公布日：2022.07.01
申請日：2022.04.19
分類號：C02F11/10(2006.01)I;C02F11/00(2006.01)I;C02F11/13(2019.01)I;C10B53/00(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種污泥催化熱裂解氣化方法。該方法包括以下步驟：(1)將污泥置于120～150℃環(huán)境中，使其含水率降低至70～75％；(2)于300～450℃加熱步驟(1)處理后的污泥，使其形成含水率為50～55％的污泥顆粒；(3)將污泥顆粒于300～450℃干燥至含水率為10～15％；(4)將干餾后的污泥置于450～600℃的溫度下碳化，然后，再于800～1200℃無氧環(huán)境中熱裂解氣化即可。本發(fā)明能夠高效的完成對污泥的熱裂解，且可盡可能的降低有害成分的產(chǎn)生。
權(quán)利要求書
1.一種污泥催化熱裂解氣化方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將污泥置于120-150℃環(huán)境中，加熱1-3h，使其含水率降低至70-75％；(2)于300-450℃加熱步驟(1)處理后的污泥，使其形成含水率為50-55％的污泥顆粒；(3)將污泥顆粒于300-450℃干燥至含水率為10-15％，然后于300-380℃干餾，分離干餾后的污泥和干餾產(chǎn)生的氣體；(4)將干餾后的污泥置于450-600℃的溫度下碳化，將碳化后的污泥與催化劑混合后，再于800-1200℃無氧環(huán)境中熱裂解氣化即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥催化熱裂解氣化方法，其特征在于，步驟(2)中所述加熱使用的熱源為污泥氣化熱以及天然氣燃燒產(chǎn)生的熱量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥催化熱裂解氣化方法，其特征在于，步驟(3)中所述干燥過程依次包括：蒸餾、干化和干燥，具體過程為：污泥顆粒在干燥機(jī)的蒸餾盤上持續(xù)翻滾，并進(jìn)入干化盤，經(jīng)干化盤處理后污泥顆粒的含水率降低至30-40％，然后進(jìn)入干燥盤，經(jīng)干燥盤處理后其含水率降低至10％-15％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的污泥催化熱裂解氣化方法，其特征在于，步驟(3)中所述干燥使用的熱源為污泥熱裂解產(chǎn)生的溫度為300-450℃的氣體；所述氣體再與干燥過程中產(chǎn)生的氣體一同排出，并可返回至步驟(1)中作為熱源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥催化熱裂解氣化方法，其特征在于，步驟(4)中所述碳化產(chǎn)生的氣體經(jīng)補(bǔ)充熱燃燒裝置處理后可返回至步驟(3)中，作為干化盤的熱源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥催化熱裂解氣化方法，其特征在于，步驟(4)中所述催化劑的添加量為污泥重量的0.5-1％。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的污泥催化熱裂解氣化方法，其特征在于，所述催化劑的添加量為污泥重量的0.6％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的污泥催化熱裂解氣化方法，其特征在于，所述催化劑為氧化鈣、三氧化二鎳和活性炭中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥催化熱裂解氣化方法，其特征在于，還包括步驟(5)：熱裂解氣化后產(chǎn)生的無機(jī)熔渣經(jīng)氧化還原處理后，形成多孔的無機(jī)顆粒。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供一種污泥催化熱裂解氣化方法，可有效的對污泥進(jìn)行資源化利用。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
一種污泥催化熱裂解氣化方法，包括以下步驟：
(1)將污泥置于120-150℃環(huán)境中，加熱1-3h，使其含水率降低至70-75％；
(2)于300-450℃加熱步驟(1)處理后的污泥，使其形成含水率為50-55％的污泥顆粒；
(3)將污泥顆粒于300-450℃干燥至含水率為10-15％，然后于300-380℃干餾，分離干餾后的污泥和干餾產(chǎn)生的氣體；
(4)將干餾后的污泥置于450-600℃的溫度下碳化，將碳化后的污泥與催化劑混合后，再于800-1200℃無氧環(huán)境中熱裂解氣化即可。
進(jìn)一步地，步驟(2)中所述加熱使用的熱源為污泥氣化熱以及天然氣燃燒產(chǎn)生的熱量。
本發(fā)明在部分天然氣補(bǔ)熱和污泥氣化熱上升過來的溫度高達(dá)300-450℃的灼熱的烘烤下，污泥的水在急劇受熱中瞬間蒸發(fā)，由于污泥透氣性很差，瞬間產(chǎn)生的大量蒸汽無法通過料層透氣，在顆粒外表和容腔表面之間形成高壓蒸汽隔離膜，將污泥與容腔內(nèi)表面隔離開進(jìn)行脫模。完成趨近鏤空的含水率50％-55％的中干污泥顆粒。
進(jìn)一步地，步驟(3)中所述干燥過程依次包括：蒸餾、干化和干燥。具體過程為：
污泥顆粒在干燥機(jī)的蒸餾盤上持續(xù)翻滾，并進(jìn)入干化盤，經(jīng)干化盤處理后污泥顆粒的含水率降低至30-40％，然后進(jìn)入干燥盤，經(jīng)干燥盤處理后其含水率降低至10％-15％。
進(jìn)一步地，步驟(3)中所述干燥使用的熱源為污泥熱裂解產(chǎn)生的溫度為300-450℃的氣體；所述氣體再與干燥過程中產(chǎn)生的氣體一同排出，并可返回至步驟(1)中作為熱源。
進(jìn)一步地，干餾產(chǎn)生的氣體包括：烷類(CmHn)、一氧化碳(CO)、焦油等可燃?xì)怏w和水蒸氣(H2O)、塑料橡膠等物質(zhì)中的氯(Cl)元素生成氯化氫(HCl)氣體，硫(S)元素生成(H2S)氣體，以上所有氣體一起從干餾機(jī)組上部排出，經(jīng)管道輸入延時機(jī)組的蒸餾盤進(jìn)行余熱利用。
進(jìn)一步地，步驟(4)中所述碳化過程會產(chǎn)生產(chǎn)生油，反應(yīng)水(蒸汽冷凝水)，沼氣(未冷凝的空氣)和固體碳化物，沼氣經(jīng)過補(bǔ)充熱燃燒裝置處理后可返回至步驟(3)中，作為干化盤的熱源。
進(jìn)一步地，污泥在無氧高溫800-1200℃條件下熱裂解，污泥中的有機(jī)物都轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w(甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氫氣、CO)和C，還會產(chǎn)生極少量的大分子碳化有機(jī)物(油類)，這部分可燃?xì)怏w通過通過燃燒后可返回至步驟(3)的干燥盤中進(jìn)行熱利用。
進(jìn)一步地，步驟(4)中所述催化劑的添加量為污泥重量的0.5-1％。
進(jìn)一步地，催化劑的添加量為污泥重量的0.6％。
進(jìn)一步地，催化劑為氧化鈣、三氧化二鎳和活性炭中的至少一種。
進(jìn)一步地，還包括步驟(5)：熱裂解氣化后產(chǎn)生的無機(jī)熔渣經(jīng)氧化還原處理后，形成多孔的無機(jī)顆粒。
本發(fā)明處理過程中使用到的設(shè)備均為本領(lǐng)域的常規(guī)設(shè)備的常用功能，在此不再贅述。也可使用與不同條件相匹配的功能設(shè)備，以完成整個污泥熱裂解氣化過程，但本發(fā)明方案和實施例中所提及的設(shè)備均為本領(lǐng)域常規(guī)設(shè)備。
本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明在熱解過程中添加了催化劑，催化劑中使用的活性炭在熱裂解的過程中能夠縮短熱裂解的反應(yīng)時間，實現(xiàn)污泥的快速熱裂解，同時，氧化鈣或三氧化二鎳能夠提升污泥熱裂解過程中的升溫速率，加速熱裂解反應(yīng)。因此，在催化劑的配合下，能夠?qū)⑽勰嗟臒崃呀鈺r間縮短1/3-1/2，大大提升了污泥的熱裂解效率。
本發(fā)明通過對污泥進(jìn)行加熱，使污泥經(jīng)過一系列的物理熱化學(xué)反應(yīng)，改善脫水性能，從而使得污泥中的水分得到快速蒸發(fā)達(dá)到干化污泥(含水率15％所下)；再通過熱能將干污泥(主要指高分子化合物)轉(zhuǎn)變成另外幾種物質(zhì)(主要指低分子化合物)。使污泥中的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)變成可燃的氣體；固化/穩(wěn)定重金屬，使污泥穩(wěn)定化、無害化、資源化利用。
（發(fā)明人：田鳴;肖相權(quán);田果;李佳君）
