本实用新型专利技术公开一种同步实现有机废弃物处理及合成气提质的系统装置。所述系统装置包括厌氧合成一体化反应器，所述厌氧合成一体化反应器从下到上依次包括排泥区、曝气缓冲区、气液混合区、微生物合成反应区、气固液分离区和气相稳压区。利用本实用新型专利技术的系统装置，不仅可以实现厌氧合成一体化反应器中有机废弃物处理及资源化产甲烷，也可同时实现合成气的甲烷化提质。与现有技术相比，本实用新型专利技术采用微生物工艺将合成气通入厌氧合成一体化反应器在处理有机废弃物的同时实现气体提质提纯，在常温常压下，可以把合成气中除甲烷外的大部分的成分转化为甲烷，为解决我国能源领域所面临的资源短缺，环境污染，能源结构不合理等问题提供了新方法。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及有机废弃物处理和合成气综合利用及气体提质，其中合成气包含炼焦工业副产煤气、生物质热解气化燃气、人工煤气等。更具体地，涉及一套可同时实现有机废弃物处理及合成气提质的新装置。
技术介绍
厌氧消化工艺由于具有高负荷、低能耗、低运行成本、产生能源等优点而广泛应用于高浓度有机废水(酒糟、垃圾渗滤液等)、有机废弃物(污泥、牛粪、秸秆等)的处理。厌氧消化过程产生的沼气的主要成分是50～70％甲烷(CH4)、30～50％二氧化碳(CO2)和少量的硫化氢(H2S)、水(H2O)、氨氮(NH3)、氢(H2)和一氧化碳(CO)等，是一种可持续的有价值的能量来源。普通沼气，作为一种清洁能源，热值一般在5200～6600千卡/立方米之间，长期以来作为民用能源使用，目前也被用于发电。然而，随着矿石燃料的枯竭，沼气利用的需求也在不断增长，将沼气提质为甲烷含量为90％以上的生物天然气正因其高效的利用而受到广泛的关注。提质后沼气热值高(8000～9000千卡/立方米)，可远距离运输，也可用作车用燃料或注入天然气管网取代天然气。合成气，是指气源为热解气，焦炉煤气，高炉煤气，人工煤气等主要成分为H2，CO，CH4和CO2的可燃气体。这部分气体具有热值低、有毒性、易泄漏、易爆炸等特点，使得在实际应用过程中极易出现安全事故，同时由于气体热值较低，在使用过程中也存在利用效率低等问题。利用这些气体单独或混合使用合成天然气开辟了合成气高效利用的新途径，不仅能带动钢铁焦化和能源产业的技术进步，还能解决工业废气排放造成的环境污染和资源浪费问题。目前热解气甲烷化的技术尚处于探索比选阶段。国家十二五期间明确提出了重点扶持煤制天然气(煤→热解气→甲烷)技术，国内已上马了多个煤制天然气项目，其中热解气甲烷化也是煤制天然气的重要中间环节。目前热解气甲烷化技术主要利用多相催化甲烷化反应原理，将热解气中的碳氧化合物催化加氢生成甲烷。然而该技术的主要问题是需要在高温(200～700℃)高压(1～7.5MPa)条件下进行，CO和H2需要固定的比例，甲烷化催化剂价 格昂贵，而且催化剂易受硫化物等的影响而失活。焦炉煤气是炼焦过程中，产出焦炭和焦油产品的同时所得到的可燃气体，其主要成分为H2(55％～60％)和CH4(23％～27％)，是炼焦过程的副产品。随着焦化行业的发展，有大量的焦炉煤气资源产生。焦炉煤气除部分返回炼焦炉用作加热燃料外，剩余的气体主要用作城市居民的燃料气，因不便送入城市管网，也有相当数量通过火炬燃烧放空。目前工业上焦炉煤气利用途径主要有：作为城市燃气直接利用；发电；通过变压吸附法等工艺可以提取氢气；深度净化后生产甲醇；合成氨或酵素等。这些工艺存在经济效益不高、能耗大、温室气体排放量大、环境效益低等缺点。国内已经开展了关于焦炉煤气制取替代天然气的研究及工程示范。高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品，主要成分为：CO、CO2、N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量约占25％左右。虽然高炉煤气的热值不高，但巨大的产量所产生的能源价值是很可观的。由于高炉煤气的产气量大于用户的用气量，过剩的高炉煤气需要通过放散塔放散掉或采用火炬燃烧。不仅浪费了大量的能源，而且会有大量有害气体和粉尘排放到大气中产生严重的环境污染。合成气生产甲烷的方法主要包括化学方法和物理方法，其中化学方法是把合成气中除甲烷外的其他成分转化为甲烷，而物理方法是采用变压吸附分离、深冷分离、膜分离等方法，对甲烷进行提纯。目前合成气甲烷化技术主要采用化学合成技术，然而该技术的主要问题是需要在高温(200～700℃)高压(1～7.5MPa)条件下进行，CO和H2需要固定的比例，甲烷化催化剂价格昂贵，而且催化剂易受硫化物等的影响而失活。热解气、焦炉煤气等工业副产煤气燃气成分复杂，CO和H2的比例难以满足要求，利用化学合成原理的合成气工业甲烷化技术存在很大的缺陷。此外对合成气中H2和CO2的利用也不够完全，而且投资运行成本都比较高。因此，需要提供一种全新的系统装置，以便同步高效实现有机废弃物的处理及合成气的提质。
技术实现思路
本技术的一个目的在于提供一种同步实现有机废弃物处理及合成气提质的系统装置。本技术的另一个目的在于提供一种采用上述装置同步实现有机废弃 物处理及合成气提质的方法。为达到上述目的，本技术采用下述技术方案：一种同步实现有机废弃物处理及合成气提质的系统装置，所述系统装置的核心部分为厌氧合成一体化反应器，所述厌氧合成一体化反应器从下到上依次包括排泥区8、曝气缓冲区3、气液混合区2、微生物合成反应区1、气固液分离区4和气相稳压区11；所述微生物合成反应区1位于反应器主体的中部，在微生物合成反应区1的下方为气液混合区2；所述气液混合区2的侧壁设有有机废弃物混合液进口6，内部连接均匀布水装置10；所述气液混合区2的下方为曝气缓冲区3，气液混合区2与曝气缓冲区3通过曝气装置9分隔开；所述曝气缓冲区3是一个与液相隔绝的腔室，底部设有合成气进气口7；环绕在曝气缓冲区3的周围及底部的区域为排泥区8，所述排泥区8的底部设有排泥口14；所述微生物合成反应区1的上部为气固液分离区4；所述气固液分离区4的侧壁设有液体循环管5；所述气固液分离区4的周围和上部区域为气相稳压区11，气相稳压区11的顶部设有生物天然气出气口13，生物天然气出气口13的侧壁与气相稳压区11的侧壁通过气体循环管12相连通。所述曝气装置9包括曝气盘和曝气器，所述曝气盘上设置曝气器；所述曝气盘直径与反应器内径比为0.6～0.8，周围除与反应器外壁固定部分外，其余间隙与上部气液混合区2和下部排泥区8联通；曝气器孔眼直径≤100μm，曝气器直径10mm～500mm，单个曝气器曝气气量0～5m3/h，曝气盘上曝气器曝气总面积占比5％～30％。该系统装置核心部分厌氧合成一体化反应器的结构示意图如图1所示。其中，各个组成部分的作用及工作原理为：微生物合成反应区1，该区在反应器主体的中部，在该区利用反应器内的厌氧微生物对合成气中的CO、H2及CO2进行生物转化，生成以CH4和CO2为主要成分的生物天然气；气液混合区2，设置在该微生物合成反应区1下方，在该气液混合区2内通入以CO及H2为主要成分的合成气及微生物营养液，并实现气液的混合，混合后的气液升入该微生物合成反应区1中进行微生物转化；曝气缓冲区3，设置在气液混合区下，作为一个与液相隔绝的腔室，进气在此区进行缓冲和混合，之后经过此区顶部的微孔曝气装置释放进入气液混合区；气固液分离区4，设置在该微生物合成反应区1上方，分离气体上升过程 中带出的液体和污泥，收集和排出生物合成后的生物天然气；排泥区8，设置在该反应器的最底部，该区环绕在曝气缓冲区3的周围，在曝气和进水过程进行汽液相混合时，活性较弱的厌氧污泥从周围外缘沉降下来，用以定期排除反应器底部的污泥；气相稳压区11，该区在生物甲烷化反应器最上部，气固液分离区4的周围，通过与气体循环管12联通，用以稳定反应器内部压力，防止因迅速曝气造成的反应器内液面不平衡或液相溢流。其中，气液混合区2包括：有机废弃物混合液进口6及均匀布水装置10，用以均匀地通入有机废弃物(有机废水，餐厨，垃圾，猪粪，牛粪，鸡粪等)及能够作为该微生物合本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种同步实现有机废弃物处理及合成气提质的系统装置，其特征在于：所述系统装置包括厌氧合成一体化反应器，所述厌氧合成一体化反应器从下到上依次包括排泥区(8)、曝气缓冲区(3)、气液混合区(2)、微生物合成反应区(1)、气固液分离区(4)和气相稳压区(11)；所述微生物合成反应区(1)位于反应器主体的中部，在微生物合成反应区(1)的下方为气液混合区(2)；所述气液混合区(2)的侧壁设有有机废弃物混合液进口(6)，内部连接均匀布水装置(10)；所述气液混合区(2)的下方为曝气缓冲区(3)，气液混合区(2)与曝气缓冲区(3)通过曝气装置(9)分隔开；所述曝气缓冲区(3)是一个与液相隔绝的腔室，底部设有合成气进气口(7)；环绕在曝气缓冲区(3)的周围及底部的区域为排泥区(8)，所述排泥区(8)的底部设有排泥口(14)；所述微生物合成反应区(1)的上部为气固液分离区(4)；所述气固液分离区(4)的侧壁设有液体循环管(5)；所述气固液分离区(4)的周围和上部区域为气相稳压区(11)，气相稳压区(11)的顶部设有生物天然气出气口(13)，生物天然气出气口(13)的侧壁与气相稳压区(11)的侧壁通过气体循环管(12)相连通；所述曝气装置(9)包括曝气盘和曝气器，所述曝气盘上设置曝气器；所述曝气盘直径与反应器内径比为0.6～0.8，周围除与反应器外壁固定部分外，其余间隙与上部气液混合区(2)和下部排泥区(8)联通；曝气器孔眼直径≤100μm，曝气器直径10mm～500mm，单个曝气器曝气气量0～5m3/h，曝气盘上曝气器曝气总面积占比5％～30％。...
【技术特征摘要】
1.一种同步实现有机废弃物处理及合成气提质的系统装置，其特征在于：所述系统装置包括厌氧合成一体化反应器，所述厌氧合成一体化反应器从下到上依次包括排泥区(8)、曝气缓冲区(3)、气液混合区(2)、微生物合成反应区(1)、气固液分离区(4)和气相稳压区(11)；所述微生物合成反应区(1)位于反应器主体的中部，在微生物合成反应区(1)的下方为气液混合区(2)；所述气液混合区(2)的侧壁设有有机废弃物混合液进口(6)，内部连接均匀布水装置(10)；所述气液混合区(2)的下方为曝气缓冲区(3)，气液混合区(2)与曝气缓冲区(3)通过曝气装置(9)分隔开；所述曝气缓冲区(3)是一个与液相隔绝的腔室，底部设有合成气进气口(7)；环绕在曝气缓冲区(3)的周围及底部的区域为排泥区(8)，所述排泥区(8)的底部设有排泥口(14)；所述微生物合成反应区(1)的上部为气固液分离区(4)；所述气固液分离区(4)的侧壁设有液体循环管(5)；所述气固液分离区(4)的周围和上部区域为气相稳压区(11)，气相稳压区(11)的顶部设有生物天然气出气口(13)，生物天然气出气口(13)的侧壁与气相稳压区(11)的侧壁通过气体循环管(12)相连通；所述曝气装置(9)包括曝气盘和曝气器，所述曝气盘上设置曝气器；所述曝气盘直径与反应器内径比为0.6～0.8，周围除与反应器外壁固定部分外，其余间隙与上部气液混合区(2)和下部排泥区(8)联通；曝气器孔眼直径≤100μm，曝气器直径10mm～500mm，单个曝气器曝气气量0～5m3/h，曝气盘上曝...
【专利技术属性】
技术研发人员：王雯，刘广青，刘辉，马欣欣，
申请(专利权)人：北京化工大学，南京青合力能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11
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