一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法
2023-05-10 00:35:56
專利名稱：一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法
技術領域：
本發明涉及一種處理固體、液體有機廢棄物同時生產燃料氣體的方法，屬於廢棄物回收與資源化利用的技術領域。
背景技術：
有機廢棄物從形態上可以分為固體有機廢棄物、液體有機廢棄物與氣體有機廢棄物三種。其中固體、液體有機廢棄物具有產生量大、處理難度大的特點，是處理的重點與難點。液體有機廢棄物主要是指工業生產、居民生活、畜禽養殖過程中排放的有機廢水；固體有機廢棄物來源有多種，一部分來源於工業生產過程中產生的固體有機廢棄物，大部分來源於居民生活產生的垃圾，汙水處理廠產生的大量汙泥也可歸於固體有機物，亟待進行處理。隨著社會的發展，有機廢棄物的產生量愈來愈大。在中國，廢水的年排放量2009年已經達到600億噸，其中COD接近1300萬噸；利用常規的生化、物化方法可以將有機物分解， 實現廢水的達標排放，但是資源化利用率不足。固體有機廢棄物方面2009年廢水處理的汙泥產生量達到1655萬噸；最近10年來，我國城市垃圾的積存量就已經達到60億噸，如果加上農村地區的垃圾，這一數量將會更大，在這些生活垃圾中，有機物含量能夠達到60 %以上。目前，對市政汙泥以及垃圾處理的常規方法是焚燒或者填埋。焚燒法雖然可以回收部分電力能源，但是能源利用率相對比較低，而且，焚燒時產生二噁英氣體引起的環境汙染也是一個很大問題；填埋法不能徹底地消除有機廢棄物的危害，而且，從資源利用的角度講， 有機廢棄物中的碳氫化合物是潛在的能源，直接填埋不加利用也是很大的浪費。上述分析表明，開發清潔、高效、資源化率高的有機廢棄物的處理方法具有重要的意義。固體有機廢棄物與液體有機廢棄物在外觀形態、物化性質上具有很大的不同。如前所述，固體與液體有機廢棄物的處理方式具有很大的不同，需要分別進行處理，這對某些固液混合有機廢棄物(比如泥漿等)的處理帶來諸多的不便，因此，非常有必要開發固體、 液體有機廢棄物一體化的處理方法。
發明內容
本發明為了解決現有技術中存在的問題，提供了一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，可以一起處理固體、液體有機廢棄物，同時可以生產燃氣、電力、熱能等形式的能源，實現了廢棄物的處理與資源化的利用。為實現上述目的，本發明的技術方案是將有機廢棄物進行溼式加熱液化處理，然後進行溼式甲烷化處理，有望對固體、液體有機廢棄物進行處理的同時，獲得甲烷、氫氣等能源氣體，如下本工藝流程整體上分為3個過程，過程I 將固體有機廢棄物進行破碎預處理，破碎好的固體有機廢棄物/液體有機廢棄物送入儲存罐，與水調配成一定濃度的料漿；料漿進入反應器，控制反應溫度高於100°C，壓力能夠維持混合體系內有部分液相存在，向反應器內通入一定量的氧氣(低於0. 5倍的理論氧氣量)，對有機廢棄物進行加熱加壓處理；過程II 對過程I反應器內氣液混合物進行氣液分離；過程III 上述過程II氣液分離後，液相進入另一裝有催化劑的催化甲烷式反應器，控制反應器溫度高於100°c，反應壓力足以維持部分液相的存在，液體與催化劑進行接觸反應，有機物發生分解；流出反應器後的流體再進行氣液分離，氣相主要為甲烷、氫氣等可燃混合氣體。上述工藝流程的主要特徵在於對有機廢棄物處理的同時能夠生產可燃性氣體。本發明可以用來處理的對象包括固體有機廢棄物、液體有機廢棄物、至少一種固體有機廢棄物和水混合成的泥漿、含有有機化合物的泥漿。這裡對固體有機廢棄物的種類不做特別限定，可以為汙泥類廢棄物(好氧、厭氧、下水道)、廚房垃圾、廢紙、廢塑料、木片、 竹片、草片、稻草、纖維、蔬菜片、橡膠、皮、食品加工廢棄物、畜產廢棄物、農林水產廢棄物等；對液體有機廢棄物的種類也不做特別限定，可以為生活廢水、來自食品加工廠的廢水、 來自畜舍/養雞場的廢水、含生物學處理困難的產業廢水、酒精/醛類廢水等。上述的固體、 液體有機廢棄物，通常是含有Mg、Al、Si、P、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Cd等金屬成分；本發明方法都能夠對它們進行處理。優選的是，使廢料在超臨界條件下進行溶解液化反應，可以進一步促進固體有機物的溶解。更加優選的是，反應器(液化塔)內的反應溫度應控制在374°C以上，壓力在 22MPa · G以上，反應器內的料液線性速度(進入反應器的液體流量/反應塔橫截面積)為 0. 01 0. lcm/sec。優選的是，為了加速混合料液中的有機物質的溶解，需向過程I反應器內通入氧氣，通入量為分解有機物所需理論氧氣量的0. 1 0. 3倍。優選的是，過程I中反應器內液化過程中產生的泥渣及金屬組份需要及時除去。優選的是，過程II氣液分離後，分離後液相的一部分回流至過程I所述的反應器內，剩餘部分輸送至下遊。優選的是，過程II所述氣液分離後的液相回流至反應器的量是輸送至下遊量的5 倍以上，最好為10 20倍。優選的是，過程II氣液分離後的氣相進行動力回收。優選的是，過程II氣液分離後輸送至下遊按照過程III所述方法進行處理的液體，首先進行絮凝沉澱處理，除去裡面的金屬組分。過程III反應器裝填的催化劑活性成分為，釕、鈀、銠、鉬、銥、鎳、鈷、錳及鈰中的至少一種，或者至少1種上述金屬形成的不溶於水或難溶於水的化合物；載體為氧化鋯、二氧化鈦、氧化鋁、矽石等，或者為複合金屬氧化物，比如，二氧化鈦-鋯石、氧化鋁-矽石、氧化鋁-矽石-鋯石等。優選的是，本發明對於催化劑的形狀不做特別限定，可以是球狀、彈丸狀、圓柱狀、 粉末狀、蜂巢狀等形狀。催化劑的等體積粒徑通常採用3 50mm，最好採用5 25mm ；若採用蜂巢狀構造的催化劑，構造體開口部分可以為四角形、六角形、圓形等任意形狀；催化劑填充的單位體積面積、孔隙率不做特別限定，通常單位體積面積為200 800m2/m3，孔隙率為40 80%。優選的是，反應器內催化劑活性成分量為載體重量的0. 01 10%，最好為0. 1
3 % ο優選的是，過程III反應器溫度高於100°C，壓力能夠維持混合體系內有部分液相存在。如果在超臨界條件下進行反應，反應器內的反應溫度控制在374°C以上，壓力在 22MPa · G 以上。優選的是，過程III反應器內液體線性速度(送入液量/反應塔橫斷面積)為 0. 1 L 0cm/so優選的是，過程I反應器內混合料液中本身溶有的氧氣及從外部通入的氧氣有助於料液內硫化合物的氧化。優選的是，液體經過過程III處理後，進行氣液分離，分離後的水相與進入過程I 所述的反應器前的有機料液進行熱量交換後，其中的全部或部分進入儲罐，作為固體有機物的漿料形成水，從而實現循環利用。優選的是，有機液體經過程III處理得到主要成分為甲烷、氫氣及二氧化碳的混合氣體，對該氣體進行熱力、動力回收，最後將二氧化碳脫除，得到可以利用的可燃氣體。優選的是，二氧化碳的脫除方法可以選擇變壓吸附(PSA)、膜分離、以及鹼液吸收等技術。如果利用鹼液吸收技術脫除可燃混合氣體中的二氧化碳，包括鹼液吸收塔，還設有二氧化碳再生塔，所述二氧化碳再生塔回收的鹼液再次送進鹼液吸收塔中；所述鹼液吸收塔內的壓力高於大氣壓，而二氧化碳再生塔內的壓力低於大氣壓。。本發明的有益效果在於，通過本發明的應用，固體、液體有機廢棄物可以轉化為燃料氣體，這樣既降低了有機廢棄物的處理成本，又可以提供一定量的能源氣體。通過本發明的應用，可以將大量的廢棄物作為資源進行再利用，避免了燃燒處理時石化燃料的使用，同時大大降低了二氧化碳的排放量，有助於緩解地球「溫室效應」。本方法還解決了因利用燃燒法處理廢棄物而帶來二噁英的排放問題。相較焚燒法，本發明的另一優勢還在於，可以更有效地以電力、熱力形式進行能源回收。另外，本發明工藝流程簡單，能夠連續化運行，處理成本(設備費、運行費等)較低，工程管理也相對比較容易。
圖1示出了本發明方法的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做進一步說明。如圖1所示，固體有機廢棄物1通過預處理裝置100除去金屬、玻璃等無機成分， 進入粗破碎機200進行破碎，破碎後的固體有機廢棄物與水或者液體有機廢棄物4 一起進入存儲罐300，混合形成有機泥漿。存儲罐300中的有機物漿料先後流經管線5、泵(4)及管線6、管線8、換熱器500、管線9進入到反應器(液化塔)700 ；通過換熱器500將有機物漿料加熱至10(TC以上，必要時，在管線9上安裝加熱器；空氣或者氧氣經壓縮機600升壓後，經過管線7與管線6中的有機漿料混合。反應器內的有機漿料與氧氣進行液化反應。 後述的催化反應器(催化甲烷化反應塔)的高溫處理液進行循環，可以作為熱交換器的熱源。如果無法維持可溶解反應所需的反應溫度，或者需要升溫到特定的溫度時，可以通過加熱器進行加熱(無圖示)，或者利用蒸汽發生器向反應器內供應蒸汽進行加熱。
反應器(液化塔)的反應溫度通常在100°C以上，更高的150 370°C左右。溫度越高，有機物的溶解液化速率就越快，反應器內有機物的停留時間就可以縮短；但是，設備費用會增加。溫度的選擇需要綜合考慮有機物的濃度、運行費用、建設費用等因素。而反應壓力的確定必須確保在該反應溫度下液相能夠存在這一條件。溫度、壓力、液相的關係如下在標準大氣壓、100°C的時候，液相水會蒸發，如果對其進行加壓，則會存在部分液相水。在超臨界條件下進行溶解液化反應，可以進一步促進固體有機物的溶解(即包含物理變化，也包括化學變化)，此時，反應器(液化塔)內的反應溫度應控制在374°C以上，壓力在22MPa · G以上，流體線性速度(進入反應器流量/反應塔橫截面面積)控制在 0. 01 0. lcm/S 左右。向反應器內通入氧氣可以加速固體有機物的溶解液化速率。通入的氧氣量應低於理論氧氣量的0. 5倍，如果氧氣量過多，有機物會被過度分解，後續催化甲烷化過程中可燃氣體的回收率就會降低，一般將通入量控制在理論氧氣量的0. 1 0. 3倍左右。若是有機廢棄物內本身含有足夠的氧氣源，可以不向反應器內通加氧氣。在這裡的氧氣源不進行特別限定，可以為含氧空氣、氧氣、過氧化氫、碳氫化合物等一種或者兩種以上。對於理論氧氣量有如下定義假設廢棄物中的有機物質、無機物質、氮化合物等能夠被分解為C02、H20、N2， 完全分解所需的氧氣量即為理論氧氣量。該值可以根據典型的化學關係式計算得到，亦可以預先進行相關實驗得到有機物量與分解所需氧氣量的關係式，便於實際查用。隨著反應器(液化塔)內的有機物分解、液化，反應器內的無機物的濃度相對增大，沉澱形成淤渣，須及時從液化塔內排出。因此，有必要設計安裝排渣裝置(本發明圖中未畫出)。實際操作時，將排渣裝置升壓到與反應器同等的壓力，打開反應器與排渣裝置之間的閥門，待淤渣充分沉澱進入到排出裝置後，關閉閥門，排出裝置自然降溫降壓後，打開排出裝置出口閥門，排出淤渣液。根據上述方法，液化塔內形成的淤渣可以以半連續的方式排出。對於淤渣液採用常規的固液分離技術進行處理，固體棄去，液體經絮凝沉澱除去金屬成分後，回流至儲存罐內。金屬成分的去除有助於增加後續催化甲烷化反應塔內催化劑的使用壽命。液化塔內流體為氣液混合相，氣相經管線10外排，液相經管線12送出，從而實現氣液分離。高溫、高壓氣相的主要組份為02、CO2、水蒸汽，可以通過膨脹渦輪對其進行動力回收(為氣體的流動提供動力)，最後經由管線11排出。管線12的高溫高壓液相分為兩部分，一部分回流至液化塔內，另一部分經絮凝沉降操作900除去液體內部的大部分金屬離子後，經熱交換器1000及管線16，送入催化甲烷化反應塔1100。回流至液化塔內的液體與塔內的有機物混合，該操作可防止液化塔內固體有機物的沉澱，同時有促進金屬組份、硫磺酸化合物氧化的效果。循環量應為送給催化甲烷化反應塔1100流量的5倍以上，最佳範圍為10 20倍。進行催化甲烷化反應時，如果要維持特定的反應溫度，可以利用加熱器(視圖未畫出)對進入催化反應塔前的液體進一步加熱；啟動時，可以直接向反應塔內通入蒸汽進行升溫，或者通過加熱器(視圖未畫出)進行加熱升溫。催化甲烷化反應塔1100內部填充有催化劑。所填充的催化劑由載體與催化活性成分構成，催化活性成分可以為Ru、Pd、Rh、Pt、Ir、Ni、Co、Mn及Ce中的至少一種金屬或者上述金屬的水難溶性化合物；可以是一種或者兩種以上並用。催化活性成分要與載體相結合；一般選取金屬氧化物作為載體，比如，氧化鋯、二氧化鈦、氧化鋁、矽石等，或者為複合金屬氧化物，比如，二氧化鈦-鋯石、氧化鋁-矽石、氧化鋁-矽石-鋯石等。上述載體中，耐久性較好的氧化鋯、二氧化鈦及二氧化鈦-氧化鋯是優選者。載體和活性成分之間的配合方式採用靜置塗覆的方法，屬於現有的技術，在此不再具體說明。本發明對於催化劑的形狀不做特別限定，可以是球狀、彈丸狀、圓柱狀、粉末狀、蜂巢狀等。催化劑的等效體積粒徑通常採用3 50mm，最好採用5 25mm ；若採用蜂巢狀構造的催化劑，構造體開口部分可以為四角形、六角形、圓形等任意形狀；催化劑填充的單位體積面積、孔隙率不做特別限定，通常單位體積面積為200 800m2/m3，孔隙率為40 80%。 催化劑活性成分的含量不作特別限定，一般為0. 01 25%，最好為0. 1 3%。進行催化甲烷化反應時，甲烷化反應塔1100內的溫度應高於100°C。在超臨界條件下進行反應，反應效率會比較高，此時，反應塔1100內的溫度應高於374°C，壓力高於 22MPa · G，控制液體線性速度為0. 1 1. Ocm/s。在催化甲烷化反應塔中，大分子的有機物的長鏈被打斷，在重新組合的過程中的 CO、CO2、H2等氣體，還有另外的基團在催化劑的作用下發生甲烷化反應，生成甲烷。催化甲烷化反應後的氣液混合相，經管線17、換熱器1000、管線18進入氣液分離裝置1200 ；以甲烷為主要成分的高壓氣體和液相進行分離，分離後的液相可以作為加熱源經管線觀進入到換熱器500進行熱回收，隨後對其進行一定的處理(主要是除去硫酸根等含硫離子)，然後經管線四及30回流到存儲罐300中，作為固體有機廢棄物破碎體的稀釋水。另一方面，氣液分離後得到的高壓氣體經過管線19，流經膨脹渦輪或者其它裝置進行動力回收，後經過管線20，流經裝置1400 (可以為變壓吸附裝置、膜分離裝置、鹼液吸收塔) 將二氧化碳氣體脫除，最後，剩餘氣體作為燃料氣體經管線21進行回收。以上動力回收及二氧化碳脫除操作都按照常規方法實施。當利用鹼液吸收脫除二氧化碳時，吸收後的鹼液經管線22、泵1500及管線23送到再生塔1700，進行再生處理後，經管線對、泵1600及管線25-26，重新進入吸收塔進行循環利用；再生塔內脫除的二氧化碳經管線27排出系統。本發明工藝過程中使用的配管、容器、反應器內表面要定期進行清洗，清洗所用試劑為酸性水溶液(硝酸、抗壞血酸等)鹼性水溶液(氫氧化鈉溶液、碳酸鈉溶液等)。實施例1利用圖1所示的流程處理破碎後的廚房垃圾與汙泥的混合物。其中各汙染物組成如下表初始pH，4.7 成分 SS
BOD CODcr T-N NH4-N Al Fe Ca Mg P
Mn Zn Cu Ni Cr Pb Cd Sr Ba Co Mo
T-metal
濃度(mg/1) 12800 8700 23000 880 250 160 260 270 44 360 7 1 5
0.5 0.6 <0.1 <0.1 3
16 1
<0.1 1120破碎後的廚房垃圾、汙泥、水在儲存罐混合，形成固體濃度為20%的漿狀有機物料，有機物料以2hr-l的空間速度(空塔基準)通入液化塔700，同時，壓縮機600向液化塔內通入相當於理論氧氣量(16. INm3/(kl料液))0. 1倍的空氣。有機物料與空氣的混合物在進入液化塔前，要先通過換熱器500，加熱器(圖中未畫出)，升溫到250°C ；液化塔內液體有機物的溫度保持在250°C，壓力7MPa · G，液體線性速度0. 063cm/s。液化過程中，不定時地將液化塔700內形成的淤渣與金屬組分排出，打開液化塔下部的第一閥門(附圖為示出)，待液化塔內的淤渣沉降到排出裝置中(附圖未示出)，關閉第一閥門，自然冷卻後，打開淤渣排出裝置下部的第二閥門(無圖示)，排出淤渣液體。經過液化，塔內主要汙染物經測試，其組成如下表ρΗ，5·7成分濃度(mg/1)BOD8056CODcr20700對照液化前後的數據，可以看出，經過液化處理後，約有10%的有機碳發生了分解，最終生成二氧化碳氣體排出。液化塔流出的液體一部分回流至液化塔，一部分以空間速度3. Ohr-1 (空塔基準) 供給催化甲烷化反應塔，回流量為供給甲烷化反應塔量的5倍；本例中熱交換器15未進行應用。
塔內液體表觀線性速度為0. 57cm/s ；塔內填充有催化劑，催化劑載體為二氧化鈦，催化活性成分為釕，其量為載體重量的2%，催化劑外形為球形，粒徑為4 6mm，運行時塔內的溫度及壓力與液化塔內基本一致。甲烷化反應塔生成的氣液混合物，進入氣液分離塔1200，分離後液相汙染物濃度見下表pH, 3. 0成分濃度(mg/1)BOD3CODcr5同時得到的氣相組成為CH478%，C0221%，H21%以下。實施例2利用圖1所示的流程處理破碎後的廚房垃圾、碎紙片、塑料、汙泥組成的混合物。其中各汙染物組成如下表所示初始pH，5.5
成分
SS
BOD
CODcr
T-N
NH4-N
Al
Fe
Ca
Mg
P
Mn
Zn
Cu
Ni
Cr
Pb
Cd
濃度(mg/1) 32000 21800 45000 1130 380 412 312 421 55 392 7 1 5
0.5 0.6 <0.1 <0.1
Sr3
Ba16
Co1
Mo<0.1
T-metal1620 破碎後的廚房垃圾、碎紙片、塑料、汙泥、水在儲存罐混合，形成固體濃度為15%的漿狀有機物料，有機物料以air—1的空間速度(空塔基準)通入液化塔700，同時，壓縮機600 向液化塔內通入相當於理論氧氣量(31. 5Nm3/(kl料液))0. 1倍的空氣。有機物料與空氣的混合物在進入液化塔前，要先通過換熱器500，加熱器(圖中未畫出)，升溫到270°C ；液化塔內液體有機物的溫度保持在270°C，壓力8. 4MPa · G，液體線性速度0. 063cm/seco
同實施例1，液化塔內形成的淤渣及金屬成分按照相同的方式排出。運行穩定時， 液化塔內汙染物組成見下表ρΗ，4·2成分濃度(mg/1)BOD21000CODcr40500對照表中的數據，可以看出，經過液化處理後，約有10%的有機碳發生了分解，最終生成二氧化碳氣體排出。液化塔流出的液體一部分回流至液化塔，一部分以空間速度3. Ohr-1 (空塔基準) 供給甲烷化反應塔，回流量為供給甲烷化反應塔量的10倍。塔內液體線性速度為0. 57cm/sec ；塔內填充有催化劑，催化劑載體為二氧化鈦， 催化活性成分為釕，其量為載體重量的2%，催化劑外形為球形，粒徑為4 6mm ；塔內溫度 380°C，壓力 23MPa。甲烷化反應塔生成的氣液混合物，進入氣液分離塔1200，分離後液相汙染物濃度
見下表
pH，3.2成分濃度(mg/1)SS<1BOD<1CODcr<1T-N<2NH4-N<1同時得到的氣相組成為CH476. 5%, C022 2. 1%,H21. 3%以下。實施例3根據圖1所示流程處理粉碎後的木質類生物質(C :48 50%，H :5. 7 6. 2%，0 44 46%，N 0. 08 0. 13% )，粉碎後的顆粒直徑約lOOum，加水形成固體濃度20%的液狀有機漿料混合物。原料混合物以空間速度2. Ohf1 (空塔基準)通入液化塔，壓縮機600向液化塔內通入相當於理論氧氣量OONm3/(kl料液))0. 1倍的空氣；塔內液體線性速度為0. lcm/s，溫度為250°C，壓力4. 9MPa。通過液化過程，有機物中約10%的碳被分解，形成C02。液化塔流出的液體一部分回流至液化塔，一部分以空間速度3. Ohr-1 (空塔基準) 供給甲烷化反應塔，回流量為供給甲烷化反應塔量的5倍。塔內液體線性速度為0. 57cm/s ； 塔內催化劑載體為二氧化鈦，催化活性成分為釕，其量為載體重量的2%，，催化劑外形為球形，粒徑為4 6_，塔內溫度300°C，壓力8. 8MPa。催化甲烷化後的液體進行氣液分離，得到的氣體組成為CH450%，C0250%, H2低於 0.5%o最終從物質中得到230Nm3/ton (溼基)CH4,以及1. 5 X 105kcal/ton (溼基)的熱量。
實施例4利用圖1所示流程處理一般的有機廢棄物。首先進行預處理，將金屬、玻璃等物質除掉，然後破碎形成的固體顆粒粒徑小於1mm，加水得到固體濃度30%的漿狀有機混合物。原料混合物以空間速度10. Ohr—H空塔基準)通入液化塔，壓縮機600向液化塔內通入相當於理論氧氣量(IONm3/(kl料液))0. 1倍的空氣；塔內液體線性速度為0. 063cm/s, 溫度為250°C，壓力^MPa。通過液化過程，有機物中約10%的碳被分解，形成CO2。液化塔流出的液體一部分回流至液化塔，一部分以空間速度15. Ohr-1 (空塔基準) 供給甲烷化反應塔，回流量為供給甲烷化反應塔量的5倍。塔內液體線性速度為0. 57cm/s ； 甲烷化反應塔內填充有催化劑，催化劑載體為二氧化鈦，催化活性成分為釕，其量為載體重量的2%，催化劑外形為球形，粒徑為4 6mm ；塔內溫度380°C，壓力25MPa。催化甲烷化後的液體進行氣液分離，得到的氣體組成為CH450%，C0250%, H2低於 0.5%o最終從廢棄物中得到98. 7Nm7ton (溼基)CH4，以及2. 5 X 104kcal/ton (溼基)的熱量。通過上述實施例的實驗數據，本發明具有以下良好的效果通過本發明的應用，固體、液體有機廢棄物可以轉化為燃料氣體，這樣既降低了有機廢棄物的處理成本，又可以提供一定量的能源氣體。通過本發明的應用，可以將大量的廢棄物作為資源進行再利用，避免了燃燒處理時石化燃料的使用，同時大大降低了二氧化碳的排放量，有助於緩解地球「溫室效應」。本方法還解決了因利用燃燒法處理廢棄物而帶來二噁英的排放問題。相較焚燒法，本發明的另一優勢還在於，可以更有效地以電力、熱力形式進行能源回收。另外，本發明工藝流程簡單，能夠連續化運行，處理成本(設備費、運行費等)較低，工程管理也相對比較容易。
權利要求
1.一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於包括以下步驟I在反應器內對固體、液體有機廢棄物進行處理，向反應器內通入低於0. 5倍理論氧氣量的氧氣，對廢棄物進行加熱加壓處理，控制反應溫度高於100°c，壓力的大小保證能夠維持混合體系內有液相存在；II對上述過程I中形成的氣液混合物進行氣液分離；III上述過程II進行氣液分離後，液相進入另一裝有催化劑的催化甲烷式反應器；控制反應器溫度高於100°c，反應壓力足以維持部分液相的存在，液體與催化劑進行接觸反應；反應後的流體進入氣液分離器進行氣液分離，得到主要成分為甲烷、氫氣的可燃混合氣體。
2.根據權利要求1所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於上述反應的處理對象包括固體有機廢棄物、液體有機廢棄物、至少一種固體有機廢棄物和水混合成的泥漿或含有有機化合物的泥漿。
3.根據權利要求2所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於所述固體有機廢棄物為好氧、厭氧、下水道型汙泥類廢棄物，廚房垃圾，紙，塑料，木片，竹片，草片，稻草，纖維，蔬菜片，橡膠，皮，食品加工廢棄物，畜產廢棄物，農林水產廢棄物中的一種或幾種；所述液體有機廢棄物為生活廢水、來自食品加工廠的廢水、來自畜舍/ 養雞場的廢水、含生物學處理困難的產業廢水、酒精/醛類廢水中的一種或幾種。
4.根據權利要求2所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於所述固體、液體有機廢棄物中含有Mg、Al、Si、P、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、 Cd中的一種或兩種以上的金屬成分。
5.根據權利要求1所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於過程I中反應器內的液體線性速度為0. 01 0. lcm/sec。
6.根據權利要求5所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於過程I中反應器的溫度高於374°C，壓力高於22MPa。
7.根據權利要求1所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於向過程1的反應器內連續通入氧氣，通入量為理論氧氣量的0. 1 0. 3倍。
8.根據權利要求1所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於還包括除去過程I中反應器內產生的泥渣及金屬組份的步驟。
9.根據權利要求1所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於過程II中氣液分離後，分離後的液相一部分回流至過程I所述的反應器內，剩餘部分輸送至下遊，按照過程III所述的方法進行處理。
10.根據權利要求9所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於過程II中將所述氣液分離後的液相回流至過程I中反應器的量是輸送至下遊量的5倍以上。
11.根據權利要求10所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於過程II中將所述氣液分離後的液相回流至過程I中反應器的量是輸送至下遊量的10 20倍。
12.根據權利要求9所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於所述輸送至下遊的液體，首先進行絮凝沉澱處理，以除去裡面的金屬組分。
13.根據權利要求1所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於過程II中所述的氣液分離後所得的氣相要進行動力回收。
14.根據權利要求1所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於過程III所述的催化劑活性成分選自釕、鈀、銠、鉬、銥、鎳、鈷、錳及鈰中的至少一種，或者至少一種上述金屬形成的不溶於水或難溶於水的化合物；所述催化劑的載體選自氧化鋯、二氧化鈦、氧化鋁、矽石或者二氧化鈦-鋯石、氧化鋁-矽石、氧化鋁-矽石-鋯石中的至少一種。
15.根據權利要求14所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於所述催化劑活性成分的量為所述載體重量的0. 01 10%。
16.根據權利要求15所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於所述催化劑活性成分的量為所述載體重量的0. 1 3%。
17.根據權利要求14所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於所述催化劑呈球狀、彈丸狀、圓柱狀、粉末狀或蜂巢狀。
18.根據權利要求17所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於所述催化劑採用蜂巢狀構造，所述構造體的開口部分為四角形、六角形或圓形。
19.根據權利要求14所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於所述催化劑的粒徑為3 50mm。
20.根據權利要求14所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於所述催化劑填充的單位體積面積為200 800m2/m3，孔隙率為40 80%。
21.根據權利要求1所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於過程III中所述的催化甲烷式反應器的溫度高於100°C，壓力的大小能夠保證混合體系內有部分液相存在。
22.根據權利要求21所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於過程III中所述的催化甲烷式反應器的溫度高於374°C，壓力高於22MPa。
23.根據權利要求1所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於過程III中所述的催化甲烷式反應器內液體線性速度為0. 1 1. Ocm/sec。
24.根據權利要求1所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於過程III中進行氣液分離後，分離後得到的水相與進入過程I所述的反應器前的有機料液進行熱量交換，然後其中的全部或部分進入儲罐，作為固體有機廢棄物的漿料稀釋水。
25.根據權利要求1所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於經過程III處理得到的可燃混合氣體進行熱力或者動力的回收，然後進入將可燃混合氣體中的二氧化碳脫除的步驟。
26.根據權利要求25所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於利用變壓吸附、膜分離、或鹼液吸收技術將二氧化碳脫除。
27.根據權利要求沈所述的一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，其特徵在於利用鹼液吸收技術脫除可燃混合氣體中的二氧化碳，包括鹼液吸收塔，還設有二氧化碳再生塔，所述二氧化碳再生塔回收的鹼液再次送進鹼液吸收塔中；所述鹼液吸收塔內的壓力高於大氣壓，而二氧化碳再生塔內的壓力低於大氣壓。
全文摘要
本發明公開了一種用於固液有機廢棄物處理及燃料氣體生產的方法，在反應器內對固體、液體有機廢棄物進行處理，向反應器內通入低於0.5倍理論氧氣量的氧氣，對廢棄物進行加熱加壓處理，控制反應溫度高於100℃，壓力的大小保證能夠維持混合體系內有液相存在；進行氣液分離後，液相進入另一裝有催化劑的催化甲烷式反應器；控制反應器溫度高於100℃，反應壓力足以維持部分液相的存在，液體與催化劑進行接觸反應；反應後的流體進入氣液分離器進行氣液分離，得到主要成分為甲烷、氫氣的可燃混合氣體。本發明的方法，可以一起處理固體、液體有機廢棄物，同時可以生產燃氣、電力、熱能等形式的能源，實現了廢棄物的處理與資源化的利用。
文檔編號C07C9/04GK102530864SQ20121004083
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月21日 優先權日2012年2月21日
發明者原田吉明, 李國文, 杜菲, 王天德, 蘇貞峰 申請人:北京緯綸華業環保科技股份有限公司