[發明專利]一種利用冶金渣余熱分級處理污泥制備富氫合成氣的方法

在審

• 申請號: 202010320160.X
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111423085A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 左宗良;羅思義;畢學軍
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: C02F11/10
• 分類號: C02F11/10;C02F11/13;C10J3/60
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明的一種利用冶金渣余熱分級處理污泥制備富氫合成氣的方法，包括濕污泥干燥、干污泥熱解、半焦氣化等步驟。方法為：將冶金渣制備為高溫球形的渣粒，渣粒分別逐級提供濕半焦氣化、干污泥熱解、污泥干燥過程的熱量；通過與渣粒換熱濕污泥轉變為干污泥，與渣粒換熱后干污泥發生熱解反應產生半焦、熱解氣及焦油；半焦與水蒸氣發生氣化反應吸收渣粒熱量，產生富氫合成氣。該發明將固體渣粒余熱回收效率提高至80%，提高污泥熱轉化后產氣中CO及H₂含量，產氣中H₂與CO含量之和提高至95%。同時該發明實現了污泥和冶金渣的高效資源化利用。

技術領域

本發明屬于固體廢棄物處理領域，具體涉及一種利用冶金渣余熱分級處理污泥制備富氫合成氣的方法。

背景技術

城市污水污泥是經過處理分離后形成的有毒、有害的固體廢棄物。近年來，隨著城市污水處理廠數量的增加，污泥總量不斷增加。每年我國污泥產量達幾千萬噸。目前，污水污泥的主要處理方法為填埋或者堆肥。填埋存在安全隱患，污染環境；堆肥存在食品安全風險，推廣困難。而且，我國大多數污水處理廠重視污水而輕視污泥，有近50%的污泥沒能做到無害化處理。

以熱解、氣化為代表的熱化學轉化是目前最具前景的污泥減量化、無害化和資源化處理技術。國內外以熱轉化污泥處置主要存在以下問題：(1) 產氣雜質(CO₂+C_nH_m40%)含量高，氫氣等有效成分(H₂+CO60%)含量低；(2) 由于污水污泥含水率高，污泥需要進行充分干燥，處理成本高。因此，尋找穩定、經濟的熱源，改善產氣組分是實現污泥資源化利用的重要途徑。

與此同時，冶金行業的生產工藝中具有大量高溫固體散裝料及固體顆粒物，如，冶金渣。冶金渣(如，高爐渣、鋼渣、銅渣、鎳渣等)等是金屬冶煉過程排出的副產品，其排出溫度高(1300℃)，蘊含有大量的顯熱。目前對于冶金渣傳統的處理方式為水淬法，該種處理方式消耗了大量水資源，而且沖渣水所引起的環境污染也比較嚴重。因此，實現冶金工業固廢的余熱回收是我國工業節能減排的關鍵。

因此，如何高效資源化處理城市污水污泥、高校回收工業生產中高溫顆粒顯熱，是我國亟待解決的問題。這也引起了國內外高校、研究所、企業的高度關注，但是截止目前尚未有關于該領域相關技術應用的報道。

發明內容

基于此，本發明提供一種利用冶金渣余熱分級處理(干燥、熱解、氣化)污泥制備富氫合成氣的方法，可以實現污泥分級處理，解決了污泥熱轉化過程能耗高、產氣中氫氣含量低的技術問題，同時該過程實現了高溫固體顆粒余熱的有效回收利用。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種利用冶金渣余熱分級處理污泥制備富氫合成氣的方法，其特征在于它包括以下步驟：

(1) 液態爐渣通過粒化技術制成900~1100℃的球形高溫顆粒，顆粒粒徑為1~2mm。利用渣粒余熱作為后續步驟(2)，(3)，(4)濕污泥干燥、熱解、氣化的熱源。

(2) 半焦氣化。在該階段，水蒸氣與半焦發生氣化反應，化學反應如式[1]所示。氣化反應吸收步驟(1)的高溫(900~1100℃)渣粒的熱量，生成富氫合成氣。在此階段，渣粒、半焦、水蒸氣質量比為1：0.1~0.2：0.15~0.3。高溫渣粒溫度降至500~800℃。

C+H₂O(g)=CO(g)+H₂(g) [1]

(3) 干污泥熱解。經過步驟(2)初步降溫后的500~800℃的中溫渣粒與經過干燥處理的干污泥按質量比1：0.3~0.6的比例混合。干污泥吸收渣粒熱量，污泥迅速升溫熱解生成半焦和含焦油的熱解氣。中溫渣粒溫度降至200~350℃。