一種基于高爐渣余熱回收的高濕污泥氣化制取富氫燃?xì)獾姆椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污泥資源化的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于高爐渣余熱回收的高濕污泥氣化制取富氫燃?xì)獾姆椒ā?br>【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)內(nèi)外污泥的處置和資源化存在以下問(wèn)題:(I)填埋存在安全隱患，影響垃圾填埋場(chǎng)的運(yùn)行；(2)污泥制肥存在食品安全風(fēng)險(xiǎn)，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?？梢钥闯?，目前國(guó)內(nèi)外的生物污泥處理裝備，是以消納污泥為主要目的，沒(méi)有產(chǎn)生實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益和形成有價(jià)值的商品。
[0003]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(jī)物含量和熱值的日漸增高，利用熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法回收污泥中的生物質(zhì)能成為未來(lái)研究的焦點(diǎn)。其中的污泥氣化制氫技術(shù)不僅可以將污泥中的有機(jī)物進(jìn)行回收、利用并轉(zhuǎn)化為清潔、高品質(zhì)的氫能，同時(shí)避免了傳統(tǒng)污泥處理與處置中所產(chǎn)生的二次污染問(wèn)題，符合國(guó)家的節(jié)能減排以及相關(guān)的環(huán)境政策，有助于建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，有利于社會(huì)、環(huán)境和資源的和諧發(fā)展。
[0004]現(xiàn)有的污泥氣化技術(shù)，若直接采用高濕污泥作為原料，在反應(yīng)過(guò)程中污泥容易發(fā)生板結(jié)、粘壁等現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備難以連續(xù)運(yùn)行，并且污泥轉(zhuǎn)化效率不高;而采用干污泥作為原料，前期污泥干燥預(yù)處理需要消耗大量的能耗?？梢?jiàn)要想實(shí)現(xiàn)污泥熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用，至少必須解決以下關(guān)鍵問(wèn)題:
(1)高效利用污泥中的水分，長(zhǎng)期以來(lái)，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(jī)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(dǎo)致污泥資源化效率低，很難產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值；
(2)為污泥干燥與氣化提供低成本的熱源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種基于高爐渣余熱回收的高濕污泥氣化制取富氫燃?xì)獾姆椒?，本發(fā)明高爐渣余熱回收、利用與高濕污泥脫水、氣化、催化重整相結(jié)合，利用高爐渣余熱作為上述過(guò)程的加熱源，污泥中的水分作為氣化介質(zhì)和氫源，實(shí)現(xiàn)污泥高效氣化制取富氫燃?xì)?。為?shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
本發(fā)明提供一種基于高爐渣余熱回收的高濕污泥氣化制取富氫燃?xì)獾姆椒?，其特征在于它包括以下步驟:
(1)利用高爐渣余熱作為高濕污泥干燥和氣化的熱源，將液態(tài)高爐渣通過(guò)風(fēng)淬?；夹g(shù)制成溫度在900?1100°C的爐渣顆粒，顆粒粒徑控制在2mm以下；
(2)爐渣?；^(guò)程中產(chǎn)生的溫度在200~300°C間高溫氣體作為高濕污泥干燥熱源，與污泥進(jìn)行間接換熱，使得污泥中的水分部分脫除，干燥后低含水率污泥中的水分控制在20%?40%之間，同時(shí)產(chǎn)生水蒸氣； (3)將高溫爐渣顆粒與含水率介于20?40%間的低含水率污泥按照質(zhì)量比1:1?1.5:1的比例進(jìn)行混合，污泥與爐渣顆粒接觸換熱后，迅速升溫?zé)峤?，生成熱解碳和含焦油燃?xì)?，污泥中的水分受熱后生成水蒸氣，與熱解碳發(fā)生氣化反應(yīng)；
(4)將含焦油燃?xì)馀c階段(2)產(chǎn)生的水蒸氣按照體積比0.8?1.2:1混合通入高爐渣粒化裝置中，作為爐渣粒化過(guò)程的冷卻介質(zhì)，同時(shí)，含焦油燃?xì)庠诟郀t渣的催化作用下，發(fā)生催化重整反應(yīng)，生成富氫燃?xì)狻?br>[0006]國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的方法中，高濕污泥氣化需要消耗大量的能源，產(chǎn)生的高溫水蒸汽不能得到合理有效的利用，導(dǎo)致資源化效率非常低。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
(1)采用高爐渣余熱作為高濕污泥脫水、氣化和催化重整階段加熱源，以廢治廢，增加了污泥氣化制氫技術(shù)的適用性；
(2)利用氣化產(chǎn)生的高溫燃?xì)獾娘@熱作為污泥干燥熱源，實(shí)現(xiàn)了能量的高效分質(zhì)利用，能源利用效率更高；
(3)污泥所含的水分在干燥和氣化過(guò)程中轉(zhuǎn)化為水蒸氣，可直接作為氣化介質(zhì)和氫源，蒸發(fā)污泥中的水分所消耗的能量沒(méi)有浪費(fèi)，部分轉(zhuǎn)化為氫能；
(4)采用污泥氣化生成的含焦油燃?xì)夂臀勰喔稍镫A段產(chǎn)生水蒸氣作為高爐渣?；^(guò)程的冷卻介質(zhì)，提高了液態(tài)爐渣的冷凝速率;另一方面，含焦油燃?xì)庠诙嘣饘偃垠w高爐渣的催化作用下，發(fā)生催化和重整反應(yīng)，焦油和低分子碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為高品質(zhì)燃?xì)狻?br>[0007]結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】后，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清
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【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是基于高爐渣余熱回收的高濕污泥氣化制取富氫燃?xì)饬鞒虉D。
【具體實(shí)施方式】
[0009]實(shí)施例1
本實(shí)施例所述利用污泥與生物質(zhì)共混氣化制氫的方法如下:
(1)將液態(tài)高爐渣通過(guò)風(fēng)淬?；夹g(shù)制成溫度在900°c的爐渣顆粒，顆粒粒徑控制在2mm以下；
(2)爐渣粒化過(guò)程中產(chǎn)生的溫度在200~300°C間的高溫氣體作為高濕污泥干燥熱源，與污泥進(jìn)行間接換熱，使得污泥中的水分部分脫除，干燥后低含水率污泥中的水分控制在20%，同時(shí)產(chǎn)生水蒸氣；
(3)將高溫爐渣顆粒與含水率為20%的低含水率污泥按照質(zhì)量比1:1的比例進(jìn)行混合，污泥與爐渣顆粒接觸換熱后迅速升溫?zé)峤?，生成熱解碳和含焦油燃?xì)?，污泥中的水分受熱后生成水蒸氣，與熱解碳發(fā)生氣化反應(yīng)；
(4)將含焦油燃?xì)馀c階段(2)產(chǎn)生的水蒸氣按照體積比1.2:1混合通入高爐渣?；b置中，作為爐渣粒化過(guò)程的冷卻介質(zhì)，同時(shí)，含焦油燃?xì)庠诟郀t渣的催化作用下，發(fā)生催化重整反應(yīng)，生成富氫燃?xì)狻?br>[0010]獲得氣體主要組分為:H2 32.6%、CO 28.0%、CO2 30.1%，富氫燃?xì)鉄嶂禐?2765.8kJ/Nm3，氣體產(chǎn)率 I.46 Nm3/kg。
[0011]實(shí)施例2
本實(shí)施例所述利用污泥與生物質(zhì)共混氣化制氫的方法如下:
(1)將液態(tài)高爐渣通過(guò)風(fēng)淬?；夹g(shù)制成溫度在1000°c的爐渣顆粒，顆粒粒徑控制在2mm以下；
(2)爐渣?；^(guò)程中產(chǎn)生的溫度在200~300°C間的高溫氣體作為高濕污泥干燥熱源，與污泥進(jìn)行間接換熱，使得污泥中的水分部分脫除，干燥后低含水率污泥中的水分控制在25%，同時(shí)產(chǎn)生水蒸氣；
(3)將高溫爐渣顆粒與含水率為30%的低含水率污泥按照質(zhì)量比1.2:1的比例進(jìn)行混合，污泥與爐渣顆粒接觸換熱后迅速升溫?zé)峤?，生成熱解碳和含焦油燃?xì)?，污泥中的水分受熱后生成水蒸氣，與熱解碳發(fā)生氣化反應(yīng)；
(4)將含焦油燃?xì)馀c階段(2)產(chǎn)生的水蒸氣按照體積比1:1混合通入高爐渣?；b置中，作為爐渣?；^(guò)程的冷卻介質(zhì)，同時(shí)，含焦油燃?xì)庠诟郀t渣的催化作用下，發(fā)生催化重整反應(yīng)，生成富氫燃?xì)狻?br>[0012]獲得氣體主要組分為:H2 38.5%、CO 23.6%、CO2 30.2%，富氫燃?xì)鉄嶂禐?3579.2kJ/Nm3，氣體產(chǎn)率1.57 NmVkg0
[0013]實(shí)施例3
本實(shí)施例所述利用污泥與生物質(zhì)共混氣化制氫的方法如下:
(1)將液態(tài)高爐渣通過(guò)風(fēng)淬粒化技術(shù)制成溫度在1100°c的爐渣顆粒，顆粒粒徑控制在2mm以下；
(2)爐渣?；^(guò)程中產(chǎn)生的溫度在200~300°C間的高溫氣體作為高濕污泥干燥熱源，與污泥進(jìn)行間接換熱，使得污泥中的水分部分脫除，干燥后低含水率污泥中的水分控制在40%，同時(shí)產(chǎn)生水蒸氣；
(3)將高溫爐渣顆粒與含水率為40%的低含水率污泥按照質(zhì)量比1.5:1的比例進(jìn)行混合，污泥與爐渣顆粒接觸換熱后迅速升溫?zé)峤?，生成熱解碳和含焦油燃?xì)?，污泥中的水分受熱后生成水蒸氣，與熱解碳發(fā)生氣化反應(yīng)；
(4)將含焦油燃?xì)馀c階段(2)產(chǎn)生的水蒸氣按照體積比0.8:1混合通入高爐渣?；b置中，作為爐渣?；^(guò)程的冷卻介質(zhì)，同時(shí)，含焦油燃?xì)庠诟郀t渣的催化作用下，發(fā)生催化重整反應(yīng)，生成富氫燃?xì)狻?br>[0014]獲得氣體主要組分為:H2 40.9%、CO 20.1%、CO2 35.1%，富氫燃?xì)鉄嶂禐?4688.5kJ/Nm3，氣體產(chǎn)率1.72 NmVkg0
[0015]以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其進(jìn)行限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明所要求保護(hù)的技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于高爐渣余熱回收的高濕污泥氣化制取富氫燃?xì)獾姆椒?，其特征在于它包括以下步驟: (1)利用高爐渣余熱作為高濕污泥干燥和氣化的熱源，將液態(tài)高爐渣通過(guò)風(fēng)淬?；夹g(shù)制成溫度在900?1100°C的爐渣顆粒，顆粒粒徑控制在2mm以下； (2)爐渣?；^(guò)程中產(chǎn)生的溫度在200?300°C間的高溫氣體作為高濕污泥干燥熱源，與污泥進(jìn)行間接換熱，使得污泥中的水分部分脫除，干燥后低含水率污泥中的水分控制在20%?40%之間，同時(shí)產(chǎn)生水蒸氣； (3)將高溫爐渣顆粒與含水率介于20?40%間的低含水率污泥按照質(zhì)量比1:1?1.5:1的比例進(jìn)行混合，污泥與爐渣顆粒接觸換熱后，迅速升溫?zé)峤?，生成熱解碳和含焦油燃?xì)?，污泥中的水分受熱后生成水蒸氣，與熱解碳發(fā)生氣化反應(yīng)； (4)將含焦油燃?xì)馀c階段(2)產(chǎn)生的水蒸氣按照體積比0.8?1.2:1混合通入高爐渣?；b置中，作為爐渣?；^(guò)程的冷卻介質(zhì)，同時(shí)，含焦油燃?xì)庠诟郀t渣的催化作用下，發(fā)生催化重整反應(yīng)，生成富氫燃?xì)狻?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高爐渣余熱回收的高濕污泥氣化制取富氫燃?xì)獾姆椒?，其特征在?所述爐渣顆粒最優(yōu)溫度為1100°C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高爐渣余熱回收的高濕污泥氣化制取富氫燃?xì)獾姆椒?，其特征在?所述高濕污泥中水分的質(zhì)量含量在60%以上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高爐渣余熱回收的高濕污泥氣化制取富氫燃?xì)獾姆椒?，其特征在?所述爐渣顆粒與干燥后含水率為20%的污泥最優(yōu)混合比例為1:1，爐渣顆粒與干燥后含水率為40%的污泥最優(yōu)混合比例為1.5:1。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高爐渣余熱回收的高濕污泥氣化制取富氫燃?xì)獾姆椒ǎ涮卣髟谟?，所述含焦油燃?xì)馀c水蒸氣的最優(yōu)混合比例為0.8:1。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高爐渣余熱回收的高濕污泥氣化制取燃?xì)獾姆椒?，其特征在?除利用高爐渣余熱外，還包括轉(zhuǎn)爐排放的鋼渣余熱。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種基于高爐渣余熱回收的高濕污泥氣化制取富氫燃?xì)獾姆椒ǎ瑢⒁簯B(tài)高爐渣風(fēng)淬?；^(guò)程中產(chǎn)生的高溫氣體和高溫渣粒分別作為高濕污泥干燥和污泥氣化熱源，污泥中的水分在干燥和氣化階段轉(zhuǎn)化為水蒸氣，作為污泥氣化介質(zhì)和氣化焦油的催化重整介質(zhì)；同時(shí)利用高爐渣的催化作用，催化降解焦油并轉(zhuǎn)化為燃?xì)?。本發(fā)明所述技術(shù)方案將高爐渣余熱作為高濕污泥干燥脫水和氣化加熱源，同時(shí)利用高爐渣的催化作用，降解轉(zhuǎn)化焦油，以廢治廢，降低了污泥氣化成本，實(shí)現(xiàn)污泥中有機(jī)物向高品位氫能的高效轉(zhuǎn)換。
【IPC分類(lèi)】C02F11/00, C10J3/72, C10J3/00, C10J3/82
【公開(kāi)號(hào)】CN105567327
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610101851
【發(fā)明人】羅思義
【申請(qǐng)人】青島理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2016年2月25日