剩余活性污泥催化氣化制氫的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種剩余活性污泥催化氣化制氫的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在污水處理過程中，普遍采用活性污泥法，它可以有效地凈化生活污水及各種含有機物的工業(yè)廢水。這種方法在污水得到凈化的同時，從系統(tǒng)中不斷分離出剩余污泥。剩余污泥是污水中污染物的濃縮，污水中30-50%的C0D、90%的P轉(zhuǎn)入剩余污泥。如果剩余污泥不能妥善處理，剩余污泥中含有的持久性有機物、重金屬、病毒微生物，將進(jìn)入到環(huán)境中，造成二次污染，危及人類和其他生物的健康。另一方面，剩余污泥主要由微生物細(xì)胞群體和其解體產(chǎn)物組成，有機質(zhì)含量高，可以將剩余污泥作為資源加以利用。而隨著我國城市化的迅速發(fā)展，污水處理廠的數(shù)量迅速增加，污泥的產(chǎn)生量也將大幅增加。因此，開展污泥處理技術(shù)方面的研究具有重要的經(jīng)濟和社會效益。
[0003]剩余污泥是由細(xì)菌、微型動物為主的微生物與懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起所形成的茶褐色的絮凝體，其含水率高(一般98%)，體積龐大，成分復(fù)雜，不易處理。不同的污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥，其所含有害物質(zhì)的成分也不盡相同，比如，處理生活污水的污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥里除了含有細(xì)菌、微生物、寄生蟲、懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)之外，還含有一些氣、磷等。
[0004]污泥既是營養(yǎng)物質(zhì)又是能源物質(zhì)，如何利用污泥中的有用成分，實現(xiàn)變廢為寶，回收具有實用價值的物質(zhì)和資源成為最近幾年解決污泥問題的主要發(fā)展方向。污泥資源化，一方面能夠通過適當(dāng)資源化處理獲得附加經(jīng)濟效益，減少污水廠處理總運行開支；另一方面還可避免污泥的環(huán)境二次污染。
[0005]氫能是最理想的潔凈能源之一，氫能作為一種二次能源，具有很高的能量密度，燃燒產(chǎn)物清潔無污染等優(yōu)點。因此，將剩余活性污泥轉(zhuǎn)換成氫能可以解決剩余污泥進(jìn)入環(huán)境帶來的二次污染問題，同時還具有一定的經(jīng)濟效益，可以最大程度的實現(xiàn)剩余污泥的低碳經(jīng)濟、循環(huán)利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)氣量低、氫含量低的問題，提供一種新的剩余活性污泥催化氣化制氫的方法。該方法用于剩余活性污泥催化氣化制氫中，具有產(chǎn)氣量高、氫含量高的優(yōu)點。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種剩余活性污泥催化氣化制氫的方法，含水率低于85%的剩余活性污泥從熱解器上方進(jìn)入熱解器，在熱解器內(nèi)，污泥與來自于氣化器的積炭催化劑混合，并流下行，發(fā)生快速熱解反應(yīng)，生成熱解氣態(tài)產(chǎn)物和半焦；熱解氣態(tài)產(chǎn)物和從熱解器底部通入的水蒸氣一起上行進(jìn)入氣化器；在氣化器內(nèi)，熱解氣態(tài)產(chǎn)物和水蒸氣一起逆流與下行的催化劑移動床層逆流接觸，發(fā)生焦油水蒸氣催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)，生成富氫氣體產(chǎn)物，富氫氣體產(chǎn)物從氣化器上部引出；在氣化反應(yīng)過程中，催化劑因表面積炭而逐漸失活，積炭的催化劑下行至熱解器，熱解器中的固體產(chǎn)物半焦和積炭催化劑一起下行，然后進(jìn)入燃燒器；在燃燒器內(nèi)，半焦及催化劑表面的積炭和從燃燒器底部通入的熱空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，使半焦以及催化劑表面積炭燒掉，同時釋放出熱量，再生后的催化劑循環(huán)回氣化器，燃燒產(chǎn)生的熱煙氣從燃燒器頂部排出。
[0008]上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述催化劑為橄欖石。
[0009]上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，氣化器為氣固逆流移動床，燃燒器為快速流化床。
[0010]上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，氣化器、熱解器和燃燒器的氣氛獨立分開，氣體互不漏竄。
[0011]上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，熱解器的操作條件為:400-600 °C。
[0012]上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，氣化器的操作條件為:700-900 °C。
[0013]上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，燃燒器的操作條件為:800-900 °C。
[0014]上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，半焦的積炭量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計為66-78%。
[0015]上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，積炭催化劑的積炭量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計為22-29%。
[0016]污泥既是營養(yǎng)物質(zhì)又是能源物質(zhì)，利用污泥中的有用成分，催化氣化制氫的方法，采用外循環(huán)逆流移動床催化氣化制氫工藝，可以得到焦油含量低，氫含量高的產(chǎn)氣。一方面能夠通過適當(dāng)資源化處理獲得附加經(jīng)濟效益，減少污水廠處理總運行開支；另一方面還可避免污泥的環(huán)境二次污染，取得了較好的技術(shù)效果。
[0017]下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，但不僅限于本實施例。
【具體實施方式】
[0018]【實施例1】
[0019]本專利提供一種剩余活性污泥催化氣化制氫的方法，含水率低于60%的剩余活性污泥從熱解器上方進(jìn)入熱解器，在熱解器內(nèi)，污泥與來自于氣化器的積炭催化劑混合，并流下行，發(fā)生快速熱解反應(yīng)，生成熱解氣態(tài)產(chǎn)物和半焦；熱解氣態(tài)產(chǎn)物和從熱解器底部通入的水蒸氣一起上行進(jìn)入氣化器；在氣化器內(nèi)，熱解氣態(tài)產(chǎn)物和水蒸氣一起逆流與下行的催化劑移動床層逆流接觸，發(fā)生焦油水蒸氣催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)，生成富氫氣體產(chǎn)物，富氫氣體產(chǎn)物從氣化器上部引出；在氣化反應(yīng)過程中，催化劑因表面積炭而逐漸失活，積炭的催化劑下行至熱解器，熱解器中的固體產(chǎn)物半焦和積炭催化劑一起下行，然后進(jìn)入燃燒器；在燃燒器內(nèi)，半焦及催化劑表面的積炭和從燃燒器底部通入的熱空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，使半焦以及催化劑表面積炭燒掉，同時釋放出熱量，再生后的催化劑循環(huán)回氣化器，燃燒產(chǎn)生的熱煙氣從燃燒器頂部排出。
[0020]剩余活性污泥質(zhì)量為2kg，熱解反應(yīng)器溫度為500°C，燃燒器溫度為800°C，氣化反應(yīng)器溫度800°C，氣化器內(nèi)移動床床層高度100mm，熱載體循環(huán)量4.22kg/h，半焦的積炭量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計為71 %，積炭催化劑的積炭量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計為29%。氣體產(chǎn)率為1.56Nm3/kg的產(chǎn)氣量，產(chǎn)氣中(H2+C0)含量達(dá)到54%。
[0021]【實施例2】
[0022]按照實施例1所述的條件和步驟，熱解反應(yīng)器溫度為400°C，燃燒器溫度為800°C，氣化反應(yīng)器溫度700°C，氣化器內(nèi)移動床床層高度100mm，熱載體循環(huán)量4.22kg/h，半焦的積炭量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計為66 %，積炭催化劑的積炭量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計為34%。氣體產(chǎn)率為1.42Nm3/kg的產(chǎn)氣量，產(chǎn)氣中(H2+C0)含量達(dá)到48%。
[0023]【實施例3】
[0024]按照實施例1所述的條件和步驟，熱解反應(yīng)器溫度為600°C，燃燒器溫度為900°C，氣化反應(yīng)器溫度900°C，氣化器內(nèi)移動床床層高度100mm，熱載體循環(huán)量4.22kg/h，半焦的積炭量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計為78 %，積炭催化劑的積炭量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計為22 %。氣體產(chǎn)率為
1.71Nm3/kg的產(chǎn)氣量，產(chǎn)氣中(H2+C0)含量達(dá)到56%。
【主權(quán)項】
1.一種剩余活性污泥催化氣化制氫的方法，含水率低于85%的剩余活性污泥從熱解器上方進(jìn)入熱解器，在熱解器內(nèi)，污泥與來自于氣化器的積炭催化劑混合，并流下行，發(fā)生快速熱解反應(yīng)，生成熱解氣態(tài)產(chǎn)物和半焦；熱解氣態(tài)產(chǎn)物和從熱解器底部通入的水蒸氣一起上行進(jìn)入氣化器；在氣化器內(nèi)，熱解氣態(tài)產(chǎn)物和水蒸氣一起逆流與下行的催化劑移動床層逆流接觸，發(fā)生焦油水蒸氣催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)，生成富氫氣體產(chǎn)物，富氫氣體產(chǎn)物從氣化器上部引出；在氣化反應(yīng)過程中，催化劑因表面積炭而逐漸失活，積炭的催化劑下行至熱解器，熱解器中的固體產(chǎn)物半焦和積炭催化劑一起下行，然后進(jìn)入燃燒器；在燃燒器內(nèi)，半焦及催化劑表面的積炭和從燃燒器底部通入的熱空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，使半焦以及催化劑表面積炭燒掉，同時釋放出熱量，再生后的催化劑循環(huán)回氣化器，燃燒產(chǎn)生的熱煙氣從燃燒器頂部排出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述剩余活性污泥催化氣化制氫的方法，其特征在于所述催化劑為橄欖石。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述剩余活性污泥催化氣化制氫的方法，其特征在于所述氣化器為氣固逆流移動床，燃燒器為快速流化床。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述剩余活性污泥催化氣化制氫的方法，其特征在于所述氣化器、熱解器和燃燒器的氣氛獨立分開，氣體互不漏竄。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述剩余活性污泥催化氣化制氫的方法，其特征在于所述熱解器的操作條件為:400-600 °C。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述剩余活性污泥催化氣化制氫的方法，其特征在于所述氣化器的操作條件為:700-900 °C。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述剩余活性污泥催化氣化制氫的方法，其特征在于所述燃燒器的操作條件為:800-900 °C。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述剩余活性污泥催化氣化制氫的方法，其特征在于所述半焦的積炭量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計為66-78%。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述剩余活性污泥催化氣化制氫的方法，其特征在于所述積炭催化劑的積炭量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計為22-29%。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種剩余活性污泥催化氣化制氫的方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)氣量低、氫含量低的問題。本發(fā)明通過采用一種剩余活性污泥催化氣化制氫的方法，含水率低于85％的剩余活性污泥從熱解器上方進(jìn)入熱解器，污泥與來自于氣化器的積炭催化劑混合，生成熱解氣態(tài)產(chǎn)物和半焦；熱解氣態(tài)產(chǎn)物和從熱解器底部通入的水蒸氣一起上行進(jìn)入氣化器；在氣化器內(nèi)，熱解氣態(tài)產(chǎn)物和水蒸氣一起與催化劑移動床層逆流接觸，生成富氫氣體產(chǎn)物；積炭的催化劑下行至熱解器，熱解器中的固體產(chǎn)物半焦和積炭催化劑一起下行，然后進(jìn)入燃燒器；再生后的催化劑循環(huán)回氣化器，燃燒產(chǎn)生的熱煙氣從燃燒器頂部排出的技術(shù)方案較好地解決了上述問題，可用于剩余活性污泥催化氣化制氫中。
【IPC分類】C02F11/10, C10J3/66
【公開號】CN105293857
【申請?zhí)枴緾N201510670083
【發(fā)明人】牟桂琴, 張宏哲, 張志遠(yuǎn), 郭亞逢, 唐曉麗
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年10月13日