厌氧发酵及水热碳化的多源有机固废低碳燃烧系统及方法

本发明属于有机固废能源再生，更具体的说是涉及厌氧发酵及水热碳化的多源有机固废低碳燃烧系统及方法。

背景技术：

1、有机固废是指可降解的固体或者半固体废弃物，它含有大量的碳氢类有机物质，可以视为一种潜在的可再生资源。有机固废包括厨余垃圾、污泥、农林废弃物、藻类等。目前，我国厨余垃圾的主流处理方法是厌氧发酵技术，厨余垃圾的厌氧发酵处理是指垃圾中的有机物质在厌氧菌的作用下，由高分子物质降解成为小分子物质，最终转化为沼气的过程。厨余垃圾经厌氧发酵降解后产生的沼气(主要是甲烷)可通过水蒸气重整制氢技术产生氢气，与haber-bosch工艺(以下称哈伯法)制取的氨气(nh3)进入发动机系统，可实现氨氢混合低碳燃烧，实现较好的经济利益与社会效益。发明专利(cn116606680a)提出了一种污泥-秸秆生物质固体燃料制备方法，该发明在处置有机固体废物的同时，实现了对污泥和秸秆的减量化、无害化和资源化利用，但是该专利对污泥的处理缺少干燥装置，会对后续燃料的二次利用造成影响。发明专利(cn115488140a)提出了一种潮汐式发酵渗滤床-高效厌氧反应器耦合处理厨余垃圾的系统，该系统能够利用液相中有机质产生沼气(主要成分为ch4)，进而实现资源化利用，但是该专利未对ch4进行再利用，即未涉及到后续沼气制氢的二次利用过程。

2、因此，如何提供厌氧发酵及水热碳化的多源有机固废低碳燃烧系统及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了厌氧发酵及水热碳化的多源有机固废低碳燃烧系统及方法，具有通过甲烷的水蒸气重整制氢单元，有效提升以厨余垃圾和污泥为原料的氢气产率，通过制备水热炭，实现污泥的能源化利用，在产生机械能的同时，实现低碳燃烧的优点。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、厌氧发酵及水热碳化的多源有机固废低碳燃烧系统，包括：滤油装置、污泥干燥装置、干燥装置、垃圾粉碎装置、厌氧发生系统、水蒸气重整制氢单元、水蒸气发生器、哈伯法制氨气装置、氨氢发动机系统和低温空气分馏装置；所述滤油装置的输出端与干燥装置的输入端连通，所述干燥装置的输出端与垃圾粉碎装置的输入端连通，所述垃圾粉碎装置的输出端与厌氧发生系统的输入端连通，所述污泥干燥装置输出端的一侧与厌氧发生系统的输入端连通，所述厌氧发生系统的输出端与水蒸气重整制氢单元的输入端连通，所述水蒸气发生器的输出端与水蒸气重整制氢单元的输入端连通，所述水蒸气重整制氢单元输出端一侧与哈伯法制氨气装置的输入端连通，另一侧与氨氢发动机系统的输入端连通，所述哈伯法制氨气装置输出端的一侧与氨氢发动机系统的输入端连通，所述低温空气分馏装置的输出端与哈伯法制氨气装置的输入端连通。

4、进一步地，所述污泥干燥装置输出端的另一侧与水热碳化装置的输入端连通，所述水热碳化装置的输出端与水热碳干燥装置的输入端连通，所述水热碳干燥装置的输出端与破碎装置的输入端连通，所述破碎装置的输出端与掺氨燃烧锅炉的输入端连通，所述哈伯法制氨气装置输出端的另一侧与掺氨燃烧锅炉的输入端连通。

5、厌氧发酵及水热碳化的多源有机固废低碳燃烧方法，包括以下步骤：

6、厨余垃圾经滤油装置过滤油脂后进入干燥装置进行干燥，干燥后的厨余垃圾进入垃圾粉碎装置进行粉碎；而后将粉碎完成的厨余垃圾输送至厌氧发生系统中；

7、利用污泥干燥装置对污泥进行干燥，干燥后的污泥一部分输送至厌氧发生系统中与粉碎完成的厨余垃圾进行共发酵过程，产生甲烷，并将甲烷通入至水蒸气重整制氢单元中；

8、利用水蒸气发生器制备水蒸气，并将其通入至水蒸气重整制氢单元中与甲烷混合，制备得到氢气和一氧化碳的混合物，而后从混合物中分离氢气，并将一部分氢气输送至哈伯法制氨气装置中；

9、利用低温空气分馏装置制备氮气，并将其通入至哈伯法制氨气装置中与氢气混合制备氨气，制备完成后，一部分氨气被输送至氨氢发动机系统中，同时将水蒸气重整制氢单元中分离出的另一部分氢气通入至氨氢发动机系统中与氨气混合并进行燃烧，用于产生机械能。

10、进一步地，利用所述哈伯法制氨气装置制备氨气的过程中，采用低温低压的条件，并向其内部加入催化剂四氧化三铁。

11、进一步地，将所述污泥干燥装置中干燥后的污泥另一部分输送至水热碳化装置中制备水热炭，再将水热炭输送至水热碳干燥装置中进行干燥，干燥后的水热炭与煤混合后进入破碎装置，产生较细的燃料混合物，并与哈伯法制氨气装置中产生的另一部分氨气混合并进入掺氨燃烧锅炉中进行燃烧。

12、本发明的有益效果在于：

13、1、整套系统结构设计合理，通过甲烷的水蒸气重整制氢技术，有效提升以厨余垃圾和污泥为原料的氢气产率。

14、2、污泥通过水热碳化装置制取水热炭，水热炭有较高的热值及能量密度，可实现污泥的能源化利用。

15、3、通过低温空气分馏技术制备氮气，并从水蒸气重整制氢产物中分离得到氢气，与氮气通过哈伯法合成制备氨气，进入氨氢发动机燃烧，一方面可以实现低碳燃烧目的，另一方面使发动机尾气中的氮氧化物含量更低。

技术特征：

1.厌氧发酵及水热碳化的多源有机固废低碳燃烧系统，其特征在于，包括：滤油装置(1)、污泥干燥装置(2)、干燥装置(3)、垃圾粉碎装置(5)、厌氧发生系统(7)、水蒸气重整制氢单元(9)、水蒸气发生器(10)、哈伯法制氨气装置(11)、氨氢发动机系统(12)和低温空气分馏装置(14)；所述滤油装置(1)的输出端与干燥装置(3)的输入端连通，所述干燥装置(3)的输出端与垃圾粉碎装置(5)的输入端连通，所述垃圾粉碎装置(5)的输出端与厌氧发生系统(7)的输入端连通，所述污泥干燥装置(2)输出端的一侧与厌氧发生系统(7)的输入端连通，所述厌氧发生系统(7)的输出端与水蒸气重整制氢单元(9)的输入端连通，所述水蒸气发生器(10)的输出端与水蒸气重整制氢单元(9)的输入端连通，所述水蒸气重整制氢单元(9)输出端一侧与哈伯法制氨气装置(11)的输入端连通，另一侧与氨氢发动机系统(12)的输入端连通，所述哈伯法制氨气装置(11)输出端的一侧与氨氢发动机系统(12)的输入端连通，所述低温空气分馏装置(14)的输出端与哈伯法制氨气装置(11)的输入端连通。

2.根据权利要求1所述的厌氧发酵及水热碳化的多源有机固废低碳燃烧系统，其特征在于，所述污泥干燥装置(2)输出端的另一侧与水热碳化装置(4)的输入端连通，所述水热碳化装置(4)的输出端与水热碳干燥装置(6)的输入端连通，所述水热碳干燥装置(6)的输出端与破碎装置(8)的输入端连通，所述破碎装置(8)的输出端与掺氨燃烧锅炉(13)的输入端连通，所述哈伯法制氨气装置(11)输出端的另一侧与掺氨燃烧锅炉(13)的输入端连通。

3.厌氧发酵及水热碳化的多源有机固废低碳燃烧方法，其特征在于，采用权利要求1～2任一项所述的厌氧发酵及水热碳化的多源有机固废低碳燃烧系统实现，包括：

4.根据权利要求3所述的厌氧发酵及水热碳化的多源有机固废低碳燃烧方法，其特征在于，利用所述哈伯法制氨气装置(11)制备氨气的过程中，采用低温低压的条件，并向其内部加入催化剂四氧化三铁。

5.根据权利要求3所述的厌氧发酵及水热碳化的多源有机固废低碳燃烧方法，其特征在于，将所述污泥干燥装置(2)中干燥后的污泥另一部分输送至水热碳化装置(4)中制备水热炭，再将水热炭输送至水热碳干燥装置(6)中进行干燥，干燥后的水热炭与煤混合后进入破碎装置(8)，产生较细的燃料混合物，并与哈伯法制氨气装置(11)中产生的另一部分氨气混合并进入掺氨燃烧锅炉(13)中进行燃烧。

技术总结
本发明公开了厌氧发酵及水热碳化的多源有机固废低碳燃烧系统及方法，属于有机固废能源再生技术领域，滤油装置与干燥装置连通，干燥装置与垃圾粉碎装置连通，垃圾粉碎装置与厌氧发生系统连通，污泥干燥装置与厌氧发生系统连通，厌氧发生系统与水蒸气重整制氢单元连通，水蒸气发生器与水蒸气重整制氢单元连通，水蒸气重整制氢单元一侧与哈伯法制氨气装置连通，另一侧与氨氢发动机系统连通，哈伯法制氨气装置与氨氢发动机系统连通，低温空气分馏装置与哈伯法制氨气装置连通。本发明具有通过甲烷的水蒸气重整制氢单元，有效提升以厨余垃圾和污泥为原料的氢气产率，通过制备水热炭，实现污泥的能源化利用，在产生机械能的同时，实现低碳燃烧的优点。

技术研发人员：郑植,沈骏,郭韵,王莎,邓胜祥,刘雪松,王子奇,韩震晴
受保护的技术使用者：上海工程技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31