本發(fā)明涉及生物質(zhì)廢棄物處理處置，屬于環(huán)境保護與資源綜合利用領域的固體廢棄物資源化利用新技術(shù)，尤其適合于大量產(chǎn)生的高含水率市政污泥的高附加值資源化利用。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展和城市化進程不斷加快，城市污水產(chǎn)量日益增加，作為城市污水處理副產(chǎn)品的市政污泥總量也急劇增加，傳統(tǒng)處理方式主要為焚燒、填埋以及堆肥，對大氣和土壤環(huán)境易造成二次污染。氫能是極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，傳統(tǒng)制氫工藝主要采用天然氣重整技術(shù)，成本較高，采用氣化技術(shù)將低品質(zhì)市政污泥轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的氫能是一種有效的固體廢棄物處理與資源化技術(shù)。常規(guī)氣化技術(shù)適用于低含水率原料，而市政污泥初始含水率在80％以上，氣化反應前脫水過程會增加大量處理成本，限制其工業(yè)化規(guī)模處理。本發(fā)明針對高含水率市政污泥提出基于水熱炭化預處理的富氫氣化工藝，無需對市政污泥進行脫水預處理，在降低制氫生產(chǎn)成本、減少傳統(tǒng)化石能源消耗的同時也為大量固體廢棄物資源找到了一條行之有效的高附加值利用技術(shù)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有氣化技術(shù)處理高含水率市政污泥需要干燥預處理過程繁瑣、成本過高等問題，結(jié)合我國市政污泥總量急劇增加的特點，提供一種適用于以高含水率市政污泥制備富氫合成氣的新工藝。本發(fā)明方法制備的生物質(zhì)氣化合成氣氫氣體積分數(shù)高，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率高，為高效利用市政污泥副產(chǎn)物及工業(yè)化生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣提供了一條行之有效的技術(shù)路線。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種高含水污泥預處理的方法。無需對高含水率市政污泥進行干燥，將原始污泥直接置入高壓反應釜中，與生石灰按一定質(zhì)量分數(shù)混合，進行水熱炭化預處理，然后將混合物離心固液分離后進行高溫水蒸氣氣化，凈化干燥后得到富氫合成氣。制備的合成氣中氫氣體積分數(shù)大于50％。該工藝的制備效果受水熱炭化反應溫度、停留時間、氣化介質(zhì)、氣化溫度等因素的影響。
本發(fā)明的主要優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾方面：
高含水率市政污泥混合生石灰在高壓反應釜中進行水熱炭化處理，其原因是：水熱炭化與傳統(tǒng)熱化學處理技術(shù)相比，反應溫度低，原料不受含水率限制，無需干燥預處理，能耗相對較低。
污泥(干基)與生石灰的混合比例為1:1-10:1，其原因是：生石灰作為堿性調(diào)節(jié)劑，一方面可以調(diào)節(jié)水熱炭化反應過程ph值，提供堿性炭化反應環(huán)境，同時起到促進污泥脫水，降低水相副產(chǎn)物的cod等作用。
水熱炭化溫度優(yōu)選180-250℃，處理優(yōu)選時間1-1.5h，其原因是：反應溫度較低，停留時間較短，污泥有機組分炭化反應不充分，反應溫度過高或停留時間過長，則降低目標產(chǎn)物收率且能耗太大。
將水熱炭化預處理后的市政污泥在900-1000℃進行水蒸氣氣化，其原因是：以水蒸氣作為氣化介質(zhì)，可為生物質(zhì)裂解氣化反應過程提供充足氫自由基，并促進水汽變化反應(co+h2o→co2+h2)正向進行，從而提高氣化合成氣中氫氣的體積分數(shù)。當氣化反應溫度過低，氣化合成氣中焦油等副產(chǎn)物濃度較高，氣化反應溫度過高，雖然可減少焦油等副產(chǎn)物的選擇性，但能耗太大且產(chǎn)氣率較低。
下面結(jié)合說明書附圖及實施方案進一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容。
附圖說明
圖1是富氫氣化合成氣的生產(chǎn)工藝流程示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明利用高含水率市政污泥生物質(zhì)制備富氫氣化合成氣。
實施案例一
1.水熱炭化處理
1)將高含水率市政污泥與生石灰按照5:1比例混合，攪拌均勻，制得混合物料。
2)將高含水率市政污泥與生石灰的混合物置入高壓反應釜中，隨后將反應器升溫至180℃，處理時間為1h。
3)當?shù)竭_反應停留時間后，通過自動循環(huán)水迅速冷卻反應器，釋放氣相副產(chǎn)物，當反應器壓力降低至常壓后，將固液混合物通過離心進行固液分離，最終獲得固相目標產(chǎn)物。
2.水蒸氣氣化反應
1)將水熱炭化后固相目標產(chǎn)物置入氣化爐待反應區(qū)，密封氣化系統(tǒng)后以n2吹掃氣化反應器系統(tǒng)維持惰性氣氛。
2)通過水蒸氣發(fā)生器制備高溫水蒸氣作為氣化反應介質(zhì)，其中水蒸氣溫度為180℃。
3)將高溫水蒸氣通入氣化反應器內(nèi)，進行高溫水蒸氣氣化，其中氣化反應溫度為950℃。
4)將水蒸氣氣化反應所得粗燃氣進行凈化除焦油后干燥，即可得到氣化合成氣，制備的氣化合成氣按照國標gb/t10410-2008(人工煤氣和液化石油氣常量組分氣相色譜分析法)標準或方法進行檢測，檢測結(jié)果如表1。
實施案例二
除了使用高含水率市政污泥和生石灰作為原料；
水熱炭化處理中除了步驟1)將高含水率市政污泥與生石灰按照7:1比例混合；步驟2)水熱炭化反應溫度為200℃，處理時間為1.5h之外，其余與實施案例一相同。
水蒸氣氣化反應中除了步驟3)水蒸氣氣化溫度為900℃之外，其余與實施案例一相同。
氣化粗燃氣凈化處理與實施案例一相同，制備的氣化合成氣按照國標gb/t10410-2008(人工煤氣和液化石油氣常量組分氣相色譜分析法)標準或方法進行檢測，檢測結(jié)果如表1。
實施案例三
除了使用高含水率市政污泥和生石灰作為原料；
水熱炭化處理中除了步驟1)將高含水率市政污泥與生石灰按照9:1比例混合；步驟2)水熱炭化反應溫度為220℃，處理時間為1h之外，其余與實施案例一相同。
水蒸氣氣化反應中除了步驟3)水蒸氣氣化溫度為920℃之外，其余與實施案例一相同。
氣化粗燃氣凈化處理與實施案例一相同，制備的氣化合成氣按照國標gb/t10410-2008(人工煤氣和液化石油氣常量組分氣相色譜分析法)標準或方法進行檢測，檢測結(jié)果如表1。
表1生物質(zhì)氣化燃氣組分含量指標：
本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下方面：
1.本發(fā)明制備的氣化合成氣氫氣體積分數(shù)>50％,生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率>98.5％。
2.本發(fā)明方法中以生石灰作為污泥水熱炭化預處理中堿性調(diào)節(jié)劑，提供了堿性炭化反應環(huán)境，促進脫水，以及降低水相副產(chǎn)物cod，減少了對環(huán)境的二次污染，提高了炭化反應效率。
3.本發(fā)明制備氣化合成氣中以水蒸氣為氣化介質(zhì)，促進富氫氣體生成，并有效抑制焦油副產(chǎn)物的選擇性，得氣化粗燃氣的后續(xù)凈化簡單，設備投資少，優(yōu)化了氣化燃氣質(zhì)量。
4.本發(fā)明方法制備的生物質(zhì)氣化合成氣，是以高含水率市政污泥為原料，變廢為寶，既能減少常規(guī)市政污泥處理帶來的環(huán)境污染，又能作為氣化合成氣制備的原料來源，降低生產(chǎn)成本，具有一定的經(jīng)濟和環(huán)境效益。