一种垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法和系统。方法包括：将垃圾送入蓄热式旋转床内进行干燥及热解处理，得到热解水、热解油气混合物和热解炭；将热解油气混合物通入等离子气化反应室，得到合成气；将合成气通入净化装置进行净化处理，得到纯净的CO、H2合成气；将纯净的合成气通入变压吸附装置，制备H2燃料。系统包括蓄热式旋转床、等离子气化反应室、净化装置、变压吸附装置、熄焦装置。本发明专利技术的技术方案提供了一种清洁、高效的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法及系统，以同时解决垃圾处理技术存在的缺陷及氢气能源的制备问题，实现了垃圾的“无害化、减量化、资源化”，其运行成本低，附加值高，易于实现工业化和规模化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及一种垃圾热解的技术，具体涉及一种垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的的方法和系统。
技术介绍
垃圾处理问题目前已经成为我国继能源危机、水污染治理、工业废物处理后所面临的又一项严峻的环境问题。目前我国城市生活垃圾年产生量约2.5亿吨，城市周边累积堆存垃圾已达70亿吨，占地约80多万亩，661个城市中约有2/3的城市被垃圾包围，每年经济损失高达300亿元人民币。生活垃圾常用的处理方式有填埋、焚烧和堆肥，其中填埋、堆肥已陷入占用大量用地、产品销路不畅，资源化水平低的的困境，而焚烧虽然能达到减容减量和资源化利用的目的，其处理却始终无法摆脱二噁英污染的问题。垃圾热解处理是目前公认的相对于垃圾焚烧更好的处理方式，不仅能够清洁实现垃圾的减量化处理，环境友好性强，而且可获得价值更高的油、气和固体炭，从原理上避免了二噁英的生成，同时大部分的重金属在热解过程中融入灰渣，减少了排放量。等离子气化技术是利用等离子体火炬对物料进行加热，局部温度可到5500℃左右，并能使反应室的温度维持在1000℃以上，能迅速分解热解油、二噁英等物质，并产生大量CO、H2等合成气。具有二次污染小、能源回收利用率高等特点。然而现有技术存在多种缺陷。例如，一些垃圾回转窑热解工艺，其焦油产量较多，容易堵塞管道、腐蚀设备等，经常停车检修，并且后端需要复杂的油水分离及净化装置，导致投资大大增加。一些垃圾竖炉等离子气化技术，直接用等离子火炬对垃圾进行气化，在处理大规模垃圾时，该工艺的功率极大、耗电率非常高，因此导致运行成本增大，难以实现工业化应用。还有一些垃圾处理工艺在一个炉子中实现垃圾热解气化，虽然会生成大量合成气，但同时也把灰渣进行了熔融处理，而灰渣中大部分物质为无机物，在气化过程中浪费了大量能量，系统的热利用率较低，运行成本较高，因此不具备商业运行价值。着眼于当今的一大潜在能源——氢气，由于其具有能量密度高，其完全燃烧只产生水，所以对环境没有任何污染，且燃烧不产生二氧化碳，这对于解决全球气候变化问题具有非常重要的意义，被认为是最具潜力的车用替代燃料，氢气对改变未来能源格局具有至关重要的意义。有专家指出，氢气如果以压缩气态存储于车内作为发动机的燃料，其效率将比汽油高出25％。以氢气为燃料的电动汽车较之传统汽油机车，其效率有显著的提高。与传统汽油机车相比，在将化学能转化成动力上具有更高的效率。传统汽油机车中燃料燃烧后产生热并对气体做功，推动活塞和曲轴转动。而燃料电池汽车则将储存在氢气中的化石能源直接转化成电能，再由电动马达驱动车辆行驶，这是一种更直接的电化学过程，因而较之传统内燃机车具有更高的能量转换效率，而且副产物只有水。由于以氢气为燃料的电动汽车中没有活塞以及曲轴，大量精简了传动系统的零部件，因而系统能量损耗被降到了最低。尽管氢气确实具有许多化石燃料无法比拟的优势。但目前最大的困难就是氢气的制备。现阶段最主流、成本最低的方法是天然气重整制氢，美国95％的氢气通过此法制得。本质上来说，天然气作为制氢的原料，在反应过程中必然伴随着碳氧化物的产生，这就使得氢气作为车用燃料零排放的口号遭到质疑。尽管氢气在使用过程中确实只产生水，但氢气的制备却不得不面临环境污染的问题。针对现有技术存在的不足，结合本专利技术的垃圾处理问题及上述氢气能源的制备问题，如何能够环保、节约、能源重复利用地处理垃圾，成为本专利技术要拓展的一个方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法和系统，以同时解决垃圾处理技术存在的缺陷及氢气能源的制备问题。本专利技术提供了一种垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法，包括以下步骤：步骤1：将垃圾送入蓄热式旋转床内进行干燥及热解处理，得到热解水、热解油气混合物和热解炭；步骤2：将热解油气混合物通入等离子气化反应室，得到合成气；步骤3：将合成气通入净化装置进行净化处理，得到纯净的CO、H2合成气；步骤4：将纯净的合成气通入变压吸附装置，制备H2燃料。上述的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法，所述蓄热式旋转床包括干燥区和热解区；干燥区蓄热式辐射管温度为400℃-600℃；热解区蓄热式辐射管温度为700℃-1000℃。上述的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法，由蓄热式旋转床干燥区产生的所述热解水为所述热解炭的熄焦用水。上述的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法，在步骤1之前包括以下步骤：将垃圾进行分选、破碎预处理。上述的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法，所述等离子气化反应室的侧壁有至少2个等离子体火炬；等离子气化反应室的温度为1200℃-1500℃。上述的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法，变压吸附装置中的剩余气体送入蓄热式辐射管中作为燃料气使用；变压吸附装置进气压力为0.4-3.5MPa。上述的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法，所述热解油气混合物直接通入所述等离子气化反应室。本专利技术还提供一种实现上述垃圾热解等离子气化制备氢气燃料方法的系统，包括：蓄热式旋转床包括环形炉腔的壳体和环形炉底，蓄热式辐射管设置在所述壳体的内周壁上，原料入口、热解水出口、热解油气混合物出口、热解炭出口设置在所述壳体上；等离子气化反应室包括热解油气混合物入口、合成气出口，所述热解油气混合物入口与所述热解油气混合物出口相连；净化装置包括合成气入口、净化合成气出口，所述合成气入口与所述合成气出口相连；变压吸附装置包括净化合成气入口、氢气出口和剩余气体出口，所述净化合成气入口与所述净化合成气出口相连，所述剩余气体出口与蓄热式辐射管的可燃气入口相连；熄焦装置包括热解炭入口、灰渣出口、热解水入口，其中，所述热解炭入口与所述热解炭出口相连，所述热解水入口与所述热解水出口相连。上述的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的系统，所述系统还包括分选装置和破碎装置，其中，分选装置包括分选垃圾入口、分选垃圾出口；破碎装置包括破碎垃圾入口、破碎垃圾出口；所述破碎垃圾入口与所述分选垃圾出口相连，所述破碎垃圾出口与所述原料入口相连。上述的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的系统，所述热解水出口布置于所述壳体的侧壁；所述热解油气混合物出口布置于所述壳体的顶部；所述等离子气化反应室布置在所述热解油气混合物出口上端。本专利技术的有益效果在于，通过采用本专利技术上述实施例的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法，采用蓄热式旋转床对预处理后的垃圾原料进行热解，并利用等离子气化反应室对热解油气混合物进行气化，获得的合成气产率高、热值高，经过变压吸附后可获得高产率高热值的氢气燃料，实现了垃圾的“无害化、减量化、资源化”，其运行成本低，焦油产率极低，不发生管道堵塞，工艺经济性好，易于实现工业化和规模化。附图说明图1为本专利技术实施例的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料流程框图；图2为本专利技术实施例的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料系统结构示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本专利技术的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本专利技术的限制。本专利技术提出了垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法。下面参考附图详细描述本专利技术实施例的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法。根据本专利技术具体实施例的垃圾热解等离本文档来自技高网...

【技术保护点】
垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法，其特征在于，包括：步骤1：将垃圾送入蓄热式旋转床内进行干燥及热解处理，得到热解水、热解油气混合物和热解炭；步骤2：将热解油气混合物通入等离子气化反应室，得到合成气；步骤3：将合成气通入净化装置进行净化处理，得到纯净的CO、H2合成气；步骤4：将纯净的合成气通入变压吸附装置，制备H2燃料。

【技术特征摘要】
1.垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法，其特征在于，包括：步骤1：将垃圾送入蓄热式旋转床内进行干燥及热解处理，得到热解水、热解油气混合物和热解炭；步骤2：将热解油气混合物通入等离子气化反应室，得到合成气；步骤3：将合成气通入净化装置进行净化处理，得到纯净的CO、H2合成气；步骤4：将纯净的合成气通入变压吸附装置，制备H2燃料。2.根据权利要求1所述的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法，其特征在于，所述蓄热式旋转床包括干燥区和热解区；干燥区蓄热式辐射管温度为400℃-600℃；热解区蓄热式辐射管温度为700℃-1000℃。3.根据权利要求2所述的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法，其特征在于，由蓄热式旋转床干燥区产生的所述热解水为所述热解炭的熄焦用水。4.根据权利要求1所述的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法，其特征在于，在步骤1之前包括以下步骤：将垃圾进行分选、破碎预处理。5.根据权利要求1所述的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法，其特征在于，所述等离子气化反应室的侧壁有至少2个等离子体火炬；等离子气化反应室的温度为1200℃-1500℃。6.根据权利要求1所述的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法，其特征在于，变压吸附装置中的剩余气体送入蓄热式辐射管中作为燃料气使用；变压吸附装置进气压力为0.4-3.5MPa。7.根据权利要求1所述的垃圾热解等离子气化制备氢气燃料的方法，其特征在于，所述热...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘璐，张安强，任浩华，蔡先明，赵月晶，肖磊，吴道洪，
申请(专利权)人：北京神雾环境能源科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11