污泥热解催化制备甲醇合成气的方法技术

本发明专利技术涉及一种污泥热解催化制备甲醇合成器的方法，①将混合污泥置于热解反应器中，并将一定量催化剂置于混合污泥的上方；②向反应体系中通入惰性气体，使空气排尽；③控制反应体系温度，同时，将生成的气体依次进行冷凝、计量，然后收集得到甲醇合成气；④至计量装置测得7min内气体生成量小于0.1mL时，停止加热反应体系，收集冷凝所得液体，即为焦油；⑤至反应体系温度下降到常温时，打开热解反应器，收集所得固体产物，即为焦炭。本发明专利技术提出了热解+催化制备甲醇合成气的工艺，不但解决了污泥处理的技术难题，而且解决了污泥资源化问题，同时通过污泥资源化利用，提高了社会经济效益和生态环境效益。

【技术实现步骤摘要】
污泥热解催化制备甲醇合成气的方法
本专利技术属于生物质制气
，具体涉及一种污泥热解催化制备甲醇合成气的方法。
技术介绍
随着我国城市化进程和社会经济的不断发展，城市现代化的脚步也越来越快，兴建城市污水厂、管理城市废弃物成为与之密不可分的部分。近几年，城市中的污水处理厂不断增加，城市污水处理率也不断提高。与此同时，作为污水处理的二次污染物，污泥的产量也在不断增加。据相关统计报告，我国污水处理厂每年生产干污泥130万吨，并且保持15%左右的增速。如果全部的城市污水都可以并网处理，那么我国干污泥产量，将达到850万吨/年之多。污水处理过程产生的污泥严重影响环境，甚至制约经济发展。因此，处理污泥和处理污水同样重要。在发达国家，污泥处理的投资占污水处理厂投资的一半以上，运行成本也占了总成本的一半之多。污泥处理的最终目的，就是将污泥的状态变得稳定，减少污泥的总量，降低二次污染的风险，并且对其进行资源化再利用。如果想要正确选择处理污泥的方法，以及选择有利的污泥利用技术，就必须以污泥性质的研究作为基础，污泥的组成也是它的基本性质的表现。污水中有很多污染物，在污水处理后很大一部分都会转化到污泥中，因而，污泥中的污染物种类也很多。例如，污泥的无机成分中含有多种重金属，有机组分中含有微量高毒化合物、细菌、病毒和寄生虫卵等有害的生物成分。污泥中成分相当复杂，当然，也会含有一些有益成分，如植物养分（N、P、K）等。因此，污泥具有以下特征：1.污泥的水含量非常高，通过机械压滤只能将其中的全部自由水以及部分间隙水脱出，剩余的水分只有通过热干燥等方式才能除掉。2.污泥中有机物含量比较低，根据污泥的来源不同，其中有机质成分的含量也有不同，生活污泥含有的有机成分占干重的60%-70%，而一般工业污泥中有机物含量仅占干重的50%左右。3.由于部分工业污水进入城市污水处理系统，导致生活污泥和工业污泥中都含有多种重金属离子。4.污泥中的致病菌和寄生虫卵很多，如果处理不当，这些成分会通过土壤、空气、水源等各种渠道发生污染，引发一些动植物、人类的疾病，对环境以及健康都是巨大的危害。目前，现有的污泥处理技术有很多，大致包括以下几种：（1）卫生填埋法：卫生填埋比较简单，容易操作，成本较低，对污泥脱水程度要求不髙。但是，这种方法会产生填埋渗滤液和有害气体，对地下水造成污染，甚至可能引起爆炸或燃烧等。（2）土地利用法：土地利用是一种投资少、能耗低的方法，运行费用也比较低，还可以以污泥中的有益成分对土壤进行改良，但是，这种方式同时使有毒的物质，如重金属，进入土壤中，造成污染。（3）焚烧法：焚烧法要求首先对污泥进行干化，对污泥的处理比较彻底。通过焚烧，污泥里的有机物彻底碳化，能够彻底消除污泥中的有害物质，将污泥体积降到最低。但是，焚烧法的投资大、运行费用高。同时，焚烧过程中也有可能产生挥发性有害物质。（4）热解法：近年来，国内外专家普遍认为，热解法处理污泥将成为一种重要的方法。通过热解，污泥中的有机物可以发生裂解，转化为气态或液态燃料。以热解法处理污泥的主要优点：一是能源回收率高，二是污泥中含量较高的无机成分也可以进一步进行材料化利用。但是单纯利用热解法对污泥进行处理还存在以下问题；一是固体体积的减少不如焚烧法减少的多，二是裂解产生出来的液态产品的燃烧会产生对环境有害的物质，三是热解技术没有焚烧法完善，四是热解机理和动力学研究方面还有很多工作需要进一步探讨，五是在工艺和设备的改进方面有待进一步突破，六是热解成本高，不便于推广应用。
技术实现思路
针对以上各类污泥处理工艺存在的问题，本专利技术提出了热解+催化制备甲醇合成气的工艺，不但解决了污泥处理的技术难题，而且解决了污泥资源化利用问题，同时通过污泥资源化利用，提高了社会经济效益和生态环境效益。为解决以上问题，本专利技术通过以下技术方案实现：污泥热解气化的过程非常复杂，一般可将热解气化分为物料的干燥、热解反应、氧化反应和还原反应四个过程。热解反应为氧化还原反应提供足够的物料，氧化反应为整个反应体系提供热量，而经过还原反应，物料最终转化为可燃性气体，这些过程相互影响，实现物质与能量的转化。热解气化技术的影响因素也非常复杂，包括反应条件的影响（温度、压力、停留时间、水蒸气生物质比率、空气当量比等）、物料特性的影响、催化剂的影响等。设计一种污泥热解催化制备甲醇合成气的方法，包括以下步骤：（1）将混合污泥置于热解反应器中，并将一定量催化剂置于混合污泥的上方，所述催化剂与混合污泥之间的体积比为5～10：90～95；（2）向反应体系中通入惰性气体，使空气排尽；所述惰性气体优选为氮气，纯度不低于99.99%，惰性气体的作用是在开始反应前将体系内的空气排净；（3）控制热解反应阶段温度为580～620℃，催化反应阶段温度为900～1000℃，同时，将生成的气体依次进行冷凝、计量，然后收集得到甲醇合成气；（4）至计量装置测得7min内气体生成量小于0.1mL时，停止加热反应体系，收集冷凝所得液体，即为焦油；（5）至反应体系温度下降到常温时，打开热解反应器，取出固体产物，即为焦炭。整个热解催化过程中，固体焦炭和液体焦油的产量采用天平称量获得，气态产物甲醇合成气的产量以气体流量计累计体积计算，气体成分由GC-4000A检测分析仪测定。所述催化剂由以下步骤制备而成：（1）将橄榄石进行粉碎，筛分出10～18目的橄榄石粉末；（2）在通空气量为2～4L/min的条件下，将橄榄石粉末进行煅烧，煅烧温度为550℃，煅烧时间为2h，然后（利用矿石成型剂）成型即得。该催化剂具备良好的生物质气化催化性能，其颗粒表面均匀分布有大量的，催化活性高、催化效率高，且成本低。催化剂首次使用后，颜色由原来的砖红色转变为灰黑色，催化效果有所下降。为了提高催化剂的使用寿命，增加经济效益，可以选择以下两种方法对使用过的催化剂进行复性：（1）将使用过的催化剂在850℃有氧锻烧2h。通过这种方法，催化剂重新恢复为砖红色；（2）在一次反应结朿后，立即向催化床内通入空气，气流速率为1L/min，持续5～10min，借用催化床的余温50～80℃，使催化剂表面的积碳与通入空气中的氧反应。通过这种方法，催化剂变为红褐色，比原有的砖红色略暗。复性后的催化剂可重新用于催化反应。实验证明，通过第一种方法复性后的催化剂与初次使用的催化剂相比，催化性能基本相当；通过第二种复性方法，催化剂催化效果保持在93%以上，与不进行复性的催化剂相比，催化效果提高了10%左右。所述混合污泥的制备方法，包括以下步骤：在污泥中掺入可燃固体废弃物形成混合污泥，可以提高所得合成气的产量和气体成份。所述可燃固体废弃物可以选用植物源的生物质，如农作物秸秆，林业加工过程中剩余的木屑、枝叶，城市绿化产生的落叶等等。具体方法如下：（1）将可燃固体废弃物粉碎至粒径不大于0.2mm的粉末；（2）将粉碎的物料与一定量污泥进行搅拌，均匀混合即得，避免因密度不同而造成的物料混合不均。经过多次实验证明，可燃固体废弃物与污泥的最优经济比为1：4；所述污泥的含水量不大于20wt%。本专利技术具有以下积极有益的技术效果：1.本专利技术将污泥+可燃固体废弃物搭配形成了混合污泥，并设计了制备催化剂的方法，然后进行热解+催化处理，能大量减少污泥固体体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种污泥热解催化制备甲醇合成气的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将原料—混合污泥置于热解反应器中，并将一定量催化剂置于混合污泥的上方，所述催化剂与混合污泥之间的体积比为5～10：90～95；（2）向反应体系中通入惰性气体，使空气排尽；（3）控制反应体系的热解反应阶段温度为580～620℃，催化反应阶段温度为900～1000℃，同时，将生成的气体依次进行冷凝、计量，然后收集得到甲醇合成气；（4）至测得7min内气体生成量小于0.1mL时，停止加热反应体系，收集冷凝所得液体，即为焦油；（5）至反应体系温度下降到常温时，打开热解反应器，收集所得固体产物，即为焦炭。

【技术特征摘要】
1.一种污泥热解催化制备甲醇合成气的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将原料—混合污泥置于热解反应器中，并将一定量催化剂置于混合污泥的上方，所述催化剂与混合污泥之间的体积比为5～10：90～95；（2）向反应体系中通入惰性气体，使空气排尽；（3）控制反应体系的热解反应阶段温度为580～620℃，催化反应阶段温度为900～1000℃，同时，将生成的气体依次进行冷凝、计量，然后收集得到甲醇合成气；（4）至测得7min内气体生成量小于0.1mL时，停止加热反应体系，收集冷凝所得液体，即为焦油；（5）至反应体系温度下降到常温时，打开热解反应器，收集所得固体产物，即为焦炭。2.根据权利要求1所述制备甲醇合成气的方法，其特征在于：所述惰性气体为纯度不低于99.99%的氮气。3.根据权利要求1所述制备甲醇合成气的方法，其特征在于：所述催化剂由以下步骤制备而成：（1）将橄榄石进行粉碎，筛分出10～18目的橄榄石粉末；（2）在通空气量为2～4L/min的条件下，将橄榄石粉末进行煅烧，煅烧温度为550℃，煅烧时间为2h，然后成型即得。4.根据权利要求3所述制备甲醇合成气的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：周振民，王学超，周科，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南,41