固体生活垃圾能源化利用及可再生生物碳循环技术制造技术

本发明专利技术公开了一种固体生活垃圾能源化利用及可再生生物碳循环技术，解决了生活垃圾制沼气在气温较低的地方发酵困难的问题，同时实现整体系统循环的零碳排放体系及大型可再生生物碳循环体系。采用的方案是：将生活垃圾预处理后进入大型沼气池发酵；沼气供燃气轮机富氧燃烧发电；沼液用于生物燃料电池底物清洁发电；沼渣作为生物有机肥料，用其生产的速生林用于生物质燃料电厂。利用电厂燃烧产生的烟气循环保证大型沼气池的发酵温度，实现稳定高效产气；利用纯氧与再循环尾气作为电厂的助燃气体，提高燃烧效率，降低尾气处理成本；利用碳捕集技术对烟气中的CO2进行捕集，实现零碳排放体系；利用沼液及沼渣生物化处理方式实现可再生生物碳循环体系。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固体生活垃圾的能源化利用技术，同时通过可再生生物碳循环技术实现固体生活垃圾的能源化利用过程中的零碳排放，属于循环经济、可再生能源和节能减排

技术介绍
生活垃圾污染已成为全球性的环境问题，仅中国城市生活垃圾年产生量就达上亿吨，占世界垃圾总产生量的26. 5%，且每年以8-9%的速度增长。近年来随着城市居民生活水平不断提高，城市生活垃圾的有机质含量不断增加，因此将生活垃圾进行合理有效的应用，不仅有利于改善环境，同时也是一种变废为宝的能源化利用方式。目前城市生活垃圾常用的处理方法主要有卫生填埋、堆肥、焚烧和生物发酵制沼气等，它们所占比例分别为 82. 4%,4. 7%和12. 9%。焚烧能够实现快速、显著地减容，并对废物的有用成分加以充分利用。但是垃圾在焚烧地过程中要排放大量烟气，特别是二噁英，对环境影响十分严重。填埋的方法工艺简单、成本较低、适应性广，但是该方法占地较多，产生水污染及大气污染，并且不能对有效的资源进行综合利用。相对于填埋方法，堆肥方法实现了垃圾资源化，同时堆肥的成品中较多地保存了氮，但是该方法占地多，臭味大，有些物质不易腐烂，某些病菌不易杀死，周期较长，运输费用较高，因此很难形成大规模化的处理。生活垃圾生物发酵制沼气， 是一个较好的垃圾处理方法。在生活垃圾生物发酵制沼气产生沼气的同时，还能产生副产物生物有机肥。该技术具有低碳、节能、环保、可持续的优点，因此受到人们的普遍关注。然而在生活垃圾生物发酵制沼气的过程中，垃圾发酵需要合适的温度，因此在冬季气温较低的地方不能普遍推广，同时存在生物发酵产气量少、生活垃圾发酵制沼气后所产生的大量废液及废渣未能进行高效利用的问题。垃圾在发酵过程中，发酵温度的控制是制沼气的关键技术。查阅专利文献，中国专利公开号CN2769264Y，名称为“带有保温加热装置的沼气池”的公开内容中，对沼气池提供了保温加热装置，通过采用沼气池加热炉、土暖气、灶坑加热器、太阳能热水器、热泵热水器、空气源热水器对沼气池进行加热，并采用树脂复合材料及水泥材料对沼气池的外部进行保温，该沼气池的温度能够维持在较高的范围，但是能耗较大，设备也比较复杂。中国专利公开号CN201746M8U，名称为“一种寒冷山区保温沼气池”，该沼气池的外壁表面设有保温层，沼气池的上方覆盖一层秸秆保温层，在秸秆上面建暖棚，具有投资成本低，设备能耗小等优点，但是该沼气池发酵温度较低，不能实现连续化大型产气。以上两种方法均未解决生活垃圾在北方的冬天以较低的能耗，在沼气池中稳定高效的进行产气的问题。沼气具有清洁、热值高的特点，用于燃气轮机发电是其重要的一种应用途径。目前世界上较为常用的沼气发电机组类型有活塞式引擎机组(内燃机组)，燃气涡轮机组，蒸汽涡轮式锅炉机组。其中活塞式引擎机组是现在最主要单独使用的发电机组。燃气轮机及蒸汽锅炉在发电的过程中采用富氧燃烧的技术相对于传统的空气燃烧技术能够提高其热效率、同时尾气中的(X)2浓度较高易捕集，这在全球变暖、CO2减排、节能低碳的国际形势下无疑是一个较好的选择。对于富氧燃烧技术若将纯氧与队混合气体作为助燃气体，增加了尾气中的NOx的生成，使得尾气处理成本提高。因此找到一种合理的气体与氧气混合作为助燃气体解决以上尾气处理的问题十分重要。生物燃料电池很适合应用在低有机物含量环境中的能源回收。由于微生物可自行分裂增殖，容易保持燃料电池中的生物触媒量，并且其操作条件温和适用于废水的处理。对于以食品、农业加工厂废水、矿山废水以及城市废水为研究对象，利用微生物燃料电池在处理废水同时发电的研究正受到研究人员的热烈关注。城市生活垃圾进行发酵后产生的沼渣主要用作肥料，产生的沼液一般用于肥料、生物农药、饲料以及培养料液，目前为止还没有将沼液用于生物燃料电池的相关报道，由于生物燃料电池是利用微生物对底物进行新陈代谢转化为电能，相对于其它用途具有能量转化率较高的特点，因此将生活垃圾发酵产生的沼液找到一种合理的处理手段，将沼液直接作为生物燃料电池的底物进行发电，对于沼液的利用开拓了一个新的研究方向。目前，对于沼渣的处理一般为直接用于生物有机肥料，用于植物的生长，该过程能够形成较为合理的生物碳循环体系，但是到目前为止还没有形成较为大型完备的植物生长后的循环利用体系。
技术实现思路
本专利技术提供了一种固体生活垃圾能源化利用及可再生生物碳循环技术，目的在于不利用外加热源对沼气池进行加热的条件下，解决生活垃圾在北方的冬天以维持较高的温度进行固体垃圾制沼气发酵的问题，同时实现整体循环零碳排放体系以及大型完备的可再生生物碳循环技术体系。本专利技术的固体生活垃圾能源化利用及可再生生物碳循环技术采用的方案如下首先将生活垃圾去除塑料，玻璃，大块的无机垃圾以及金属后进行粉碎筛分，筛分至80目以下进入大型沼气池发酵，发酵后的沼液沼渣进入分离单元进行分离。由大型发酵池产生的沼气经干燥脱硫后进入沼气储气罐进行储存，储存的沼气供燃气轮机进行富氧燃烧，采用火花点火全燃沼气发动机，压缩比为10 1至15 1之间，喷嘴的位置装有火花塞。分离单元产生的沼液与含有机物的废水混合，混合废水经一级沉淀、水解、预酸化处理， 同时调节液体的PH值接近中性后用于生物燃料电池底物进行发电，生物燃料电池发电后产生的废液经生物脱氮除磷法三级处理后直接达标排放。分离单元产生的沼渣粉碎后，作为生物有机肥料用于速生林的生长，培养的速生林用于生物质燃料电厂进行富氧燃烧发电和作为低品质木材使用。整个循环过程实现了再生生物碳循环体系。其中燃气轮机发电厂与速生林燃料电厂经富氧燃烧后产生的尾气50-80%循环至大型沼气池，循环的尾气包括燃气轮机燃烧沼气产生的90-95%的高浓度CO2，锅炉燃烧生物质燃料产生的尾气经处理后含90-95%的高浓度CO2,以及生物质电厂蒸汽透平机经发电机后产生的再循环余热蒸汽。利用两电厂尾气余热保证沼气池温度稳定在45-60°C，以实现高效稳定产气，该方法解决了北方冬天产气率较低的问题。为了解决燃气轮机尾气以及锅炉尾气燃烧产生NOxW问题，并提高燃烧效率，燃气轮机发电厂与速生林燃料电厂以纯O2与20-40%的尾气的混合气体作为两电厂的助燃气体，其中尾气包括燃气轮机燃烧沼气产生的含90-95 %的高浓度CO2气体以及锅炉燃烧生物质燃料产生的尾气经处理后含90-95%的高浓度(X)2气体。本专利技术与现有技术相比，其显著的效果和创新体现在1.本专利技术实现了对生活垃圾大型化集中处理，同时对沼气池的发酵温度实现可控。2.本专利技术在不需要外加能源的条件下解决了北方冬季沼气池发酵温度较低的问题，保证了大型沼气池稳定高效的产气。3.由沼气池产生的沼液与其他废水混合用于生物燃料电池进行发电，提高了对沼液的利用效率，同时降低了废水的处理成本。4.利用沼气池产生的沼液以及沼渣进行生物化处理，生产供速生能源植物生长用有机肥料并生产速生能源植物的方式实现了再生生物碳循环体系。5.利用纯氧与再循环的高浓度CO2混合气体作为燃气轮机和生物质燃料电厂的助燃气体，提高了燃烧效率，降低了尾气的处理成本。同时利用碳捕集技术实现整体循环体系的零碳排放。附图说明图1为固体生活垃圾能源化利用及可再生生物碳循环技术原理示意图。图2为固体生活垃圾能源化利用及可再生生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余江龙，韩艳娜，尹丰魁，王月，王冬梅，王南，窦金孝，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，
类型：发明
国别省市：