剩余活性污泥催化氣化制氫的方法
【技術領域】
[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】
[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胞群體和其解體產物組成，有機質含量高，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，污泥的產生量也將大幅增加。因此，開展污泥處理技術方面的研究具有重要的經濟和社會效益。
[0003]剩余污泥是由細菌、微型動物為主的微生物與懸浮物質、膠體物質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，成分復雜，不易處理。不同的污水處理廠產生的剩余污泥，其所含有害物質的成分也不盡相同，比如，處理生活污水的污水處理廠產生的剩余污泥里除了含有細菌、微生物、寄生蟲、懸浮物質和膠體物質之外，還含有一些氣、磷等。
[0004]污泥既是營養(yǎng)物質又是能源物質，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資源化處理獲得附加經濟效益，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，燃燒產物清潔無污染等優(yōu)點。因此，將剩余活性污泥轉換成氫能可以解決剩余污泥進入環(huán)境帶來的二次污染問題，同時還具有一定的經濟效益，可以最大程度的實現(xiàn)剩余污泥的低碳經濟、循環(huán)利用。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是現(xiàn)有技術中產氣量低、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入熱解器，在熱解器內，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，生成熱解氣態(tài)產物和半焦；熱解氣態(tài)產物和從熱解器底部通入的水蒸氣一起上行進入氣化器；在氣化器內，熱解氣態(tài)產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化反應，生成富氫氣體產物，富氫氣體產物從氣化器上部引出；在氣化反應過程中，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，熱解器中的固體產物半焦和積炭催化劑一起下行，然后進入燃燒器；在燃燒器內，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，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，燃燒產生的熱煙氣從燃燒器頂部排出。
[0008]上述技術方案中，優(yōu)選地，所述催化劑為橄欖石。
[0009]上述技術方案中，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]上述技術方案中，優(yōu)選地，熱解器的操作條件為:400-600 °C。
[0012]上述技術方案中，優(yōu)選地，氣化器的操作條件為:700-900 °C。
[0013]上述技術方案中，優(yōu)選地，燃燒器的操作條件為:800-900 °C。
[0014]上述技術方案中，優(yōu)選地，半焦的積炭量以質量分數(shù)計為66-78%。
[0015]上述技術方案中，優(yōu)選地，積炭催化劑的積炭量以質量分數(shù)計為22-29%。
[0016]污泥既是營養(yǎng)物質又是能源物質，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，氫含量高的產氣。一方面能夠通過適當資源化處理獲得附加經濟效益，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，取得了較好的技術效果。
[0017]下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的闡述，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入熱解器，在熱解器內，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，生成熱解氣態(tài)產物和半焦；熱解氣態(tài)產物和從熱解器底部通入的水蒸氣一起上行進入氣化器；在氣化器內，熱解氣態(tài)產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化反應，生成富氫氣體產物，富氫氣體產物從氣化器上部引出；在氣化反應過程中，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，熱解器中的固體產物半焦和積炭催化劑一起下行，然后進入燃燒器；在燃燒器內，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，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，燃燒產生的熱煙氣從燃燒器頂部排出。
[0020]剩余活性污泥質量為2kg，熱解反應器溫度為500°C，燃燒器溫度為800°C，氣化反應器溫度800°C，氣化器內移動床床層高度100mm，熱載體循環(huán)量4.22kg/h，半焦的積炭量以質量分數(shù)計為71 %，積炭催化劑的積炭量以質量分數(shù)計為29%。氣體產率為1.56Nm3/kg的產氣量，產氣中(H2+C0)含量達到54%。
[0021]【實施例2】
[0022]按照實施例1所述的條件和步驟，熱解反應器溫度為400°C，燃燒器溫度為800°C，氣化反應器溫度700°C，氣化器內移動床床層高度100mm，熱載體循環(huán)量4.22kg/h，半焦的積炭量以質量分數(shù)計為66 %，積炭催化劑的積炭量以質量分數(shù)計為34%。氣體產率為1.42Nm3/kg的產氣量，產氣中(H2+C0)含量達到48%。
[0023]【實施例3】
[0024]按照實施例1所述的條件和步驟，熱解反應器溫度為600°C，燃燒器溫度為900°C，氣化反應器溫度900°C，氣化器內移動床床層高度100mm，熱載體循環(huán)量4.22kg/h，半焦的積炭量以質量分數(shù)計為78 %，積炭催化劑的積炭量以質量分數(shù)計為22 %。氣體產率為
1.71Nm3/kg的產氣量，產氣中(H2+C0)含量達到56%。
【主權項】
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入熱解器，在熱解器內，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，生成熱解氣態(tài)產物和半焦；熱解氣態(tài)產物和從熱解器底部通入的水蒸氣一起上行進入氣化器；在氣化器內，熱解氣態(tài)產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化反應，生成富氫氣體產物，富氫氣體產物從氣化器上部引出；在氣化反應過程中，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，熱解器中的固體產物半焦和積炭催化劑一起下行，然后進入燃燒器；在燃燒器內，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，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，燃燒產生的熱煙氣從燃燒器頂部排出。2.根據(jù)權利要求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量分數(shù)計為66-78%。9.根據(jù)權利要求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量分數(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)有技術中產氣量低、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)產物和半焦；熱解氣態(tài)產物和從熱解器底部通入的水蒸氣一起上行進入氣化器；在氣化器內，熱解氣態(tài)產物和水蒸氣一起與催化劑移動床層逆流接觸，生成富氫氣體產物；積炭的催化劑下行至熱解器，熱解器中的固體產物半焦和積炭催化劑一起下行，然后進入燃燒器；再生后的催化劑循環(huán)回氣化器，燃燒產生的熱煙氣從燃燒器頂部排出的技術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, 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