申请日2019.12.10
公开(公告)日2020.03.06
IPC分类号C10B53/00; C10B57/10; C10K1/00; C02F11/122; C01B3/24; C01B3/50; C02F103/30
摘要
本发明公开了一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，具体方法如下：1)将印染污泥压滤后与氧化钙和铁粉混合，干燥后进行研磨;2)将原料加入到马弗炉中进行搅拌煅烧;3)煅烧后产生的热解气体通过冷凝系统导入气体收集罐中，然后再将气体通入充满氮气的马弗炉中进行高温加热;4)将冷却后的气体通过原料口导入置于不对称静电场作用下的气体分离器进行气体分离，然后将分离后的气体进行低温加压液化，即可制得高纯度的清洁气体燃料。本发明通过多级分离的方法，将印染污泥经高温煅烧产生的热解气中的杂质气体去除，从而得到高纯度的氢气燃料，不仅可以变废为宝，而且有利于改善环境污染，具有显著的经济效益和社会效益。
权利要求书
1.一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，其特征在于，具体方法如下：
1)将印染污泥压滤至含水率为20-30%，然后加入氧化钙和铁粉，混合后置于40-50℃下干燥3-5h，然后经研磨过100-150目筛，制得原料备用;
2)向带有转杆的马弗炉中通入氮气20-30min以置换马弗炉中的空气，然后将原料加入到马弗炉中，加热至150-200℃，保温1-2h，然后升温至600-750℃，稳定2-5min后，开启转杆，按照10-20r/min的转速搅拌煅烧2-3h;
3)待煅烧结束后，利用管道将马弗炉中的热解气体通过冷凝系统导入气体收集罐中，然后将气体收集罐中的气体通入充满氮气的马弗炉中，加热至1000-1200℃，高温加热1-3h;
4)待气体自然冷却后，将气体通过原料口导入置于不对称静电场作用下的气体分离器进行气体分离，然后将分离后的气体进行低温加压液化，即可制得高纯度的清洁气体燃料。
2.如权利要求1所述的一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，其特征在于，步骤1)中，所述氧化钙的用量为印染污泥重量的20-30%，铁粉的用量为印染污泥重量的15-20%。
3.如权利要求1所述的一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，其特征在于，步骤2)中，所述氮气的通入量为0.1-0.5m3/min。
4.如权利要求1所述的一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，其特征在于，步骤3)中，所述冷凝系统的冷凝温度为-80--90℃，冷凝时间20-30min。
5.如权利要求1所述的一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，其特征在于，步骤4)中，所述气体分离器是由尼龙密闭容器、改性A型沸石分子筛膜和固定电极组成的，其中针电极置于渗透侧中间位置，改性A型沸石分子筛膜固定在聚乙烯多孔塑料板上，刚好嵌入渗透侧，板电极安装在原料侧，平行于改性A型沸石分子筛膜表面，二者的距离为10-13mm，针电极与改性A型沸石分子筛膜表面的距离为30-60mm，两电极间距离为40-73mm;所述电场强度方向与针电极方向相同;所述不对称静电场的电压为5-10kV，渗透侧真空度为50-100kPa，原料侧压力为0.2-0.5MPa;所述气体流速为50-100slm。
6.如权利要求1所述的一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，其特征在于，步骤4)中，所述改性A型沸石分子筛膜的制备方法如下：
1)将A型沸石分子筛晶种加入到去离子水中，在100-200W超声波下振荡分散20-30min，制得浓度为3-7%的晶种溶液，然后将晶种液在多孔载体片表面均匀铺设一层晶种层，然后将多孔载体片放在煅烧炉中以500-600℃煅烧2-4h，自然冷却至室温，备用;
2)将水性环氧树脂乳液加入到蒸馏水，混合搅拌后制得含固量为1-5%的水性环氧树脂乳液，然后加入中空纳米碳纤维，充分浸泡2-5h，然后经挤压辊，去除多余的水性环氧树脂乳液，然后将中空纳米碳纤维置于蒸汽干燥筒中进行加热干燥，干燥筒的温度为120-180℃，干燥至中空纳米碳纤维上水性环氧树脂乳液含量为0.5-1%，制得改性中空纳米碳纤维;
3)将三氧化二铝、二氧化硅、氧化钠、蒸馏水按照摩尔比为1：2-6:30-50:700-1000混合，在转速为150-200r/min下搅拌30-40min，然后加入改性中空纳米碳纤维，加热至50-80℃，继续搅拌20-30min，制得合成液，然后将多孔载体片放置在支撑体上，放入反应釜中，倒入合成液，晶化后放入煅烧炉中，恒温加热至100-150℃，反应10-15h，取出载体片，用蒸馏水洗涤至中性，然后置于50-80℃烘箱中干燥至恒重，即可制得改性A型沸石分子筛膜。
7.如权利要求1所述的一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，其特征在于，步骤4)中，所述低温加压液化的温度为-150--170℃，压力为1-3MPa。
8.如权利要求6所述的一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，其特征在于，改性A型沸石分子筛膜的制备步骤3)中，所述中空纳米碳纤维的孔径为0.1-0.3nm;所述中空纳米碳纤维和水性环氧树脂乳液的重量比为1:10-20。
9.如权利要求6所述的一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，其特征在于，改性A型沸石分子筛膜的制备步骤3)中，所述改性中空纳米碳纤维的用量为合成液总重量的0.02-0.05%。
说明书
一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法
技术领域
本发明属于印染污泥加工技术领域，具体涉及一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法。
背景技术
印染污泥是纺织印染厂在纺织生产印染过程中产生的工业废水，经过处理后分离出来的固体废弃物，含有染料、浆料、助剂等，其中染料的结构具有硝基和氨基化合物及铜、铬、锌、汞等重金属。目前，纺织废水处理厂的污泥处理大多只是简单的浓缩、脱水工艺，而后外运处置，污泥经常规脱水处理后含水率在80%左右，容量大、松软、土工强度差，在堆放和运输过程中易腐败、有恶臭，因此印染污泥的污染问题已经成为一个重要的工业污染问题。
目前，对印染污泥的深加工处理，大多是通过将印染污泥制备成各种建筑材料以解决印染污泥的污染问题，同时实现资源的再利用。由于印染污泥中碳、氢、氧、硫是其主要组成元素，在对印染污泥进行加工的过程中，产生的热解气中含有大量的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、甲烷以及氢气，直接排放不仅造成资源的浪费，而且容易造成二次污染。因此，如何妥善科学的对印染污泥的热解气进行处理处置，使得印染污泥的资源利用率最大化，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，具体方法如下：
1)将印染污泥压滤至含水率为20-30%，然后加入氧化钙和铁粉，混合后置于40-50℃下干燥3-5h，然后经研磨过100-150目筛，制得原料备用;
2)向带有转杆的马弗炉中通入氮气20-30min以置换马弗炉中的空气，然后将原料加入到马弗炉中，加热至150-200℃，保温1-2h，然后升温至600-750℃，稳定2-5min后，开启转杆，按照10-20r/min的转速搅拌煅烧2-3h;
3)待煅烧结束后，利用管道将马弗炉中的热解气体通过冷凝系统导入气体收集罐中，然后将气体收集罐中的气体通入充满氮气的马弗炉中，加热至1000-1200℃，高温加热1-3h;
4)待气体自然冷却后，将气体通过原料口导入置于不对称静电场作用下的气体分离器进行气体分离，然后将分离后的气体进行低温加压液化，即可制得高纯度的清洁气体燃料。
优选地，一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，其中步骤1)中，所述氧化钙的用量为印染污泥重量的20-30%，铁粉的用量为印染污泥重量的15-20%。
优选地，一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，其中步骤2)中，所述氮气的通入量为0.1-0.5m3/min。
优选地，一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，其中步骤3)中，所述冷凝系统的冷凝温度为-80--90℃，冷凝时间20-30min。
优选地，一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，其中步骤4)中，所述气体分离器是由尼龙密闭容器、改性A型沸石分子筛膜和固定电极组成的，其中针电极置于渗透侧中间位置，改性A型沸石分子筛膜固定在聚乙烯多孔塑料板上，刚好嵌入渗透侧，板电极安装在原料侧，平行于改性A型沸石分子筛膜表面，二者的距离为10-13mm，针电极与改性A型沸石分子筛膜表面的距离为30-60mm，两电极间距离为40-73mm;所述电场强度方向与针电极方向相同;所述不对称静电场的电压为5-10kV，渗透侧真空度为50-100kPa，原料侧压力为0.2-0.5MPa;所述气体流速为50-100slm。
优选地，一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，其中步骤4)中，所述改性A型沸石分子筛膜的制备方法如下：
1)将A型沸石分子筛晶种加入到去离子水中，在100-200W超声波下振荡分散20-30min，制得浓度为3-7%的晶种溶液，然后将晶种液在多孔载体片表面均匀铺设一层晶种层，然后将多孔载体片放在煅烧炉中以500-600℃煅烧2-4h，自然冷却至室温，备用;
2)将水性环氧树脂乳液加入到蒸馏水，混合搅拌后制得含固量为1-5%的水性环氧树脂乳液，然后加入中空纳米碳纤维，充分浸泡2-5h，然后经挤压辊，去除多余的水性环氧树脂乳液，然后将中空纳米碳纤维置于蒸汽干燥筒中进行加热干燥，干燥筒的温度为120-180℃，干燥至中空纳米碳纤维上水性环氧树脂乳液含量为0.5-1%，制得改性中空纳米碳纤维;
3)将三氧化二铝、二氧化硅、氧化钠、蒸馏水按照摩尔比为1：2-6:30-50:700-1000混合，在转速为150-200r/min下搅拌30-40min，然后加入改性中空纳米碳纤维，加热至50-80℃，继续搅拌20-30min，制得合成液，然后将多孔载体片放置在支撑体上，放入反应釜中，倒入合成液，晶化后放入煅烧炉中，恒温加热至100-150℃，反应10-15h，取出载体片，用蒸馏水洗涤至中性，然后置于50-80℃烘箱中干燥至恒重，即可制得改性A型沸石分子筛膜。
优选地，一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，其中步骤4)中，所述低温加压液化的温度为-150--170℃，压力为1-3MPa。
优选地，一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，其中改性A型沸石分子筛膜的制备步骤3)中，所述中空纳米碳纤维的孔径为0.1-0.3nm;所述中空纳米碳纤维和水性环氧树脂乳液的重量比为1:10-20。
优选地，一种利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，其中改性A型沸石分子筛膜的制备步骤3)中，所述改性中空纳米碳纤维的用量为合成液总重量的0.02-0.05%。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1.本发明提供的利用印染污泥热解气生产清洁气体燃料的方法，通过多级分离的方法，将印染污泥经高温煅烧产生的热解气中的杂质气体去除，从而得到高纯度的清洁气体燃料，首先，将氧化钙和铁粉作为催化剂与印染污泥混合后加入到马弗炉进行高温煅烧，其中氧化钙可以吸收热解反应中生成的二氧化碳，并且可以促进热解反应中有机物的分解，从而提高热解气的产量，铁粉则可以大幅度的提高热解气中不可凝气体的产率，优化气体组成，提高氢气含量;其次，将煅烧产生的气体通过低温冷凝可以去除气体中的可凝气体以及二氧化碳，然后再经充满氮气的马弗炉高温加热，可以使不可凝气体中的甲烷分解成碳和氢气，从而得到一氧化碳、氢气、二氧化硫和氮气混合气体;再次，通过不对称静电场作用下的气体分离器进行气体分离，混合气体在压力场-不对称电场形成的耦合场作用下，其中非极性氮气分子和氢气分子不受电场作用，而极性一氧化碳分子和二氧化硫分子在静电梯度力的作用下加速向渗透侧迁移，由于气体分离器中间的改性A型沸石分子筛膜的孔径为0.38nm，其孔径与一氧化碳(0.376nm)分子动力学直径(0.376nm)相近，又大于氮气(0.36nm)、氢气(0.289nm)和二氧化硫(0.28nm)分子动力学直径，因此一氧化碳在改性A型沸石分子筛膜表面及孔道的吸附能力大于氮气、氢气和二氧化硫，从而加速混合气体中一氧化碳气体的吸附去除，从而提高一氧化碳与氮气、氢气和二氧化硫的分离率;最后，再将分离后的气体经低温加压液化，可以使混合气体中的氮气和二氧化硫液化，从而即可得到高纯度的氢气。
2.本发明中制备的改性A型沸石分子筛膜，在合成液中加入经过处理的改性中空纳米碳纤维，通过将水性环氧树脂乳液附着在中空纳米碳纤维表面，可以降低中空纳米碳纤维的摩擦系数，从而可以降低气体分子透过改性A型沸石分子筛膜的传质阻力，提高混合气体中氢气、氮气和二氧化硫的渗透量，从而提高氢气、氮气和二氧化硫的产量。（发明人邵帅）