湿垃圾水热资源化处理系统及其方法

技术领域

本发明涉及有机废物处理技术领域，具体地，涉及一种湿垃圾水热资源化处理系统及其方法。

背景技术

目前，湿垃圾的处理方法主要为加工成有机肥、填埋、发酵生成沼气以及焚烧处理等，其中填埋处理对垃圾渗滤液、垃圾堆体产生的沼气等污染物很难做到导出、收集和处理，不仅对周围环境造成严重污染，而且存在着安全隐患，严重影响城镇的形象；而垃圾焚烧处理则容易产生二噁英等有毒气体，污染空气并产生异味，对周边环境造成严重影响。

利用水热法处理生活垃圾的技术非常适合处理此类城市生活垃圾，是一种快速、高效、环保地垃圾处理技术。水热法处理工艺也就是水热氧化(HydrothermalOxidation-HTO)是一种非常有效的化学氧化技术，特别适用于有毒害的和有机废弃物的处理。水热法是在高温高压下，以空气或其它氧化剂，将垃圾中溶解的和悬浮的有机物或还原性无机物在水相氧化分解，大幅度去除COD(化学需氧量)、BOD(生化需氧量)、SS(硫化物)等的方法。反应在热水相中进行是这类方法的特征。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：能耗高，减量化不足。例如公开号为CN108380636A，公开了一种水热法处理生活垃圾的连续式中试装置，包括发动机、原料桶、泥浆泵、预热器、氧化剂泵、氧化剂存储罐、过滤器、固液分离器、冷却器以及反应器，还包括控制连接机构。该装置即存在能耗高、没有减量化的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种湿垃圾水热资源化处理系统及其方法。

根据本发明提供的一种湿垃圾水热资源化处理系统，包括调浆罐、螺杆泵、离心机、储液箱以及一级处理子系统；

所述一级处理子系统包括第一反应釜、第一闪蒸分离器、第二反应釜以及加热器，所述第一反应釜与所述第二反应釜通过所述第一闪蒸分离器连通，所述加热器用于分别对所述第一反应釜和所述第二反应釜加热，所述调浆罐用于存储经分拣、破碎、制浆以及乳化后的湿垃圾，所述螺杆泵用于将所述调浆罐中的所述湿垃圾分别泵入所述第一反应釜和所述第二反应釜内，所述离心机接收所述第一反应釜与所述第二反应釜内的物料并将物料分离为液态物料和固态物料，所述液态物料输送至所述储液箱内，所述固态物料被送至外部设备；

当所述第一反应釜加热加压并于恒温恒压状态下保持预定时间过程中，所述调浆管通过所述螺杆泵将所述湿垃圾输送至所述第二反应釜内，在所述第一反应釜进行卸料前通过所述第一闪蒸分离器将热能输送至所述第二反应釜内，对所述第二反应釜内的所述湿垃圾进行预热；当所述第二反应釜加热加压并于恒温恒压状态下保持预定时间过程中，所述调浆罐通过所述螺杆泵将所述湿垃圾泵入已卸空物料的所述第一反应釜内，所述第二反应釜进行卸料前通过所述第一闪蒸分离器将热能输送至所述第一反应釜内，对所述第二反应釜内的所述湿垃圾进行预热，依次循环。

一些实施方式中，所述一级处理子系统还包括进料平衡罐，所述进料平衡罐与所述第一闪蒸分离器连通，所述进料平衡罐用于保持所述第一反应釜与所述第二反应釜之间的压力和温度的平衡。

一些实施方式中，所述调浆罐的外周面设有保温腔，所述进料平衡罐与所述保温腔连通，所述进料平衡罐内的蒸汽通入所述保温腔中对所述调浆罐进行加热。

一些实施方式中，还包括油水分离器，所述储液箱内的液态物料进入所述油水分离器内并被分离为水和液肥，所述液肥被送入下一级处理子系统。

一些实施方式中，还包括二级处理子系统，所述二级处理子系统包括第二闪蒸分离器、蒸汽压缩机以及换热器，所述第二闪蒸分离器与所述油水分离器连通并接收输送的液肥，所述第二闪蒸分离器通过所述蒸汽压缩机将蒸汽输送至所述换热器中，所述换热器排出的冷凝水进入外部水箱，所述第二闪蒸分离器与所换热器的浓缩液肥排出至外部设备。

一些实施方式中，所述第二闪蒸分离器与所述保温腔连通，所述保温腔内的多余蒸汽进入所述第二闪蒸分离器中。

一些实施方式中，所述二级处理子系统还包括第三闪蒸分离器，所述第三闪蒸分离器的进口与所述第二闪蒸分离器连通，所述第三闪蒸分离器的出口与所述蒸汽压缩机连通。

本发明还提供了一种湿垃圾水热资源化处理方法，采用所述的湿垃圾水热资源化处理系统，包括闪蒸切换步骤和多级蒸馏步骤；

所述闪蒸切换步骤包括：

A1,通过乳化泵将经过分拣、破碎、制浆以及乳化的湿垃圾泵入所述调浆罐内；

A2,通过所述螺杆泵将所述调浆罐内的湿垃圾泵入所述第一反应釜中；

A3，启动所述加热器对所述第一反应釜进行加热，同时通过空气压缩机向所述第一反应釜内送入空气进行加压，所述第一反应釜于预定温度和预定压力下保持预设时间；

A4，在进行所述步骤A3的同时，通过所述螺杆泵将所述调浆罐内的湿垃圾泵入所述第二反应釜内；

A5，待所述第一反应釜于恒温恒压下保持预定时间后，开启所述第一闪蒸分离器分别与所述第一反应釜、所述第二反应釜的阀门，所述第一反应釜内的热能通过所述第一闪蒸分离器闪蒸转移至所述第二反应釜内，对所述第二反应釜内的湿垃圾进行加热；

A6,所述第一反应釜内的温度与压力降至预定值后，打开所述第一反应釜的出料阀，所述第一反应釜内的物料被输送至所述离心机内，通过所述离心机将物料分离为液态物料和固态物料，所述液态物料输送至所述储液箱中，所述固态物料被输送至外部设备；

A7,通过所述加热器对所述第二反应釜进行加热，同时通过空气压缩机向所述第二反应釜内送入空气进行加压，所述第二反应釜于预定温度和预定压力下保持预设时间；

A8,在进行所述步骤A7的同时，通过所述螺杆泵将所述调浆罐内的湿垃圾级泵入所述第一反应釜内；

A9，待所述第二应釜于恒温恒压下保持预定时间后，开启所述第一闪蒸分离器分别与所述第一反应釜、所述第二反应釜的阀门，所述第二反应釜内的热能通过所述第一闪蒸分离器闪蒸转移至所述第一反应釜内，对所述第一反应釜内的湿垃圾进行加热；

A10,所述第二反应釜内的温度与压力降至预定值后，打开所述第二反应釜的出料阀，所述第二反应釜内的物料被输送至所述离心机内，通过所述离心机将物料分离为液态物料和固态物料，所述液态物料输送至所述储液箱中，所述固态物料被输送至外部设备；A11,重复步骤A1-A10。

所述多级蒸馏步骤包括：

B1,将所述储液箱内的液态物料输送至油水分离器内，经所述油水分离器将所述液态物料分离为水和液肥，将所述液肥输送至所述第二闪蒸分离器内进行闪蒸分离；

B2,经所述第二闪蒸分离器闪蒸分离形成蒸汽和浓缩液肥，蒸汽经所述蒸汽压缩机送入所述换热器内，所述浓缩液肥自所述第二闪蒸分离器的排料口排至外部设备；

B3，所述换热器通过换热将蒸汽转换为冷凝水和浓缩液肥，冷凝水被排至外部水箱内，浓缩液肥被输送至外部设备中。

一些实施方式中，所述步骤A5和/或步骤A9中还包括温度压力平衡步骤，所述温度压力平衡步骤为：所述第一闪蒸分离器与所述进料平衡罐进行蒸汽的传输使得所述第一反应釜和所述第二反应釜在进料时保持的温度与压力的平衡。

一些实施方式中，所述步骤B2中还包括蒸汽再蒸馏步骤，所述蒸汽在蒸馏步骤为：所述进料平衡罐中产生的蒸汽通入所述调浆罐的保温腔中对所述调浆罐进行预热后，多余的蒸汽通过管道通入所述第二闪蒸分离器内进行在蒸馏。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过采用双釜周期式加热以及闪蒸切换的方式进行能量回收，提高了能量利用率，同时缩短了加热时间，解决了现有技术中的装置存在的耗能高的问题。

2、本发明通过设置进料平衡罐，不仅能够在进料的同时保持第一反应釜和第二反应釜的压力、温度的平衡，而且能够将多余的蒸汽对调料罐进行加热，进一步提高能量的利用率。

3、本发明通过设置二级处理子系统，形成多效蒸馏的处理系统，通过多效蒸馏的技术工艺对水热工艺产生的液肥进行处置，解决了脱油脱盐的问题，并且达到了减量化的效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一种实施方式的流程示意图；

图2为本发明实施例另一种实施方式的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供了一种湿垃圾水热资源化处理系统，如图1所示，包括调浆罐1、螺杆泵2、离心机3、储液箱4以及一级处理子系统5，其中，一级处理子系统5包括第一反应釜51、第一闪蒸分离器52、第二反应釜53以及加热器54。

调浆罐1用于储存经分拣、破碎、制浆以及乳化后湿垃圾，乳化后的湿垃圾可通过乳化泵泵入调浆罐1内。螺杆泵2的进口与调浆罐1的出口连通，螺杆泵2的出口通过管道分别与第一反应釜51的进口、第二反应釜53的进口相连通。通过螺杆泵2将调浆罐1内的乳化的湿垃圾分别泵入第一反应釜51和第二反应釜53中，且螺杆泵2将调浆罐1内的湿垃圾级泵入第一反应釜51和第二反应釜53的过程是独立的，可同时泵入，亦可分别泵入。第一闪蒸分离器52通过管路分别与第一反应釜51和第二反应釜53连通。第一反应釜51和第二反应釜53内的热能通过第一闪蒸分离器52传送给彼此，即第一反应釜51内的热能通过第一闪蒸分离器52传递给第二反应釜53，或第二反应釜53内的热能通过第一闪蒸分离器52传递给第一反应釜。加热器54可为导热油电加热炉，加热器54用于分别对第一反应釜51和第二反应釜53进行加热处理。离心机3可为卧式螺旋离心机。离心机3的进口通过管道分别与第一反应釜51的出料口、第二反应釜53的出料口进行连通。离心机3的出口通过管道与储液箱4进行连通。通过离心机3的离心作用力产生的液态物料输送至储液箱4中。

本实施例的工作原理为：通过乳化泵将乳化后的湿垃圾泵入调浆罐1内，首先利用螺杆泵2将调浆罐1内的部分湿垃圾泵入第一反应釜51内，开启加热器54对第一反应釜51进行加热处理，同时第一反应釜51通过空气压缩机进行加压处理，在第一反应釜51加热加压至200℃、2.0MPa时停止升温升压并保持该温度与压力下1小时左右。在第一反应釜51加热加压并在恒温恒压下保持预定时间的过程中，利用螺杆泵2将调浆罐1内的湿垃圾泵入第二反应釜53内。当第一反应釜51内的湿垃圾在恒温恒压下预定时间完成反应后，开启第一闪蒸分离器52分别与第一反应釜51和第二反应釜53的阀门，将第一反应釜51内的热能通过第一闪蒸分离器52转移至第二反应釜53内，此时第二反应釜53内的湿垃圾已泵入完毕，进而通过热能转移对第二反应釜53内的湿垃圾进行预热。待第一反应釜51内的温度降至115℃、压力将至常温后，打开第一反应釜51的出料阀，第一反应釜51内的物料送至离心机3内。通过离心机3的离心作用力将物料分离为液态物料和固态物料，固态物料为腐殖酸有机肥，排入外部设备另行处理。液态物料通过管道排出储液箱4内进行下一步处理。

在第一反应釜51排料的同时，加热器54对第二反应釜53进行加热处理，同时第二反应釜53通过空气压缩机进行加压处理，在第三反应釜53加热200℃、2MPa时停止升温升压并保持该温度与压力下1小时左右。在第三反应釜53加热加压并在恒温恒压下保持预定时间的过程中，利用螺杆泵2向已排空物料的第一反应釜51内泵入乳化的湿垃圾。当第三反应釜53内的湿垃圾在恒温恒压下预定时间完成反应后，开启第一闪蒸分离器52分别与第一反应釜51和第二反应釜53的阀门，将第二反应釜53内的热能通过第一闪蒸分离器52转移至第一反应釜51内，此时第一反应釜51内的湿垃圾已泵入完毕，进而通过转移的热能对第一反应釜51内的湿垃圾进行预热。待第三反应釜53内的温度将至115℃、压力将至常温后，打开第二反应釜51的出料阀，第二反应釜内的物料排至离心机3内。同样的，离心机3将物料分离为液态物料和固态物料，液态物料通过管道排至储液箱4内，固态物料为腐殖酸有机肥，排入外部设备另行处理。

本实施例中，第一反应釜51和第二反应釜53采用上述交替加热升温并将热能通过第一闪蒸分离器52转给对方的方式循环处理湿垃圾，即采用双釜周期式加热以及闪蒸切换的方式进行能量回收，提高了能量利用率，同时缩短了加热时间，解决了现有技术中的装置存在的耗能高的问题。

进一步地，还包括油水分离器6，油水分离器6的进口与储液箱4的出口相连通。油水分离器6接收储液箱4内的液态物料后，将液态物料分离为水和液肥，水通过泵送机构泵入水箱内进行集中生化处理，液肥被排至下一级处理系统进一步处理。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上形成，通过设置进料平衡罐，不仅能够在进料的同时保持第一反应釜和第二反应釜的压力、温度的平衡，而且能够将多余的蒸汽对调料罐进行加热，进一步提高能量的利用率。具体地：

如图1所示，一级处理子系统5中还包括有进料平衡罐55，第一闪蒸分离器52的一个出口与进料平衡罐55的进口连通。进料平衡罐55用于容纳第一闪蒸分离器52内的多余蒸汽，同时进料平衡罐55亦可向第一闪蒸分离器52内补充蒸汽，以达到平衡第一反应釜51和第二反应釜53在进料过程中的压力和温度的平衡。

进一步地，调料罐1的外周面设有保温腔(图示中未显示)，保温腔可通过于调料管1的外壁面设置一层密封的保温材料形成。进料平衡罐55的一个出口连通保温腔，通过进料平衡罐55将蒸汽传送至保温腔中，进而对调料罐1内的乳化湿垃圾进行预热，进一步提高了能量的利用率，降低能耗。

实施例3

实施例3是在实施例1或2的基础上形成，通过设置二级处理子系统，形成多效蒸馏的处理系统，通过多效蒸馏的技术工艺对水热工艺产生的液肥进行处置，解决了脱油脱盐的问题，并且达到了减量化的效果。具体地：

如图1-2所示，二级处理子系统7包括第二闪蒸分离器71、蒸气压缩机72以及换热器73。第二闪蒸分离器71的一个进口与油水分离器6的液肥排料口连通。第二闪蒸分离器71的一个蒸汽出口与蒸汽压缩机72相连通，蒸汽压缩机72将蒸汽输送至换热器73中。油水分离器6内的液肥排至第二闪蒸分离器71内后，液肥通过第二闪蒸分离器71继续进行闪蒸分离，被分离的水蒸气通过蒸汽压缩机72被输送至换热器73中，而被浓缩的物料则通过出料口被排至外部设备另行处理。蒸汽在换热器73中进行换热后大部分变为冷凝水，变为冷凝水的部分被泵入水箱内进行生化处理，剩余的少部分的浓缩液肥同样被排入外部设备另行处理。优选的，换热器73可为两组或两组以上并联设计，提高效率。

进一步地，二级处理子系统7还包括有第三闪蒸分离器74(该闪蒸分离器是否与油水分离器相连通，进而导入液肥)，第三闪蒸分离器74的进口与第二闪蒸分离器71的蒸汽出口连通，第三闪蒸分离器74的蒸汽出口与蒸汽压缩机72相连通。此时，第二闪蒸分离器71闪蒸分离的蒸汽进入第三闪蒸分离器74内后经过再次的闪蒸分离作用后，蒸汽在通过蒸汽压缩机72排入换热器73中。提高能量的利用效率，同时进一步提高液态物料的浓缩减量。

在一些优选的实施方案中，可将第二闪蒸分离器71与调浆罐1的保温腔相连通，保温腔中的多余蒸汽可进入第二闪蒸分离器71中，进一步提高能量利用效率。

多级蒸馏也成为了多效蒸馏，多效蒸馏系统是由多个蒸发器串联组合而成的换热系统。将多个蒸发器串联起来，前一个蒸发器的二次蒸汽作为下一个蒸发器的加热蒸汽，下一个蒸发器的加热蒸汽，下一个蒸发器的加热室便是前一个蒸发器的冷凝器，这便是多效蒸发器的原理。蒸发同样数量的水分，采用多效时所需要的生蒸汽量将远较单效时小，多效蒸发系统流程中，各效的操作压强及溶液沸点均依次降低，前效的二次蒸汽作为后效的加热蒸汽，即后效的加热室等同于前效二次蒸汽的冷凝器，过程中仅需消耗生蒸汽，故而提高蒸汽利用率。

本实施例中的多级蒸馏子系统采用并流加料蒸发流程，所谓并流加料蒸发流程是指溶液和蒸汽的流向相同，都由一级顺序流至末级，称为并流加料法。并流加料蒸发流程，溶液在效间的输送可以利用效间的压差，而不需要泵送。同时，当前一效溶液流入温度和压力较低的一效时，会产生蒸发(闪蒸)，因而可以多产生一部分二次蒸汽。此种操作简便，工艺条件稳定。经过蒸馏后，分离出来的液体，除了浓缩液肥以外，通过液体不同比重，分离出油脂和盐，而且将液肥浓缩至原来数量的10％，作为浓缩液态腐殖酸有机肥灌装，多效蒸馏后蒸汽冷凝后水引入生化水处理装置进行水处理，达标后排放。

实施例4

本实施例4是在实施例3的基础上形成的一种湿垃圾水热资源化处理方法，采用湿垃圾水热资源化处理系统，如图1-2所示，包括闪蒸切换步骤和多级蒸馏步骤；

闪蒸切换步骤包括：

A1,通过乳化泵将经过分拣、破碎、制浆以及乳化的湿垃圾泵入调浆罐1内；

A2,通过螺杆泵2将调浆罐1内的湿垃圾泵入第一反应釜51中；

A3，启动加热器54对第一反应釜51进行加热，同时通过空气压缩机向第一反应釜51内送入空气进行加压，第一反应釜51于预定温度和预定压力下保持预设时间；

A4，在进行步骤A3的同时，通过螺杆泵2将调浆罐1内的湿垃圾泵入第二反应釜52内；

A5，待第一反应釜51于恒温恒压下保持预定时间后，开启第一闪蒸分离器52分别与第一反应釜51、第二反应釜53的阀门，第一反应釜51内的热能通过第一闪蒸分离器52闪蒸转移至第二反应釜52内，对第二反应釜52内的湿垃圾进行加热；

A6,第一反应釜51内的温度与压力降至预定值后，打开第一反应釜51的出料阀，第一反应釜51内的物料被输送至离心机3内，通过离心机6将物料分离为液态物料和固态物料，液态物料输送至储液箱4中，固态物料被输送至外部设备；

A7,通过加热器54对第二反应釜53进行加热，同时通过空气压缩机向第二反应釜53内送入空气进行加压，第二反应釜53于预定温度和预定压力下保持预设时间；

A8,在进行步骤A7的同时，通过螺杆泵2将调浆罐1内的湿垃圾级泵入第一反应釜51内；

A9，待第二应釜53于恒温恒压下保持预定时间后，开启第一闪蒸分离器52分别与第一反应釜51、第二反应釜53的阀门，第二反应釜53内的热能通过第一闪蒸分离器52闪蒸转移至第一反应釜51内，对第一反应釜51内的湿垃圾进行加热；

A10,第二反应釜53内的温度与压力降至预定值后，打开第二反应釜53的出料阀，第二反应釜53内的物料被输送至离心机3内，通过离心机6将物料分离为液态物料和固态物料，液态物料输送至储液箱4中，固态物料被输送至外部设备；

A11,重复步骤A1-A10。

优选的，步骤A5和/或步骤A9中还包括温度压力平衡步骤，温度压力平衡步骤为：第一闪蒸分离器52与进料平衡罐55进行蒸汽的传输使得第一反应釜51和第二反应釜52在进料时保持的温度与压力的平衡。

多级蒸馏步骤包括：

B1,将储液箱4内的液态物料输送至油水分离器6内，经油水分离器6将液态物料分离为水和液肥，将液肥输送至第二闪蒸分离器71内进行闪蒸分离；

B2,经第二闪蒸分离器71闪蒸分离形成蒸汽和浓缩液肥，蒸汽经蒸汽压缩机72送入换热器71内，浓缩液肥自第二闪蒸分离器71的排料口排至外部设备；

B3，换热器73通过换热将蒸汽转换为冷凝水和浓缩液肥，冷凝水被排至外部水箱内，浓缩液肥被输送至外部设备中。

优选的，步骤B2中还包括蒸汽再蒸馏步骤，蒸汽在蒸馏步骤为：进料平衡罐55中产生的蒸汽通入调浆罐1的保温腔中对调浆罐1进行预热后，多余的蒸汽通过管道通入第二闪蒸分离器71内进行在蒸馏。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。