[发明专利]一种高含水率市政污泥制备富氢合成气的新工艺

说明书

技术领域

本发明涉及生物质废弃物处理处置，属于环境保护与资源综合利用领域的固体废弃物资源化利用新技术，尤其适合于大量产生的高含水率市政污泥的高附加值资源化利用。

背景技术

随着我国经济快速发展和城市化进程不断加快，城市污水产量日益增加，作为城市污水处理副产品的市政污泥总量也急剧增加，传统处理方式主要为焚烧、填埋以及堆肥，对大气和土壤环境易造成二次污染。氢能是极具发展潜力的清洁能源，传统制氢工艺主要采用天然气重整技术，成本较高，采用气化技术将低品质市政污泥转化为高品质的氢能是一种有效的固体废弃物处理与资源化技术。常规气化技术适用于低含水率原料，而市政污泥初始含水率在80％以上，气化反应前脱水过程会增加大量处理成本，限制其工业化规模处理。本发明针对高含水率市政污泥提出基于水热炭化预处理的富氢气化工艺，无需对市政污泥进行脱水预处理，在降低制氢生产成本、减少传统化石能源消耗的同时也为大量固体废弃物资源找到了一条行之有效的高附加值利用技术。

发明内容

本发明的目的是针对现有气化技术处理高含水率市政污泥需要干燥预处理过程繁琐、成本过高等问题，结合我国市政污泥总量急剧增加的特点，提供一种适用于以高含水率市政污泥制备富氢合成气的新工艺。本发明方法制备的生物质气化合成气氢气体积分数高，生物质转化率高，为高效利用市政污泥副产物及工业化生产生物质燃气提供了一条行之有效的技术路线。

为实现本发明的目的，本发明提供一种高含水污泥预处理的方法。无需对高含水率市政污泥进行干燥，将原始污泥直接置入高压反应釜中，与生石灰按一定质量分数混合，进行水热炭化预处理，然后将混合物离心固液分离后进行高温水蒸气气化，净化干燥后得到富氢合成气。制备的合成气中氢气体积分数大于50％。该工艺的制备效果受水热炭化反应温度、停留时间、气化介质、气化温度等因素的影响。

本发明的主要优点体现在以下几方面：

高含水率市政污泥混合生石灰在高压反应釜中进行水热炭化处理，其原因是：水热炭化与传统热化学处理技术相比，反应温度低，原料不受含水率限制，无需干燥预处理，能耗相对较低。

污泥(干基)与生石灰的混合比例为1:1-10:1，其原因是：生石灰作为碱性调节剂，一方面可以调节水热炭化反应过程pH值，提供碱性炭化反应环境，同时起到促进污泥脱水，降低水相副产物的COD等作用。

水热炭化温度优选180-250℃，处理优选时间1-1.5h，其原因是：反应温度较低，停留时间较短，污泥有机组分炭化反应不充分，反应温度过高或停留时间过长，则降低目标产物收率且能耗太大。

将水热炭化预处理后的市政污泥在900-1000℃进行水蒸气气化，其原因是：以水蒸气作为气化介质，可为生物质裂解气化反应过程提供充足氢自由基，并促进水汽变化反应(CO+H₂O→CO₂+H₂)正向进行，从而提高气化合成气中氢气的体积分数。当气化反应温度过低，气化合成气中焦油等副产物浓度较高，气化反应温度过高，虽然可减少焦油等副产物的选择性，但能耗太大且产气率较低。

下面结合说明书附图及实施方案进一步阐述本发明的内容。

附图说明

图1是富氢气化合成气的生产工艺流程示意图。

具体实施方式

本发明利用高含水率市政污泥生物质制备富氢气化合成气。

实施案例一

1.水热炭化处理

1)将高含水率市政污泥与生石灰按照5:1比例混合，搅拌均匀，制得混合物料。

2)将高含水率市政污泥与生石灰的混合物置入高压反应釜中，随后将反应器升温至180℃，处理时间为1h。

3)当到达反应停留时间后，通过自动循环水迅速冷却反应器，释放气相副产物，当反应器压力降低至常压后，将固液混合物通过离心进行固液分离，最终获得固相目标产物。

2.水蒸气气化反应

1)将水热炭化后固相目标产物置入气化炉待反应区，密封气化系统后以N₂吹扫气化反应器系统维持惰性气氛。

2)通过水蒸气发生器制备高温水蒸气作为气化反应介质，其中水蒸气温度为180℃。

3)将高温水蒸气通入气化反应器内，进行高温水蒸气气化，其中气化反应温度为950℃。

4)将水蒸气气化反应所得粗燃气进行净化除焦油后干燥，即可得到气化合成气，制备的气化合成气按照国标GB/T 10410-2008(人工煤气和液化石油气常量组分气相色谱分析法)标准或方法进行检测，检测结果如表1。