一种有机废物合成碳酸氢铵联产LNG的系统及方法与流程

一种有机废物合成碳酸氢铵联产lng的系统及方法
技术领域
1.本发明涉及废水处理处置与资源利用技术领域，具体涉及一种有机废物合成碳酸氢铵联产lng的系统及方法


背景技术：

2.随着石油、化工、食品和制药等工业的发展，以及人民生活水平的不断提高，有机废物的产量也逐年上升。城市有机废物主要包括了生活垃圾中的有机部分，厨余垃圾和市政污泥，若不经过系统的处理将对环境造成极大危害，因此，城市有机废物能否被妥善处置，直接关系到城市食品卫生安全、城市生态环境质量和人民群众身心健康。
3.近年来，城市有机废物中氨氮的含量急剧上升，也增加了目前城市有机废物的处理难度。这些有机废物若不经过系统高效的处理，高浓度的氨氮废水不仅引起水体富营养化、造成水体黑臭，给水处理的难度和成本加大，甚至对人群及生物产生毒害作用，因此高效的处理高浓度氨氮废水在生态环境保护领域是各大环保企业、科研机构的研究重点。
4.目前，城市有机废物处理方式主要以填埋和焚烧为主，填埋和焚烧虽然提高了城市有机废物的处理能力，但它们分别造成了土地资源浪费和废物资源利用率低等问题。同时，填埋和焚烧中产生的垃圾渗滤液(高氨氮废水)也无法得到有效的处理。现有对于高氨氮废水处理的研究重点主要集中在利用生物法、膜法、化学催脱等方法提高高氨氮废水的出水达标率，忽略了氨氮资源的回收和单位水处理成本的控制。因此，研制一套能有效解决当前城市有机废物处理困境和高氨氮废水处理难题的方法是当前城市生态环境保护的方向之一。
5.碳酸氢铵碳是一种白色化合物，呈粒状、板状或柱状结晶，有氨臭。酸氢铵肥料作为一种化学氮肥，它适用于各种土壤和作物，肥效快，对土壤不会有酸化作用。与传统的肥料尿素相比和尿素相比，尿素施入土壤后不能直接被作物吸收，在符合条件的情况下还要进行一系列的转化，才能被作物吸收，施肥功效相对迟缓，而碳酸氢铵施入土壤后立即被土壤胶体吸附，直接供作物吸收利用。目前碳酸氢铵主要依靠化工行业生产制造，易造成大量的污水的同时，化工材料的堆放也存在安全风险。相较于传统的化工方法制造碳酸氢铵，利用城市待处理的有机废物，充分提取有机废物中蕴含的氨根离子和碳酸根离子，在消减有机废物产生的高氨氮废水对生态环境的污染的同时，产生碳酸氢铵，达到保护环境和有机废物循环利用的目的。
6.因此，在国家“无废城市”、“绿色发展”、“生态文明”的要求下，急需一个能打破传统城市有机废物处理行业的破碎化、孤岛式的处理模式。一个综合和高效利用传统垃圾处理技术(垃圾预处理模块、联合厌氧模块，沼气提纯模块、热电联产模块、高氨氮废水处理模块)的综合解决方案，对城市有机废物实现综合处理和资源化具有重大的意义。


技术实现要素：

7.本发明解决的问题是：客服现有技术的不足，提出一种有机废物合成碳酸氢铵联
产lng的系统及方法
8.本发明的技术解决方案是：一种有机废物合成碳酸氢铵联产lng的系统及方法，包括：城市垃圾预处理模块(厨余垃圾收运系统；城市生活垃圾破袋装置；市政污泥脱水装置；垃圾分选装置；粉碎装置)；热电联产模块(干化装置；无机垃圾回收转运装置；垃圾焚烧装置)；联合厌氧模块(第二调节罐；浆化罐；厌氧消化罐)；碳酸氢铵联产lng模块(脱氨系统；生化处理系统；反应器；加气站、储气罐、沼气提纯系统)。其中，脱氨系统包括脱氨脱水装置、第一调节罐、一级/二级氨移除器、氨气纯化器、氨提浓气；生化处理系统包括沉淀池、ao池、二沉池、混凝沉淀池；沼气提纯系统包括水洗装置、过滤装置、干燥装置、脱硫装置、脱碳装置、压缩机装置(图1)。在垃圾分类政策实施后，厨余垃圾均为有机垃圾；生活垃圾为日常生活产生的垃圾，存在有机和无机垃圾；市政污泥均为有机垃圾。
9.本发明中，垃圾预处理模块依次与联合厌氧模块、碳酸氢铵联产lng模块相连，热电联产模块与垃圾预处理模块和碳酸氢铵联产模块相连。
10.在垃圾预处理模块中，垃圾收运装置、市政污泥脱水装置通过输送装置依次与粉碎装置相连；破袋装置通过输送装置与垃圾分选装置相连；垃圾分选装置的出口通过输送装置与粉碎装置的入口以及无机垃圾回收转运装置的入口相连。
11.进一步的在联合厌氧模块中，垃圾预处理模块的粉碎装置依次与第二调节罐、浆化灌、厌氧消化罐相连；第二调节罐的出口通过管道和水泵与浆化罐的进料口相连；浆化罐的出口通过管道和水泵与厌氧消化罐的进料口相连。
12.进一步的联合厌氧模块中的厌氧消化罐与依次碳酸氢铵联产lng模块中的脱氨脱水装置和沼气提纯系统相连。具体来说，碳酸氢铵联产lng模块包括：脱氨脱水装置；第三调节罐；二氧化碳移除器；一级、二级氨移除器；氨气纯化器；氨气提浓器；反应器；离心机2；结晶罐；沉淀池；ao池；二沉池；混凝沉淀池；水洗装置；过滤装置；干燥装置；脱硫装置；脱碳装置；压缩机装置(图2)。其中脱氨系统(图1)包括脱氨脱水装置；第三调节罐；二氧化碳移除器；一级、二级氨移除器；氨气纯化器；氨气提浓器；反应器；离心机2；结晶罐(图2)。生化处理系统(图1)包括沉淀池；ao池；二沉池；混凝沉淀池(图2)。沼气提纯系统(图1)包括水洗装置；过滤装置；干燥装置；脱硫装置；脱碳装置；压缩机装置。
13.具体来说在碳酸氢铵联产lng模块中，分为两条线：由脱水系统2，脱氨系统，生化处理系统组成的产碳酸氢铵路径(图1)；以及沼气提纯系统构成的联产lng路径(图1)。其中，产碳酸氢铵路径中，脱氨脱水装置的出口通过传输装置与第三调节罐相连；第三调节罐通过管道和水泵与二氧化碳移除器的进料口相连；二氧化碳移除器的进料口与一级氨移除器相连；同时根据物料的出口不同，二氧化碳移除器也和反应器相连；一级氨移除器的出口依据物料的纯度不同分别与氨气纯化器以及二级氨移除器相连；二级氨移除器的上层气体出口与一级氨移除器相连形成循环；下层液体出口与沉淀池相连；氨气纯化器的出口与氨提浓器相连；氨提浓器通过管道与反应器相连；反应器依次与离心机2和结晶罐相连；沉淀池依次与ao池(生化反应池)、二沉池以及混凝沉淀池相连。联产lng路径中，水洗装置通过气泵与过滤装置相连；过滤装置的出气口连接干燥装置；干燥装置依次与脱硫装置、脱碳装置、压缩机装置相连；压缩机装置根据产品使用量分别与加气站和储气罐相连(图1)；其中脱碳装置的废气排口与产碳酸氢铵路径中的反应器相连。
14.进一步的热电联产模块与无机垃圾预处理模块和碳酸氢铵联产lng模块相连，其
中无机垃圾预处理模块中的无机垃圾回收装置的出口通过传输装置与垃圾焚烧装置相连；碳酸氢铵联产lng模块中的干化装置通过传输装置与垃圾焚烧装置相连。
15.将有机废物合成碳酸氢铵联产lng的方法，包括如下步骤：
16.(s100)垃圾预处理：
17.厨余垃圾、城市生活垃圾、市政污泥各自经过垃圾收运进入系统，其中城市生活垃圾经过垃圾分选分离有机和无极垃圾，其中有机垃圾和厨余垃圾以及市政污泥有机混合垃圾进入联合厌氧模块的调节罐，无极垃圾进入热电联产模块。
18.(s110)联合厌氧处理
19.(s111)升温混合搅拌
20.步骤(s100)中的有机混合垃圾经过充分的混合后被泵入浆化罐调节温度至75～85℃进一步被絮状化，再经过充分搅拌浆化进一步增大混合垃圾的比表面积。
21.(s112)厌氧消化
22.步骤(s111)中的搅拌充分的混合有机垃圾，随后被传送至厌氧消化罐，在厌氧消化罐中经过35～45天的厌氧发酵，控制温度35～45℃，ph6.5～8.1。
23.(s120)产碳酸氢铵联产lng
24.(s121)气液固分离
25.步骤(s112)中的厌氧消化后的混合物为气体和混合液体，气体部分进入产lng系统；液体部分经过脱水，固体(含水率<50％)经过进一步干化进入热电联产模块；剩余液体进入产碳酸氢铵系统。
26.(s122)联产lng
27.步骤(s121)中的气体部分，依次通过水洗装置，过滤装置，干燥装置，脱硫装置，脱碳装置，将气体中的甲烷浓度提高到85～99％，最终作为燃料送入加气站，多余部分泵入储气罐储存。
28.(s123)联产碳酸氢铵
29.步骤(s121)中的剩余液体经过脱氨系统和二氧化碳移除装置充分反应后，尾水进入生化水处理系统，从剩余液体中剥离的氨气和二氧化碳与步骤s121中多余的二氧化碳充分混合，形成碳酸氢铵溶液，最终制作成碳酸氢铵结晶。
30.(s124)废水处理
31.步骤(s121)和步骤(s123)中产生的废水依次经过沉淀池，ao池，二沉池，混凝沉淀池，降低水中的污染物浓度，达标纳管排放。
32.(s130)热电联产模块
33.步骤(s100)中的无极垃圾部分和步骤(s121)中的固体部分经过进一步的干化，送入垃圾焚烧装置产生的电能、热能可以为整个系统提供能源。本发明与现有技术相比的优点在于：
34.1、传统的脱氨产碳酸氢铵方案(cn206188408u)中的碳源是外加碳源，一定程度上加大了碳酸氢铵/高氨氮废水的单位成本。本发明创新的提出，通过增加利用二氧化碳移除装置，改变压力装置中的气压，优先将高氨氮废水中的二氧化碳提取出来。后联合沼气提纯模块提取出的杂质二氧化碳，作为碳酸氢铵的碳源，也可以称作是内部碳源。节约了碳源的成本，实现了系统的低碳。
35.2、传统的脱氨产碳酸氢铵方案对于母液水(尾水)没有更多的处理，尾水中依旧含有大量的有机物，然而在当前的生态环境保护要求下，该方案并不能完全解决高氨氮废水的处理问题。因此，本发明提出了一个更加全面的综合解决方案，在针对高氨氮废水脱氨后的高cod，将母液水后接ao生化处理池，进一步降低水体中的污染物含量。
36.3、传统的脱氨产碳酸氢铵方案依旧需要外部提供大量的能量以满足蒸氨中蒸汽对温度的要求。而本发明提供的方案，不同于目前单一的处理技术单元为“孤岛”式的处理方式，选择构建城市垃圾处理的整体，打通各处理单元的物料平衡、能量平衡，进一步降低了能耗。例如，本发明构建的有机垃圾资源化系统，拥有沼气和热电联产等综合处理模式。这些方法产生的热量可以有效的输送至产碳酸氢铵的模块，使整个方法中的各部分实现能量平衡。最终实现，气体部分提纯lng；液体部分提出晶体碳酸氢铵；固体部分进行焚烧发电产热的过程。全过程做到了二氧化碳的循环利用以及能量的利用。
附图说明
37.图1本发明的一种有机废物合成碳酸氢铵联产lng的系统及方法示意图
38.图2本发明中的产碳酸氢铵联产lng模块示意图
具体实施方式
39.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.如图1
‑
2中是一种有机废物合成碳酸氢铵联产lng的系统及方法，包括：城市垃圾预处理模块；热电联产模块；联合厌氧模块；碳酸氢铵联产lng模块。
42.垃圾预处理模块中：厨余垃圾经过粉碎装置，将厨余垃圾中的大块有机物料粉碎为小颗粒，小颗粒物料随后被送入第二调节罐。由于市政污泥为絮状不需要进行粉碎处理，市政污泥市政污泥脱水装置的出口直接与第二调节罐相连。城市生活垃圾破带装置依次与垃圾分选系统，破碎装置，第二调节罐相连，城市生活垃圾经过破袋装置处理后进入垃圾分选系统，分离有机和无机垃圾，有机垃圾进入粉碎装置，粉碎装置将大颗粒的城市生活垃圾粉碎成小颗粒送入第二调节罐；无机垃圾被送入无机垃圾回收转运装置。在第二调节罐中，厨余垃圾，城市生活垃圾，市政污泥被均匀混合。
43.联合厌氧模块中：为了使有机垃圾的反应更加充分，需要进一步增大有机垃圾的
混合后的比表面积。第二调节罐中的有机质经过充分的混合后被泵入浆化罐调节温度至75～85℃进一步被絮状化。充分搅拌浆化后的有机混合物随后被传送至厌氧消化罐，在厌氧消化罐中经过35～45天的厌氧发酵，控制温度35～45℃，ph6.5～8.1。
44.碳酸氢铵联产lng模块：厌氧消化罐中经过充分消化反应后的非气体部分被送入脱氨脱水装置，经过脱氨脱水装置后，液体部分被送入脱氨系统，含水率(<50％)的固体部分进入干化系统，在干化系统中进一步脱去固体中的含水量，最终进一步脱去的液体进入脱氨系统，固体部分送往热电联产模块。在脱氨系统中产生碳酸氢铵晶体，剩余液体被送入尾水处理装置进行处理达标排放。厌氧消化罐反应中的气体部分与沼气提纯系统、加气站和储气罐相连，厌氧消化罐中的气体部分为含甲烷40～50％的混合气体，经过沼气提纯装置处理后，纯度为(甲烷85～99％)的气体作为汽车的燃料送入加气站，多余的气体进入储气罐储存。
45.产碳酸氢铵路径：厌氧消化罐的产生的消化液经脱水装置进入脱氨系统。消化液首先进入第三调节罐，调整进水量，防止瞬时进水量过大影响后端处理能力，第三调节罐中的消化液进入二氧化碳移除器，移除的二氧化碳2与沼气提纯装置中产生的二氧化碳1作为碳酸氢铵的合成材料被泵入反应器。移除二氧化碳的混合液进入一级氨移除器，为保证氨提取的充分，混合液再进入二级氨移除器，充分释放液体中混合的氨气。经过二级氨移除器后产生氨气和液体两部分。其中，提取的氨气混合气体依次进入氨气纯化器和氨气提浓器，保证氨气的纯度，接着提纯的氨气被泵入反应器与之前提取的二氧化碳反应生成碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵溶液进入离心机2脱去液相部分，在进入结晶罐，最终形成碳酸氢铵结晶。二级氨移除器在完成氨气的移除后所剩下的液体在脱去氨气后溶液中的氨氮浓度明显降低，但仍未达到排放标准，因此需要进入尾水处理系统进行进一步的处理。尾水处理系统包括沉淀池，ao池，二沉池，混凝沉淀池。所述液体进入沉淀池，沉淀部分无法处理的固体杂质，上层的澄清液通过沉淀池与ao池相连，经过ao生化反应后，除去水中的多余有机物和部分氮磷，处理后的液体进入二沉池进一步降低水中的杂质，随后取二沉池的上清液进入混凝沉淀池再次降低水中的可溶杂质，最终达到排放标准。
46.联产lng路径：厌氧消化罐中反应的气体部分进入沼气提纯系统。沼气依次通过水洗装置，过滤装置，干燥装置，脱硫装置，脱碳装置，压缩机装置形成lng。沼气在水洗装置中洗去沼气中的微小颗粒和可溶性杂质，水洗后的沼气进一步在过滤装置中阻拦大分子的挥发性有机质，提高气体的纯度。通过水洗装置的沼气携带一定的水分，因此在过滤后设置干燥装置将气体中的水分除去。为了进一步的提高沼气中的甲烷浓度，气体依次经过脱硫装置和脱碳装置出去二氧化硫和二氧化碳，其中除去的二氧化碳被送入脱氨系统的反应器作为碳酸氢铵的制造材料。经过脱硫、脱碳提纯后的沼气经过压缩机装置称为液体的高纯度甲烷(lng)可以用作车辆的燃料进行利用。
47.热电联产模块：无机垃圾回收装置的物料来源于垃圾预处理模块经过分选后不能进入联合厌氧模块的废料；干化装置中的物料来源于碳酸氢铵联产lng模块中经过脱氨脱水装置脱水处理的废料。垃圾焚烧装置产生的电能、热能可以为整个系统提供能源。
48.将有机废物合成碳酸氢铵联产lng的方法，包括如下步骤：
49.(s100)垃圾预处理：
50.厨余垃圾、城市生活垃圾、市政污泥各自经过垃圾收运进入系统，其中城市生活垃
圾经过垃圾分选分离有机和无极垃圾，其中有机垃圾和厨余垃圾以及市政污泥有机混合垃圾进入联合厌氧模块的调节罐，无极垃圾进入热电联产模块。
51.(s110)联合厌氧处理
52.(s111)升温混合搅拌
53.步骤(s100)中的有机混合垃圾经过充分的混合后被泵入浆化罐调节温度至75～85℃进一步被絮状化，再经过充分搅拌浆化进一步增大混合垃圾的比表面积。
54.(s112)厌氧消化
55.步骤(s111)中的搅拌充分的混合有机垃圾，随后被传送至厌氧消化罐，在厌氧消化罐中经过35～45天的厌氧发酵，控制温度35～45℃，ph6.5～8.1。
56.(s120)产碳酸氢铵联产lng
57.(s121)气液固分离
58.步骤(s112)中的厌氧消化后的混合物为气体和混合液体，气体部分进入产lng系统；液体部分经过脱水，固体(含水率<50％)经过进一步干化进入热电联产模块；剩余液体进入产碳酸氢铵系统。
59.(s122)联产lng
60.步骤(s121)中的气体部分，依次通过水洗装置，过滤装置，干燥装置，脱硫装置，脱碳装置，将气体中的甲烷浓度提高到85～99％，最终作为燃料送入加气站，多余部分泵入储气罐储存。
61.(s123)联产碳酸氢铵
62.步骤(s121)中的剩余液体经过脱氨系统和二氧化碳移除装置充分反应后，尾水进入生化水处理系统，从剩余液体中剥离的氨气和二氧化碳与步骤s121中多余的二氧化碳充分混合，形成碳酸氢铵溶液，最终制作成碳酸氢铵结晶。
63.(s124)废水处理
64.步骤(s121)和步骤(s123)中产生的废水依次经过沉淀池，ao池，二沉池，混凝沉淀池，降低水中的污染物浓度，达标纳管排放。
65.(s130)热电联产模块
66.步骤(s100)中的无极垃圾部分和步骤(s121)中的固体部分经过进一步的干化，送入垃圾焚烧装置产生的电能、热能可以为整个系统提供能源。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
67.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。