[發明專利]一種污水處理廠沼氣制氫系統及方法

在審

• 申請號: 202010420542.X
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111422830A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 任志博;余智勇;張暢;郜時旺;劉練波
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
• 主分類號: C01B3/02
• 分類號: C01B3/02;C01B3/10;C01B32/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 房鑫

本發明公開了一種污水處理廠沼氣制氫系統及方法，厭氧發酵池的沼氣出口經脫硫吸附裝置及氮氧脫除裝置與還原反應器的入口相連通，還原反應器的出口與第一分離器的入口相連通，第一分離器的固體出口與氧化反應器的入口相連通，氧化反應器的出口與第二分離器的入口相連通，第二分離器的固體出口與煅燒器的入口相連通，煅燒器的出口與第三分離器的入口相連通，第三分離器的固體出口與還原反應器的入口相連通，水蒸氣管道的出口與還原反應器的入口及氧化反應器的入口相連通，該系統及方法能夠實現吸附強化蒸氣重整和化學鏈制氫進行耦合。

技術領域

本發明屬于環保和氫能源領域，涉及一種污水處理廠沼氣制氫系統及方法。

背景技術

隨著我國城鎮化進程的加快，污水排放量和污水處理廠規模也隨之不斷增加。截止2020年底，污水處理量預計達到2.86萬立方米/h，活性污泥法是我國常見的污水處理方式，伴生污泥年產量也將達到26.8億噸。近年來，國家大力提倡厭氧發酵法處置污泥，實現污泥的減量化、無害化、穩定化，同時產生清潔能源—沼氣。目前污水處理廠通常將污泥厭氧發酵所產沼氣作為能源氣體產熱發電，利用方式過于簡單，難以實現沼氣的充分資源化。因此，探尋新型高效的沼氣利用手段，對于提升污水處理廠經濟和環境效益具有重要意義。

近年來，氫燃料電池技術得到了快速發展，氫能在未來能源體系中所占比重也會隨之升高。作為燃料電池的動力源材料，高純度氫氣將會迎來越來大的市場需求。因此，采用污水處理廠沼氣制取高純度氫氣是一條具有廣闊前景的轉化路徑。沼氣的主要成分是甲烷，甲烷水蒸氣重整制氫工藝成熟，是大規模制氫氣的主要方式。但水蒸氣重整產物需要經過水汽變換、變壓吸附等后續處理過程才能獲得高純度氫氣，若不聯用碳捕集技術還存在二氧化碳排放量大的問題。國內外研究人員提出了多種方法對甲烷制氫技術進行改進。吸附強化重整技術的核心是在含碳化合物重整過程中加入CO₂吸收劑，促進反應向生成H₂的方向移動，吸附劑經再生后同時獲得高純度CO₂可以直接進行捕集、封存和利用。化學鏈制氫技術能夠在氧載體輔助下將水解離產生氫氣，不需要額外凈化過程即可將氫氣保持在很高的純度。上述技術規避了傳統甲烷水蒸氣重整制氫的缺點，為發展新型沼氣制氫系統提供了全新的思路，因此急需開發一種系統及方法，該系統及方法能夠實現吸附強化蒸氣重整和化學鏈制氫進行耦合。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種污水處理廠沼氣制氫系統及方法，該系統及方法能夠實現吸附強化蒸氣重整和化學鏈制氫進行耦合。

為達到上述目的，本發明所述的污水處理廠沼氣制氫系統包括厭氧發酵池、脫硫吸附裝置、氮氧脫除裝置、還原反應器、第一分離器、氧化反應器、第二分離器、煅燒器及第三分離器；

厭氧發酵池的沼氣出口經脫硫吸附裝置及氮氧脫除裝置與還原反應器的入口相連通，還原反應器的出口與第一分離器的入口相連通，第一分離器的固體出口與氧化反應器的入口相連通，氧化反應器的出口與第二分離器的入口相連通，第二分離器的固體出口與煅燒器的入口相連通，煅燒器的出口與第三分離器的入口相連通，第三分離器的固體出口與還原反應器的入口相連通，水蒸氣管道的出口與還原反應器的入口及氧化反應器的入口相連通。

厭氧發酵池的底部出口與污泥池的入口相連通。

第一分離器、第二分離器及第三分離器均為旋風分離器。

本發明所述的污水處理廠沼氣制氫方法包括以下步驟：