[发明专利]一种畜禽粪便连续水热碳化系统及其工艺

说明书

本发明涉及畜禽养殖废弃物资源化利用技术领域，公开了一种畜禽粪便连续水热碳化系统，包括依次连通的发酵罐、高压污泥泵、加热器、碳化反应器、冷却器、储罐、污泥泵和固液分离器，发酵罐还通过管道连通第一气体收集装置，储罐还通过管道连通第二气体收集装置。还公开了一种畜禽粪便连续水热碳化工艺，包括预处理后的畜禽粪便于厌氧发酵罐中发酵后，经高压污泥泵提供的动力连续输入加热器、碳化反应器和冷却器中，降温后的碳化产物经固液分离器分离得到水热炭和碳化液。本发明采用连续水热碳化法处理畜禽粪便制备水热炭，并同时获得副产物碳化液，具有操作方便、易维护、生产成本低、污染物零排放和低能耗等优点。

技术领域

本发明涉及畜禽养殖废弃物资源化利用技术领域，尤其涉及了一种畜禽粪便连续水热碳化系统及其工艺。

背景技术

我国是畜禽养殖大国，全国每年查收畜禽粪污38×10⁸吨，综合利用率不到 60％，最少有1.52亿吨粪污浪费，据估算，2020年全国畜禽粪便的产生量将达到42.44×10⁸吨，畜禽粪便引发的环境问题日益严重。《关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》提出到2020年建立畜禽养殖废弃物资源化利用制度，全国畜禽粪污综合利用率达到75％以上，大规模养殖场提前一年到100％。目前各地正探索粪污的“重生”途径。

水热碳化是将含水率较高的生物质或者将水与干生物质按一定的比例完全混合放入反应器中，在较低的温度，一定的反应时间和压力下进行的水热反应，是一种先进的新型生物质利用及功能炭材料制备技术。该技术不仅可解决废弃生物质的处理问题，还可以将低价值的废弃生物质通过转变成有用的炭功能材料，在碳基肥料、土壤调节剂、吸附及储能材料和催化载体等许多新技术领域有较大的潜在应用价值。

现有关于泥状生物质水热碳化工艺方面的发明专利还较少，并存在以下缺点：现有发明专利中泥状生物质水热碳化工艺均为间歇式操作，增加了生产的复杂性和能耗，并降低了整个工艺设备的处理能力；并水热碳化反应器均采用釜式反应器，釜式反应器是一种压力反应釜，造价高，对安全性的要求也高。

另外，现有的畜禽粪便水热碳化处理法的原料未经过厌氧发酵处理，而新鲜的生物质原料水热碳化条件高，设备和处理成本也较高。

发明内容

本发明针对现有技术中水热碳化为间歇式操作，生产的复杂性和能耗较大的缺点，提供了一种结构简单、生产成本低、操作方便、易维护、污染物零排放、低能耗的畜禽粪便连续水热碳化系统及其工艺。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种畜禽粪便连续水热碳化系统，包括依次连通的发酵罐、高压污泥泵、加热器、碳化反应器、冷却器、储罐、污泥泵和固液分离器，发酵罐还通过管道连通第一气体收集装置，储罐还通过管道连通第二气体收集装置，冷却器与加热器之间设有第一管道和第二管道，加热器、第一管道、冷却器和第二管道形成热循环；发酵罐内设有搅拌器，加热器、碳化反应器和冷却器内均设有螺旋杆搅拌器。

第一气体收集装置用于收集畜禽粪便发酵后产生的沼气，第二气体收集装置用于收集水热碳化反应过程中产生的不凝性气体，不凝性气体为小分子不凝性气体产物；高压污泥泵提供加热器、碳化反应器和冷却器中物料的流动动力，以及管道压力和阻力；污泥泵提供压力将储罐内的碳化产物输送至固液分离器；螺旋杆搅拌器可以提高传热速率和防止结垢；发酵后的物料在加热器中预热，进入碳化反应器后发生水热碳化反应，得到碳化产物，碳化产物在冷却器中冷却降温，循环导热介质将在冷却器中获得的热量传递到加热器中，同时将加热器中的热量传递至冷却器中，可以提供冷却器和加热器维持所需温度的热量，实现加热器与冷却器之间的热量交换，既可以回收热量，又可以降低能耗。

作为优选，加热器和冷却器均为夹套式管状，夹套内设有循环导热介质，循环导热介质为水或导热油。

第一管道和第二管道与加热器和冷却器的夹套连通。