熱解-活化-燃燒-氣化一體爐、垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)、活性炭制造方法
【專利摘要】一種熱解-活化-燃燒-氣化一體爐，包括：燃燒單元；熱解氣化單元，利用來自燃燒單元的煙氣熱解炭化原料以生成炭化材料和熱解氣；活化單元，利用來自燃燒單元的水蒸氣將來自熱解氣化單元的炭化材料活化以生產(chǎn)活性炭；以及干燥單元，干燥來自活化單元的活性炭。
【專利說明】熱解-活化-燃燒-氣化一體爐、垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)、活性炭制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱解-活化-燃燒-氣化一體爐、垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)以及活性炭制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程的加快，城市生活垃圾清運量急速增加。目前，我國城市生活垃圾無害化處理處置仍以衛(wèi)生填埋為主。垃圾填埋場侵占了城市周邊的大量土地資源，填埋場及周邊占地面積普遍高達數(shù)平方公里，甚至十幾平方公里。同時，生活垃圾填埋場面臨滲濾液與填埋氣兩方面的環(huán)境污染問題，其中滲濾液的處理為世界性難題。
[0003]由于我國生活垃圾中有機物含量和含水率往往高達50% -60%，導(dǎo)致滲濾液產(chǎn)量大、成分復(fù)雜且濃度高、處理難度大，往往出現(xiàn)處理不達標(biāo)和偷排現(xiàn)象，致使?jié)B濾液污染事件頻繁發(fā)生。
[0004]填埋氣中含有大量的甲烷及二氧化碳等溫室氣體，其中甲烷的溫室氣體效應(yīng)是二氧化碳的21倍，另外填埋氣中還有硫化氫、氨等組分，其產(chǎn)生的惡臭嚴(yán)重地影響了填埋場周邊的生活環(huán)境。
[0005]目前生活垃圾填埋場的滲濾液、填埋氣、土地三種資源的處理與利用模式都是單一的短鏈條發(fā)展模式。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了有效的解決生活垃圾填埋場的環(huán)境污染問題，提升其土地資源的價值，加速恢復(fù)與治理填埋場的生態(tài)環(huán)境，本發(fā)明提出了垃圾填埋場的協(xié)調(diào)處理。
[0007]根據(jù)垃圾填埋場的協(xié)調(diào)處理的一個方面，本發(fā)明提出了一種熱解-活化-燃燒-氣化一體爐，包括:燃燒單元；熱解氣化單元，利用來自燃燒單元的煙氣熱解炭化原料以生成炭化材料和熱解氣；活化單元，利用來自燃燒單元的高溫水蒸氣將來自熱解氣化單元的炭化材料活化以生產(chǎn)活性炭；以及干燥單元，干燥來自活化單元的活性炭。
[0008]有利的，所述干燥單元的干燥熱源包括來自燃燒單元的煙氣。
[0009]可選的，所述熱解氣化單元布置在燃燒單元的一側(cè)，所述活化單元和所述干燥單元設(shè)置在所述燃燒單元的另一側(cè)，且所述活化單元位于所述干燥單元的下方。進一步的，所述燃燒單元通過側(cè)壁向所述熱解氣化單元、所述活化單元和所述干燥單元中的至少一個傳遞熱量。
[0010]可選的，所述熱解氣化單元和所述活化單元布置在燃燒單元的一側(cè)，所述干燥單元設(shè)置在所述燃燒單元的另一側(cè)，且所述活化單元位于所述熱解氣化單元的下方。有利的，所述燃燒單元通過側(cè)壁向所述熱解氣化單元、所述活化單元和所述干燥單元中的至少一個傳遞熱量。
[0011]可選的，所述熱解氣化單元內(nèi)設(shè)置有中間布風(fēng)管，中間布風(fēng)管上設(shè)置有多個開口，與燃燒單元高溫?zé)煔鈸Q熱后的熱解氣或填埋氣通入到所述中間布風(fēng)管中；炭化原料從所述熱解氣化單元的下部或底部輸送到所述活化單元內(nèi)。
[0012]有利的，熱解-活化-燃燒-氣化一體爐還包括熱解氣回路，將從熱解氣化單元產(chǎn)生的部分熱解氣與空氣混合燃燒后引入到熱解氣化單元內(nèi)。
[0013]可選的，來自燃燒單元的煙氣經(jīng)過除塵凈化后通入到所述干燥單元內(nèi)。
[0014]可選的，熱解-活化-燃燒-氣化一體爐還包括將垃圾填埋場的至少部分填埋氣引入到燃燒單元內(nèi)燃燒的填埋氣置換引入管路。
[0015]可選的，熱解-活化-燃燒-氣化一體爐還包括將垃圾填埋場的至少部分填埋氣弓I入到活化單元中的填埋氣重整引入管路。
[0016]可選的，以上熱解-活化-燃燒-氣化一體爐還包括鄰近所述干燥單元設(shè)置的分離單元，將干燥后的活性炭分離為顆?；钚蕴亢蛿y帶在煙氣中的粉末活性炭。
[0017]根據(jù)垃圾填埋場的協(xié)調(diào)處理的另一個方面，本發(fā)明提出了一種垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)，包括:上述的熱解-活化-燃燒-氣化一體爐，其包括上述的分離單元；移動床凈水裝置，分離單元中分離的顆?；钚蕴孔陨戏竭M入所述移動床凈水裝置；將活性炭作為燃料從移動床凈水裝置下部輸送到燃燒單元的輸送路徑。
[0018]可選的，所述輸送路徑中包括去除從移動床凈水裝置出來的吸附污染物的活性炭中的水分的過濾器。
[0019]可選的，所述輸送路徑中設(shè)置有提供來自活化單元中的水蒸氣與去往燃燒單元的吸附污染物的活性炭之間的熱交換的熱交換器。
[0020]可選的，所述垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)還包括:混合裝置，連通在所述輸送路徑與所述燃燒單元的爐膛之間；空氣經(jīng)過與來自爐膛的煙氣換熱之后一部分通入所述混合裝置，另一部分從燃燒單元的下部直接通入燃燒單元的爐膛。
[0021]可選的，另外的燃料通入到所述混合裝置中。所述另外的燃料可包括從燃燒單元的煙氣中分離出的未燃盡顆粒和/或垃圾填埋場的填埋氣。
[0022]有利的，所述垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)還包括:位于所述垃圾填埋場中的能源植物種植區(qū)，利用能源植物作為所述炭化原料。所述能源植物可包括大豆、向日葵或蓖麻。
[0023]有利的，所述垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)還包括:灰渣輸送裝置，將來自燃燒單元的灰渣輸送到所述能源植物種植區(qū)。
[0024]有利的，所述垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)還包括:氣體凈化單元，利用從干燥單元獲得的活性炭凈化垃圾填埋場的填埋氣和/或獲得的熱解氣。
[0025]有利的，所述垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)還包括:合成裝置，用于將利用活性炭凈化后的熱解氣合成。
[0026]有利的，以上的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)還可包括:滲濾液調(diào)節(jié)池，來自垃圾填埋場的滲濾液容納在所述滲濾液調(diào)節(jié)池中；且所述滲濾液調(diào)節(jié)池中的滲濾液被引入到所述移動床凈水裝置的下部，處理后的滲濾液作為凈水從所述移動床凈水裝置的上部引出。進一步的，所述燃燒單元的爐膛內(nèi)設(shè)置有蒸發(fā)管路，所述蒸發(fā)管路提供到所述活化單元的高溫水蒸氣；從所述移動床凈水裝置的上部引出的凈水的至少一部分通入到所述蒸發(fā)管路中。從分離單元分離的粉末活性炭可隨煙氣一起通入到所述滲濾液調(diào)節(jié)池或氨氮吹脫設(shè)備中。來自活化單元的水蒸氣可通入到所述滲濾液調(diào)節(jié)池或氨氮汽提設(shè)備中。
[0027]根據(jù)垃圾填埋場的協(xié)調(diào)處理的再一個方面，本發(fā)明提出了一種活性炭制造方法，包括:熱量產(chǎn)生步驟:在燃燒單元中燃燒燃料以產(chǎn)生熱量；熱解氣化步驟:利用來自燃燒單元的熱量在熱解氣化單元中熱解炭化原料以生成炭化材料和熱解氣；活化步驟:將炭化材料置于活化單元中，并且向活化單元中通入高溫水蒸氣以生產(chǎn)活性炭，所述高溫水蒸氣由所述燃燒單元生成；以及干燥步驟:利用來自燃燒單元的煙氣干燥生產(chǎn)的活性炭。
[0028]有利的，所述熱量產(chǎn)生步驟包括在燃燒單元中燃燒垃圾填埋場的填埋氣。
[0029]有利的，所述活化步驟包括將來自垃圾填埋場的填埋氣與高溫水蒸氣同時通入到活化單元中。
[0030]有利的，還包括步驟:利用干燥后的活性炭處理污染物；以及將處理污染物后的活性炭作為燃料置于所述燃燒單元中。進一步的，所述污染物為垃圾填埋場的滲濾液和/或填埋氣。
[0031]有利的還包括炭化原料生成步驟:利用垃圾填埋場的土地資源種植能源植物，利用所述能源植物作為所述炭化原料。所述能源植物可包括大豆、向日葵或蓖麻。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]本發(fā)明的以上及其它目的和優(yōu)點當(dāng)結(jié)合附圖獲悉時將從以下優(yōu)選實施例的【具體實施方式】變得更加清楚呈現(xiàn)，其中:
[0033]圖1為示例性說明本發(fā)明的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理技術(shù)的原理的示意圖；
[0034]圖2為示例性說明本發(fā)明的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)中的物料和能量流程的示意圖；
[0035]圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)的示意圖，其中示出了熱解-活化-燃燒-氣化一體爐的一種結(jié)構(gòu)；
[0036]圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)的示意圖，其中示出了熱解-活化-燃燒-氣化一體爐的另一種結(jié)構(gòu)；
[0037]圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)中的熱解-活化-燃燒-氣化一體爐的工作流程示意圖；以及
[0038]圖6為示意性說明燃燒過程與活性炭制造過程之間的耦合的視圖。

【具體實施方式】
[0039]雖然將參照含有本發(fā)明的較佳實施例的附圖充分描述本發(fā)明，但在此描述之前應(yīng)了解本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可修改本文中所描述的發(fā)明，同時獲得本發(fā)明的技術(shù)效果。因此，須了解以上的描述對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言為一廣泛的揭示，且其內(nèi)容不在于限制本發(fā)明所描述的示例性實施例。
[0040]為了有效解決城市生活垃圾填埋場的滲濾液與填埋氣的污染問題，充分利用填埋場土地資源，本發(fā)明提出“系統(tǒng)協(xié)調(diào)處理技術(shù)”，其主要技術(shù)路線如下:
[0041]1.利用填埋場土地資源種植能源植物，果實可直接加工為化工品或生物燃料；
[0042]2.利用能源植物的大量秸桿制取水處理用的不同等級活性炭，產(chǎn)生的灰渣作為肥料返回土地；
[0043]3.利用大量的活性炭處理填埋場的滲濾液，滲濾液處理后凈水用于合成工藝、培養(yǎng)微藻或灌溉；
[0044]4.水處理使用后的活性炭燃燒氣化，為制取活性炭提供熱量，并為合成工藝補充合成氣、蒸汽；
[0045]5.活性炭轉(zhuǎn)化成的合成氣合并凈化后的填埋氣重整為合成氣，生產(chǎn)生物燃料。
[0046]此工藝將生物質(zhì)技術(shù)、環(huán)保技術(shù)、能源技術(shù)有機整合為一體，系統(tǒng)中物料、能量、組分實現(xiàn)自我平衡，通過對垃圾填埋場土地資源、滲濾液、填埋氣的系統(tǒng)協(xié)調(diào)處理，實現(xiàn)垃圾填埋場的土地、滲濾液、填埋氣資源的深度化綜合利用，將垃圾填埋場升級為高端能源中心，主要原理如圖1所示。主要原理為三條主線+ —個紐帶，實現(xiàn)了系統(tǒng)協(xié)調(diào)整合。
[0047]三條主線:
[0048](I)以土地資源為基礎(chǔ)，種植適合填埋場的能源植物，能源植物本身實現(xiàn)了生物固碳、生物固氮、富集重金屬等作用，加速填埋場及周邊的生態(tài)環(huán)境改善。果實可直接用于加工生物燃料。秸桿通過儲存、自然干燥處理、切塊、熱解-活化-燃燒-氣化一體爐的干燥處理等流程，用作活性炭的加工原料與燃料。
[0049](2)利用活性炭處理滲濾液，活性炭可在常規(guī)滲濾液處理工藝的預(yù)處理、深度處理中使用，吸附難降解有機物、氨氮、重金屬等，也可用于生物處理，形成生物活性炭，處理后的滲濾液將達到工藝用水標(biāo)準(zhǔn)，既可以灌溉、養(yǎng)殖微藻或直接排放，也可以用于生物燃料的合成工藝。處理滲濾液的流程優(yōu)選地可分為三步:1.將活性炭生產(chǎn)流程中產(chǎn)生的陶粒直接用于預(yù)處理過程，去除懸浮物、漂浮物及部分有機物，預(yù)處理后的滲濾液通入到滲濾液調(diào)節(jié)池；2.將粉末活性炭伴隨煙氣、水蒸氣直接進入滲濾液調(diào)節(jié)池，可實現(xiàn)除臭、脫色、吸附重金屬、難生物降解有機物，又可以實現(xiàn)氨氮的脫除，充分利用了吹脫與汽提技術(shù)的優(yōu)點，同時避免了能量的消耗；3.將顆?；钚蕴恐苯舆M入凈水裝置——移動床水處理裝置，實現(xiàn)對來自滲濾液調(diào)節(jié)池的滲濾液的高效地深度凈化。上述3步中吸附污染后的活性炭，在經(jīng)過脫水、干燥后，將作為燃料返回?zé)峤?活化一燃燒-氣化一體爐。
[0050](3)填埋氣利用的一種流程為:首先部分填埋氣用作熱解-活化-燃燒-氣化一體爐的燃料，與熱解氣進行置換；其次由于填埋氣富含甲烷與二氧化碳，含碳比例較高，而熱解氣含氫比例高，將兩者通過凈化單元、重整單元后合成為碳?xì)浔瓤烧{(diào)且比例合適的合成氣；最后利用合成單元合成生物燃料，既可以利用費托合成直接制取生物柴油，也可將合成氣先催化轉(zhuǎn)化為甲醇，通過甲醇合成下游的生物燃料及化工品，例如合成二甲醚(DME)、乙醇、聚甲氧基二甲醚(DMM3_8)，工藝過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣可與滲濾液合并處理。另外，填埋氣利用的另一種流程可以選擇將填埋氣最大量與熱解氣進行置換，由于熱解氣雜質(zhì)含量少、氫組分高、熱值高，可以利用置換出的熱解氣進行高效潔凈發(fā)電。
[0051]一個紐帶:
[0052]生產(chǎn)活性炭的熱解-活化-燃燒-氣化一體爐為整個系統(tǒng)的核心。爐體分為四個單元:燃燒單元、熱解氣化單元、活化單元及干燥(分離)單元。
[0053]燃燒單元通過燃燒填埋氣、吸附污染物的活性炭及廢棄生物質(zhì)或褐煤等產(chǎn)生熱量與高溫蒸汽、高溫?zé)煔?，向熱解氣化單元提供高溫?zé)煔馀c熱量，向活化單元提供高溫水蒸汽與熱量，向干燥分離單元提供煙氣與熱量。填埋氣、廢棄活性炭與生物質(zhì)進入燃燒單元前，將與部分煙氣進行換熱，提升燃料的溫度，減低燃料的含水率；同樣空氣進入燃燒單元也與煙氣換熱，提升其溫度。燃燒后產(chǎn)生煙氣經(jīng)過凈化、除塵進入其它單元，產(chǎn)生的灰渣可用于填埋場的土壤改良或滲濾液預(yù)處理。燃燒單元可采用循環(huán)流化床結(jié)構(gòu)，爐膛截面為矩形，內(nèi)部側(cè)壁布置過熱蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生活化單元所需高溫水蒸汽，其外部設(shè)置有旋風(fēng)分離器、換熱器、除塵凈化裝置等。燃燒單元的燃料包括經(jīng)過水處理后的顆?；钚蕴?、活性炭污泥、填埋氣、生物質(zhì)、城市生活垃圾、煤等，產(chǎn)生蒸汽的水來自滲濾液經(jīng)深度處理后的凈水。燃燒單元產(chǎn)生的煙氣通過旋風(fēng)分離器后與燃料及空氣換熱，換熱后除塵凈化，最后通入滲濾液調(diào)節(jié)池，灰渣可返回填埋場。
[0054]熱解氣化單元用于生物質(zhì)或褐煤等原料的熱解與氣化，產(chǎn)生高含氫量的熱解氣。熱解氣化單元由填埋氣和熱解氣與燃燒單元的高溫?zé)煔夂筒糠秩紵臒峤鈿鈸Q熱后產(chǎn)生的高溫氣體作為氣體熱載體，對熱解原料實施無氧環(huán)境的可控快速加熱，實現(xiàn)熱解原料的高效炭化。利用單元內(nèi)部原料的布置與進風(fēng)通道的協(xié)調(diào)，熱解氣在單元內(nèi)部實現(xiàn)部分凈化，減少焦油成分的產(chǎn)生。熱解氣抽出后，經(jīng)過活性炭凈化處理后，部分通入空氣進行部分燃燒，進一步提升溫度并裂解焦油組分以及為熱解氣化單元提供高溫?zé)煔?，部分高溫?zé)峤鈿夥祷責(zé)峤鈿饣瘑卧硪徊糠指邷責(zé)峤鈿膺M入生物燃料的合成單元，為重整過程直接輸入熱量與含氫組分，或?qū)⒏邷責(zé)峤鈿馀c熱解原料換熱后，直接用于發(fā)電。熱解氣化單元可采用移動床結(jié)構(gòu)，內(nèi)部沿水平方向通過耐火蓄熱材料隔離為上下相通的若干通道，通道中間布置通風(fēng)管，如圖3-4中熱解氣化單元中間的管道，與燃燒單元高溫?zé)煔鈸Q熱后的熱解氣或填埋氣通過通風(fēng)管及熱解氣化單元底部為炭化原料提供熱量，并吹動物料流動，防止結(jié)塊。同時，燃燒單元通過其側(cè)壁與熱解氣化單元內(nèi)部通道隔離壁，以導(dǎo)熱的形式將熱量傳導(dǎo)給物料。炭化原料由上部進料，通過加熱在底部形成炭化后材料，為活化單元提供活化所需物料。炭化過程產(chǎn)生的熱解氣由上部抽出，經(jīng)過凈化后大部分以合成氣形式輸送至合成工藝單元(或合成裝置)或發(fā)電，其余部分與燃燒單元高溫?zé)煔鈸Q熱后通過通風(fēng)管及熱解氣化單元底部加熱炭化原料。
[0055]活化單元用于活化經(jīng)過熱解炭化材料。利用燃燒單元產(chǎn)生的高溫水蒸汽和熱量活化炭化材料，處理后產(chǎn)生的活性炭進入干燥分離單元。處理過程產(chǎn)生的廢棄高溫水蒸氣含有粉末活性炭，經(jīng)過與燃燒單元的燃料換熱后，通入滲濾液調(diào)節(jié)池和/或氨氮汽提設(shè)備中，用于滲濾液中氨氮的汽提與氨氮吸附?；罨瘑挝豢刹捎霉潭ù步Y(jié)構(gòu)，活化所需熱量一部分由燃燒單元的側(cè)壁提供，一部分由高溫水蒸氣提供。炭化后的物料由熱解氣化單元底部進入活化單元，高溫水蒸汽由底部進氣，使用后的水蒸氣伴隨部分粉末活性炭排出至滲濾液調(diào)節(jié)池與氨氮汽提設(shè)備，活化后的活性炭提升至分離干燥單元。
[0056]干燥分離單元用于干燥活性炭與分離出粉末活性炭與顆粒活性炭。干燥分離單元采用循環(huán)流化床技術(shù)，利用燃燒單元產(chǎn)生的煙氣對各類尺寸活性炭進行不同程度的干燥處理?；钚蕴吭谛L(fēng)分離器中分離出粉末活性炭與顆?；钚蕴浚渲蟹勰┗钚蕴颗c煙氣進入滲濾液調(diào)節(jié)池和/或氨氮吹脫設(shè)備中，吹脫氨氮與吸附重金屬、難降解有機物等；而顆?；钚蕴窟M入儲罐，通過儲罐的緩沖與調(diào)控，進入滲濾液深度處理的移動床凈化單元。分離干燥單元后部可布置旋風(fēng)分離器。干燥所需熱量一部分由燃燒單元的側(cè)壁提供，一部分由凈化除塵后的煙氣提供。煙氣由底部供氣，活性炭從底部進料。經(jīng)過旋風(fēng)分離器的分離，粉末活性炭隨煙氣排出后通入滲濾液調(diào)節(jié)池，大顆粒活性炭返回分離干燥單元底部，其余進入活性炭儲罐。
[0057]如圖5中所示，熱解-活化-燃燒-氣化一體爐通過系統(tǒng)協(xié)同處理，將能源植物產(chǎn)生的生物質(zhì)轉(zhuǎn)為成了土壤的改良劑，將滲濾液凈化達標(biāo)水或合成工藝用水，將填埋氣置換成清潔、高熱值、高含氫量的熱解氣，內(nèi)部實現(xiàn)能量的自我平衡與梯級利用，組分進行了重組，適合于深度資源化利用，為合成工藝或發(fā)電提供了高價值的原料氣。同時由于整個過程以活性炭為載體，全過程為物理處理過程，實現(xiàn)了污染物的完全脫除，系統(tǒng)中產(chǎn)生的活性炭量大且可再生，能夠保證系統(tǒng)的高效運行。
[0058]熱解-活化-燃燒-氣化一體爐主要目的在于通過燃燒與活性炭制備兩個流程的耦合，實現(xiàn)將富含能量的污染物轉(zhuǎn)為清潔的燃料，同時實現(xiàn)對污染物的治理。
[0059]燃燒流程包括填埋氣(部分)、廢棄活性炭、生物質(zhì)、垃圾、褐煤等低品位或含污染物的燃料的燃燒，提供熱量與高溫蒸汽，煙氣余熱實現(xiàn)梯級利用，最后實現(xiàn)煙氣凈化與固態(tài)殘渣的無害化利用。
[0060]活性炭制備流程包括熱解活化生物質(zhì)生產(chǎn)活性炭或再生使用后的活性炭，同時將凈化后填埋氣弓I入熱解活化過程中，與熱解合并重整為合成氣。
[0061]上述兩個流程耦合關(guān)系如圖6所示，同時實現(xiàn)了填埋氣重整置換為合成氣，重整置換的主要機理包括兩方面:
[0062]置換機理:通過燃燒填埋氣，為熱解活化流程提供熱量，生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的熱解氣富含CO與H2,實現(xiàn)了直接置換。
[0063]重整機理:在熱解活化流程中，將填埋氣與高溫水蒸汽同時通入活化原料中，以活性炭、炭粉等為催化劑，將填埋氣中甲烷重整為合成氣，并以高溫水蒸氣與填埋氣的CO2為活化劑，去除活性炭上的沉積炭，保持與強化活性炭的活性。
[0064]基于以上內(nèi)容，如圖2中所示，本發(fā)明提出了一種熱解-活化-燃燒-氣化一體爐，包括:燃燒單元；熱解氣化單元，利用來自燃燒單元的煙氣熱解炭化原料以生成炭化材料和熱解氣；活化單元，利用來自燃燒單元的高溫水蒸氣將來自熱解氣化單元的炭化材料活化以生產(chǎn)活性炭；以及干燥單元，干燥來自活化單元的活性炭。有利的，所述干燥單元的干燥熱源包括來自燃燒單元的煙氣。
[0065]可選的，如圖3中所示，所述熱解氣化單元布置在燃燒單元的一側(cè)，所述活化單元和所述干燥單元設(shè)置在所述燃燒單元的另一側(cè)，且所述活化單元位于所述干燥單元的下方。進一步的,所述燃燒單元通過側(cè)壁向所述熱解氣化單元、所述活化單元和所述干燥單元中的至少一個傳遞熱量。在圖3中，雖然未示出，但是可以利用垃圾填埋場的填埋氣將熱解氣化單元下部排出的炭化材料吹送到活化單元中，在活化單元中，如后面將提及的，可以熱解氣、填埋氣可以被重整為合成氣。
[0066]可選的，如圖4中所示，所述熱解氣化單元和所述活化單元布置在燃燒單元的一偵牝所述干燥單元設(shè)置在所述燃燒單元的另一側(cè)，且所述活化單元位于所述熱解氣化單元的下方。有利的，所述燃燒單元通過側(cè)壁向所述熱解氣化單元、所述活化單元和所述干燥單元中的至少一個傳遞熱量。在圖4中，熱解氣化單元下部排出的炭化材料直接進入到活化單元中，在活化單元中，如后面將提及的，可以熱解氣、填埋氣可以被重整為合成氣。
[0067]可選的，所述熱解氣化單元內(nèi)設(shè)置有中間布風(fēng)管，中間布風(fēng)管上設(shè)置有多個開口，與燃燒單元高溫?zé)煔鈸Q熱后的熱解氣或填埋氣通入到所述中間布風(fēng)管中；炭化原料從所述熱解氣化單元的下部或底部輸送到所述活化單元內(nèi)。
[0068]有利的，如圖3和4中所示，熱解-活化-燃燒-氣化一體爐還包括熱解氣回路，將從熱解氣化單元產(chǎn)生的部分熱解氣與空氣混合燃燒后引入到熱解氣化單元內(nèi)。
[0069]可選的，如圖4中所示，來自燃燒單元的煙氣經(jīng)過除塵凈化后通入到所述干燥單元內(nèi)。
[0070]可選的，熱解-活化-燃燒-氣化一體爐還包括將垃圾填埋場的至少部分填埋氣引入到燃燒單元內(nèi)燃燒的填埋氣置換引入管路。
[0071]可選的，熱解-活化-燃燒-氣化一體爐還包括將垃圾填埋場的至少部分填埋氣弓I入到活化單元中的填埋氣重整引入管路。
[0072]可選的，如圖3和4中所示，以上熱解-活化-燃燒-氣化一體爐還包括鄰近所述干燥單元設(shè)置的分離單元，將干燥后的活性炭分離為顆粒活性炭和攜帶在煙氣中的粉末活性炭。
[0073]根據(jù)垃圾填埋場的協(xié)調(diào)處理的另一個方面，本發(fā)明提出了一種垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)，如圖2-5中所示，該系統(tǒng)包括:上述的熱解-活化-燃燒-氣化一體爐，其包括上述的分離單元；移動床凈水裝置(凈水塔)，分離單元中分離的顆?；钚蕴孔陨戏竭M入所述移動床凈水裝置；將活性炭作為燃料從移動床凈水裝置下部輸送到燃燒單元的輸送路徑。
[0074]可選的，所述輸送路徑中包括去除從移動床凈水裝置出來的吸附污染物的活性炭中的水分的過濾器。
[0075]可選的，所述輸送路徑中設(shè)置有提供來自活化單元中的水蒸氣與去往燃燒單元的吸附污染物的活性炭之間的熱交換的熱交換器。
[0076]可選的，所述垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)還包括:混合裝置，連通在所述輸送路徑與所述燃燒單元的爐膛之間；空氣經(jīng)過與來自爐膛的煙氣換熱之后一部分通入所述混合裝置，另一部分從燃燒單元的下部直接通入燃燒單元的爐膛。
[0077]可選的，另外的燃料通入到所述混合裝置中。所述另外的燃料可包括從燃燒單元的煙氣中分離出的未燃盡顆粒和/或垃圾填埋場的填埋氣。
[0078]有利的，所述垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)還包括:位于所述垃圾填埋場中的能源植物種植區(qū)，利用能源植物作為所述炭化原料。所述能源植物可包括大豆、向日葵或蓖麻。
[0079]有利的，所述垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)還包括:灰渣輸送裝置，將來自燃燒單元的灰渣輸送到所述能源植物種植區(qū)。
[0080]有利的，所述垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)還包括:氣體凈化單元，利用從干燥單元獲得的活性炭凈化垃圾填埋場的填埋氣和/或獲得的熱解氣。
[0081]有利的，所述垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)還包括:合成裝置，用于將利用活性炭凈化后的熱解氣合成。
[0082]有利的，以上的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)還可包括:滲濾液調(diào)節(jié)池，來自垃圾填埋場的滲濾液容納在所述滲濾液調(diào)節(jié)池中；且所述滲濾液調(diào)節(jié)池中的滲濾液被引入到所述移動床凈水裝置的下部，處理后的滲濾液作為凈水從所述移動床凈水裝置的上部引出。進一步的，所述燃燒單元的爐膛內(nèi)設(shè)置有蒸發(fā)管路，所述蒸發(fā)管路提供到所述活化單元的高溫水蒸氣；從所述移動床凈水裝置的上部引出的凈水的至少一部分通入到所述蒸發(fā)管路中。從分離單元分離的粉末活性炭可隨煙氣一起通入到所述滲濾液調(diào)節(jié)池或氨氮吹脫設(shè)備中。來自活化單元的水蒸氣可通入到所述滲濾液調(diào)節(jié)池或氨氮汽提設(shè)備中。
[0083]根據(jù)垃圾填埋場的協(xié)調(diào)處理的再一個方面，本發(fā)明提出了一種活性炭制造方法，包括:熱量產(chǎn)生步驟:在燃燒單元中燃燒燃料以產(chǎn)生熱量；熱解氣化步驟:利用來自燃燒單元的熱量在熱解氣化單元中熱解炭化原料以生成炭化材料和熱解氣；活化步驟:將炭化材料置于活化單元中，并且向活化單元中通入高溫水蒸氣以生產(chǎn)活性炭，所述高溫水蒸氣由所述燃燒單元生成；以及干燥步驟:利用來自燃燒單元的煙氣干燥生產(chǎn)的活性炭。
[0084]有利的，所述熱量產(chǎn)生步驟包括在燃燒單元中燃燒垃圾填埋場的填埋氣。
[0085]有利的，所述活化步驟包括將來自垃圾填埋場的填埋氣與高溫水蒸氣同時通入到活化單元中。
[0086]有利的，還包括步驟:利用干燥后的活性炭處理污染物；以及將處理污染物后的活性炭作為燃料置于所述燃燒單元中。進一步的，所述污染物為垃圾填埋場的滲濾液和/或填埋氣。
[0087]有利的還包括炭化原料生成步驟:利用垃圾填埋場的土地資源種植能源植物，利用所述能源植物作為所述炭化原料。所述能源植物可包括大豆、向日葵或蓖麻。
[0088]在本發(fā)明中，熱解活化燃燒氣化一體爐由于采用整體化的設(shè)計思路，分別采用循環(huán)流化床、移動床、固定床等技術(shù)，因此形成了燃料與原料適應(yīng)性強、能耗低、操作環(huán)境安全、易調(diào)控、污染物負(fù)排放、低成本等如下特點。
[0089]1.燃燒單元與熱解氣化單元、活化單元及干燥分離單元的一體化，減少了燃燒單元的熱量損耗，保證了熱量能夠有效的輸送到其它三個需要熱量的單元。
[0090]2.采用分步多級換熱，充分利用煙氣與蒸汽的余熱為燃燒單元的燃料與空氣加熱，保證整體系統(tǒng)的高效運行。
[0091]3.整個系統(tǒng)的產(chǎn)出物所攜帶的余熱為后續(xù)工藝所必需，如合成氣自身的熱量將保證合成工藝或發(fā)電所需熱量，活化單元的水蒸氣余熱用于滲濾液氨氮處理的汽提，干燥分離單元的煙氣余熱用于滲濾液氨氮處理的吹脫。
[0092]4.活性炭實現(xiàn)了分級利用，粉末活性炭用于脫除氨氮、吸附重金屬及難生物降解有機物，顆粒活性炭用于滲濾液深度凈化與熱解氣凈化，使用后的活性炭既可再生也可作為燃料，保證了系統(tǒng)的能量與物料平衡。
[0093]5.由于系統(tǒng)中活性炭作為污染物脫除載體，且粉末活性炭使用環(huán)境易產(chǎn)生粉塵污染，因此暴露使用會產(chǎn)生人體危害。而本系統(tǒng)中活性炭的操作環(huán)境為全過程封閉，特別是粉末活性炭全部采用氣力輸送，直接進入滲濾液，不產(chǎn)生人為接觸。
[0094]6.燃燒單元采用循環(huán)流化床技術(shù)，燃料適應(yīng)性非常強，包括使用后的活性炭及其污泥、生物質(zhì)、填埋氣、城市生活垃圾、褐煤等，能夠更廣泛的保證系統(tǒng)的燃料來源。
[0095]7.熱解氣化單元能夠接受各類原料，包括使用后的活性炭、生物質(zhì)、褐煤、城市生活垃圾等。
[0096]8.熱解氣為高熱值且含氫量高的合成氣，可與填埋氣進行置換，實現(xiàn)能量品位的提升與成分組成的改善，為合成工藝或發(fā)電提供清潔、高品位的原料氣。
[0097]9.由于整個系統(tǒng)四個單元之間不存在強關(guān)聯(lián)性，四個單元都可在一定范圍內(nèi)獨立調(diào)控，因此系統(tǒng)的操控容易，適用于寬工況范圍的調(diào)節(jié)。
[0098]10.系統(tǒng)實現(xiàn)了污染物的負(fù)排放，由于熱解活化燃燒氣化一體爐中活性炭是滲濾液中的污染物脫除載體，對滲濾液與排放的煙氣可實現(xiàn)深度凈化，而灰渣將返回填埋場用于土壤改良。因此系統(tǒng)不對外部產(chǎn)生任何氣固液污染，相反還可對填埋場周邊的水體與氣體污染物進行凈化處理。
[0099]11.熱解活化燃燒氣化一體爐的規(guī)模擴展性與功能兼容強。其既可以適應(yīng)大規(guī)模的滲濾液處理，也可采用簡化結(jié)構(gòu)適應(yīng)小規(guī)模的滲濾液處理；同時可與填埋氣發(fā)電、合成裝置實現(xiàn)功能銜接，又能與填埋場已有滲濾液處理設(shè)備兼容。
[0100]12.熱解活化燃燒氣化一體爐采用耐火材料整體構(gòu)建而成，結(jié)構(gòu)簡單、材料消耗少且成本低，系統(tǒng)的建設(shè)成本優(yōu)勢顯著。
[0101]13.熱解活化燃燒氣化一體爐的燃料與原料采用垃圾填埋場就地取材，或使用低成本的廢棄生物質(zhì)及褐煤，因此其運行成本非常低。
[0102]利用本發(fā)明的技術(shù)方案，至少可以獲得如下技術(shù)效果之一:
[0103](I)實現(xiàn)了對垃圾填埋場土地、滲濾液、填埋氣資源的系統(tǒng)集成處理與深度資源化利用，徹底解決滲濾液無法高效經(jīng)濟潔凈的處理難題?，F(xiàn)有技術(shù)中，因為活性炭成本高，一般都不用其處理滲濾液。但是，在本發(fā)明的工藝中活性炭僅僅是整個系統(tǒng)中的附加產(chǎn)物與污染物脫除載體，既不存在成本過高的影響，也能有效地融入到現(xiàn)有的滲濾液處理與生物燃料合成工藝中，徹底消除了滲濾液(特別是濃縮滲濾液)的環(huán)境污染問題。
[0104](2)加速改善了垃圾填埋場及周邊的生態(tài)環(huán)境。通過在垃圾填埋場上大規(guī)模種植各類能源植物，既能滿足美化環(huán)境景觀，又能提供制取活性炭的原料，極大降低了滲濾液的處理成本。更重要的是組合利用不同植物的生物固碳、生物固氮、富集重金屬等特點，實現(xiàn)快速降低填埋場中的難降解有機物、高氨氮、重金屬的含量，有利于加速改善與恢復(fù)填埋場的生態(tài)環(huán)境。
[0105](3)整個系統(tǒng)中的物料、能量自我平衡，且工藝中的生產(chǎn)設(shè)備通用性強，與傳統(tǒng)煤化工、石油化工的技術(shù)路線相比，其原料、水、技術(shù)裝備等單位成本都低于傳統(tǒng)化石能源工藝，因此其最終產(chǎn)品——生物燃料對比傳統(tǒng)化石能源具有非常大的成本優(yōu)勢。以2平方公里的生活垃圾填埋場示范單元為例，其年產(chǎn)生物質(zhì)達4000噸，如合并計算進場農(nóng)林園林廢棄生物質(zhì),產(chǎn)量還將翻倍,將產(chǎn)生足夠的用于水處理的生物質(zhì)活性炭；同時滲濾液每天出水量高達400噸，水資源豐富，可用于合成工藝提供凈水及水蒸氣，或用于能源植物的灌溉，避免對外排放；全年產(chǎn)填埋氣1600萬立方米，合并生物質(zhì)氣化后產(chǎn)生的合成氣資源，將充分保證年產(chǎn)萬噸生物燃料。
[0106](4)此工藝發(fā)展基于垃圾填埋氣的生物燃料合成技術(shù)，這樣能夠迅速彌補我國在生物燃料供給上的巨大缺口。
[0107](5)真正實現(xiàn)甲烷、二氧化碳等溫室氣體的減排，達到了生物固碳目的。
[0108]在詳細(xì)說明本發(fā)明的較佳實施例之后，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可清楚的了解，在不脫離隨附權(quán)利要求的保護范圍與精神下可進行各種變化與改變。
【權(quán)利要求】
1.一種熱解-活化-燃燒-氣化一體爐，包括: 燃燒單元； 熱解氣化單元，利用來自燃燒單元的煙氣熱解炭化原料以生成炭化材料和熱解氣； 活化單元，利用來自燃燒單元的高溫水蒸氣將來自熱解氣化單元的炭化材料活化以生產(chǎn)活性炭；以及 干燥單元，干燥來自活化單元的活性炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱解-活化-燃燒-氣化一體爐，其中: 所述干燥單元的干燥熱源包括來自燃燒單元的煙氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱解-活化-燃燒-氣化一體爐，其中: 所述熱解氣化單元布置在燃燒單元的一側(cè)，所述活化單元和所述干燥單元設(shè)置在所述燃燒單元的另一側(cè)，且所述活化單元位于所述干燥單元的下方。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱解-活化-燃燒-氣化一體爐,其中: 所述燃燒單元通過側(cè)壁向所述熱解氣化單元、所述活化單元和所述干燥單元中的至少一個傳遞熱量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱解-活化-燃燒-氣化一體爐，其中: 所述熱解氣化單元和所述活化單元布置在燃燒單元的一側(cè)，所述干燥單元設(shè)置在所述燃燒單元的另一側(cè)，且所述活化單元位于所述熱解氣化單元的下方。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱解-活化-燃燒-氣化一體爐,其中: 所述燃燒單元通過側(cè)壁向所述熱解氣化單元、所述活化單元和所述干燥單元中的至少一個傳遞熱量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱解-活化-燃燒-氣化一體爐，其中: 所述熱解氣化單元內(nèi)設(shè)置有中間布風(fēng)管，中間布風(fēng)管上設(shè)置有多個開口，與燃燒單元高溫?zé)煔鈸Q熱后的熱解氣或填埋氣通入到所述中間布風(fēng)管中； 炭化原料從所述熱解氣化單元的下部或底部輸送到所述活化單元內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱解-活化-燃燒-氣化一體爐，還包括: 熱解氣回路，將從熱解氣化單元產(chǎn)生的部分熱解氣與空氣混合燃燒后引入到熱解氣化單元內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱解-活化-燃燒-氣化一體爐，其中: 來自燃燒單元的煙氣經(jīng)過除塵凈化后通入到所述干燥單元內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱解-活化-燃燒-氣化一體爐，還包括: 將垃圾填埋場的至少部分填埋氣引入到燃燒單元內(nèi)燃燒的填埋氣置換引入管路。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱解-活化-燃燒-氣化一體爐，還包括: 將垃圾填埋場的至少部分填埋氣引入到活化單元中的填埋氣重整引入管路。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項所述的熱解-活化-燃燒-氣化一體爐，還包括: 分離單元，鄰近所述干燥單元設(shè)置，將干燥后的活性炭分離為顆?；钚蕴亢蛿y帶在煙氣中的粉末活性炭。
13.一種垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)，包括: 根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱解-活化-燃燒-氣化一體爐； 移動床凈水裝置，分離單元中分離的顆?；钚蕴孔陨戏竭M入所述移動床凈水裝置； 將活性炭作為燃料從移動床凈水裝置下部輸送到燃燒單元的輸送路徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)，其中: 所述輸送路徑中包括去除從移動床凈水裝置出來的吸附污染物的活性炭中的水分的過濾器。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)，其中: 所述輸送路徑中設(shè)置有提供來自活化單元中的水蒸氣與去往燃燒單元的吸附污染物的活性炭之間的熱交換的熱交換器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)，其中: 所述垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)還包括:混合裝置，連通在所述輸送路徑與所述燃燒單元的爐膛之間； 空氣經(jīng)過與來自爐膛的煙氣換熱之后一部分通入所述混合裝置，另一部分從燃燒單元的下部直接通入燃燒單元的爐膛。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)，其中: 另外的燃料通入到所述混合裝置中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)，其中: 所述另外的燃料包括從燃燒單元的煙氣中分離出的未燃盡顆粒和/或垃圾填埋場的填埋氣。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)，還包括: 位于所述垃圾填埋場中的能源植物種植區(qū)，利用能源植物作為所述炭化原料。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)，其中: 所述能源植物包括大豆、向日葵或蓖麻。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)，還包括: 灰渣輸送裝置，將來自燃燒單元的灰渣輸送到所述能源植物種植區(qū)。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)，還包括: 氣體凈化單元，利用從干燥單元獲得的活性炭凈化垃圾填埋場的填埋氣和/或獲得的熱解氣。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)，還包括: 合成裝置，用于將利用活性炭凈化后的熱解氣合成。
24.根據(jù)權(quán)利要求13-23中任一項所述的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)，其中: 所述垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)還包括:滲濾液調(diào)節(jié)池，來自垃圾填埋場的滲濾液容納在所述滲濾液調(diào)節(jié)池中； 所述滲濾液調(diào)節(jié)池中的滲濾液被引入到所述移動床凈水裝置的下部，處理后的滲濾液作為凈水從所述移動床凈水裝置的上部引出。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)，其中: 所述燃燒單元的爐膛內(nèi)設(shè)置有蒸發(fā)管路，所述蒸發(fā)管路提供到所述活化單元的高溫水蒸氣； 從所述移動床凈水裝置的上部引出的凈水的至少一部分通入到所述蒸發(fā)管路中。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)，其中: 從分離單元分離的粉末活性炭隨煙氣一起通入到所述滲濾液調(diào)節(jié)池或氨氮吹脫設(shè)備中。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的垃圾填埋場協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)，其中: 來自活化單元的水蒸氣通入到所述滲濾液調(diào)節(jié)池或氨氮汽提設(shè)備中。
28.一種活性炭制造方法，包括: 熱量產(chǎn)生步驟:在燃燒單元中燃燒燃料以產(chǎn)生熱量； 熱解氣化步驟:利用來自燃燒單元的熱量在熱解氣化單元中熱解炭化原料以生成炭化材料和熱解氣； 活化步驟:將炭化材料置于活化單元中，并且向活化單元中通入高溫水蒸氣以生產(chǎn)活性炭，所述高溫水蒸氣由所述燃燒單元生成；以及 干燥步驟:利用來自燃燒單元的煙氣干燥生產(chǎn)的活性炭。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中: 所述熱量產(chǎn)生步驟包括在燃燒單元中燃燒垃圾填埋場的填埋氣。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中: 所述活化步驟包括將來自垃圾填埋場的填埋氣與高溫水蒸氣同時通入到活化單元中。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，還包括步驟: 利用干燥后的活性炭處理污染物；以及 將處理污染物后的活性炭作為燃料置于所述燃燒單元中。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中: 所述污染物為垃圾填埋場的滲濾液和/或填埋氣。
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，還包括: 炭化原料生成步驟:利用垃圾填埋場的土地資源種植能源植物，利用所述能源植物作為所述炭化原料。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中: 所述能源植物包括大豆、向日葵或蓖麻。
【文檔編號】C01B3/34GK104229797SQ201310227577
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月8日
【發(fā)明者】夏紅德, 朱治平, 于曠世, 馬人熊, 呂清剛, 高鳴 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所