一种有机废弃物厌氧-热解耦合富产能源气体的方法与流程

本发明属于固体废弃物能源化利用、生物质热解技术领域，具体涉及一种有机废弃物厌氧-热解耦合富产能源气体的方法。

背景技术：

生物质能作为唯一含碳资源的绿色再生能源，分布广泛，来源充足，将是理想的能源选择去解决日益突出的能源问题和环境问题，实现能源供给的多元化，同时可以获得高附加值化学品。有机固体废物是一类重要的生物质资源，传统燃烧产生的固体颗粒物造成严重的污染影响了我国农业绿色发展，其绿色转化利用是可再生能源领域的研究热点之一。有机固体废物热解气化可以得到合成气、甲烷、焦油和残渣，合成气与甲烷作为能源气体，可以作为燃料进行燃烧发电或燃料电池发电。对于一些有机质较高的有机废物如餐厨废物、酿醋废物、农林废物等，通常利用厌氧发酵生产沼气技术实现能源化利用。然而单一的厌氧发酵技术只能部分处理有机废物，得到的沼渣会形成二次污染。基于有机废物的生物质组成，将厌氧处理后的沼渣经过干燥，作为热解反应的原料，通过厌氧-热解耦合技术实现其能源化与资源化利用是最佳路径。

无机废物，如铝渣灰、粉煤灰、生物质灰，出炉后将被掩埋或土壤修复剂使用，然而这些高炉出来的灰渣的成分生物有效性较差，不能被植物利用，掩埋后往往会形成二次污染，这些灰渣中富含钙、铝、钾、钠、硅等元素，对生物质的裂解反应具有催化作用，将这些无机废物作为催化剂，应用于有机废物的热解，可以实现其资源化应用。

技术实现要素：

基于以上固体废弃物的处置出现的环境问题与资源化利用方面的不足，本发明提供了一种有机废弃物厌氧-热解耦合富产能源气体的方法。

该方法包括以下步骤：

(1)固体含量大于30％的有机废弃物与接种物一起加入厌氧发酵罐进行厌氧发酵30-40天；

(2)厌氧消化反应出料经固液分离后，沼液回流进入cstr反应器循环使用，并按1：1-1：3的比例加入新的有机废弃物，进行厌氧发酵反应。

(3)步骤(2)得到的固体剩余物经过干燥，进入热解反应器热解。

步骤(1)中有机废弃物包括餐厨废物、酿醋废物、农林废物等半纤维素含量较高的有机废物。

步骤(1)中厌氧发酵控制反应温度在30-40℃。

步骤(1)中厌氧发酵发生产沼气反应，得到能源气体ch4。

步骤(3)中热解反应控制温度在600-800℃。

步骤(3)中热解反应中按1-10％的比例添加无机废弃物(如铝渣灰、粉煤灰、生物质灰)作为催化剂。

步骤(3)中热解反应得到富氢的能源气体，并副产高性能生物炭吸附材料。

步骤(3)中热解反应器为固定床、流化床与沸腾床。

本发明所述的厌氧-热解耦合技术是以厌氧预处理后的固体剩余物作为热解的原料，厌氧发酵过程中通过甲烷菌的作用，在厌氧系统中，一些游离于生物质大分子周围的有机分子(如蛋白、脂肪)与无定形状态的半纤维素发生水解反应生成沼气，剩余的纤维素与木质素不能被厌氧系统所利用，干燥后进入热解反应器，采用无机废物作为催化剂，利用热化学法制备h2、ch4、co等能源气体应用于供电、供热与供气。其优势在于：

(1)厌氧-热解耦合技术对有机废物的整体干基减量率能够达到85％以上。

(2)厌氧-热解耦合技术整体上有效提高能源气体产率，副产生物炭。

(3)热解过程中加入无机固体废弃物后，能源气体产率可以提高近60％。可以实现固体废弃物的能源化与资源化利用。

附图说明

图1厌氧-热解耦合富产能源气体工艺流程图

图中，1-厌氧发酵，2-固液分离，3-脱水干燥，4-热解，5-能源气体，6-锅炉，7-发电系统，8-气体纯化系统

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细描述。

实施例1

一种有机废弃物厌氧-热解耦合富产能源气体的方法，工艺流程图如图1所示，按照如下操作步骤进行：

有机废物通过厌氧发酵1后，经过固液分离装置2得到沼液与沼渣，沼液回流至厌氧发酵1，沼渣作为热解工艺的原料，经脱水干燥3后，进入热解反应器4热解得到h2、ch4、co等能源气体5，热解水、焦油与生物炭。能源气体5可以输送至燃气锅炉6燃烧供热，也可以输送至发电系统7发电，还可以经过气体纯化8得到高纯度的h2、ch4等为用户提供气源。

实施例2

醋糟厌氧-热解耦合富产能源气体的方法，将固含率>30％的原醋糟与接种物加入到厌氧发酵罐中进行厌氧发酵，不断搅拌，混合均匀，产生为0.20-0.25m³/kg甲烷，发酵30天后，取出部分醋糟渣，沼液经过回流至发酵罐内，并每天重复该操作，获得厌氧后的醋糟。厌氧后的醋糟经过混合均匀、脱水干燥，破碎至3mm以下，放入固定床热解反应器中热解，热解气氛为氮气气氛，热解温度为600℃。热解得到h2、ch4、co等能源气体，气产率为45％，生物炭产率为36％，其中能源气体(h2+co+ch4)总比例为84％。总体上固体干基减量率达85％，能源气体产率达50％。

醋糟经过混合均匀、脱水干燥，破碎至3mm以下，放入固定床热解反应器中热解，热解气氛为氮气气氛，热解温度为600℃。热解得到h2、ch4、co等能源气体，气产率为46％，生物炭产率为24％。其中能源气体(h2+co+ch4)产率为36％，固体干基减量率为76％。

实施例3

醋糟厌氧-热解耦合富产能源气体的方法，将固含率>30％的原醋糟与接种物加入到厌氧发酵罐中进行厌氧发酵，不断搅拌，混合均匀，产生为0.20-0.25m3/kg甲烷，发酵30天后，取出部分醋糟渣，沼液经过回流至发酵罐内，并每天重复该操作，获得厌氧后的醋糟。脱水干燥并破碎至3mm以下的厌氧后的醋糟中加入5％的铝渣灰，经过机械混合均匀，放入固定床热解反应器中热解，热解气氛为氮气气氛，热解温度为600℃。热解得到h2、ch4、co等能源气体，气产率为53％，生物炭产率为38％，能源气体(h2+co+ch4)总比例为90％。总体上固体干基减量率达84％，能源气体产率达56％。

实施例4

醋糟厌氧-热解耦合富产能源气体的方法，将固含率>30％的原醋糟与接种物加入到厌氧发酵罐中进行厌氧发酵，不断搅拌，混合均匀，产生为0.20-0.25m³/kg甲烷，发酵30天后，取出部分醋糟渣，沼液经过回流至发酵罐内，并每天重复该操作，获得厌氧后的醋糟。脱水干燥并破碎至3mm以下的厌氧后的醋糟中加入10％的铝渣灰，经过机械混合均匀，放入固定床热解反应器中热解，热解气氛为氮气气氛，热解温度为600℃。热解得到h2、ch4、co等能源气体，气产率为55％，生物炭产率为42％，其中能源气体(h2+co+ch4)总比例为90％。总体上固体干基减量率达82％，能源气体产率达56％。

从上述几个实施例中对比可以看出，厌氧-热解耦合可以使能源气体产率由36％增加至50％，固体干基减量率由76％增加至85％。加入5％的铝渣灰后，其催化作用对产生氢气反应明显，使能源气体总体产率由50％增加至56％。

以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理及应用而采用的示范性的实施方式，但本发明并不仅仅局限于此。对于本领域的其他普通技术人员来说，在不脱离本发明目的和实质情况下，可以做出的改进及变型也视为本发明的保护范围之内。