城市生活垃圾封闭式内循环低温碳化整套工程与技术介绍(横版投影)

1、中科环保城市生活垃圾封闭式内循环低温碳化整套工程与技术介绍 中科环保，核心科技，城乡垃圾不落地！ 河南中科环保资源再生利用有限公司是一家高科技专业环保企业，是中国科学院上海高等研究院的城市生活垃圾封闭式内循环低温碳化成套技术设备及系统工程技术输出单位。 中科环保，专业投资、运营中科院核心技术城市垃圾综合处理项目。为政府分忧，替百姓解难！ 河南中科环保资源再生利用有限公司 中国科学院上海高等研究院（以下简称“高研院”）是中国科学院直属科研机构，坐落于中国科学院上海浦东科技园。高研院积极开展原始创新和集成创新研究，加强与海内外研发机构、大学和企业的合作，集聚海内外杰出学者，促进我国相关战略新兴产业

2、发展成为技术引领者，加快科学技术成果转移转化。实践科技与经济、科技与教育、科技与金融、科技与文化的四结合，成为有国际竞争力的集研、产、学、用为一体的多学科交叉综合性科教机构，为国家和区域经济增长方式转变提供相关领域的技术支撑与决策支持。中国科学院上海高等研究院 高研院已形成交叉前沿与先进材料、信息科学与技术、空间科技、能源与环境、生命科学与技术及技术转移转化的“五部一中心”的发展格局。在未来五至十年，高研院将以先进微小卫星、绿色智能城网、高端医疗影像设备三个重大突破为目标，将物联网行业应用、无线三网融合、可持续能源解决方案、温室气体和环境工程、干细胞与纳米医学作为五个重点培育方向大力发展科研及

3、其应用。 高研院正成为创新功能体系完善、人才队伍集聚、技术创新平台及基础设施先进、布局合理、设施一流、配套完善、环境优美、在国内外有影响的研究院，建立健全有利于创新的体制和机制，与上海科技大学共同打造人才培养和科技创新的生态系统。中国科学院上海高等研究院中国科学院上海高等研究院组织机构技术牵头人主要研究领域：不对称合成,甾体和萜类化学, 金属有机化学,药物合成化学, 杂环化学, 有机氟化学。荣誉：1991.05 甘肃省做出突出贡献博士 1991.10 第二届中国科学院青年科学家奖 1992.10. 国务院特殊津贴 1996.05 中科院上海分院先进青年科技工作者 1996.07 96上海市科技

4、系统先进青年科技工作者 1996.06 上海市第二届十佳科技启明星 1996.07 中国优秀青年科技创业奖 1996.08 求是基金“杰出青年学者奖” 1997 中国科学院自然科学二等奖 1997.06 上海市十大杰出青年 1997.12 普陀区特别上杰出青年 1997.01. 上海市优秀博士后 1997 上海市回国留学人员先进个人。 2000.08 中国科协求是杰出青年奖 2001.08 世界华人有机化学会议杰出青年奖 2001.09 上海徐光启科技奖 2003.12 新世纪中国改革百名优秀人物 2003.07 中国科学院防治非典型肺炎工作优秀共产党员。 2003.06 上海市科技系统优秀共

5、产党员 2003. 上海市科学技术技术进步一等奖 2004.04 入选“国家新世纪百千万人才工程” 2005.10 全国优秀博士后 2006.02 Eli Lilly Research Excellence Award in China (ELSEA). 2007.01 法国市长勋章. 2007.08 中国化学会有机合成创造奖 2007.11 联合国环境规划署TEAP Champion Award奖 2008.12 国家科技进步二等奖技术牵头人项目的出发点/项目的意愿核心议题技术产业链 与 创新集群 我国的环保投资远远不足，潜力巨大，技术储备与产业积累丰厚。 技术与技术集成 支撑可持续发展，构

6、建绿色生态系统，实现集约增长。智慧城市兼顾低碳环保，重视技术集成与综合效益。 目标与方向立足多学科集成创新系统工程基于城市垃圾与废弃生物质的热汽电三联系统与充电系统，形成智能城网，支持各种生物质资源的综合开发利用。基于农业废弃物的生物炭基复合肥、有机栽培基质，农业生产水体质量保持技术，形成城市化立体生态农业。基于废热利用的高效动力系统集成，包括煤炭、生物质热解气等，提高整个城市的能源利用效率。中国科学院上海高等研究院具有很强的多学科资源优势。专注于成套设备与系统工程，突破封闭式内循环低温炭化关键技术从实验室走向社会化、产业化的瓶颈，成为一个可持续发展的现实支撑。项目的出发点/项目的意愿生物碳抗

7、土壤退化土壤退化现已成为全世界面临的环境问题之一 ! 土壤退化则是人类活动诱导和加速的一种自然过程。土壤侵蚀、 土壤盐渍化、 土壤荒漠化及土壤沙化是土壤的绝对退化。土壤含碳量低是土壤退化的根本表现。益生菌抗土壤生物退化土壤生物退化指由连茬种植的农作物和土壤微生物共同导致的一种土壤生物障碍。其表现为:在同一田块连续多年种植同一作物会导致该作物产量和品质下降 ,病虫害加重 ,连茬作物生产力下降或绝收 ,而改种其他作物却能够正常生长。沙漠绿色产业需要连茬种植的农作物或药用植物等，一定存在土壤连作障碍，限制沙漠绿色产业的生产力进一步提高，包括加速环境改善。沙质土壤不利于土壤微生物的定殖，因此多孔碳黑则

8、可以为土壤微生物提供完美的栖息地。同时，土壤微生物要到当地筛选，在沙柳长势最好的地方筛选，或在其它地方研究成功的土壤细菌带过去根据当地的条件进行适当的驯育。项目的出发点/项目的意愿城市生活垃圾城市生活垃圾现已成为全国面临的环境问题之一 ! 环境退化是人类活动诱导和加速的一种过程。这些放错地方的生物质资源的来源也是持续增长的。资源化利用开发是环境保护的根本途径 。生物质 光合作用生物合成了地球生态中最大量的可再生资源。全球每年光合作用产生的生物质可达950亿吨炭，远远高于目前世界每年化石资源消耗(65亿吨炭)，同时吸收了CO2，并排放出大量氧气。这是构建地球和谐生态环境的基础，也是人类新文明的物

9、质基础。立体农业及其系统工程 农业与 生物质的关系重大。农业与城市生活。农业 与水资源。已经形成的技术优势与成果：炭化生活垃圾/城市绿化废弃物的封闭式内循环低温炭化关键技术，解决：入炉垃圾无需专门分拣，包括城市绿化废弃物等其他生物质，符合目前社会条件；实现炭化装置的连续进出料处理；有毒气体排放达标；上海环境监测中心密封性能良好，实现缺氧炭化。物料受热均衡性；热解充分，炭化物性稳定。系统热能平衡及有效利用；环境污染评估；上海环境监测中心垃圾热解生成的黑炭中重金属处理技术；实现了盐碱地修复应用和荒漠土地应用的试验 处理设备集成模块化，自动化；为热解炭化后的生成物提供解决方向。已经形成的技术优势与成

10、果：立体生态已经建设一条立体生态农业联合实验室（基地）与年生产1万吨绿色有机肥料的加工厂，并解决：仿生农药的研制、试验和推广；生物质与生物碳的开发和利用；土壤生物退化与生物防治；农业环境污染和生物修复；立体农业、有机农业和生态循环农业的关键技术集成；宁德产业基地的立体生态农业技术支持； 抗衰老植物的选育、栽培和提取；优质种鸡的生物育种技术；无抗生素家禽养殖技术开发；农业废弃物的资源化利用。工艺流程示意图挤压脱水挤压脱水挤压脱水垃圾/生物质破碎烘干烘干污水处理热解炭化热解炭化洗气分离洗气分离烟气冷凝水并入挤压水一起处理可燃气回炉燃烧焦 油黑 炭烟气处理排放 低温缺氧炭化在缺氧的条件下通过外热源加

11、热，使炉内物料温度达到4000C4500C进行热解炭化2022/8/19 8:57技术工艺流程图生活垃圾/生物质垃圾/生物质脱水系统低温热解碳化炉配风机烟气旋风器冷凝水焦油洗气塔 一级二级烟气排放黑炭热解气烟气除尘塔水膜污水工艺的技术基础：热解碳化技术 城市生活废弃物（垃圾）/生物质热解是指在无氧或缺氧加热的条件下，垃圾中的有机组分发生大分子断裂，产生小分子气体、热解溶液和碳渣的过程。按热解温度可分为高温热解（1000C）、中温热解（600700C）和低温热解（600C）加热有机液体+多种有机酸和芳香族物+碳渣+NH3+H2S+HCN垃圾/生物质的有机成分 +CH4+H2+H2O+CO+CO2

12、 热解TG曲线热解DTG曲线 由热解的TG和DTG曲线可以看出：废纸张、纤维织物、竹木屑和厨余在300400区间表现出较明显的失重趋势，挥发分主要在这一温度区间析出，而塑料橡胶与其它组分相比在700左右仍有一明显的失重趋势，这主要与塑料橡胶的复杂化学成分有关，有机高分子化学键的断裂需要更多的能量。从热解TG图还可看出，塑料橡胶的失重趋势相对平缓，而其余4种组分失重急剧工艺的技术基础： 热解温度的选择热解DTA曲线热解TG-DTG曲线DTA曲线表明：有机组分的明显失重区间都置于300700温度范围内，各个组分的挥发分都能得到较好程度的析出，有利于炭化固体产物的获取。TG-DTG曲线可以看出：DT

13、G曲线有3个波谷，第1个波谷为水分析出区间，第2、3个为挥发分的析出区间，后两个区间正好位于300700，可见选取300700作为热解炭化最佳温度区间是适宜的。工艺的技术基础：热解温度的选择低温缺氧热解碳化线18低温炭化炉单线：30-50T/日结果成套技术：各设备运行基本正常，日处理能力达到30-50T/日烟气排放达标,远低于国家标准和欧美标准，其中：二恶英含量仅0.027 TEQ ng/m3，（国标为 1 TEQ ng/m3 ）研究合成黑炭中重金属重金属固化处理，益生菌的植入与群落化每吨垃圾炭化产物：可燃气350450 m3 ，平均热值3000大卡/ m3 ，循环利用满足热解所需的燃料；固体

14、黑炭约200，平均热值1500大卡/kg，可作为燃料、工业吸附剂、土壤改良基肥焦油约20，平均热值7000大卡/kg，可作为燃料或深加工成燃油；冷凝水约200，经处理作为叶面肥等使用。污水约300，经处理达标排放。19测试结果：系统的能耗平衡、工况稳定20 试验数据表明在循环利用热解燃气的情况下，垃圾的含水率小于30%时，系统的能耗平衡、工况稳定。 炭化充分利用了垃圾中的热能资源。垃圾炭化耗能少，自产再生能源燃气足以供自身炭化垃圾所需的热量。尚有余留的热能资源可置换出焦油，经过提炼加工获得燃油产品或可用作燃料直接燃烧；尚有余留的热能资源可置换出有机碳黑，可用作燃料直接燃烧或经特制设备精加工去除

15、玻璃、碎石、杂质后植入农田成碳储存器，有效制止了二氧化碳排放进入大气层。碳黑同时也是农作物促长高产的特效有机肥料，是很好的土壤改良碳基肥料。21测试结果：无需专门的垃圾分拣/生物质分类 良好的垃圾分类是垃圾焚烧的基础之一，但是人员素质和制度执行中的缺陷，是我国目前难以做到的。 本项目热解炭化方法无需专门垃圾分拣处理，无论垃圾热值高低都能够进行炭化处理，无需顾虑 垃圾的热值太低，焚烧不起来或者焚烧不充等情况。 测试结果：烟气体达标排放，无重金属污染22序号项目单位数值含义国标低温炭化烟气1烟尘mg/m3测定均值8015.72烟黑度林格曼黑度,级测定值113一氧化碳mg/m3小时均值15063.4

16、4氮氧化物mg/m3小时均值40014.55二氧化硫mg/m3小时均值260ND6氯化氢mg/m3小时均值750.007772汞mg/m3测定均值0.20.001218镉mg/m3测定均值0.1nd9铅mg/m3测定均值1.60.0047710二恶英类ng, TEQ/m3测定均值1.00.0276垃圾焚烧二恶英排放标准国家垃圾焚烧排放TEQ标准(ng/m3)美国0.14-0.21欧盟0.1中国1TEQ ( Toxic Equivalents) 称毒性当量上海市环境监测中心监测23垃圾处理产物的资源化利用黑炭焦油内循环燃料重整柴油土壤固碳燃气叶面肥垃圾热解生成的黑炭中重金属固化剂处理 炭化过程由

17、于温度相对较低，垃圾中的金属、玻璃等在垃圾裂解的过程中都保持原样，因此更容易分选出来。本项目采用了重金属固化剂处理，也由于金属未发生化学变化，解决了黑炭中的重金属污染，可服务于农业生产，不会造成重金属二次污染。 本技术：考核一生活垃圾炭化预处理系统技术与设备，所开发一套针对生活垃圾炭化工艺的破碎技术与设备,及其机械挤压脱水工艺技术研究等，配合烟气余热干燥工艺技术，确保进入炭化工艺段的垃圾含水率30%。生活垃圾内循环封闭式低温炭化系统技术与设备，所开发成一套生活垃圾内循环封闭式低温炭化系统，实现封闭式低温炭化工艺技术，其中考核：产生的燃气100%满足炭化炉的能量需求；垃圾有机质完全炭化；炭黑产出

18、率15%、焦油产出率1.2%、残渣量低于5%。本技术：考核二生活垃圾污染控制系统方案研究，所开发成一套烟气污染控制技术、混合型污水深度处理技术、高效臭气处理技术及集成，并经第三方资质单位检测污染排放达到国家要求的相关标准：混合型污水深度处理排放达到污水综合排放标准（GB8978-1996）；烟气排放达到生活垃圾焚烧污染控制标准（GB18485-2001），其中二恶英排放达到欧盟2000标准；恶臭去除率达到90%，臭味排放达到恶臭污染物排放标准（GB14554-93）规定的排放限值。本技术：考核三资源化利用与开发炭基肥料重金属指标符合有机肥的标准（NY525-2002）；膜法生物质焦油再生的工艺

19、条件不引入新的化学试剂、不污染环境，使得分离体系在无相变的条件下进行净化，从焦油再生获取的柴油中污染物金属（Ca、Zn、Mg等）含量低于10ppm（以质量计）；部分关键指标（如热值、闪点、运动粘度、残炭、灰份、含硫量及机械杂质等）达到或接近柴油，获得与柴油相同的使用效果，以此来保证再生资源的使用性能和价格优越性。在本项目示范成功与推广的基础上，进一步研制焦油再生燃料柴油的中试装置并通过运行确定最优工艺参数，获取更好油品质量的生物质柴油。黑炭资源化利用：旱地玉米增产施生物黑炭40吨/公顷比单施氮肥45kg/亩增产200kg/公顷商丘玉米试验新疆灰漠土29黑炭资源化利用：土壤改良剂和碳基肥料福建菜

20、地试验-增产、病虫害减少，根系发达（左，施用垃圾生物黑炭 右；不施用垃圾生物黑炭）黑炭资源化利用：浙江旱田试验块根类增产显著前季施垃圾黑炭前季不施垃圾黑炭处理组胡萝卜的平均单个重量为181.5g，折合亩产为4.72吨/亩；对照组胡萝卜的平均单个重量为84.1g，折合亩产为2.19吨/亩。处理与对照相比，胡萝卜产量增加了116%，说明土壤中施用40吨黑炭/公顷的垃圾黑炭能显著增加胡萝卜产量。益生菌利用：土壤生物退化的生物防治使用专用生物有机肥的实验组基本无虫斑！益生菌利用：土壤生物退化的生物防治使用专用生物有机肥的人参就可以复栽了！益生菌利用：益生菌筛选与生物质收集粉碎秸秆废弃物现场粉碎收集微生

21、物菌种的选育、开发技术：在蔬菜废物堆肥体系中主要是高温菌和中温菌的筛选，通过复合菌的发酵pH、温度、培养时间和搅拌速率等一些条件确定符合菌系的最优菌种，获得较强的复合菌剂。已申请相关发明专利2项高效藻类池污水处理小球藻对养牛场废水中COD、氨氮、总氮、总磷的去除效果图益生菌利用：小球藻用于养牛场的污水处理污水处理：成套设备与系统工程城市水处理及污水资源化集成技术及成套解决方案：主要针对长三角地区城市垃圾渗透液、难降解工业废水、城市景观水体、船舶压舱水、自来水以及海水淡化等城市水处理及污水资源化提供关键集成技术及成套解决方案。基于双膜法的垃圾渗滤液处理与回用关键技术的开发和应用面向难降解工业废水

22、处理及回用的催化氧化-膜生物反应器集成技术的开发和应用城市景观水体净化的生物-生态修复关键技术的开发和应用船舶压舱水处理及资源化的成套集成装置及系统基于炭膜的自来水深度净化集成技术的开发和应用海水淡化关键技术基于城市废热的水处理系统的开发和应用：热法处理特种废水（高盐度、高浓度、高放射等）、热法海水淡化等耐腐蚀抗结垢的高效海水冷却系统：应用于船舶、电厂等益生菌：选育益生菌与系统工程本技术的产业化，就是发展集成一个具备完善的技术细节与工程化、社会化服务功能的土壤改良制剂工厂；通过特定程序筛选出能在作物根区土壤中定殖、 对病原菌有较强抑制作用、 对人类健康无害、 对作物生长有促进作用、 对土壤中作物产生