利用城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物制備氫氣和營養(yǎng)液的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物制備氫氣和營養(yǎng)液的方法，包括如下步驟：步驟1，對垃圾進行分揀，將非厭氧發(fā)酵原料分離除去；步驟2，將原料打碎，利用工業(yè)醋酸或者石灰水處理，調節(jié)pH值；步驟3，將打碎的可發(fā)酵原料，與水混合發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣；步驟4，將沼氣脫硫、脫碳；步驟5，向沼氣精脫硫；步驟6，甲烷與水蒸氣反應，生成H2和CO；步驟7，CO與水蒸氣反應，生成H2和CO2；步驟8，由壓縮機輸送脫碳塔，與強堿反應，生成碳酸鹽；步驟9，將沼液經(jīng)過過濾、濃縮，然后用塑料桶分裝后，即可。本發(fā)明的方法減少了氣體和土壤的污染，同時生成的營養(yǎng)液為無土種植提供營養(yǎng)，促進有機蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為農(nóng)戶增加收入。
【專利說明】利用城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物制備氫氣和營養(yǎng)液的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及生物能源應用【技術領域】，具體地，涉及一種利用城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物制備氫氣和營養(yǎng)液的方法。

【背景技術】
[0002]隨著人類的不斷發(fā)展和進步以及環(huán)保意識的加強，城市垃圾中所含的廢棄物的種類越來越多，城市垃圾的處理越來越受到世界環(huán)保組織和各國環(huán)保組織的重視。據(jù)統(tǒng)計，我國每年我國城市和鄉(xiāng)村每年產(chǎn)出生活垃圾高達4.45億噸，其中657座城市產(chǎn)出垃圾1.65億噸，農(nóng)村地區(qū)產(chǎn)出2.8億噸。城市生活垃圾處理率為91.1%，垃圾簡單堆放，侵占大量土地，造成嚴重的污染，有些地區(qū)已經(jīng)帶來高發(fā)的癌癥病例。傳統(tǒng)的垃圾處理方式中，衛(wèi)生填埋法:因占地面積達，處理費用高，浪費大量土地資源，而適用價值逐漸降低。堆肥法:因有機物的利用不完全，肥料成分復雜，減量化較小等原因，將逐步被淘汰。垃圾的焚燒發(fā)電因其具有許多獨特的優(yōu)點將逐步成為城市成活垃圾無害化處理的主流。主要表現(xiàn)在:垃圾經(jīng)焚燒處理后，垃圾中的病原體徹底消滅，燃燒過程中產(chǎn)生的有害體和煙塵經(jīng)處理后達到排放標準，無害化程度高；垃圾經(jīng)焚燒后可減重80%以上，減量效果明顯，節(jié)約了大量的土地資源；尾氣、熱能可充分回收和利用。現(xiàn)有技術中的垃圾焚燒是一個垃圾接收-垃圾儲存-焚燒爐投料-焚燒爐焚燒-蒸汽鍋爐-蒸汽發(fā)電等工藝。現(xiàn)有技術中由于采用垃圾直接分手啊的處理方法，普遍存在設備普遍運行效果差，各項指標長期達不到涉及的要求。現(xiàn)有技術中平均垃圾電能熱回收只在7%左右，垃圾減容率為70%左右，二口惡英排放濃度長期不達標；爐渣中可燃物含量依然在10%以上，受垃圾水分和發(fā)熱值限制，長期添加大量的助燃物質或重油，添加量高達20%以上，大幅度提高了處理的成本，尾氣中漂浮物和重金屬較高，長期不達標。垃圾焚燒爐處理運行費用高，同時尾氣及爐渣的二次污染問題至今尚未完成解決，阻礙了整個技術的推廣及應用。


【發(fā)明內容】

[0003]針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供利用城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物制備氫氣和營養(yǎng)液的方法。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明提供了一種利用城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物制備氫氣和營養(yǎng)液的方法，所述方法包括如下步驟:
[0006]步驟1，對垃圾進行分揀，將垃圾中非厭氧發(fā)酵原料分離除去；
[0007]步驟2，將可發(fā)酵原料經(jīng)過破碎機打碎，可以用工業(yè)醋酸或者石灰水處理，調節(jié)pH值；
[0008]步驟3，將打碎的可發(fā)酵原料，與水混合，調節(jié)總固體物質的重量百分比濃度為8?12%，進入?yún)捬醢l(fā)酵罐，35±2°C下進行濕式發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣；或調節(jié)總固體物質的重量百分比濃度為20?35%，進入?yún)捬醢l(fā)酵罐，55±2°C下進行干式發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣；
[0009]同時，利用農(nóng)業(yè)廢棄物制備沼氣和碳酸鹽；
[0010]步驟4，將所述沼氣依次進行脫硫化氫處理和脫出二氧化碳處理，使得處理后的沼氣的主要成分為甲烷和水蒸氣；
[0011 ] 所述脫硫化氫處理為通過氧化鐵干式脫硫或碳酸鈉濕式脫硫化氫；
[0012]所述脫出二氧化碳處理為通過脫碳塔脫碳；
[0013]步驟5，在CO-Mo或者N1-Mo催化劑作用下，向沼氣中加氫進行精脫硫；
[0014]步驟6，在轉換爐內，甲烷與水蒸氣反應，生成H2和CO ；
[0015]步驟7，將CO與水蒸氣反應，生成H2和CO2 ；
[0016]步驟8，將步驟7生成的H2和CO2由壓縮機輸送到MDEA/DEA/MEA脫碳塔，脫去二氧化碳，與所述沼氣中脫出的二氧化碳一起，進入碳化塔，與強堿反應，生成碳酸鹽；
[0017]所述步驟產(chǎn)生的H2能夠用于發(fā)電燃料，或者制備壓縮氫氣，或者制備液化氫氣；
[0018]步驟9，將所述沼渣制備成有機肥；將所述沼液經(jīng)過過濾、濃縮，使沼液中有效營養(yǎng)物質體積縮小8?10倍，然后用塑料桶分裝后，即可得植物營養(yǎng)液。
[0019]優(yōu)選地，步驟I中，所述分揀具體為:將城市生活垃圾經(jīng)過破袋、人工分揀、滾筒篩選、磁選、風選、彈跳分選，將有毒有害物、粗大無機物、大件垃圾、玻璃、金屬、織物、木類分離除去。
[0020]優(yōu)選地，步驟2中，所述所有可可發(fā)酵原料經(jīng)過破碎機處理后的直徑為I?30mm。
[0021]優(yōu)選地，步驟2中，所述pH值為6.8?7.5。
[0022]優(yōu)選地，步驟3中，所述農(nóng)業(yè)廢棄物為秸桿或者其他厭氧發(fā)酵原料。
[0023]優(yōu)選地，步驟4中，以沼氣的體積百分比為100%計，甲烷的體積百分比為95?97%，水蒸氣的體積百分比3?5%。
[0024]優(yōu)選地，步驟6中水碳比為2.7?3.0。
[0025]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0026]( I)本發(fā)明對城市垃圾有效利用，通過處理得到了氫氣及植物營養(yǎng)液；減少了污染氣體的排放，同時得到的碳酸鹽產(chǎn)品，使得整個產(chǎn)業(yè)的盈利性增強，同時生成的植物營養(yǎng)液可以作為農(nóng)作物的有機肥料，得到了循環(huán)利用；
[0027](2)本發(fā)明采用的是大型厭氧發(fā)酵罐，有利于實現(xiàn)生物天然氣工業(yè)化生產(chǎn)，具備小型厭氧發(fā)酵罐或者沼氣池無法比擬的成本優(yōu)勢；
[0028](3)由于大規(guī)模生產(chǎn)，使得沼氣中的二氧化碳利用具備產(chǎn)業(yè)化條件。

【具體實施方式】
[0029]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0030]實施例1
[0031]本實施例提供了一種利用城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物制備氫氣和營養(yǎng)液的方法，所述方法包括如下步驟:
[0032]步驟1，對垃圾進行分揀，將上海市每天收集的城市生活垃圾經(jīng)過破袋、人工分揀、滾筒篩選、磁選、風選、彈跳分選，分離有毒有害物、粗大無機物、大件垃圾、玻璃、金屬、織物、木類分離除去；
[0033]步驟2，將可發(fā)酵原料經(jīng)過破碎機打碎至1mm，利用工業(yè)醋酸或者石灰水處理，調節(jié)pH值6.8 ;
[0034]步驟3，將打碎的可發(fā)酵原料，與水混合，調節(jié)總固體物質的重量百分比濃度為8%，進入?yún)捬醢l(fā)酵罐，在溫度為35±2°C條件下進行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣，或調節(jié)總固體物質的重量百分比濃度為20%，進入?yún)捬醢l(fā)酵罐，在溫度為55±2°C條件下進行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣；同時，利用秸桿農(nóng)業(yè)廢棄物制備沼氣和碳酸鹽(可參見201310002508.0，
【公開日】:2013-05-01)；
[0035]步驟4，將所述沼氣依次通過氧化鐵干式脫硫或碳酸鈉濕式脫硫化氫、脫碳塔脫碳，使得沼氣中的主要成分為甲烷(體積百分比為95%)和水蒸氣(體積百分比為5%)；
[0036]步驟5，在CO-Mo或者N1-Mo催化劑作用下，向沼氣中加氫進行精脫硫；
[0037]步驟6，在轉換爐內，甲烷與水蒸氣反應，生成H2和CO，控制水碳比為2.7 ；
[0038]步驟7，將所述步驟6生成的CO與水蒸氣反應，生成H2和CO2 ；
[0039]步驟8，將步驟7生成的H2和CO2由壓縮機輸送到MDEA/DEA/MEA脫碳塔，脫去二氧化碳與沼氣中脫出的二氧化碳進入碳化塔，與強堿反應，生成碳酸鹽；
[0040]步驟9，將產(chǎn)生的沼液經(jīng)過過濾、濃縮，使沼液中有效營養(yǎng)物質體積縮小8倍，然后用塑料桶分裝后，即可得植物營養(yǎng)液。
[0041]實施例2
[0042]本實施例提供了一種利用城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物制備氫氣和營養(yǎng)液的方法，所述方法包括如下步驟:
[0043]步驟1，對垃圾進行分揀，將北京市每天收集的城市生活垃圾經(jīng)過破袋、人工分揀、滾筒篩選、磁選、風選、彈跳分選，分離有毒有害物、粗大無機物、大件垃圾、玻璃、金屬、織物、木類分離除去；
[0044]步驟2，將可發(fā)酵原料經(jīng)過破碎機打碎至30mm，利用工業(yè)醋酸或者石灰水處理，調節(jié)pH值7.5 ;
[0045]步驟3，將打碎的可發(fā)酵原料，與水混合，調節(jié)總固體物質的重量百分比濃度為12%，進入?yún)捬醢l(fā)酵罐，在溫度為35±2°C條件下進行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣，或調節(jié)總固體物質的重量百分比濃度為35%，進入?yún)捬醢l(fā)酵罐，在溫度為55±2°C條件下進行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣；同時，利用稻桿農(nóng)業(yè)廢棄物制備沼氣和碳酸鹽；
[0046]步驟4，將所述沼氣依次通過氧化鐵干式脫硫或碳酸鈉濕式脫硫化氫、脫碳塔脫碳，使得沼氣中的主要成分為甲烷(體積百分比為97%)和水蒸氣(體積百分比為3%)；
[0047]步驟5，在CO-Mo或者N1-Mo催化劑作用下，向沼氣中加氫進行精脫硫；
[0048]步驟6，在轉換爐內，甲烷與水蒸氣反應，生成H2和CO，控制水碳比為3.0 ;
[0049]步驟7，將所述步驟6生成的CO與水蒸氣反應，生成H2和CO2 ；
[0050]步驟8，將步驟7生成的H2和CO2由壓縮機輸送到MDEA/DEA/MEA脫碳塔，脫去二氧化碳與沼氣中脫出的二氧化碳進入碳化塔，與強堿反應，生成碳酸鹽；
[0051]步驟9，將產(chǎn)生的沼液經(jīng)過過濾、濃縮，使沼液中有效營養(yǎng)物質體積縮小10倍，然后用塑料桶分裝后，即可得植物營養(yǎng)液。
[0052]本實施例1和2利用城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物制備氫氣和營養(yǎng)液的方法產(chǎn)生的社會效益:由于城市生活垃圾中含有大量病菌，經(jīng)過厭氧發(fā)酵后，病原體幾乎被全部殺死；生活垃圾中含有的大量氨氣和硫化氫氣體，造成周邊環(huán)境污染，經(jīng)過酸液、堿液吸附后，周邊不再有惡臭氣體；城市生活垃圾中的滲濾液與厭氧發(fā)酵物料一起進入?yún)捬醢l(fā)酵罐內，最后變成濃縮沼液，作為植物營養(yǎng)液可進行銷售，本發(fā)明的處理方法能夠減少填埋時滲濾液對地下水的污染；減少城市生活垃圾填埋占用大量土地；氫氣燃燒生成物是水，減少甲烷和二氧化碳排放到大氣中，產(chǎn)生溫室氣體效應。
[0053]本實施例1和2利用城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物制備氫氣和營養(yǎng)液的方法產(chǎn)生的經(jīng)濟效益:氫氣發(fā)電，產(chǎn)出是天然氣發(fā)電的6.72倍；是沼氣發(fā)電的11.2倍。二氧化碳被回收利用生產(chǎn)碳酸鹽，為項目增加額外經(jīng)濟效益；植物營養(yǎng)液為無土種植提供營養(yǎng)，促進有機蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為農(nóng)戶增加收入。本發(fā)明的技術若在全國推廣，每年可為我國節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)多帶來4000億的經(jīng)濟效益，具有顯著的進步和意想不到的技術效果。
[0054]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質內容。
【權利要求】
1.一種利用城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物制備氫氣和營養(yǎng)液的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 步驟1，對垃圾進行分揀，將垃圾中非厭氧發(fā)酵原料分離除去； 步驟2，將可發(fā)酵原料經(jīng)過破碎機打碎，利用工業(yè)醋酸或者石灰水處理，調節(jié)值；步驟3，將打碎的可發(fā)酵原料，與水混合，調節(jié)總固體物質的重量百分比濃度為8?12%，進入?yún)捬醢l(fā)酵罐，35±21下進行濕式發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣；或調節(jié)總固體物質的重量百分比濃度為20?35%，進入?yún)捬醢l(fā)酵罐，55±21下進行干式發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣； 同時，利用農(nóng)業(yè)廢棄物制備沼氣和碳酸鹽； 步驟4，將所述沼氣依次進行脫硫化氫處理和脫出二氧化碳處理，使得處理后的沼氣的主要成分為甲烷和水蒸氣； 所述脫硫化氫處理為通過氧化鐵干式脫硫或碳酸鈉濕式脫硫化氫； 所述脫出二氧化碳處理為通過脫碳塔脫碳； 步驟5，在(1)-10或者附-10催化劑作用下，向沼氣中加氫進行精脫硫； 步驟6，在轉換爐內，甲烷與水蒸氣反應，生成％和⑶； 步驟7，將⑶與水蒸氣反應，生成％和(? ； 步驟8，將步驟7生成的％和(?由壓縮機輸送到10^/024/1私脫碳塔，脫去二氧化碳，與所述沼氣中脫出的二氧化碳一起，進入碳化塔，與強堿反應，生成碳酸鹽； 所述4能夠用于發(fā)電燃料，或者制備壓縮氫氣，或者制備液化氫氣； 步驟9，將所述沼渣制備成有機肥；將所述沼液經(jīng)過過濾、濃縮，使沼液中有效營養(yǎng)物質體積縮小8?10倍，然后用塑料桶分裝后，即可得植物營養(yǎng)液。
2.如權利要求1所述的利用城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物制備氫氣和營養(yǎng)液的方法，其特征在于，步驟1中，所述分揀具體為:將城市生活垃圾經(jīng)過破袋、人工分揀、滾筒篩選、磁選、風選、彈跳分選，將有毒有害物、粗大無機物、大件垃圾、玻璃、金屬、織物、木類分離除去。
3.如權利要求1所述的利用城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物制備氫氣和營養(yǎng)液的方法，其特征在于，步驟2中，所述可發(fā)酵原料經(jīng)過破碎機處理后的直徑為1?
4.如權利要求1所述的利用城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物制備氫氣和營養(yǎng)液的方法，其特征在于，步驟2中，所述邱值為6.8?7.5。
5.如權利要求1所述的利用城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物制備氫氣和營養(yǎng)液的方法，其特征在于，步驟3中，所述農(nóng)業(yè)廢棄物為秸桿和其他可厭氧發(fā)酵原料的生物質。
6.如權利要求1所述的利用城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物制備氫氣和營養(yǎng)液的方法，其特征在于，步驟4中，以沼氣的體積百分比為100%計，甲烷的體積百分比為95?97%，水蒸氣的體積百分比3?5%。
7.如權利要求1所述的利用城市生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物制備氫氣和營養(yǎng)液的方法，其特征在于，步驟6中，水碳比為2.7?3.0。
【文檔編號】C01B3/34GK104418301SQ201310408086
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權日:2013年9月9日
【發(fā)明者】鄭繼華 申請人:上海杲晟實業(yè)有限公司