一种生活垃圾资源化的系统及方法与流程

本发明属于垃圾处理技术领域，具体涉及一种生活垃圾资源化的系统及方法。

背景技术：

我国正面临环境和能源的双重压力，随着经济和城市化进展的加速，全国能源消耗巨大，同时大城市中2/3面临垃圾围城困境，通过技术手段将生活垃圾变为可利用资源，在一定程度上可以缓解我国能源和环境危机。生活垃圾热解技术以其资源化利用率高，环境污染小的优点越来越被人们所青睐。热解主要产物垃圾炭，产率约生活垃圾干基的40％-60％，但存在重金属等有毒有害物质、灰分高、热值低，市场销路差，如果作为固体燃料使用时，燃烧效果较差，且燃烧过程中会产生大量的二次污染物，环保效益较差；如果作为气化原料，存在灰分高、co2反应活性低、灰熔点低、容易结渣、气化效率低、产品气化煤气热值低等问题，因此大多数垃圾炭最终只能作为热解残渣进行填埋处理，占用了土地资源且造成能源的浪费。

目前，随着经济的发展，碳减排已成为关注的课题。作为生活垃圾热解处理技术，在实现生活垃圾资源化的同时也产生了大量的co2。co2既是导致全球气候变暖的温室气体的主要成分之一，对温室效应的贡献达到55％，又是一种宝贵的资源。目前，co2被广泛应用于食品保鲜、采油行业、气体保护焊及化工合成等领域，且取得了良好的经济效益。但与co2增长的产能相比，每年用于生产消耗的co2量仅占总产量的一少部分，大量的co2无法得到充分利用而排放到大气中，加剧温室效应，成为制约企业可持续发展的关键因素。不论从资源还是能源的角度，开发更多的co2利用技术都是势在必行的。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种生活垃圾资源化的系统及方法，采用高频气力分选机对垃圾热解炭进行脱灰，然后以脱灰后的垃圾炭作为气化原料，使垃圾炭氧化成可燃性气体co，不可燃气体co2还原为可燃性气体co，同时垃圾热解产生的高温油气经过高温油气净化装置，脱除其中酸性气体和重金属等污染物后，进入直燃锅炉产生过热蒸汽进行发电，实现了垃圾炭资源化，同时也实现了co2的循环利用。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种生活垃圾资源化的系统，包括：预处理装置、热解装置、高频气力分选机、co2捕集装置、气化装置、气化气处理装置、气化气收集装置和发电装置，其中，

所述co2捕集装置包括：顺序连接的吸收塔、富液泵、解吸塔、冷却器和气液分离器，用于提取高纯度的co2；

所述热解装置的进料口与所述预处理装置的出料口连接，所述热解装置的热解炭出口与所述高频气力分选机的进料口连接，所述热解装置的燃烧尾气出口与所述co2捕集装置连接，所述热解装置的高温热解油气出口与所述发电装置连接；

所述气化装置的进料口与所述高频气力分选机的出料口连接，所述co2捕集装置的出气口和所述发电装置的低温蒸汽出口分别与所述气化装置的进气口连接；

所述气化装置与所述气化气处理装置、气化气收集装置顺序连接，用于将气化气进行脱酸和净化处理后进行储存和利用；

所述发电装置的出烟气口与所述co2捕集装置连接，所述发电装置与电网连接。

进一步，所述气化气处理装置包括脱酸装置和气体净化装置。

进一步，所述脱酸装置用于实现气化气的余热回收和脱酸。

进一步，所述气体净化装置包括顺序连接的除尘塔、初冷器、电捕焦油器和干式脱硫塔。

进一步，所述热解装置包括：旋转床热解炉、辐射管燃烧器以及布料、出料辅助机构，其中，

所述辐射管燃烧器布置于所述旋转床热解炉的环形炉壁上，通过燃烧加热的方式提供反应所需热量；

所述旋转床热解炉的炉底为可转动的环形炉底，所述旋转床热解炉分为四个区域，分别是干燥区、热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区，物料由干燥区前端给入，在四个区的炉顶处设置气体出口，用于收集高温热解气，热解反应三区末端设置出料装置，收集热解炭，所述旋转床热解炉的炉底的料板选用穿孔板。

进一步，还包括破碎机ⅱ，所述破碎机ⅱ设置在所述热解装置与所述高频气力分选机之间，用于将从旋转床热解炉出来的热解炭进行破碎。

进一步，还包括高温油气净化装置，设置在所述热解装置的油气出口和所述油气直燃锅炉之间。

进一步，所述高频气力分选机包括：风机、分选床面、振动给料装置、激振电机，垃圾炭由所述振动给料装置均匀送到所述分选床面，在所述激振电机产生的激振力和所述风机产生的上升气流的悬浮作用下实现垃圾炭的分选。

进一步，所述气化气收集装置的第一出气口与所述发电装置连接，所述气化气收集装置的第二出气口与旋转床热解炉连接，用于为旋转床热解炉热解提供原料。

一种生活垃圾资源化的方法，包括以下步骤：

(1)对垃圾进行预处理，将其中的无机物和金属分出，将剩余的待处理垃圾破碎至符合旋转床入料的要求；

(2)垃圾进入热解装置热解，将热解炭送到高频气力分选机进行分选，将热解油气送到高温油气净化装置，将旋转床热解炉燃烧尾气送到co2捕集装置；

(3)净化后的热解油气送到发电装置发电，发电装置产生的烟气送到co2捕集装置，产生的低温蒸汽送到气化装置；

(4)筛选后的热解炭进入气化装置气化，同时经co2捕集装置提纯后的co2送到气化装置和低温蒸汽一起作为气化剂；

(5)热解炭气化后产生的气化气经处理装置脱酸净化处理后送到气化气收集装置；

(6)气化气收集装置内的气化气作为发电装置的燃料或为热解装置提供燃料。

本发明的有益效果在于：

(1)采用旋转床热解炉作为生活垃圾热解制油、气和热解炭的设备，在同一个炉内完成了干燥，热解的过程，流程短，能源利用率高，同时易于放大，实现规模化热解垃圾；

(2)热解油气直接进入发电装置，实现了热解油气的高效利用，同时又节省了油气分离净化装置，降低投资成本和运行、维修成本；

(3)通过高温油气净化装置降低高温油气中酸性气体含量，减少了设备的腐蚀性，提高发电工艺环保性，净化后的热解油气直接进入发电装置，实现了热解油气的高效利用，同时又节省了油气分离净化装置，降低投资成本和运行、维修成本；

(4)采用高频气力分选机对热解炭进行分选，垃圾热解炭灰分降至20％以下，以低灰热解炭和热解产生的高温油气作为发电装置燃料产生电能，一部分作为电加热辐射管能源，另一部分并入电网。整个工艺具有流程短，操作简单，资源化水平高等特点，充分利用低热值的热解炭。

附图说明

图1为本发明生活垃圾资源化的系统整体结构图。

图2为本发明生活垃圾资源化方法流程示意图。

其中，1、破袋机2、滚筒筛3、破碎机ⅰ4、旋转床热解炉5、油气净化塔6、直燃锅炉7、发电装置8、破碎机ⅱ9、高频气力分选机10、co2捕集塔11、气化炉12、节能脱酸装置13、气体净化14、储气罐a、生活垃圾b、高纯度co2c、低温蒸汽d、烟气e、气化煤气f、高温油气g、高温蒸汽h、燃烧废气。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

生活垃圾热解过程会产生大量的40％-60％的垃圾炭，但其灰分高、热值低、co2反应活性低、灰熔点低，采用气化工艺生产气化煤气时存在气化效率低、容易结渣、产品气化煤气热值低等问题。干法分选技术具有操作简单、环保效益强等特点，如果采用干法分选技术对垃圾炭进行脱灰处理，既可以提高垃圾炭品位，使其满足垃圾炭气化要求，提高垃圾热解技术资源化水平，又可以提高垃圾热解技术的环保效益。

生活垃圾热解过程中，需要蓄热式辐射管为其提供热源，这个过程中会产生大量的co2，同时发电装置的燃烧室也会产生大量的co2，co2既是导致全球气候变暖的温室气体的主要成分之一，又是一种宝贵的资源。为了降低企业的碳排放量，本发明采用蓄热式辐射管燃烧和发电装置燃烧产生的co2作为气化剂，脱灰后的垃圾炭作为气化原料，生产富含co的可燃性气体，实现co2的循环利用。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种生活垃圾资源化的系统，图1为本发明生活垃圾资源化的系统整体结构图，如图1所示,包括：预处理装置、热解装置、高频气力分选机、co2捕集装置、气化装置、气化气处理装置、气化气收集装置和发电装置。

其中，co2捕集装置包括：顺序连接的吸收塔、富液泵、解吸塔、冷却器和气液分离器，用于提取高纯度的co2；热解装置的进料口与预处理装置的出料口连接，热解装置的热解炭出口与高频气力分选机的进料口连接，热解装置的燃烧尾气出口与co2捕集装置连接，热解装置的高温热解油气出口与发电装置连接；气化装置的进料口与高频气力分选机的出料口连接，co2捕集装置的出气口和发电装置的低温蒸汽出口分别与气化装置的进气口连接，用于作为气化装置的气化剂；气化装置与气化气处理装置、气化气收集装置顺序连接，用于将气化气进行脱酸和净化处理后进行储存和利用；发电装置的烟气出口与co2捕集装置连接，发电装置与电网连接。

由此，本发明将热解油气直接送入发电装置，实现了热解油气的高效利用，同时又节省了油气分离净化装置，降低投资成本和运行、维修成本；采用高频气力分选机对热解炭进行分选，垃圾热解炭灰分降至20％以下，以低灰热解炭和热解产生的高温油气作为发电装置燃料产生电能，一部分作为电加热辐射管能源，另一部分并入电网。整个工艺具有流程短，操作简单，资源化水平高等特点，充分利用了低热值热解炭。

根据本发明的具体实施例，所述气化装置为气化炉。

根据本发明的具体实施例，所述co2捕集装置包括：吸收塔、富液泵、解吸塔、再沸器、气液分离器、贫液泵及贫液冷却器。其中，

所述吸收塔包括：与烟气管路(如图1所示，旋转床热解炉和直燃锅炉排出的燃烧尾气汇集于排烟管路中)相连的吸收塔第一入口，设置于吸收塔的上部，与吸收剂管路相连的吸收塔第二入口，设置于吸收塔顶部，与烟气出口管路相连的吸收塔第一出口；设置于吸收塔的底部，与富液泵入口相连的吸收塔第二出口；富液泵出口与解吸塔相连；

解吸塔包括：设置于解吸塔上部的第一入口，其与富液泵出口连接；与再沸器出口相连的第二入口；设置于解吸塔底部，与贫液泵入口相连的第一出口；设置在解吸塔底部，与再沸器入口相连解吸塔第二出口；设置于解吸塔的顶部，连通气液分离器入口的第三出口；气液分离器出口与节能脱酸装置的入口相连。贫液泵与贫液冷却器相连；贫液冷却器具有入口和出口。

烟气管路内的燃烧烟气经风机加压给入吸收塔，在吸收塔内与吸收剂逆流接触，优选的，采用醇胺溶液作为吸收剂，烟气中的co2被吸收剂吸收，变为富液，富液经富液泵给入解吸塔，解吸生成co2气体、蒸汽及雾沫的混合气体和贫液；解吸后的co2经冷却器进行降温冷却，蒸汽和雾沫变成水和泡沫；冷却后的混合气体进入气液分离器，除去混合气体内的水和泡沫，分离出的co2气体经节能脱酸装置预热后进入co2转化炉。

根据本发明的具体实施例，所述气化气处理装置包括脱酸装置和气体净化装置；所述脱酸装置还包括：惰性气体储罐，来自气化炉内的高温气化气经管道进入脱酸装置后进行余热回收和脱酸，利用回收的余热可对惰性气体进行预热，预热温度可达200℃-350℃，预热后的惰性气体可对生活垃圾原料、渗滤液和热解污水等进行蒸发浓缩，实现惰性气体循环利用。

在本发明的一些优选的实施例中，气体净化装置包括顺序连接的除尘塔、初冷器、电捕焦油器和干式脱硫塔。气化气首先在湿式除尘塔中完成除尘，采用激冷循环水喷洒气化气，将其中的粉尘除掉后进入横管初冷器，初冷器用32℃循环水和16℃制冷水的两段冷却水将气化气冷却至21℃左右。由初冷器下部排出的气化气进入两台并联同时操作的电捕焦油器，完成气体中夹带的焦油工作。再由罗茨鼓风机将气化气送至干式脱硫塔，完成脱硫脱硝。

根据本发明的具体实施例，所述热解装置包括：旋转床热解炉、辐射管燃烧器以及布料、出料辅助机构，其中，辐射管燃烧器布置于所述旋转床热解炉的环形炉壁上，通过燃烧加热的方式提供反应所需热量；所述旋转床热解炉的炉底为可转动的环形炉底，所述旋转床热解炉分为四个区域，分别是干燥区、热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区，物料由干燥区前端给入，在四个区的炉顶处设置气体出口，用于收集高温热解气，热解反应三区末端设置出料装置，收集热解炭，所述旋转床热解炉的炉底的料板选用穿孔板。

根据本发明的具体实施例，如图1所示，还包括破碎机ⅱ，所述破碎机ⅱ设置在所述热解装置与所述高频气力分选机之间，用于将从旋转床热解炉出来的热解炭进行破碎。

根据本发明的具体实施例，还包括高温油气净化装置，设置在所述热解装置的油气出口和所述油气直燃锅炉之间。在本发明的一些实施例中，高温油气净化装置为油气净化塔。本发明采用高温油气净化装置，使高温油气中酸性气体含量降至10mg/nm³以下、重金属含量降至20mg/nm³以下，降低了设备的腐蚀性，提高发电工艺环保性，净化后的热解油气直接进入发电装置，实现了热解油气的高效利用，同时又节省了油气分离净化装置，降低投资成本和运行、维修成本。

根据本发明的具体实施例，所述高频气力分选机包括：风机、分选床面、振动给料装置、激振电机，垃圾炭由所述振动给料装置均匀送到所述分选床面，在所述激振电机产生的激振力和所述风机产生的上升气流的悬浮作用下实现垃圾炭的分选。

根据本发明的具体实施例，所述气化气收集装置的第一出气口与所述发电装置连接，所述气化气收集装置的第二出气口与旋转床热解炉连接，用于为旋转床热解提供原料。如图1所示，在本发明的一些实施例中，气化气收集装置为储气罐。

根据本发明的具体实施例，如图1所示，预处理装置包括破袋机、滚筒筛和破碎机ⅰ，将生活垃圾筛分破碎以得到具有一定粒径的原料，在本发明的一些优选的实施例中，预处理装置将垃圾中的大块无机物，金属等分出，然后将剩余垃圾破碎至热解装置的入料要求，在本发明的一些优选的实施例中，热解的主体装置为旋转床热解炉，垃圾破碎的粒径为＜20mm。

根据本发明的具体实施例，所述发电装置包括油气燃烧室、余热锅炉和汽轮发电机，所述油气燃烧室具有高温油气入口，助燃空气入口和烟气出口，所述余热锅炉具有烟气入口、烟气出口、锅炉给水入口和过热蒸汽出口，所述汽轮发电机具有蒸汽入口、蒸汽出口和电量输出端。所述燃烧室的油气入口与热解油气出口相连；所述燃烧室的助燃空气入口与空气鼓风机相连；所述燃烧室的烟气出口与余热锅炉相连；所述余热锅炉的烟气出口与co2捕集装置相连；所述余热锅炉的过热蒸汽出口与汽轮发电机相连；所述汽轮发电机的电量输出端与用电设备或电网相连，所述汽轮机发电机的蒸汽出口与气化炉的水蒸汽入口相连。

根据本发明的另一方面，提供一种生活垃圾资源化的方法，包括以下步骤：

(1)对垃圾进行预处理，将其中的无机物和金属分出，将剩余的待处理垃圾破碎至符合旋转床入料的要求；其中，经过预处理的原料含水率为20％以下，将其均匀给入旋转床热解炉，铺料厚度50-250mm，在炉内经过阶段升温，完成干燥、热解和活化的反应，旋转一周的时间为1-2.5h。

(2)垃圾进入热解装置热解，将热解炭送到高频气力分选机进行分选，将热解油气送到高温油气净化装置，将旋转床热解炉燃烧尾气送到co2捕集装置；其中，高温油气净化装置将热解油气的酸性气体降至10mg/nm³以下、重金属含量降至20mg/nm³以下。垃圾炭经过破碎机破碎至10mm以下通过振动给料机均匀给入高频气力分选机，高频气力分选机的激振电机的参数：激振力范围为0-5000n，频率为10-100hz，转速为1000-3000转/min。

(3)净化后的热解油气送到发电装置发电，发电装置产生的烟气送到co2捕集装置，产生的低温蒸汽送到气化装置；

(4)筛选后的热解炭进入气化装置气化，同时经co2捕集装置提纯后的co2送到气化装置和低温蒸汽一起作为气化剂；气化炉内的条件为气化温度900-1100℃。

(5)热解炭气化后产生的气化气经处理装置脱酸净化处理后送到气化气收集装置；脱酸处理后的气化气温度降至200℃-350℃，酸性气体浓度降至0.05％以下；

(6)气化气收集装置内的气化气作为发电装置的燃料或为热解装置提供燃料。

根据本发明的具体实施例，步骤(3)和(4)中co2捕集装置的工作流程为：烟气管路内的燃烧烟气经风机加压给入吸收塔，在吸收塔内与吸收剂逆流接触，优选的，采用醇胺溶液作为吸收剂，烟气中的co2被吸收剂吸收，变为富液，富液经富液泵给入解吸塔，解吸生成co2气体、蒸汽及雾沫的混合气体和贫液；解吸后的co2经冷却器进行降温冷却，蒸汽和雾沫变成水和泡沫；冷却后的混合气体进入气液分离器，除去混合气体内的水和泡沫，分离出的co2气体。

根据本发明的具体实施例，步骤(5)净化处理的过程为：气化气首先在湿式除尘塔中完成除尘，采用激冷循环水喷洒气化气，将其中的粉尘除掉后进入横管初冷器，初冷器用32℃循环水和16℃制冷水的两段冷却水将气化气冷却至21℃左右。由初冷器下部排出的气化气进入两台并联同时操作的电捕焦油器，完成气体中夹带的焦油工作。再由罗茨鼓风机将气化气送至干式脱硫塔，完成脱硫脱硝。

实施例一

采用某市生活垃圾为原料，成分组成如表1：

表1(wt％)

(1)对垃圾进行预处理，将其中的无机物和金属分出，将剩余的待处理垃圾破碎至原料粒径＜20mm；

(2)破碎的垃圾被均匀给入旋转床热解炉，布料厚度100mm，在炉内垃圾随炉底的转动经过干燥、热解、活化完成反应，其中干燥区温度350℃，热解区温度800℃，活化区温度900℃，反应时间1h；

将热解炭送到高频气力分选机进行分选，将热解油气送到高温油气净化装置，将旋转床热解炉燃烧尾气送到co2捕集装置；旋转床辐射管燃烧尾气及发电装置燃烧尾气成分如表2所示。

表2

采用co2捕集装置回收co2，co2回收率可达90％以上，纯度可达98％以上。可作为气化剂实现垃圾炭气化的目的。

热解产生的高温油气经高温油气净化装置后，其酸性气体含量降至10mg/nm³、重金属含量降至20mg/nm³以下。垃圾炭经振动给料机均匀给入高频气力分选机，风量为40-60:50-70:80-100(总流量170-240m³/h)、床面倾角6-15°(4°)、激振力6-12kn，分选效率达到90％以上，垃圾炭灰分＜20％。

(3)净化后的热解油气送到发电装置发电，发电装置产生的烟气送到co2捕集装置，产生的低温蒸汽送到气化炉；

(4)筛选后的热解炭进入气化炉气化，同时经co2捕集装置提纯后的co2送到气化炉和低温蒸汽一起作为气化剂；采用脱灰后的垃圾炭作为气化原料，炭转化率达97％以上。气化气热值达1532kcal/nm³，成分如表3所示。

表3

(5)热解炭气化后产生的气化气经处理装置脱酸净化处理后送到气化气收集装置；

(6)气化气收集装置内的气化气作为发电装置的燃料或为热解装置提供燃料。

综上所述，本发明采用高频气力分选机对垃圾热解炭进行脱灰，然后以脱灰后的垃圾炭作为气化原料，使垃圾炭氧化成可燃性气体co，不可燃气体co2还原为可燃性气体co，同时垃圾热解产生的高温油气经过高温油气净化装置脱除其中酸性气体和重金属等污染物后进入直燃锅炉产生过热蒸汽进行发电，实现了垃圾炭资源化，同时也实现了co2的循环利用。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。