公布日：2022.07.01
申请日：2022.04.19
分类号：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
本发明公开了一种污泥催化热裂解气化方法。该方法包括以下步骤：(1)将污泥置于120～150℃环境中，使其含水率降低至70～75％；(2)于300～450℃加热步骤(1)处理后的污泥，使其形成含水率为50～55％的污泥颗粒；(3)将污泥颗粒于300～450℃干燥至含水率为10～15％；(4)将干馏后的污泥置于450～600℃的温度下碳化，然后，再于800～1200℃无氧环境中热裂解气化即可。本发明能够高效的完成对污泥的热裂解，且可尽可能的降低有害成分的产生。
权利要求书
1.一种污泥催化热裂解气化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将污泥置于120-150℃环境中，加热1-3h，使其含水率降低至70-75％；(2)于300-450℃加热步骤(1)处理后的污泥，使其形成含水率为50-55％的污泥颗粒；(3)将污泥颗粒于300-450℃干燥至含水率为10-15％，然后于300-380℃干馏，分离干馏后的污泥和干馏产生的气体；(4)将干馏后的污泥置于450-600℃的温度下碳化，将碳化后的污泥与催化剂混合后，再于800-1200℃无氧环境中热裂解气化即可。
2.根据权利要求1所述的污泥催化热裂解气化方法，其特征在于，步骤(2)中所述加热使用的热源为污泥气化热以及天然气燃烧产生的热量。
3.根据权利要求1所述的污泥催化热裂解气化方法，其特征在于，步骤(3)中所述干燥过程依次包括：蒸馏、干化和干燥，具体过程为：污泥颗粒在干燥机的蒸馏盘上持续翻滚，并进入干化盘，经干化盘处理后污泥颗粒的含水率降低至30-40％，然后进入干燥盘，经干燥盘处理后其含水率降低至10％-15％。
4.根据权利要求1或3所述的污泥催化热裂解气化方法，其特征在于，步骤(3)中所述干燥使用的热源为污泥热裂解产生的温度为300-450℃的气体；所述气体再与干燥过程中产生的气体一同排出，并可返回至步骤(1)中作为热源。
5.根据权利要求1所述的污泥催化热裂解气化方法，其特征在于，步骤(4)中所述碳化产生的气体经补充热燃烧装置处理后可返回至步骤(3)中，作为干化盘的热源。
6.根据权利要求1所述的污泥催化热裂解气化方法，其特征在于，步骤(4)中所述催化剂的添加量为污泥重量的0.5-1％。
7.根据权利要求6所述的污泥催化热裂解气化方法，其特征在于，所述催化剂的添加量为污泥重量的0.6％。
8.根据权利要求1或6所述的污泥催化热裂解气化方法，其特征在于，所述催化剂为氧化钙、三氧化二镍和活性炭中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的污泥催化热裂解气化方法，其特征在于，还包括步骤(5)：热裂解气化后产生的无机熔渣经氧化还原处理后，形成多孔的无机颗粒。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种污泥催化热裂解气化方法，可有效的对污泥进行资源化利用。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种污泥催化热裂解气化方法，包括以下步骤：
(1)将污泥置于120-150℃环境中，加热1-3h，使其含水率降低至70-75％；
(2)于300-450℃加热步骤(1)处理后的污泥，使其形成含水率为50-55％的污泥颗粒；
(3)将污泥颗粒于300-450℃干燥至含水率为10-15％，然后于300-380℃干馏，分离干馏后的污泥和干馏产生的气体；
(4)将干馏后的污泥置于450-600℃的温度下碳化，将碳化后的污泥与催化剂混合后，再于800-1200℃无氧环境中热裂解气化即可。
进一步地，步骤(2)中所述加热使用的热源为污泥气化热以及天然气燃烧产生的热量。
本发明在部分天然气补热和污泥气化热上升过来的温度高达300-450℃的灼热的烘烤下，污泥的水在急剧受热中瞬间蒸发，由于污泥透气性很差，瞬间产生的大量蒸汽无法通过料层透气，在颗粒外表和容腔表面之间形成高压蒸汽隔离膜，将污泥与容腔内表面隔离开进行脱模。完成趋近镂空的含水率50％-55％的中干污泥颗粒。
进一步地，步骤(3)中所述干燥过程依次包括：蒸馏、干化和干燥。具体过程为：
污泥颗粒在干燥机的蒸馏盘上持续翻滚，并进入干化盘，经干化盘处理后污泥颗粒的含水率降低至30-40％，然后进入干燥盘，经干燥盘处理后其含水率降低至10％-15％。
进一步地，步骤(3)中所述干燥使用的热源为污泥热裂解产生的温度为300-450℃的气体；所述气体再与干燥过程中产生的气体一同排出，并可返回至步骤(1)中作为热源。
进一步地，干馏产生的气体包括：烷类(CmHn)、一氧化碳(CO)、焦油等可燃气体和水蒸气(H2O)、塑料橡胶等物质中的氯(Cl)元素生成氯化氢(HCl)气体，硫(S)元素生成(H2S)气体，以上所有气体一起从干馏机组上部排出，经管道输入延时机组的蒸馏盘进行余热利用。
进一步地，步骤(4)中所述碳化过程会产生产生油，反应水(蒸汽冷凝水)，沼气(未冷凝的空气)和固体碳化物，沼气经过补充热燃烧装置处理后可返回至步骤(3)中，作为干化盘的热源。
进一步地，污泥在无氧高温800-1200℃条件下热裂解，污泥中的有机物都转化成可燃气体(甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氢气、CO)和C，还会产生极少量的大分子碳化有机物(油类)，这部分可燃气体通过通过燃烧后可返回至步骤(3)的干燥盘中进行热利用。
进一步地，步骤(4)中所述催化剂的添加量为污泥重量的0.5-1％。
进一步地，催化剂的添加量为污泥重量的0.6％。
进一步地，催化剂为氧化钙、三氧化二镍和活性炭中的至少一种。
进一步地，还包括步骤(5)：热裂解气化后产生的无机熔渣经氧化还原处理后，形成多孔的无机颗粒。
本发明处理过程中使用到的设备均为本领域的常规设备的常用功能，在此不再赘述。也可使用与不同条件相匹配的功能设备，以完成整个污泥热裂解气化过程，但本发明方案和实施例中所提及的设备均为本领域常规设备。
本发明的有益效果：
本发明在热解过程中添加了催化剂，催化剂中使用的活性炭在热裂解的过程中能够缩短热裂解的反应时间，实现污泥的快速热裂解，同时，氧化钙或三氧化二镍能够提升污泥热裂解过程中的升温速率，加速热裂解反应。因此，在催化剂的配合下，能够将污泥的热裂解时间缩短1/3-1/2，大大提升了污泥的热裂解效率。
本发明通过对污泥进行加热，使污泥经过一系列的物理热化学反应，改善脱水性能，从而使得污泥中的水分得到快速蒸发达到干化污泥(含水率15％所下)；再通过热能将干污泥(主要指高分子化合物)转变成另外几种物质(主要指低分子化合物)。使污泥中的有机污染物转变成可燃的气体；固化/稳定重金属，使污泥稳定化、无害化、资源化利用。
（发明人：田鸣;肖相权;田果;李佳君）