申请日2017.10.12
公开(公告)日2017.12.26
IPC分类号C10B53/00; C02F11/10
摘要
本发明涉及处理生活垃圾和污水污泥的系统和方法。所述系统的热解单元中，热解装置具有进料口、热解油气出口、热解炭出口;热解油气处理单元中，油气分离装置具有热解油气入口、热解气出口、热解油出口，热解油气入口与热解油气出口连接;油水分离装置具有热解油入口、焦油出口、污水出口，热解油入口与热解油出口连接;蒸发装置具有污水入口、水蒸汽出口、污水浓缩液出口，污水入口与污水出口连接;热解炭处理单元中，冷却装置具有热解炭入口、水蒸汽入口、降温热解炭出口、水蒸汽出口，热解炭入口与热解炭出口连接，水蒸汽入口与水蒸汽出口连接。本发明能得到高热值的热解气、焦油、热解炭能源，产率较高，系统的能耗和运行成本较低。
权利要求书
1.一种处理生活垃圾和污水污泥的系统，所述系统包括热解单元、热解油气处理单元、热解炭处理单元，其特征在于，
所述热解单元包括热解装置，所述热解装置具有进料口、热解油气出口、热解炭出口;
所述热解油气处理单元包括油气分离装置、油水分离装置、蒸发装置;所述油气分离装置具有热解油气入口、热解气出口、热解油出口，所述热解油气入口与所述热解装置的热解油气出口连接;所述油水分离装置具有热解油入口、焦油出口、污水出口，所述热解油入口与所述油气分离装置的热解油出口连接;所述蒸发装置具有污水入口、水蒸汽出口、污水浓缩液出口，所述污水入口与所述油水分离装置的污水出口连接;
所述热解炭处理单元包括冷却装置，所述冷却装置具有热解炭入口、水蒸汽入口、降温热解炭出口、水蒸汽出口，所述热解炭入口与所述热解装置的热解炭出口连接，所述水蒸汽入口与所述蒸发装置的水蒸汽出口连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热解炭处理单元包括气化装置，所述气化装置具有降温热解炭入口、污水浓缩液入口、煤炭入口、气化气出口，并且，所述蒸发装置还设置有气化气入口;所述气化装置的降温热解炭入口与所述冷却装置的降温热解炭出口连接，所述气化装置的污水浓缩液入口与所述蒸发装置的污水浓缩液出口连接，所述气化装置的气化气出口与所述蒸发装置的气化气入口连接。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热解炭处理单元包括余热利用装置，所述余热利用装置具有水蒸汽入口、空气入口、热态空气出口、冷凝水出口，所述余热利用装置的水蒸汽入口与所述冷却装置的水蒸汽出口连接，并且，所述冷凝水出口为自然敞开式。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括原料预处理单元，所述原料预处理单元包括生活垃圾烘干装置、污泥烘干装置，所述生活垃圾烘干装置和所述污泥烘干装置均具有进气口、出料口，所述进气口均与所述余热利用装置的热态空气出口连接，所述出料口均与所述热解装置的进料口连接，并且，所述出料口处均设置有给料称。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述原料预处理单元包括混合装置，所述混合装置具有原料入口、混合料出口，所述原料入口与所述生活垃圾烘干装置、污泥烘干装置的出料口连接，所述混合料出口与所述热解装置的进料口连接。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热解油气处理单元包括气体净化装置，所述气体净化装置具有热解气入口、净化热解气出口，并且，所述热解装置还设置有净化热解气入口;所述气体净化装置的热解气入口与所述油气分离装置的热解气出口连接，所述气体净化装置的净化热解气出口与所述热解装置的净化热解气入口连接。
7.一种利用权利要求1-6任一所述的系统处理生活垃圾和污水污泥的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
A、将生活垃圾和污泥按照质量比为(1:3)～(2:1)送入所述热解装置中进行热解，得到热解油气的混合物和温度为400～550℃的热解炭;
B、将步骤A得到的所述热解油气的混合物送入所述油气分离装置中进行油气分离，得到热解油和热解气，将所述热解油送入所述油水分离装置中经静置分层，得到焦油和污水，将污水送入所述蒸发装置中进行蒸发浓缩，得到污水浓缩液和温度为150～300℃的过热的水蒸汽;
C、将步骤A的所述热解炭和步骤B的所述水蒸汽送入所述冷却装置中，所述水蒸汽将所述热解炭降温冷却至150℃，得到降温热解炭。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将步骤C得到的所述水蒸汽用于加热空气，得到热态空气，并利用所述热态空气烘干生活垃圾和污泥，将烘干过程产生的污水送入所述蒸发装置中。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将步骤B得到的所述污水浓缩液和步骤C得到的所述降温热解炭以及一定量的煤炭送入气化装置中进行气化反应，得到的气化气送入所述蒸发装置用于蒸发浓缩污水。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤B得到的热解气经干燥、脱焦处理后，得到热值为3000～4500kCal/Nm3的净化热解气，并且，将所述净化热解气回用于所述热解装置中的蓄热式辐射管;控制所述热解过程的温度为500～700℃。
说明书
一种处理生活垃圾和污水污泥的系统和方法
技术领域
本发明涉及废弃物处理技术领域，具体涉及一种处理生活垃圾和污水污泥的系统和方法。
背景技术
随着城市的扩张和人们对环境保护的关注，如何有效应对日益增长的生活垃圾和污水污泥成为一个至关重要的问题。目前，我国生活垃圾年产量大约有2.5亿吨，污水污泥年产量达3000万吨，生活垃圾与污水污泥中含有大量的重金属(如As、Cd、Cr、Hg、Pb、Cu、Zn、Ni)、病毒、致病菌、虫卵和难降解有毒有机物，若不及时处理，很容易对环境造成严重的二次污染。
关于生活垃圾和污水污泥的处置问题，各国政府都明确要求遵循减量化、稳定化、资源化、无害化的原则。目前，常用的废弃物处理方法有填埋、焚烧等。填埋法的优点是方法简单、处理量大、管理运行费用低;缺点是占地面积大，易造成渗漏液污染土壤和水资源。焚烧法是一种高温热化学处理技术，可以有效实现城市中废弃物的减容、减量，并进行资源化利用;但是该方法对生活垃圾原料有较高的要求，通常需要对垃圾进行前处理，掺入一些热值较高的燃料，而且焚烧厂的一次性投资巨大，运行成本高，容易产生二次污染，就限制了焚烧法的发展。
废弃物热解技术是一种环境友好、效率较高的处理方法。目前，热解技术已成为废弃物资源化利用所提倡的重要方法之一，尤其是在生活垃圾与污水污泥处置及资源化利用方面，热解技术是国家政策重点鼓励的创新技术之一，由于其潜在的工业化前景很受人们关注。污泥与生活垃圾中都含有高含量的挥发分，热解特性较好，利用热解技术不仅可以实现污泥的安全、经济、合理处置，而且还能得到有利用价值的能源产物，如吸附性能良好的裂解炭、高热值的生物油和危害性较低的热解气体。所以，对污水污泥和生活垃圾的共热解技术进行深入的研究，对废弃物的资源化利用和生物质能的开发都具有深远的意义。
我国中小城镇中的生活垃圾和污水污泥普遍存在产量小、分布分散等问题，现有技术难以实现生活垃圾与污水污泥的协同处置，且无法达到所需的处理规模。由于热解技术具有处理规模灵活，清洁性高的优点，通过生活垃圾和污水污泥的协同热解处理可有效解决上述存在的难题。
发明内容
本发明旨在提供一种新的处理生活垃圾和污水污泥的系统和方法，利用垃圾与污泥热解过程中存在的协同作用，降低热解难度，得到的热解油气产率高、品质优，将污水进行蒸发、气化处理，充分回收利用余热，降低了处理能耗，节约了成本。
本发明提供了一种处理生活垃圾和污水污泥的系统，所述系统包括热解单元、热解油气处理单元、热解炭处理单元。
所述热解单元包括热解装置，所述热解装置具有进料口、热解油气出口、热解炭出口。
所述热解油气处理单元包括油气分离装置、油水分离装置、蒸发装置。所述油气分离装置具有热解油气入口、热解气出口、热解油出口，所述热解油气入口与所述热解装置的热解油气出口连接。所述油水分离装置具有热解油入口、焦油出口、污水出口，所述热解油入口与所述油气分离装置的热解油出口连接。所述蒸发装置具有污水入口、水蒸汽出口、污水浓缩液出口，所述污水入口与所述油水分离装置的污水出口连接。
所述热解炭处理单元包括冷却装置，所述冷却装置具有热解炭入口、水蒸汽入口、降温热解炭出口、水蒸汽出口，所述热解炭入口与所述热解装置的热解炭出口连接，所述水蒸汽入口与所述蒸发装置的水蒸汽出口连接。
进一步地，所述热解炭处理单元包括气化装置，所述气化装置具有降温热解炭入口、污水浓缩液入口、煤炭入口、气化气出口，并且，所述蒸发装置还设置有气化气入口。所述气化装置的降温热解炭入口与所述冷却装置的降温热解炭出口连接，所述气化装置的污水浓缩液入口与所述蒸发装置的污水浓缩液出口连接，所述气化装置的气化气出口与所述蒸发装置的气化气入口连接。
进一步地，所述热解炭处理单元包括余热利用装置，所述余热利用装置具有水蒸汽入口、空气入口、热态空气出口、冷凝水出口，所述余热利用装置的水蒸汽入口与所述冷却装置的水蒸汽出口连接，并且，所述冷凝水出口为自然敞开式。
作为本发明的其中一种实施方案，上述系统还包括原料预处理单元，所述原料预处理单元包括生活垃圾烘干装置、污泥烘干装置，所述生活垃圾烘干装置和所述污泥烘干装置均具有进气口、出料口，所述进气口均与所述余热利用装置的热态空气出口连接，所述出料口均与所述热解装置的进料口连接，并且，所述出料口处均设置有给料称。
进一步地，所述原料预处理单元包括混合装置，所述混合装置具有原料入口、混合料出口，所述原料入口与所述生活垃圾烘干装置、污泥烘干装置的出料口连接，所述混合料出口与所述热解装置的进料口连接。
进一步地，所述热解油气处理单元包括气体净化装置，所述气体净化装置具有热解气入口、净化热解气出口，并且，所述热解装置还设置有净化热解气入口。所述气体净化装置的热解气入口与所述油气分离装置的热解气出口连接，所述气体净化装置的净化热解气出口与所述热解装置的净化热解气入口连接。
本发明还提出了一种利用上述系统处理生活垃圾和污水污泥的方法，包括步骤：
A、将生活垃圾和污泥按照质量比为(1:3)～(2:1)送入所述热解装置中进行热解，得到热解油气的混合物和温度为400～550℃的热解炭。
B、将步骤A得到的所述热解油气的混合物送入所述油气分离装置中进行油气分离，得到热解油和热解气，将所述热解油送入所述油水分离装置中经静置分层，得到焦油和污水，将污水送入所述蒸发装置中进行蒸发浓缩，得到污水浓缩液和温度为150～300℃的过热的水蒸汽。
C、将步骤A的所述热解炭和步骤B的所述水蒸汽送入所述冷却装置中，所述水蒸汽将所述热解炭降温冷却至150℃，得到降温热解炭。
作为本发明的其中一种实施方案，将步骤C得到的所述水蒸汽用于加热空气，得到热态空气，并利用所述热态空气烘干生活垃圾和污泥，将烘干过程产生的污水送入所述蒸发装置中。
进一步地，将步骤B得到的所述污水浓缩液和步骤C得到的所述降温热解炭以及一定量的煤炭送入气化装置中进行气化反应，得到的气化气送入所述蒸发装置用于蒸发浓缩污水。
进一步地，步骤B得到的热解气经干燥、脱焦处理后，得到热值为3000～4500kCal/Nm3的净化热解气，并且，将所述净化热解气回用于所述热解装置中的蓄热式辐射管。控制所述热解过程的温度为500～700℃。
本发明不仅能够实现多种废弃物的混合热解处理，同时会产生高热值的热解气、焦油、热解炭等人造能源。本发明的热解过程利用了垃圾与污泥热解时的协同作用，通过优化垃圾与污泥的配比，提高了热解气的产率和品质。本发明的系统中，对污水的处理采用蒸发浓缩和气化的方法，实现了污水的清洁排放。
并且，在本发明的处理过程中，热解装置和蒸发装置分别采用净化热解气和气化气作为燃料气，通过将余热进行回收，降低了系统的运行成本和系统能耗。