[發(fā)明專利]一種污泥與生物質(zhì)共混氣化制氫的方法與裝置

有效

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• 申請日: 2014-05-20
• 公開（公告）號: CN103979491A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設計）人: 羅思義;卜慶潔;馬晨
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: C01B3/26
• 分類號: C01B3/26;C01B3/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及氣化制氫的技術領域，具體涉及一種污泥與生物質(zhì)共混氣化制氫的方法與裝置。

背景技術

國內(nèi)外污泥的處置和資源化存在以下問題：（1）填埋存在安全隱患，影響垃圾填埋場的運行；（2）污泥制肥存在食品安全風險，推廣困難；（3）污泥含水量太高，常規(guī)的直接燃燒利用，能源得不償失。可以看出，目前國內(nèi)外的生物污泥處理裝備，是以消納污泥為主要目的，沒有產(chǎn)生實際的經(jīng)濟效益和形成有價值的商品。

隨著世界范圍內(nèi)化石能源的逐漸枯竭和城市污水污泥中有機物含量和熱值的日漸增高，利用熱化學轉化法回收污泥中的生物質(zhì)能成為未來研究的焦點。其中的污泥氣化制氫技術不僅可以將污泥中的有機物進行回收、利用并轉化為清潔、高品質(zhì)的氫能，同時避免了傳統(tǒng)污泥處理與處置中所產(chǎn)生的二次污染問題，符合國家的節(jié)能減排以及相關的環(huán)境政策，有助于建設節(jié)約型社會，有利于社會、環(huán)境和資源的和諧發(fā)展。

目前已開發(fā)的污泥裂解、氣化設備主要有外熱臥式反應器和流化床工藝。然而由于污泥含水量非常高，即使是從污水處理廠脫水后的濕污泥含水率也高達80%，因此這兩種污泥處理工藝在運行過程中仍存在諸多弊端。直接采用濕污泥作為原料，在反應過程中污泥容易發(fā)生板結、粘壁等現(xiàn)象，導致設備難以連續(xù)運行，并且污泥轉化效率不高；而采用干污泥作為原料，前期污泥干燥預處理需要消耗大量的能耗。此外，現(xiàn)有的外熱反應器均采用電加熱的方式，運行成本偏高，尚停留在實驗室研究階段；而流化床工藝設備及操作條件復雜，熱解產(chǎn)生的燃氣品質(zhì)相對較低，同樣難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。可見要想實現(xiàn)污泥熱化學轉化的工業(yè)化大規(guī)模應用，至少必須解決以下關鍵問題：

(1)?平衡高濕污泥氣化過程產(chǎn)生的多余水蒸氣長期以來，污泥資源化遇到的最大的難題是污泥含水量太高，現(xiàn)有的污泥機械脫水和升溫蒸發(fā)需消耗大量的能源，蒸發(fā)產(chǎn)生的高溫水蒸汽不能有效的利用，導致污泥資源化效率低，很難產(chǎn)生經(jīng)濟價值；?

(2)?為外熱式污泥氣化提供低成本、可再生的加熱源外加熱式氣化過程對原料要求低，適合含水率高的污泥處理。但為了提高氣化效率，需要較高的氣化溫度。目前燃燒溫度能夠達到1000℃的燃料只有煤、燃氣和燃油，加熱成本較高，無經(jīng)濟效益；

(3)?實現(xiàn)氣化焦油氣的高效降解轉化高效徹底脫除氣化焦油是污泥氣化大規(guī)模高品位應用的關鍵。傳統(tǒng)的水洗或過濾等焦油處理辦法，既浪費了焦油本身的能量，又會產(chǎn)生大量的污染。目前，多采用熱化學方法對焦油進行處理轉化。高溫裂解法雖能使焦油充分發(fā)生裂解反應生成小分子氣體，但只能采用電力、煤炭、燃氣和燃油進行加熱，成本高難以工業(yè)化應用。采用催化裂解法處理焦油可以降低焦油裂解的溫度，相對成熟的催化劑有白云石和金屬?Ni基催化劑，Ni?基催化劑由于氣化燃氣中焦油負荷比較大易失活。白云石和橄欖石為天然礦石，價格便宜，對于輕質(zhì)焦油具有較好的催化裂解效果，裂解率一般可達60-90%，但對于焦油中的重質(zhì)組分催化裂解效果差，甚至是負作用（輕質(zhì)焦油縮聚成重質(zhì)焦油）。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種污泥與生物質(zhì)共混氣化制氫的方法與裝置，本發(fā)明將污泥與生物質(zhì)共混氣化產(chǎn)生的焦油氣經(jīng)高溫裂解后，獲得合適的產(chǎn)物分子進入催化重整，通過與催化體系尺度匹配與絡合調(diào)控提高催化重整反應的轉化率與選擇性，實現(xiàn)污泥高效制氫。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術方案予以實現(xiàn)：

本發(fā)明提供一種污泥與生物質(zhì)共混氣化制氫的裝置，其特征在于：該裝置包括氣化爐、裂解爐和催化重整爐；所述氣化爐包括氣化室與外加熱室，所述氣化室頂部設有共混顆粒進料器，底部設有氣化焦油氣出口與氣化灰出口，所述氣化室內(nèi)部設有導流葉片；所述外加熱室底部設有高溫煙氣進口，上部設有高溫煙氣出口；所述裂解爐包括裂解室與燃燒室，所述裂解室由數(shù)根換熱豎管組成，換熱管上部連接有焦油氣進口，下部連接有焦油氣出口；燃燒室底部設有燃料進口和燃燒灰分出口，上部設有與氣化爐高溫煙氣進口相連的燃燒煙氣出口；所述催化重整爐設有催化劑進口、催化劑出口、高溫裂解后焦油氣進口和催化重整燃氣出口，所述焦油氣進口與高溫裂解爐的焦油氣出口連接。

本發(fā)明還提供了一種污泥與生物質(zhì)共混氣化制氫的方法，其特征在于它包括以下步驟：

(1)?將高濕污泥進行脫水，脫水后不需干燥處理與生物質(zhì)共混制成顆粒進行氣化；所述顆粒混合比例是將脫水后的高濕污泥與生物質(zhì)按照水含量：碳含量=0.8-1.5的比例進行混合；

(2)共混氣化生成的焦油氣和水蒸氣先進入高溫裂解爐內(nèi)進行熱裂解，所述焦油氣高溫裂解溫度為1000-1100℃，停留時間為10~30s；