CN105665423A - 处理生活垃圾的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了处理生活垃圾的系统和方法。该系统包括：分选装置；干燥装置；催化热解装置；冷凝装置；净化装置以及变压吸附装置。生活垃圾预先经过分选以及干燥之后再进行热解处理，从而可以降低难以处理利用的热解油的产率，且可以降低热解炭中金属等杂质的含量。利用该系统进行生活垃圾的处理，可以利用催化热解装置完成对生活垃圾的高温催化热解处理，以便提高处理生活垃圾获得的氢气以及燃气产量，提高资源化水平以及能源利用率，并提高利用该系统进行垃圾处理的企业的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域。具体地，本发明涉及处理生活垃圾的系统和方法。
背景技术
随着我国生活垃圾的清运量在逐年上升，对垃圾无害化处理量的要求也随之升高。一些经济发达、用地紧张的城市纷纷采用了垃圾焚烧发电技术来解决垃圾围城的现象，然而垃圾焚烧发电对工厂选址要求较高，对于并网发电困难的地区并不适用，另外垃圾焚烧产生二噁英的问题也使采用焚烧处理生活垃圾的方式备受争议。
生活垃圾催化热解是在无氧或缺氧的条件下，将生活垃圾与催化剂加热，使垃圾中的有机物发生催化裂解和热化学转化反应，生成H2、CO、CH4等可燃性气体、油水混合液及固体产物的过程，是一种污染小、投资低的垃圾处理技术。然而，由于生活垃圾热值较低，一般热解技术产生的燃料气只能用于热解装置加热，其经济效益较差。
因此，目前用于处理生活垃圾的技术仍有待改进。
发明内容
本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：
现有的生活垃圾热解系统，普遍存在生活垃圾处理效果差，处理生成的产品或副产物经济效益差，且容易带来二次污染等问题。例如，现有的生活垃圾热解系统，在实际运行中需要经常停车维修清理管道，产生的可燃气热值较低，经济效益较差，获得的热解炭需要进行填埋处理以防止生成二次污染。发明人经过深入研究以及大量实验发现，这是由于目前的生活垃圾热解系统中各个装置之间不能进行有效的互相关联，且处于成本考虑，目前的热解系统主要采用中低温(500～700摄氏度)热解，生活垃圾在此温度下产油率较高，热解油性质复杂、腐蚀性高、粘度较大、易堵塞管道，且难以直接利用，需要复杂的后处理来防止二次污染。并且，中低温热解产生的可燃气由于热值较低，只能供装置加热使用，经济效益差、资源化水平较低，在不添加催化剂的条件下，热解气及氢气产率较低，难以制备气体燃料。
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种处理生活垃圾的系统。根据本发明的实施例，该系统各个装置之间能够形成有效的互相关联，降低了生产成本，并采用催化热解装置，利用高温催化热解处理生活垃圾，产生热解气以及氢气的量较高，具有较高的资源化水平以及能源利用率。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理生活垃圾的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：分选装置，所述分选装置具有生活垃圾入口、分选垃圾出口和含碳垃圾出口；干燥装置，所述干燥装置具有含碳垃圾入口、干燥水出口和干燥垃圾出口，所述含碳垃圾入口与所述含碳垃圾出口相连；催化热解装置，所述催化热解装置具有催化剂入口、干燥垃圾入口、热解炭出口以及热解油气出口，所述干燥垃圾入口与所述干燥垃圾出口相连；冷凝装置，所述冷凝装置具有热解油气入口、热解油出口以及热解气出口，所述热解油气入口与所述热解油气出口相连；净化装置，所述净化装置具有热解气入口以及净化气出口，所述热解气入口与所述热解气出口相连；以及变压吸附装置，所述变压吸附装置具有净化气入口、氢气出口以及燃气出口，所述净化气入口与所述净化气出口相连。发明人发现，通过将生活垃圾预先经过分选以及干燥之后再进行热解处理，不仅可以显著降低热解炭中金属等杂质的含量，而且可以提高热解油的品质，并且通过采用催化热解装置对生活垃圾进行高温催化热解处理，可以提高系统氢气以及燃气产量，从而在提高资源化水平以及能源利用率的同时提高企业的经济效益。
根据本发明的实施例，所述催化热解装置为旋转床热解炉，所述旋转床热解炉包括：环形炉体；以及蓄热式燃气辐射管，所述蓄热式燃气辐射管设置在所述环形炉体的环形内壁上，所述蓄热式燃气辐射管上具有燃气入口以及热烟气出口，所述燃气入口与所述燃气出口相连。由此，可以利用旋转床热解炉完成生活垃圾的高温催化热解处理，且可以利用变压吸附装置产生的燃气为该旋转床热解炉供热，提高了能源利用效率并节省了生产成本。
根据本发明的实施例，所述干燥装置进一步包括热烟气入口和冷烟气出口，所述热烟气入口与所述热烟气出口相连，由此，可以利用旋转床热解炉产生的热烟气对生活垃圾进行干燥处理，从而可以降低生活垃圾中的含水量，降低高温催化热解处理所得的难以处理的热解油产率，提高资源化水平。
根据本发明的实施例，所述冷凝装置具有冷却水入口，所述冷却水入口与所述干燥水出口相连。发明人发现，干燥装置产生的干燥水中杂质含量较少，因此可以直接作为冷凝装置的冷却水使用，从而可以进一步提高该系统的资源化水平，节约生产成本。
根据本发明的实施例，所述催化热解装置进一步包括热解油入口，所述热解油入口与所述热解油出口相连。由此，可以将冷凝装置分离出的热解油供给至催化热解装置中进行二次热解，从而可以进一步提高该系统的产气量，提高利用该系统进行垃圾处理的企业的经济效益。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种采用前面所述的系统处理生活垃圾的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将所述生活垃圾供给至所述分选装置中进行分选处理，以便获得分选垃圾以及含碳垃圾；(2)将所述含碳垃圾供给至所述干燥装置中进行干燥处理，以便获得干燥垃圾以及干燥水；(3)将所述干燥垃圾以及催化剂供给至所述催化热解装置中进行高温催化热解处理，以便获得热解炭以及热解油气；(4)将所述热解油气供给至所述冷凝装置中进行冷凝处理，以便获得热解油以及热解气；(5)将所述热解气供给至所述净化装置中进行净化处理，以便获得净化气；(6)将所述净化气供给至所述变压吸附装置中进行变压吸附处理，以便获得氢气以及燃气。发明人发现，通过将生活垃圾预先经过分选以及干燥之后再进行热解处理，不仅可以显著降低热解炭中金属等杂质的含量，而且可以提高热解油的品质，并且通过采用催化热解装置对生活垃圾进行高温催化热解处理，可以提高系统氢气以及燃气产量，从而在提高资源化水平以及能源利用率的同时提高企业的经济效益。
根据本发明的实施例，在步骤(3)中，采用所述旋转床热解炉作为所述催化热解装置，将所述燃气供给至所述蓄热式燃气辐射管中，以便利用所述燃气燃烧为所述旋转床热解炉供热，并产生热烟气。由此，可以利用旋转床热解炉完成生活垃圾的高温催化热解处理，且可以利用变压吸附装置产生的燃气为该旋转床热解炉供热，提高了能源利用效率并节省了生产成本。
根据本发明的实施例，所述处理生活垃圾的方法进一步包括：将所述热烟气供给至所述干燥装置中，以便利用所述热烟气对所述含碳垃圾进行干燥处理。由此，可以提高该方法处理生活垃圾的资源化水平，节省生产成本。
根据本发明的实施例，所述处理生活垃圾的方法进一步包括：将所述热解油供给至所述催化热解装置中，以便对所述热解油进行二次热解处理。由此，可以将冷凝装置分离出的热解油供给至催化热解装置中进行二次热解，从而可以进一步提高该方法的产气量，提高企业的经济效益。
根据本发明的实施例，所述处理生活垃圾的方法进一步包括：将所述干燥水供给至所述冷凝装置中，以便利用所述干燥水对所述热解油气进行冷凝处理。由此，可以进一步提高该方法的资源化水平，并节省生产成本。
根据本发明的实施例，所述生活垃圾的含水率为40wt％～60wt％；所述干燥垃圾的含水率为6wt％～20wt％；步骤(3)中，在所述干燥垃圾以及所述催化剂的混合物料中，所述催化剂的含量为5～20wt％；所述旋转床热解炉中，所述蓄热式辐射管的温度为900～1200摄氏度；所述变压吸附装置中，制氢吸附压力为0.4～3MPa。由此，可以进一步提高利用该方法处理生活垃圾的处理效率。
附图说明
图1显示了根据本发明一个实施例的处理生活垃圾的系统的结构示意图；
图2显示了根据本发明另一个实施例的处理生活垃圾的系统的结构示意图；
图3显示了根据本发明又一个实施例的处理生活垃圾的系统的结构示意图；
图4显示了根据本发明又一个实施例的处理生活垃圾的系统的结构示意图；
图5显示了根据本发明又一个实施例的处理生活垃圾的系统的结构示意图；以及
图6显示了根据本发明一个实施例的处理生活垃圾的方法的流程图。
附图标记：
分选装置100：
生活垃圾入口110，分选垃圾出口120，含碳垃圾出口130；
干燥装置200：
含碳垃圾入口210，干燥水出口220，干燥垃圾出口230，热烟气入口240，冷烟气出口250；
催化热解装置300：
催化剂入口310，干燥垃圾入口320，热解炭出口330，热解油气出口340，燃气入口350，热烟气出口360，热解油入口370；
冷凝装置400：
热解油气入口410，热解油出口420，热解气出口430，冷却水入口440；
净化装置500：
热解气入口510，净化气出口520；
变压吸附装置600：
净化气入口610，氢气出口620，燃气出口630。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理生活垃圾的系统。根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括：分选装置100、干燥装置200、催化热解装置300、冷凝装置400、净化装置500以及变压吸附装置600。
根据本发明的实施例，参考图1，分选装置100具有生活垃圾入口110、分选垃圾出口120以及含碳垃圾出口130；干燥装置200具有含碳垃圾入口210、干燥水出口220、干燥垃圾出口230，其中含碳垃圾入口210与含碳垃圾出口130相连；催化热解装置300具有催化剂入口310、干燥垃圾入口320、热解炭出口330以及热解油气出口340，其中干燥垃圾入口320与干燥垃圾出口230相连；冷凝装置400具有热解油气入口410、热解油出口420以及热解气出口430，其中热解油气入口410与热解油气出口340相连；净化装置500具有热解气入口510以及净化气出口520，其中热解气入口510与热解气出口430相连；变压吸附装置600具有净化气入口610，氢气出口620以及燃气出口630，其中净化气入口610与净化气出口520相连。发明人发现，通过将生活垃圾预先经过分选以及干燥之后再进行热解处理，不仅可以显著降低热解炭中金属等杂质的含量，而且可以提高热解油的品质，并且通过采用催化热解装置对生活垃圾进行高温催化热解处理，可以提高系统氢气以及燃气产量，从而在提高资源化水平以及能源利用率的同时提高企业的经济效益。
也即是说，根据本发明的实施例，在该系统中，通过分选装置100对生活垃圾进行分选，去除生活垃圾中的金属、玻璃等无法进行热解的无机物；干燥装置200与分选装置100相连，对经过分选的含碳垃圾进行干燥处理，以降低含碳垃圾中的含水量；催化热解装置300与干燥装置200相连，对经过干燥处理的干燥垃圾进行催化热解处理，生成热解炭以及热解油气；冷凝装置400与催化热解装置300相连，对热解油气进行冷凝处理，产生热解油以及热解气；净化装置500与冷凝装置400相连，对热解气进行净化处理，以便获得净化气；变压吸附装置600与净化装置500相连，对净化气进行变压吸附处理，以便获得氢气以及燃气。发明人发现，利用该系统对生活垃圾进行处理，获得的氢气以及燃气的气量高，且经变压吸附装置600提纯制得的氢气可以通过压缩储存作为燃料出售，同时该系统中产生的经济价值较低的热解炭产量少，且热解炭中杂质含量低，可以作为低热值燃料进行利用。
根据本发明实施例的处理垃圾的系统制得的氢气含量大，并且热解炭中基本为无机物，从而不存在热解炭分解带来的二次污染问题，进而可以实现生活垃圾处理的无害化、减量化以及资源化，同时该系统各个装置之间能够形成有效的相互关联，运行成本低，余热回收利用率高，在生活垃圾处理过程中不产生二噁英，资源化水平高且能够产生经济效益，有益于生活垃圾热解的工业化应用。
下面参考图2至图5对该系统的各个装置进行详细描述。
根据本发明的实施例，分选装置100具有生活垃圾入口110、分选垃圾出口120以及含碳垃圾出口130。由此，可以实现对生活垃圾的分选处理，将生活垃圾中不能进行热解的金属、玻璃等无机物与含碳垃圾分开，含碳垃圾由含碳垃圾出口130排出分选装置，金属、玻璃等无机物由分选垃圾出口120排出。由此，可以降低后续处理中产生的热解炭中的杂质含量，从而可以提高热解炭品质。
根据本发明的实施例，干燥装置200具有含碳垃圾入口210、干燥水出口220以及干燥垃圾出口230，含碳垃圾入口210与含碳垃圾出口130相连。发明人经过深入研究发现，我国生活垃圾含水率较高(约50％)，若直接进入催化热解装置300中会消耗较多能量，并且在热解过程中析出的大量水分同热解油混合流出，不仅加大了污水的处理费用，还会对管道等设备造成腐蚀。因此，在将含碳垃圾供给至催化热解装置300之前，首先将含碳垃圾由含碳垃圾入口210供给至干燥装置200中进行干燥处理，获得的干燥垃圾由干燥垃圾出口230排出干燥装置200，干燥水由干燥水出口220排出以便对干燥水进行利用。例如，根据本发明的一个具体实施例，可以将含水率为40wt％～60wt％的生活垃圾，经过分选装置100处理后获得的含碳垃圾供给至干燥装置200中，经干燥装置200处理后的干燥垃圾的含水率可降低至6wt％～20wt％。并且，在根据本发明实施例的系统中，干燥装置200产生的干燥水杂质含量较少，可以作为冷凝水供给至后续冷凝装置400中进行利用，从而可以降低该系统的生产成本，提高该系统的资源化水平，有利于该生活垃圾处理系统的推广利用。
根据本发明的实施例，催化热解装置300具有催化剂入口310、干燥垃圾入口320、热解炭出口330以及热解油气出口340，其中干燥垃圾入口320与干燥垃圾出口230相连。催化热解装置300适于在有催化剂存在的条件下，对干燥垃圾进行高温催化热解处理，并生成热解碳以及热解油气。发明人经过深入研究以及大量实验发现，目前垃圾热解工艺主要采用的中低温热解(热解温度为800摄氏度以下)，在此温度下热解油的产量较多，而热解气产量较低。对于产气为目的的工艺来讲，所制得的可燃气体热值较低，资源化水平不高；对于产油为目的的工艺来讲，所制得的热解油成分复杂、酸值较高、难以收集，其销路非常狭小，经济效益很差。而高温催化热解能够在无氧或缺氧的条件下，将生活垃圾与催化剂加热到较高温度，使垃圾中的有机物发生催化裂解和热化学转化反应，生成H2、CO、CH4等可燃性气体、油水混合液及固体产物。由于热解温度较高，因此大部分热解油会发生二次裂解生成小分子气体，加入催化剂后所制备的可燃气体热值较高，氢气的体积分数可达40％以上，将氢气提纯可以制成燃料出售，而其他气体也可以进行二次利用，是一种污染小、投资低、回报好的垃圾处理技术。因此，根据本发明实施例的系统采用催化热解装置300对干燥垃圾进行高温催化热解处理。其中，催化剂可以是由氧化钙、氧化镁、三氧化二铁中的一种或几种组成，催化剂中氧化钙的含量为40～60wt％、氧化镁的含量可以为10～30wt％、三氧化二铁的含量可以为20～50wt％。
根据本发明的实施例，催化热解装置300可以为旋转床热解炉。具体地，该旋转床热解炉可以包括环形炉体以及蓄热式燃气辐射管。蓄热式燃气辐射管设置在环形炉体的环形内壁上，利用燃气燃烧的方式，对该旋转床热解炉供热，以便完成干燥垃圾的高温催化热解处理。参考图2，在蓄热式燃气辐射管(图中未示出)上可以具有燃气入口350以及热烟气出口360。其中，燃气入口350与燃气出口630相连，以便将变压吸附装置生成的含有CO、CH4等可燃性气体的燃气供给至蓄热式燃气辐射管中进行燃烧，对该旋转床热解炉供热，同时产生的热烟气可以从热烟气出口360排出，以便后续对该热烟气进行利用。例如，可以通过与热烟气出口360相连的热烟气入口240将热烟气供给至干燥装置200中，利用热烟气对含碳垃圾进行干燥，干燥后的冷烟气可以由冷烟气出口250排出干燥装置。例如，根据本发明的一些实施例，旋转床热解炉排出的热烟气的温度可以为150～250摄氏度，在干燥装置200中，通过间接换热对含碳垃圾进行干燥，最后以冷烟气的形式排出干燥装置200，冷烟气的温度可以为80～120摄氏度。由此，不仅可以对变压吸附装置600产生的燃气进行利用，降低高温催化热解的生产成本，还可以进一步对燃气燃烧生成的热烟气中的显热进行利用，从而可以进一步降低生产成本，实现该系统中各个装置之间的有效互联。
需要说明的是，旋转床热解炉包含的具体部件以及具体结构不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况对旋转床热解炉的具体结构进行设计，只要能满足利用该旋转床热解炉对干燥垃圾进行高温催化处理即可。例如，根据本发明的一个实施例，为了进一步提高干燥垃圾的催化高温热解处理效果，旋转床热解炉还可以包括上蓄热式燃气辐射管燃烧器、下蓄热式燃气辐射管燃烧器以及出料器等部件。将催化剂以及含水率降至6～20wt％且不经过破碎的干燥垃圾(干燥垃圾与催化剂的混合物中催化剂的含量为5～20wt％)供给至旋转床，物料通过旋转床的布料装置均匀地铺在环形炉底上，环形炉底处于连续转动状态，在环形炉底的上下两侧均布置蓄热式燃气辐射管，以便实现对干燥垃圾与催化剂的混合物进行均匀加热。蓄热式燃气辐射管燃烧器布置于环形炉壁，通过燃烧CO、CH4等气体，以热辐射的方式提供垃圾高温热解所需的热量。辐射管内的烟气与旋转床内的气氛隔绝，旋转床处于无氧状态。根据本发明的一个实施例，上辐射管温度可以设定为900～1100℃，下辐射管的温度可以设定为1000～1200℃。由于靠近炉底的干燥垃圾传热速率较慢，因此适当提高下辐射管的温度有利于垃圾高温热解均匀，能使垃圾中的挥发分尽量析出，因此产生的热解炭产率比中低温热解方法产生的热解炭产量大大降低。在环形炉体中进行高温催化热解区域的末端设置热解油气出口340，以便排出热解生成的热解油气；末端炉体底部设置热解炭出口330，用以排出热解炭。热解炭产量虽然很低，但仍具有一定热值，且根据本发明实施例的系统产生的热解炭中灰分较高、热值很低，且不属于危险废物，可作为低热值燃料进行利用。
需要说明的是，在本发明中，术语“高温催化热解”应做广义理解。即，在较高的温度下以及无氧或缺氧的条件下，将干燥垃圾以及催化剂加热到较高温度进行热解处理，使垃圾中的有机物发生催化裂解和热化学转化反应，生成热解油气混合物以及热解炭，且在该温度下，热解油气中的热解油可以发生二次裂解生成小分子气体，以便获得氢气含量较高的热解气。而“高温催化热解”的具体温度不受特别限定，本领域技术人员可以根据干燥垃圾的具体组成进行设定。具体而言，在本发明中，高温催化裂解的温度可以为不低于800摄氏度。
根据本发明的实施例，冷凝装置400具有热解油气入口410、热解油出口420以及热解气出口430，其中热解油气入口410与热解油气出口340相连。由此，可以将催化热解装置300中产生的热解油气通过热解油气入口410供给至冷凝装置400中，通过冷凝进行油气分离，从而获得热解油以及热解气。具体地，根据本发明的实施例，冷凝装置400可以为冷凝喷淋装置，通过利用冷凝水对热解油气进行冷凝实现热解油以及热解气的分离。为了进一步降低利用该系统进行垃圾处理的成本，提高资源化水平，根据本发明的实施例，参考图3，冷凝装置400还可以进一步具有冷却水入口440。冷却水入口440与干燥水出口220相连，以便将干燥装置200中产生的干燥水供给至冷凝装置400中作为冷凝水使用。由此，可以对杂质含量较少的干燥水进行利用，从而有利于降低该系统的生产成本，提高资源化程度。具体的，经过冷凝分离的热解油可以由热解油出口420排出，热解气由热解气出口430排出冷凝装置400进行后处理。本领域技术人员能够理解，经过喷淋冷凝分离的热解油中含有少量水分，可以通过将喷淋后获得的液体进行静置分层，获得上层的热解油，下层的热解水由于有机物含量较少，粘度较低，则可以直接进行污水处理。
根据本发明的实施例，为了进一步提高利用该系统进行垃圾处理的产氢效率，可以将冷凝装置400产生的热解油供给回催化热解装置300进行二次热解，以便热解油发生二次裂解生成小分子气体。具体地，参考图4，催化热解装置300还可以进一步包括热解油入口370，且热解油入口370与热解油出口420相连。由此，可以实现热解油的二次热解，提高该系统的资源利用效率，提高产氢量，从而可以提高利用该系统进行生活垃圾处理的企业经济效益，并且可以提高生活垃圾处理的程度。
根据本发明的实施例，净化装置500具有热解气入口510以及净化气出口520，其中热解气入口510与热解气出口430相连。由此，可以利用净化装置500完成对热解气的净化处理，以便除去热解气中含有的氯化氢、硫化氢等杂质，获得净化气并从净化气出口520排出净化装置500，以便提高该系统获得的氢气的质量。
根据本发明的实施例，变压吸附装置600具有净化气入口610，氢气出口620以及燃气出口630，其中净化气入口610与净化气出口520相连。由此，可以将净化气通入变压吸附装置600进行变压吸附处理，将净化气中的氢气以及甲烷、一氧化碳等可燃气体进行分离，制得氢气作为燃料进行出售。发明人经过深入研究以及大量实验发现，在对热解气进行提纯获得氢气的技术中，膜分离技术对热解气的纯度要求较高，如不预先对热解气进行严格的预处理，则热解气中的杂质较多，容易造成膜的污染，且膜分离技术的膜更换频率较大，不仅成本较高，而且影响连续生产；而深冷分离提纯氢气技术虽然较成熟，但设备占地面积大，设备成本、运行成本均较大。根据本发明的实施例，在变压吸附装置600中设置有吸附剂，吸附剂对气体混合物中各组分的吸附能力随着压力变化而呈现差异，因此可以通过加压，使吸附剂吸附净化气中不易吸附的组分，即一氧化碳、甲烷等其余可燃性气体成分，而氢气则可以从氢气出口620输出。对变压吸附装置600进行减压处理时，吸附剂吸附的燃气(即一氧化碳、甲烷等其余可燃性气体成分)脱附解析，同时吸附剂获得再生，并将获得的燃气由燃气出口630排出变压吸附装置600。根据本发明的实施例，制氢吸附的压力可以在0.4～3.0MPa之间，选用的吸附剂可以为活性氧化铝、活性炭、硅胶或分子筛中的一种或几种。为了进一步降低该系统的生产成本，提高资源利用效率，根据本发明的实施例，参考图4，可以将变压吸附装置600获得的燃气通过与燃气入口350相连的燃气出口630供给至催化热解装置300中，作为蓄热式燃气辐射管的燃气。由此，可以进一步节省利用该系统进行垃圾处理的成本。
为了方便理解，参考图5对根据本发明实施例的处理生活垃圾的系统的工作流程进行说明。根据本发明的实施例，生活垃圾进入分选装置100进行分选，去除生活垃圾中的金属、玻璃等无法进行热解的无机物，获得的含碳垃圾进入与分选装置100相连的干燥装置200进行干燥处理，以降低含碳垃圾中的含水量并获得干燥垃圾以及干燥水。其中，干燥水可以供给至冷凝装置400中作为冷凝水使用，干燥垃圾随后供给至与干燥装置200相连的催化热解装置300中，进行高温催化热解处理，生成热解炭以及热解油气。热解炭可以作为低热值燃料进行利用，热解油气供给至与催化热解装置300相连的冷凝装置400中进行冷凝处理，产生热解油以及热解气。其中，热解油供给回催化热解装置300中进行二次热解，以提高该系统的产氢量。热解气供给至净化装置500进行净化处理，出去含氯杂质以便获得净化气。随后，净化气供给至与净化装置500相连的变压吸附装置600进行变压吸附处理，以便获得氢气以及燃气。其中，氢气可以进行存储后出售，而燃气可以供给至催化热解装置300中作为燃气为高温催化热解供热。
综上所述，根据本发明实施例的系统具有以下特征以及优点：
(1)生活垃圾经过分选、干燥后，可直接进入旋转床热解炉进行高温催化热解，不需要破碎工艺，节省了投资，连续运行效果好。并且由于生活垃圾中的大部分水在高温催化热解之前被蒸出，因此热解过程中的能耗大大减少，单位时间内的垃圾处理量增大。
(2)干燥装置采用间接干燥的方式，其热源来自蓄热式燃气辐射管燃烧后得到的热烟气(150～250℃)，换热后烟气降至80～120℃，其成分主要有二氧化碳、水蒸气以及氮氧化物等，由于所含杂质较少，节省了烟气处理成本，同时利用了烟气的余热；生活垃圾经过间接干燥后，蒸出的水分不含大量烟气、热解油及其他组分，其处理成本较低，且杂质较少，可以作为冷凝装置的冷凝水使用。
(3)采用催化高温热解，添加一定量的催化剂，提高了热解气中氢气及其他可燃气体的含量，气体热值有所增加，经济效益显著。高温热解的热解炭的产率低，减量化水平高，不需另设热解炭气化装置，减少了投资成本。高温热解下，热解油在生成过程中会发生二次裂解反应，大部分转化成为H2、CO等小分子气体，使得可燃气体的产率和热值有所提高，经济效益可观。并且，热解油的大量减少，避免了热解油带来的管道腐蚀严重、油水处理困难等问题。此外，冷凝装置中获得的热解油由于密度小，浮在热解液的上层，可以重新进入催化热解装置进行再次热解，提高了热解气的产率，资源化水平较高。
(4)采用高温热解、净化、变压吸附技术提纯生活垃圾热解气中的氢气，一方面可制得高产率高浓度的氢气燃料，另一方面剩余气体可作为辐射管的加热原料，杂质较少，既提高了工艺的经济效益，又降低了烟气处理成本。
(5)利用变压吸附技术提纯氢气，可获得浓度高、产率大的氢气燃料，便于运输、储存和出售。高温热解下热解气中CO和CH4含量未明显增加，且含CO、CH4等可燃性气体的混合气的热值仍较高，可作为垃圾旋转床热解炉加热使用，提高了热解气的综合利用水平。
在本发明的另一方面，本发明提出了利用前面描述的系统处理生活垃圾的方法。根据本发明的实施例，参考图6，该方法包括：
(1)分选处理
根据本发明的实施例，在该步骤中，将生活垃圾供给至分选装置中进行分选处理，以便获得分选垃圾以及含碳垃圾。由此，通过对生活垃圾的分选，可以将生活垃圾中不能进行热解的金属、玻璃等无机物与含碳垃圾分开，含碳垃圾由含碳垃圾出口130排出分选装置，金属、玻璃等无机物由分选垃圾出口120排出。由此，可以降低后续处理中产生的热解炭中的杂质含量，从而可以提高热解炭品质。
(2)干燥处理
根据本发明的实施例，在该步骤中，将含碳垃圾供给至干燥装置中进行干燥处理，以便获得干燥垃圾以及干燥水。具体地，在对含碳垃圾进行高温催化热解处理之前，首先将含碳垃圾由含碳垃圾入口210供给至干燥装置200中进行干燥处理，获得的干燥垃圾由干燥垃圾出口230排出干燥装置200，干燥水由干燥水出口220排出以便对干燥水进行利用。例如，根据本发明的一个具体实施例，可以将含水率为40wt％～60wt％的生活垃圾，经过分选装置100处理后获得的含碳垃圾供给至干燥装置200中，经干燥装置200处理后的干燥垃圾的含水率可降低至6wt％～20wt％。
(3)高温催化热解处理
根据本发明的实施例，在该步骤中，将干燥垃圾以及催化剂供给至催化热解装置中进行高温催化热解处理，以便获得热解炭以及热解油气。利用高温催化热解对生活垃圾进行处理的特征以及优点前面已经进行了详细的描述，在此不再赘述。例如，在该步骤中，可以利用旋转床热解炉对干燥垃圾进行处理，干燥垃圾与催化剂的混合物中催化剂的含量为5～20wt％，旋转床热解炉中蓄热时辐射管的温度可以为900-1200摄氏度。由此，可以提高热解油气中氢气的含量，从而可以提高利用该方法进行生活垃圾处理的经济效益。
(4)冷凝处理
根据本发明的实施例，在该步骤中，将热解油气供给至冷凝装置中进行冷凝处理，以便获得热解油以及热解气。
具体地，根据本发明的实施例，冷凝装置400可以为冷凝喷淋装置，通过利用冷凝水对热解油气进行冷凝实现热解油以及热解气的分离。为了进一步降低利用该系统进行垃圾处理的成本，提高资源化水平，根据本发明的实施例，可以将干燥装置200中产生的干燥水供给至冷凝装置400中作为冷凝水使用。
根据本发明的实施例，该方法还可以进一步包括：
将冷凝处理步骤中获得的热解油返回催化热解装置中进行二次热解处理，以便热解油发生二次裂解生成小分子气体，从而可以提高利用该方法进行垃圾处理的产氢效率。
(5)净化处理
根据本发明的实施例，在该步骤中，将热解气供给至净化装置中进行净化处理，以便获得净化气。由此，可以利用净化装置500完成对热解气的净化处理，以便除去热解气中含有的氯化氢、硫化氢等杂质，以便提高后续步骤中获得的氢气的质量。
(6)变压吸附处理
根据本发明的实施例，在该步骤中，将净化气供给至变压吸附装置中进行变压吸附处理，以便获得氢气以及燃气。具体地，可以将净化气通入变压吸附装置600进行变压吸附处理，将净化气中的氢气以及甲烷、一氧化碳等可燃气体进行分离，制得氢气作为燃料进行出售。关于变压吸附装置通过变压吸附提纯氢气的原理与过程，前面已经进行了详细的描述，在此不再赘述。例如，根据本发明的一个实施例，在该步骤中，制氢吸附的压力可以在0.4～3.0MPa之间，选用的吸附剂可以为活性氧化铝、活性炭、硅胶或分子筛中的一种或几种。
根据本发明的实施例，为了进一步降低该方法的生产成本，提高资源利用效率，可以采用所述旋转床热解炉作为催化热解装置，将燃气供给至蓄热式燃气辐射管中，以便利用燃气燃烧为旋转床热解炉供热，并产生热烟气。
此外，根据本发明的实施例，还可以将燃气燃烧产生的热烟气供给至干燥装置中，以便利用热烟气对含碳垃圾进行干燥处理。
综上所述，根据本发明实施例的处理生活垃圾的方法具有以下特征以及优点：
(1)生活垃圾经过分选、干燥后，可直接进入旋转床热解炉进行高温催化热解，不需要破碎工艺，节省了投资，连续运行效果好。并且由于生活垃圾中的大部分水在高温催化热解之前被蒸出，因此热解过程中的能耗大大减少，单位时间内的垃圾处理量增大。
(2)干燥装置采用间接干燥的方式，其热源来自蓄热式燃气辐射管燃烧后得到的热烟气(150～250℃)，换热后烟气降至80～120℃，其成分主要有二氧化碳、水蒸气以及氮氧化物等，由于所含杂质较少，节省了烟气处理成本，同时利用了烟气的余热；生活垃圾经过间接干燥后，蒸出的水分不含大量烟气、热解油及其他组分，其处理成本较低，且杂质较少，可以作为冷凝装置的冷凝水使用。
(3)采用催化高温热解，添加一定量的催化剂，提高了热解气中氢气及其他可燃气体的含量，气体热值有所增加，经济效益显著。高温热解的热解炭的产率低，减量化水平高，不需另设热解炭气化装置，减少了投资成本。高温热解下，热解油在生成过程中会发生二次裂解反应，大部分转化成为H2、CO等小分子气体，使得可燃气体的产率和热值有所提高，经济效益可观。并且，热解油的大量减少，避免了热解油带来的管道腐蚀严重、油水处理困难等问题。此外，冷凝装置中获得的热解油由于密度小，浮在热解液的上层，可以重新进入催化热解装置进行再次热解，提高了热解气的产率，资源化水平较高。
(4)采用高温热解、净化、变压吸附技术提纯生活垃圾热解气中的氢气，一方面可制得高产率高浓度的氢气燃料，另一方面剩余气体可作为辐射管的加热原料，杂质较少，既提高了工艺的经济效益，又降低了烟气处理成本。
(5)利用变压吸附技术提纯氢气，可获得浓度高、产率大的氢气燃料，便于运输、储存和出售。高温热解下热解气中CO和CH4含量未明显增加，且含CO、CH4等可燃性气体的混合气的热值仍较高，可作为垃圾旋转床热解炉加热使用，提高了热解气的综合利用水平。
下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1：
采用某市城市生活垃圾为原料，垃圾含水率为50wt％，其各组分百分含量如下表：
表1生活垃圾各组分百分含量(湿基)
| 产物 | 热解炭 | 热解液 | 热解气 |
| 产率(％) | 6.8 | 47.4 | 45.8 |
含水率为50wt％的生活垃圾经过分选装置处理后，去除了绝大部分的金属、玻璃、砖块等无机物。含碳垃圾输送至干燥装置，通过烟气的间接换热蒸出40wt％的水分，换热后的冷烟气直接排放。含水率降至10wt％的干燥垃圾与6wt％(重量百分比)的催化剂混合后通过布料板在传送带上完成布料。上辐射管温度为900℃，下辐射管的温度为1100℃，经过1～2h的高温热解，最终产生的热解炭由炉底排出，作为低热值燃料使用，热解油气流入后端冷凝装置中。干燥设备中蒸出的水分通入冷凝装置以便对热解油气进行激冷处理，分离出的热解气进入净化装置，热解油重新送入旋转床进行二次热解，热解水由冷凝装置底部排出。经过净化的热解气通过变压吸附装置实现氢气提纯，剩余一氧化碳、甲烷等气体作为辐射管燃料气使用。最终制得的氢气燃料产率为42％，氢气浓度为99.5％。
三相产物的产率如下表：
表2生活垃圾高温催化热解产物产率
| 产物 | 热解炭 | 热解液 | 热解气 |
| 产率(％) | 7.4 | 49.4 | 43.2 |
实施例2：
采用某小区的生活垃圾，含水率为42wt％，其各组分百分含量如下表:
表3生活垃圾各组分百分含量(湿基)
含水率为42wt％的生活垃圾经过分选装置处理后，去除了绝大部分的金属、玻璃、砖块等无机物。含碳垃圾输送至干燥装置，通过烟气的间接换热蒸出35wt％的水分，换热后的冷烟气直接排放。含水率降至7wt％的干燥垃圾与10wt％(重量百分比)的催化剂混合后通过布料板在传送带上完成布料。上辐射管温度为1000℃，下辐射管的温度为1100℃，经过1～2h的高温热解，最终产生的热解炭由炉底排出，作为低热值燃料使用，热解油气流入后端冷凝装置中。干燥设备中蒸出的水分通入冷凝装置以便对热解油气进行激冷处理，分离出的热解气进入净化装置，热解油重新送入旋转床进行二次热解，热解水由冷凝装置底部排出。经过净化的热解气通过变压吸附装置实现氢气提纯，剩余一氧化碳、甲烷等气体作为辐射管燃料气使用。最终制得的氢气燃料产率为45％，氢气浓度为99.7％。
三相产物的产率如下表：
表4生活垃圾高温催化热解产物产率
| 产物 | 热解炭 | 热解液 | 热解气 |
| 产率(％) | 6.8 | 47.4 | 45.8 |
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种处理生活垃圾的系统，其特征在于，包括：
分选装置，所述分选装置具有生活垃圾入口、分选垃圾出口和含碳垃圾出口；
干燥装置，所述干燥装置具有含碳垃圾入口、干燥水出口和干燥垃圾出口，所述含碳垃圾入口与所述含碳垃圾出口相连；
催化热解装置，所述催化热解装置具有催化剂入口、干燥垃圾入口、热解炭出口以及热解油气出口，所述干燥垃圾入口与所述干燥垃圾出口相连；
冷凝装置，所述冷凝装置具有热解油气入口、热解油出口以及热解气出口，所述热解油气入口与所述热解油气出口相连；
净化装置，所述净化装置具有热解气入口以及净化气出口，所述热解气入口与所述热解气出口相连；以及
变压吸附装置，所述变压吸附装置具有净化气入口、氢气出口以及燃气出口，所述净化气入口与所述净化气出口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述催化热解装置为旋转床热解炉，所述旋转床热解炉包括：
环形炉体；以及
蓄热式燃气辐射管，所述蓄热式燃气辐射管设置在所述环形炉体的环形内壁上，所述蓄热式燃气辐射管上具有燃气入口以及热烟气出口，所述燃气入口与所述燃气出口相连。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述干燥装置进一步包括热烟气入口和冷烟气出口，所述热烟气入口与所述热烟气出口相连，
任选地，所述冷凝装置具有冷却水入口，所述冷却水入口与所述干燥水出口相连。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述催化热解装置进一步包括热解油入口，所述热解油入口与所述热解油出口相连。
5.一种采用权利要求1～4任一项所述的系统处理生活垃圾的方法，其特征在于，包括：
(1)将所述生活垃圾供给至所述分选装置中进行分选处理，以便获得分选垃圾以及含碳垃圾；
(2)将所述含碳垃圾供给至所述干燥装置中进行干燥处理，以便获得干燥垃圾以及干燥水；
(3)将所述干燥垃圾以及催化剂供给至所述催化热解装置中进行高温催化热解处理，以便获得热解炭以及热解油气；
(4)将所述热解油气供给至所述冷凝装置中进行冷凝处理，以便获得热解油以及热解气；
(5)将所述热解气供给至所述净化装置中进行净化处理，以便获得净化气；
(6)将所述净化气供给至所述变压吸附装置中进行变压吸附处理，以便获得氢气以及燃气。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，采用所述旋转床热解炉作为所述催化热解装置，将所述燃气供给至所述蓄热式燃气辐射管中，以便利用所述燃气燃烧为所述旋转床热解炉供热，并产生热烟气。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：将所述热烟气供给至所述干燥装置中，以便利用所述热烟气对所述含碳垃圾进行干燥处理。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括：将所述热解油供给至所述催化热解装置中，以便对所述热解油进行二次热解处理。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括：将所述干燥水供给至所述冷凝装置中，以便利用所述干燥水对所述热解油气进行冷凝处理。
10.根据权利要求5-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述生活垃圾的含水率为40wt％～60wt％，
所述干燥垃圾的含水率为6wt％～20wt％，
步骤(3)中，在所述干燥垃圾以及所述催化剂的混合物料中，所述催化剂的含量为5～20wt％，
所述旋转床热解炉中，所述蓄热式辐射管的温度为900～1200摄氏度，
所述变压吸附装置中，制氢吸附压力为0.4～3MPa。
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