[發明專利]一種通過微波連續式熱解污泥生產H2的方法及裝置

在審

• 申請號: 201910701271.2
• 申請日: 2019-07-31
• 公開（公告）號: CN110357379A
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 馬睿;孫世昌;林俊豪;方琳;胡亞平;李桐
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: C02F11/10
• 分類號: C02F11/10;C01B3/02;C01B3/22;C01B3/32;C10B53/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 喬鳳杰

本發明涉及一種通過微波連續式熱解污泥生產H₂的方法及裝置，其主要改進之處為，通過螺旋桿采用螺旋進料的方式向污泥微波處理器中連續添加污泥。本發明創造性的提出了采用螺旋式的進料方法來實現污泥的高溫連續微波快速熱解，有效地改善熱解過程中污泥熱量分布不均勻的缺陷和利用了污泥中水分作為反應原料，實現污泥微波熱解的深度熱解和原位蒸氣重整，從而提高生物氣的產率及H₂含量，強化污泥的資源和微波能量的有效利用率，為實現污泥微波熱解工藝的優化與工程應用提拱技術支持和理論依據，具有重要價值。

技術領域

本發明涉及資源環境保護技術領域，具體涉及微波熱解處理市政污泥的技術方法。

背景技術

迄今為止，學者們已對微波熱解生活污泥進行了廣泛的研究。結果表明，微波熱解技術可將生活污泥中的有機質轉化為生物氣、生物油及生物炭產物。其中，生物氣的成分簡單，產率可達50％左右(干基)，主要含有H₂、CO、CO₂、CH₄和少量烯烴等能源氣體，且H₂含量可到35％，熱值較高，具有良好的能源價值。

目前，關于污泥微波熱解的進料方式絕大多數研究均在間歇式微波熱解反應條件下進行，其熱解過程主要分為：(1)先將一定質量的污泥與吸波物質混勻置于微波腔體中；(2)通過調控微波輸入功率來控制物料的熱解溫度；(3)隨著熱解反應的進行，大量的高溫揮發性有機物會被保護載氣帶出微波腔體，并通過冷凝裝置對生物油和生物氣進行分離和收集；(4)待微波腔體冷卻至室溫后再對生物炭進行收集。然而，由于微波設備的閉性高，微波腔體的冷卻時間一般需要2～4h。雖然污泥的間歇式微波熱解能有效對污泥進行減量化和資源化處理，但其間歇式進料的方式限制了該技術單位時間處理的污泥量。

在污泥連續式熱解的研究方面，已發現了污泥電加熱式的連續熱解以及皮帶式輸送微波熱解產生物氣的研究，這些污泥的熱解方式能較好的實現污泥的連續熱解，并將污泥中的有機質轉化為生物氣、生物油及生物炭等能源資源。目前，污泥的連續熱解在熱解溫度為500-800℃條件下，可實現生物氣產率在33.3％-59.50％，氫氣濃度為12-25％，是污泥減量化、無害化、能源的有效途徑之一。

目前已有連續式加熱方式，由于其加熱方式和進料方式(如：電加熱和皮帶式輸送進料)限制了污泥連續熱解的加熱速率和處理效率。電加熱的方式為先通過加熱反應腔體再通過熱傳導將熱量傳給污泥，從而實現污泥的熱解。然而，相對于微波加熱，這種加熱的方式效率降低，能耗較高。污泥皮帶式微波熱解雖然提高了污泥的加熱效率，但由于污泥一直處于堆放的狀態，阻礙了微波輻射作用于底部的污泥，導致污泥中的有機質未能徹底轉化為生物氣，因此，在生物氣產率及其H₂濃度方面仍有提升空間。

發明內容

針對現有的通過微波加熱污泥連續式產H₂的過程中存在的問題，本申請提供一種通過螺旋進料實現連續式高效產H₂的方法，本發明所述方法的主要改進之處為：通過螺旋桿采用螺旋進料的方式向污泥微波處理器中連續添加污泥。

由于生活污泥中的水分具有較高的介電性能(微波能吸收能力)，導致在間歇式微波熱解的初始階段，水分會先吸收微波能并轉化為自身蒸發所需要的熱能，降低了微波能的有效利用效率。在升溫的過程中，物料急劇升溫會導致有機質熱分解反應劇烈，導致大量產物在未升至設定的熱解終溫時就被熱解生成的揮發性氣體帶出微波腔體，從而降低了生物燃料的產率及品質。由此可見，采用間歇式進料的微波爐未能顯著體現出微波熱解對生活污泥進行低能耗能源化處理的優勢。當采用污泥螺旋式進料的方式時，不僅可以實現污泥高溫連續深度熱裂解，同時還能充分利用水分的強介電性能，從而實現生活污泥與水發生原位蒸氣重整，提高生物氣的產率及其H₂濃度和降低污泥微波熱解的能耗。同時，螺旋式的進料方式還有助于改善污泥在微波熱解過程中存在的微波輻照不均勻的現象，從而提高污泥中有機質的熱解效率，實現污泥高溫連續微波快速熱解產H₂氫生物氣。