一种生物质废弃物低温湿热碳化处理方法和系统技术方案

本发明专利技术揭示了一种生物质废弃物低温湿热碳化技术和相关装置。该技术具有工艺简单、设备先进、资源回收利用率高、无二次污染、处理效率高、适合规模化推广的优点。

【技术实现步骤摘要】
专利技术名称 一种生物质废弃物低温湿热碳化处理技术和装置
本专利技术涉及生物质废弃物处理
，尤其涉及一种以低温湿热碳化对生物质废弃物进行资源转化利用的工艺过程和处理装置。
技术介绍
环境污染和能源紧缺已经成为21世纪中国面临的两大难题。这两个问题在很大程度上制约我国经济的持续快速发展和人民生活水平的进一步提高。如何深入实施节能减排，发展循环经济，缓解经济发展与能源及环境之间的矛盾，建设可持续发展的和谐社会，生物质废弃物资源化利用为我们提供了一种新的选择。 生物质废弃物是人类在利用生物质的过程中生产和消费所产生的废弃物，主要包括生活废弃物(城市生活垃圾、餐厨垃圾、人类和动物粪便、城市污水处理厂剩余活性污泥)、工业废弃物(造纸厂、家具厂、食品加工厂有机废水等)、农业废弃物(各类秸秆、稻壳、蔗渣等)、林业废弃物(废木材、枝桠材、树皮、木屑等)和养殖场畜禽粪便。通过技术、经济手段与管理措施对上述废弃物进行有效的处理，可以在实现无害化处置和减少污染物排放的同时，回收大量有价物质，提高废弃物综合利用率，具有公益性和经济性双重特性。但是由于长期以来我国的生物质废弃物处理技术发展滞后，配套设施不足，导致大多数生物质废弃物未能得到安全有效的资源转化利用。统计资料表明我国每年可作为能源利用的生物质废弃物总量折合标准煤约4.6亿吨，但是目前已利用量仅约为2200万吨，还有近4.4亿吨没有得到有效地资源转化利用。 目前，在我国对生物质废弃物的处理处置主要还是采用传统的填埋、焚烧等技术，而资源转化技术应用的主要有：厌氧发酵、气化、固化等。通过近些年来的发展，已经在生物质废弃物资源化利用方面取得了一些成绩，但仍然还存在着很多的问题，例如规模化发展缓慢，设备落后，转换效率低等，甚至还存在二次污染的隐患。现阶段迫切需要研究设计出一种创新的生物质废弃物资源化处理方法，安全可靠、工艺简单、转化效率高、应用范围大、适合规模化推广，以代替传统的处理技术，提高生物质废弃物清洁化处置能力与消纳规模，大幅度提升废物综合利用率、资源产出水平和循环利用产品品质，推动生物质废弃物资源化更快更好地发展，以使得有效解決日益严峻的生物质废弃物处理问题的同时，为缓解能源紧缺和发展循环经济做出更大的贡献。
技术实现思路
本专利技术针对现有生物质废弃物处理技术所存在的资源转化率不高、规模化推广难等缺陷和弊端，揭示了一种对生物质废弃物进行极度减量化和高度资源化的低温湿热碳化技术和相关设备(参见附图)。该技术具有工艺简单、设备先进、资源回收利用率高、无二次污染、处理效率高、适合规模化推广的优点。 本专利技术采取如下技术方案解决上述技术问题。 生物质废弃物低温湿热碳化处理系统，包括带可调式泄压阀的低温湿热碳化反应釜、超高压干湿分离装置、加压输送装置、热交换器、生物炭燃烧供热装置、生物炭机械脱水装置。其具体处理步骤如下： (1)对于组成成分复杂的城市生活垃圾、农业废弃物、林业废弃物类生物质废弃物，首先输送入工作压力达每平方厘米800至1000公斤的超高压垃圾压榨机(专利申请号201110049074.0)中实现一次性分类处理，得到干、湿两种组分。其中含水低、热值高的干组分可被直接加工制成固体燃料或通过高温热解气化进行资源利用。利用本专利技术揭示的低温湿热碳化技术对含水高、主要由生物质废弃物细胞内容物浆料组成的湿组分进行低温湿热碳化处理。此种技术还可以对成分相对简单的城市污水处理厂剩余活性污泥、餐厨垃圾、人类及禽畜粪便等生物质废弃物直接进行低温湿热碳化处理。 (2)将经过预处理或者其他不需要预处理的生物质废弃物和特别选择的反应催化剂通过加压输送设备输入到低温湿热碳化系统。该系统包括一台特别设计的混合装置、高效热交换器(螺旋板式或套管式)、高压反应釜(以下简称反应釜)、可调式泄压阀和板框压滤机。所述的反应催化剂可以是1％至5％的乙酸、丙酸、丁酸、柠檬酸或无机酸。 (3)输入的物料通过混合器与催化剂充分混合后，以与高压反应釜排放出的高温碳化产物料(生物炭和碳化液组成的混合物)相逆的方向进入热交换器进行热量交换预热，使生物质废弃物物料的温度由常温升至160℃。 (4)经过预热后的物料，以活塞流的形式从反应器的下部送入反应釜中进行低温湿热碳化反应。反应温度控制在160～260℃，反应物滞留时间为0.5～1h。反应产物包括生物质完全脱水形成的炭(以下简称生物炭)和由生物质脱去的水、生物质在脱碳、脱水后游离出的氨氮和无机盐(包括磷酸盐)组成的水溶液(以下简称碳化液)。整个处理系统以连续化的运转形式运行。整个处理过程历时一到两个小时的时间即可完成。它相当于在远古时代，自然界生物质需要历时几万年才能完成的碳化过程(即煤的形成过程)，具有目前其他相关处理技术所不具备的极度减量化和高度资源化生物质废弃物处理技术优势。 反应釜中形成的碳化产物经由设置在反应器顶部的可调式泄压阀进入热交换器降温后，进入板框压滤机过滤后，分别得到含水量为30％以下的生物炭和碳化液。 (5)为反应釜中物料加热升温的设施为一台以部分低温湿热碳化过程获得的生物炭为燃料的小型加热装置。该装置中有一装满加热油的吸热盘管和将高温加热油泵入反应釜加温盘管的循环油泵。借助于温度控制装置，生物炭燃烧产生的高温将吸热盘管中的加热油的温度加热至260℃后通过加热油循环泵输入反应釜的加热盘管中，以便将反应釜内的温度控制在设定温度。 (6)低温湿热碳化产物通过板框压滤机进行压滤脱水后得到含水率低于30％的高碳热值的生物炭和含有丰富N、P等无机盐成分的碳化液。碳化液经过鸟粪石法分离处理获得磷酸镁铵结晶，作为氮磷复合肥出售。用专利技术人已获专利技术专利(专利号200710073815.2)中使用的硫化钠稳定碳化液中可能存在的重金属离子。无害化处理后的废水回收利用或排放。 (7)经固液分离所得到的生物炭产物，除了一少部分作为低温湿热碳化处理的能源外，剩余的大部分供其它需要能源的部门使用，或者作为土壤改良剂供农业或城市绿化部门使用。 附图说明 附图1是生物质废弃物低温湿热碳化处理技术工艺流程图。 附图2是生物质废弃物低温湿热碳化系统详图。 其中，1-生物质废弃物原料储仓；2-超高压垃圾压榨机；3-加压输送装置；4本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术所揭示的一种生物质废弃物低温湿热碳化处理技术，其特征在于：将组成成分复杂的城市生活垃圾、农业废弃物、林业废弃物类生物质废弃物，首先输送入压榨力为每平方厘米800至1000公斤的超高压垃圾压榨机中完成干、湿组分类预处理过程。将得到的由生物质废弃物细胞物质组成的湿组分进行低温湿热碳化处理。而对于成分相对简单的城市污水处理厂剩余活性污泥、人类及禽畜粪便和餐厨垃圾等生物质废弃物则不需要预处理直接进行低温湿热碳化处理，在厌氧的状况下以获取高热值生物碳。此种生物炭的一小部分作为低温湿热碳化处理过程所需的能源，其余的或者作为能源供给其它工业部门使用，或者作为土壤改良剂供给农业或城市绿化部门使用。

【技术特征摘要】
1.本发明所揭示的一种生物质废弃物低温湿热碳化处理技术，其特征在于：将组成成分复杂的城市生活垃圾、农业废弃物、林业废弃物类生物质废弃物，首先输送入压榨力为每平方厘米800至1000公斤的超高压垃圾压榨机中完成干、湿组分类预处理过程。将得到的由生物质废弃物细胞物质组成的湿组分进行低温湿热碳化处理。而对于成分相对简单的城市污水处理厂剩余活性污泥、人类及禽畜粪便和餐厨垃圾等生物质废弃物则不需要预处理直接进行低温湿热碳化处理，在厌氧的状况下以获取高热值生物碳。此种生物炭的一小部分作为低温湿热碳化处理过程所需的能源，其余的或者作为能源供给其它工业部门使用，或者作为土壤改良剂供给农业或城市绿化部门使用。 
2.本发明揭示的低温湿热碳化系统的特征在于：所述的低温湿热碳化处理系统由低温湿热碳化反应釜、可调式泄压阀、加压输送装置、热交换器、生物炭燃烧供热装置、生物炭机械脱水装置组成。 
3.权利要求1所述的一种生物质废弃物低温湿热碳化处理技术，其特征在于：垃圾湿组分的加压输送装置应具有3～4MPa的输送压力，所添加的催化剂为1％至5％的乙酸、丙酸、丁酸或者柠檬酸等有机酸，或无机酸。 <...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涉，马辉文，陆晓春，黄中林，李智勤，王克虹，梁顺文，童绚霞，黎莉，陈思伍，黄森佑，宋娟，郭提，李举，谢春阳，张妮，
申请(专利权)人：深圳市龙澄高科技环保有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44