本發明涉及廢棄物資源化利用，具體為一種餐廚垃圾氣化及超臨界水熱合成多能融合系統及方法。
背景技術：
1、隨著全球經濟的持續發展和人們生活水平的不斷提高，餐廚垃圾的產生量急劇增加，每年產生的餐廚垃圾已超過13億噸。這些垃圾富含有機成分，如碳水化合物、蛋白質和脂肪等，這些物質在自然分解過程中會釋放異味，并成為細菌滋生的溫床，從而加劇環境污染問題。餐廚垃圾若得不到及時有效的處理，將對生態環境和公共衛生構成嚴重威脅。目前，針對餐廚垃圾的處理，已存在多種方法，其中厭氧消化、熱解焚燒、填埋和堆肥是較為常見的幾種。
2、傳統的餐廚垃圾處理技術中，填埋和焚燒占據主導地位。填埋方法雖然操作簡單，但會大量占用土地資源，且隨著垃圾的長期堆積，垃圾滲濾液有可能滲透到地下水中，對土壤和水源造成污染。另一方面，焚燒處理雖然能有效減少垃圾體積，但焚燒過程中會釋放大量的二氧化碳等有害氣體，對空氣質量造成嚴重影響，同時產生的溫室氣體也加劇了全球變暖的趨勢。
3、因此，傳統的餐廚垃圾處理方法面臨著越來越大的環境和社會壓力，迫切需要尋找更為環保、可持續的替代技術，以應對日益嚴峻的環境污染問題。
技術實現思路
1、為了克服上述現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種餐廚垃圾氣化及超臨界水熱合成多能融合系統及方法，以解決現有技術中如何提高餐廚垃圾的有效利用的技術問題。
2、本發明是通過以下技術方案來實現：
3、第一方面，本發明提供了一種餐廚垃圾氣化及超臨界水熱合成多能融合系統，包括水路輸出管路、液氧輸出管路、漿料輸出管路、有機朗肯循環發電管路、超臨界水氣化反應器單元、超臨界水熱合成反應器單元、第一氧化反應器、金屬溶液輸出單元、氣體分離器以及發電供熱單元；
4、所述有機朗肯循環發電管路的工質輸出端連接至發電供熱單元的工質輸入端，所述發電供熱單元的工質輸出端用于進行對外界供熱以及形成工質熱循環回路；
5、所述水路輸出管路和漿料輸出管路的輸出端分別連接超臨界水氣化反應器單元的輸入端；
6、所述金屬溶液輸出單元的輸入端用于輸入前驅體溶液和堿性溶液；
7、所述液氧輸出管路和超臨界水氣化反應器單元的輸出端分別連接至第一氧化反應器的輸入端，所述第一氧化反應器的輸出端包括第一輸出端和第二輸出端，其中第一輸出端和金屬溶液輸出單元的輸出端分別連接至超臨界水熱合成反應器單元的輸入端，用于制備金屬粉末；第二輸出端依次經過水路輸出管路、液氧輸出管路、漿料輸出管路以及有機朗肯循環發電管路后連接至氣體分離器的輸入端。
8、優選的，超臨界水氣化反應器單元包括超臨界水氣化反應器；
9、所述超臨界水氣化反應器的輸入端分別連接水路輸出管路和漿料輸出管路的輸出端；
10、所述超臨界水氣化反應器的輸出端連接至第一氧化反應器的輸入端；所述超臨界水氣化反應器的外表面設有加熱裝置，所述超臨界水氣化反應器的底部設有排渣口，所述排渣口連接排渣裝置。
11、進一步的，排渣裝置包括鎖料斗，所述鎖料斗的輸入端與超臨界水氣化反應器底部的排渣口之間設有第一冷卻器；所述鎖料斗上設有注水管路和排渣管路，其中注水管路上設有注水球閥，排渣管路上設有排渣針閥。
12、更進一步的，超臨界水熱合成反應器單元包括超臨界水熱合成反應器以及固液分離器；
13、所述第一氧化反應器的第一輸出端以及金屬溶液輸出單元的輸出端分別連接至超臨界水熱合成反應器的輸入端，所述超臨界水熱合成反應器的固液混合物輸出端連接至固液分離器的輸入端，其中超臨界水熱合成反應器的固液混合物輸出端和固液分離器的輸入端之間設有第二冷卻器。
14、更進一步的，金屬溶液輸出單元包括金屬前驅體溶液管路和堿性溶液管路；
15、所述金屬前驅體溶液管路的輸入端設有前驅體溶液泵，用于輸入前驅體溶液；所述堿性溶液管路的輸入端設有堿性溶液泵，用于輸入堿性溶液；
16、所述金屬前驅體溶液管路和堿性溶液管路的輸出端分別連接至超臨界水熱合成反應器的輸入端。
17、更進一步的，系統還包括第二氧化反應器；
18、所述金屬前驅體溶液管路的輸入端還設有第一換熱器；所述堿性溶液管路的輸入端處還設有第二換熱器；
19、所述第二氧化反應器的輸入端連接至超臨界水熱合成反應器的氣化輸出端，第二氧化反應器的輸出端依次經過第一換熱器以及第二換熱器后連接至有機朗肯循環發電管路上。
20、更進一步的，水路輸出管路上依次設有水泵和第三換熱器，其中水路輸出管路經水泵通過第三換熱器連接至超臨界水氣化反應器單元的輸入端；
21、所述液氧輸出管路上依次設有液氧泵、空氣預熱器以及第四換熱器；其中，液氧輸出管路依次經液氧泵以及空氣預熱器后通過第四換熱器連接至第一氧化反應器的輸入端；
22、所述漿料輸出管路上依次設有漿料泵以及第五換熱器；其中，漿料輸出管路經漿料泵后通過第五換熱器連接至超臨界水氣化反應器單元的輸入端；
23、所述有機朗肯循環發電管路上依次設有工質泵以及第六換熱器；其中，有機朗肯循環發電管路經工質泵后通過第六換熱器連接至發電供熱單元；
24、所述第一氧化反應器的第二輸出端依次通過第三換熱器、第四換熱器、第五換熱器以及第六換熱器后連接至氣體分離器的輸入端，其中第六換熱器與氣體分離器之間設有第三冷卻器；
25、所述第二氧化反應器的輸出端依次經過第一換熱器以及第二換熱器后連接至第六換熱器。
26、更進一步的，發電供熱單元包括透平機和熱發生器；
27、所述透平機的輸入端連接至第六換熱器，所述熱發生器設有水路輸入端、工質輸入端、水路輸出端以及工質輸出端；所述水路輸入端用于輸入水源，所述水路輸出端用于對外界供熱；所述工質輸入端連接透平機的輸出端，所述工質輸出端連接至有機朗肯循環發電管路的輸入端，形成工質熱循環回路。
28、更進一步的，熱發生器的工質輸出端上設有第四冷卻器。
29、第二方面，本發明還提供了一種餐廚垃圾氣化及超臨界水熱合成多能融合系統的使用方法，基于上述所述的一種餐廚垃圾氣化及超臨界水熱合成多能融合系統，包括如下步驟：
30、餐廚垃圾漿料和水分別在漿料輸出管路和水路輸出管路中通過預熱后輸入超臨界水氣化反應器單元內，通過水氣化反應產生富氫氣體，再將富氫氣體輸入第一氧化反應器內，第一氧化反應器內的一部分富氫氣體進行氧化放熱，依次對水路輸出管路、液氧輸出管路、漿料輸出管路以及有機朗肯循環發電管路進行預熱后輸入至氣體分離器內，再通過氣體分離器分離得到氫氣；
31、金屬溶液輸出單元將前驅體溶液和堿性溶液輸入至超臨界水熱合成反應器單元，第一氧化反應器內的剩余富氫氣體進入超臨界水熱合成反應器單元內與前驅體溶液和堿性溶液進行化學還原反應后得到金屬粉末；
32、有機朗肯循環發電管路中輸入有機朗肯循環工質后通過第一氧化反應器內富氫氣體進行氧化放熱產生蒸汽，并通過發電供熱單元進行發電以及形成工質熱循環。
33、與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：
34、本發明提供了一種餐廚垃圾氣化及超臨界水熱合成多能融合系統，通過餐廚垃圾的氣化處理，實現了有機廢棄物的資源化利用，減少了垃圾填埋和焚燒帶來的環境污染。超臨界水氣化反應器單元和超臨界水熱合成反應器單元的結合，使得餐廚垃圾中的有機物得以高效轉化，提高了資源回收率。通過有機朗肯循環發電管路和發電供熱單元，實現了電能的穩定輸出，為系統自身及周邊設施提供了可靠的能源供應。同時通過超臨界水熱合成反應器單元可以溶解多種有機化學物質，形成均相反應體系，從而大大提高反應速度，便于得到金屬粉末；本發明系統集成了餐廚垃圾氣化、超臨界水氣化、超臨界水熱合成、蒸汽發電和金屬粉末制備的多種技術，體現了高度的技術集成性，提高了能源利用效率，減少了能源浪費。
35、進一步的，超臨界水氣化反應器利用超臨界水的性質能夠高效地氣化餐廚垃圾中的有機物，將其轉化為氣體產物。通過精確控制反應條件可以實現有機物的高效轉化，提高氣體產物的質量和產量。超臨界水氣化反應器的外表面設有加熱裝置，能夠確保反應器內部達到所需的超臨界條件，從而加速氣化反應進程。超臨界水氣化反應器的底部設有排渣口，連接排渣裝置，能夠及時排出反應過程中產生的固體殘渣。
36、更進一步的，鎖料斗能夠確保在排渣過程中，固體殘渣被穩定地收集和暫存，防止殘渣直接排放可能對環境和設備造成的污染或損壞。通過設置第一冷卻器，在殘渣進入鎖料斗之前進行冷卻處理，可以降低殘渣的溫度，提高排渣過程的安全性，同時也有助于減少殘渣對后續處理設備的熱沖擊。注水管路上的注水球閥能夠根據需要調節注水量，以控制鎖料斗內殘渣的濕度和流動性，從而優化排渣效果。排渣管路上的排渣針閥能夠精確控制殘渣的排放速度和排放量，確保排渣過程的平穩和可控。
37、進一步的，超臨界水熱合成反應器利用超臨界水的獨特性質能夠在溫和的條件下促進化學反應的進行，實現高效合成。固液分離器使得反應后的產物能夠迅速且有效地進行固液分離，提高了產物的純度和質量。第二冷卻器能夠在超臨界水熱合成反應器輸出固液混合物后，對其進行快速冷卻，從而穩定產物的性質，防止其在高溫下發生進一步的化學反應或分解。
38、更進一步的，前驅體溶液泵和堿性溶液泵的引入，能夠精確控制金屬前驅體溶液和堿性溶液的輸入流量和速度，從而確保反應物按照預定的比例和條件進入超臨界水熱合成反應器。通過精確調節金屬前驅體溶液和堿性溶液的輸入，可以優化超臨界水熱合成反應器內的反應條件，如反應物的濃度、ph值等，從而提高反應效率。同時，精確控制反應物的輸入也有助于減少副產品的生成，提高產物的純度和質量。
39、更進一步的，第二氧化反應器接收超臨界水熱合成反應器的氣化輸出，進一步氧化其中的可燃氣體，釋放出的能量通過第一換熱器和第二換熱器進行回收。回收的熱量可以用于預熱金屬前驅體溶液和堿性溶液，從而實現了能量的高效利用。
40、更進一步的，通過設置第三換熱器、第四換熱器、第五換熱器和第六換熱器，系統實現了能量的多級回收和高效利用。這些換熱器分別回收了氧化反應器的熱量并依次給水路、液氧、漿料和蒸汽再熱循環提供熱量，并將其傳遞給需要加熱的工藝介質；水泵、液氧泵和漿料泵的設置確保了各工藝介質能夠穩定、連續地輸送到目標位置，為后續的化學反應和能量轉換提供了可靠的保障。
41、更進一步的，透平機作為發電供熱單元的核心部件，能夠將來自第六換熱器的高溫高壓蒸汽中的熱能高效轉換為機械能。這一轉換過程不僅提高了能量的利用效率，還使得系統能夠以更高的效率進行發電。熱發生器接收透平機接收工質熱量并將其轉移輸出到外界，實現了能量的二次轉換，提高了系統的整體能量轉換效率。同時，熱發生器的輸出端分支設置，其中第二支路連接至有機朗肯循環發電管路的輸入端，形成了工質熱循環回路。使得蒸汽能夠在系統中循環利用，提高了能量的利用效率。
42、更進一步的，第四冷卻器能夠調節從熱發生器第二支路流出的蒸汽或熱介質的溫度。通過冷卻過程，可以確保熱介質在進入后續設備或工藝之前達到適宜的溫度范圍，從而增強系統的穩定性和可靠性。
43、本發明還提供了一種餐廚垃圾氣化及超臨界水熱合成多能融合系統的使用方法，通過將餐廚垃圾漿料和水轉化為富氫氣體，不僅實現了餐廚垃圾的資源化利用，還減少了垃圾處理的環境壓力。富氫氣體在系統中被多次利用，一部分用于氧化放熱預熱各輸出管路，另一部分則用于超臨界水熱合成反應器單元中的化學還原反應，生成金屬粉末，實現了能量的高效利用和物質的循環利用。通過有機朗肯循環發電管路，系統能夠利用有機朗肯循環工質和富氫氣體氧化放熱產生的蒸汽進行發電，為系統提供了額外的能源輸出。提高了系統的自給自足能力，還有助于提升整個系統的經濟性和可持續性。