气换热之后一部分通入所述混合装置，另一部分从燃烧单元的下部直接通入燃烧单元的炉膛。
17.根据权利要求16所述的垃圾填埋场协调处理系统，其中: 另外的燃料通入到所述混合装置中。
18.根据权利要求17所述的垃圾填埋场协调处理系统，其中: 所述另外的燃料包括从燃烧单元的烟气中分离出的未燃尽颗粒和/或垃圾填埋场的填埋气。
19.根据权利要求13所述的垃圾填埋场协调处理系统，还包括: 位于所述垃圾填埋场中的能源植物种植区，利用能源植物作为所述炭化原料。
20.根据权利要求19所述的垃圾填埋场协调处理系统，其中: 所述能源植物包括大豆、向日葵或蓖麻。
21.根据权利要求19所述的垃圾填埋场协调处理系统，还包括: 灰渣输送装置，将来自燃烧单元的灰渣输送到所述能源植物种植区。
22.根据权利要求19所述的垃圾填埋场协调处理系统，还包括: 气体净化单元，利用从干燥单元获得的活性炭净化垃圾填埋场的填埋气和/或获得的热解气。
23.根据权利要求22所述的垃圾填埋场协调处理系统，还包括: 合成装置，用于将利用活性炭净化后的热解气合成。
24.根据权利要求13-23中任一项所述的垃圾填埋场协调处理系统，其中: 所述垃圾填埋场协调处理系统还包括:渗滤液调节池，来自垃圾填埋场的渗滤液容纳在所述渗滤液调节池中； 所述渗滤液调节池中的渗滤液被引入到所述移动床净水装置的下部，处理后的渗滤液作为净水从所述移动床净水装置的上部引出。
25.根据权利要求24所述的垃圾填埋场协调处理系统，其中: 所述燃烧单元的炉膛内设置有蒸发管路，所述蒸发管路提供到所述活化单元的高温水蒸气； 从所述移动床净水装置的上部引出的净水的至少一部分通入到所述蒸发管路中。
26.根据权利要求25所述的垃圾填埋场协调处理系统，其中: 从分离单元分离的粉末活性炭随烟气一起通入到所述渗滤液调节池或氨氮吹脱设备中。
27.根据权利要求25所述的垃圾填埋场协调处理系统，其中: 来自活化单元的水蒸气通入到所述渗滤液调节池或氨氮汽提设备中。
28.一种活性炭制造方法，包括: 热量产生步骤:在燃烧单元中燃烧燃料以产生热量； 热解气化步骤:利用来自燃烧单元的热量在热解气化单元中热解炭化原料以生成炭化材料和热解气； 活化步骤:将炭化材料置于活化单元中，并且向活化单元中通入高温水蒸气以生产活性炭，所述高温水蒸气由所述燃烧单元生成；以及 干燥步骤:利用来自燃烧单元的烟气干燥生产的活性炭。
29.根据权利要求28所述的方法，其中: 所述热量产生步骤包括在燃烧单元中燃烧垃圾填埋场的填埋气。
30.根据权利要求28所述的方法，其中: 所述活化步骤包括将来自垃圾填埋场的填埋气与高温水蒸气同时通入到活化单元中。
31.根据权利要求28所述的方法，还包括步骤: 利用干燥后的活性炭处理污染物；以及 将处理污染物后的活性炭作为燃料置于所述燃烧单元中。
32.根据权利要求31所述的方法，其中: 所述污染物为垃圾填埋场的渗滤液和/或填埋气。
33.根据权利要求28所述的方法，还包括: 炭化原料生成步骤:利用垃圾填埋场的土地资源种植能源植物，利用所述能源植物作为所述炭化原料。
34.根据权利要求33所述的方法，其中: 所述能源植物包括大豆、向日葵或蓖麻。
【文档编号】C01B3/34GK104229797SQ201310227577
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月8日 优先权日:2013年6月8日
【发明者】夏红德, 朱治平, 于旷世, 马人熊, 吕清刚, 高鸣 申请人:中国科学院工程热物理研究所