利用生物质水解残渣和污泥共气化制备生物合成气的方法技术

本发明专利技术涉及利用生物质水解残渣和污泥共气化制生物合成气的方法，将生物质水解残渣和污泥分别自然风干、粉碎、过筛，取0.2～0.45mm颗粒备用；将生物质水解残渣和污泥颗粒混合均匀，混合颗粒中污泥的含量为25～50wt.％；采用煅烧后的CaO为催化剂，CaO与混合颗粒中C元素的摩尔比为0.5～1.5：1；当气化炉内温度升至600～800℃，通入空气，当量比为0.2～0.28：1；将混合颗粒加入气化炉进行反应；气化产物经冷凝、过滤、干燥，得到净化的合成气。制备的合成气热值3.6～7.7MJ/Nm

Method for preparing synthetic gas by utilizing biomass hydrolysis residue and sludge co gasifying

The present invention relates to a method for the biosynthesis of gas CO gasification utilization of biomass hydrolysis residue and sludge, the biomass hydrolysis residue and sludge were naturally dried and crushed, 0.2 ~ 0.45mm Grain Reserve; biomass hydrolysis residue and sludge particle mixing, mixed sludge particles content in 25 ~ 50wt.%; using calcined CaO as the catalyst, the molar ratio of CaO and mixed particles of C element in the 0.5 ~ 1.5:1; when the temperature reaches 600~800 degrees Celsius in the gasifier, the air equivalent ratio is 0.2 ~ 0.28:1; the mixed particles should be added anti gasifier; gasification product by condensation, filtering and drying to produce synthetic gas purification. The calorific value of the synthesized gas is 3.6 ~ 7.7MJ/Nm

【技术实现步骤摘要】
利用生物质水解残渣和污泥共气化制备生物合成气的方法
本专利技术属于有机固体废弃物处置与资源化领域，更具体地，涉及一种生物质水解发酵后剩余残渣和污泥共气化制备生物合成气的方法。
技术介绍
生物质水解残渣是生物质原料经水解发酵后剩余的残渣，在我国主要来源于纤维素类生物质水解制糖以及制燃料乙醇工业，水解残渣产量大、来源集中，如不加以回收利用，会造成严重的环境污染。此外，水解残渣富含纤维素或木质素，其储存的能量占生物质原料的80％，是尚未完全利用的生物质资源。对生物质水解残渣的综合利用在很大程度上也决定了水解发酵工艺的经济性。制糖以及制燃料乙醇工厂还会产生另一类有机固体废弃物——污泥。污泥是在污水处理过程中产生的固体有机物，含水率高，有机物含量高，被认为是一种可持续、可再生的能源。近年来，传统的污泥处理方式，如土地填埋、农田利用、直接燃烧等技术容易造成二次污染，正面临着越来越严格的行业标准和要求。相比之下，气化是一种有效的污泥处理方式，可以消灭病原体、实现减量化，还可以从中回收能量。污泥气化作为一种新兴清洁技术，正受到越来越多学者的关注。对生物质水解残渣和污泥进行综合利用有助于提高生物质深加工产业的经济性，并可有效解决固体废弃物的处理处置问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决有机固体废弃物的处置与资源化问题，提供一种利用生物质水解残渣和污泥共气化制备生物合成气的方法。与污泥相比，生物质水解残渣具有较高的挥发份和固定碳含量以及较低的灰分和含水率，向水解残渣中混入适当比例的污泥可以调节混合物的组分，利用两种不同的原料进行共气化可以弥补各自原料组分上的缺陷，从而提高气化效率。将生物质水解残渣和污泥混合，它们在较高温度下会发生一系列的协同作用，与生物质水解残渣单独气化或污泥单独气化相比，共气化制得的生物合成气的热值更高，合成气的品质有所提高。该方法以空气为气化剂，操作简单，成本低廉。为了提高生物合成气的品质，采用CaO作为催化剂，既可以促进焦油催化裂解，还可以吸收合成气中的CO2。制取的合成气可用于热电系统，为生产系统提供蒸汽和动力，实现生物质水解残渣和污泥高效清洁的转化利用。实现本专利技术目的的技术方案概述如下：利用生物质水解残渣和污泥共气化制备生物合成气的方法，如图1所示，包括如下步骤：(1)原料预处理：取生物质水解残渣和污水处理过程中产生的污泥，先分别自然风干，再分别用粉碎机粉碎并过筛，取粒径为0.20～0.45mm的颗粒备用；(2)混合原料：取步骤(1)中制得的生物质水解残渣和污泥，混合均匀，混合颗粒中污泥的含量为25～50wt.％；(3)气化：当气化炉内温度升至工作温度600～800℃时，通入空气作为载气，当量比为0.2～0.28：1；将步骤(2)中的混合原料加入气化炉，进行气化反应；气化产物从气化炉出气孔排出，经过冷凝、过滤、干燥处理后，得到净化的生物合成气。所述气化炉内装填煅烧后的CaO作为催化剂。所述气化炉内装填的催化剂在炉膛内部距离气化炉底部1/3～1/2位置处。所述催化剂CaO与混合颗粒中C元素的摩尔比为0.5～1.5：1。本专利技术的原料生物质水解残渣适用于农产品生产食品、饮料、添加剂、调味料、医药或纸张生产时产生的生物质残渣，如甘蔗渣、白酒糟、酒精糟、醋糟、茶渣、咖啡渣、中药渣和菌渣。本专利技术的原料污泥适用于城市污泥处理厂产生的污泥或其它工业污泥。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术使用储量丰富、分布广泛、价格便宜的CaO作为催化剂，装填在气化炉炉膛中的床层之上即可，可重复利用，适合大规模推广应用。(2)本专利技术以空气为气化剂，在大规模工业应用中可直接以风机供给，降低气化剂成本。(3)本专利技术提出的生物质水解残渣和污泥共气化方法，对生物质水解残渣和污泥的来源及类型无特殊要求，还可适用于利用生物质生产食品、饮料、添加剂、调味料、医药和纸张等产品时产生的生物质残渣，如甘蔗渣、白酒糟、酒精糟、醋糟、茶渣、咖啡渣、中药渣、菌渣等，以及城市污泥处理厂产生的污泥或其它工业污泥。所述步骤操作简单，成本低廉，所制备的生物合成气可用于锅炉燃烧生成蒸汽并发电，环保、高效且经济性较好，具有较好的工业适用性。(4)采用本专利技术方法制取生物合成气，丰富了传统的生物质气化的原料来源，并且相对于生物质水解残渣单独气化或污泥单独气化，制得的生物合成气的热值更高，合成气的品质有所提高。(5)采用本专利技术方法制取生物合成气，可以有效实现有机固体废弃物的减量化处理和资源化利用，操作简单易行，具有非常高的应用价值和发展前景。(6)本专利技术制备的可燃气热值3.6～7.7MJ/Nm3，气化效率38.5～76.4％，焦油含量4.8～21.4g/Nm3。合成气可回用于热电系统，为生产系统提供蒸汽和动力，实现生物质水解残渣和污泥高效清洁的转化利用。附图说明图1：本专利技术的一种生物质水解残渣和污泥共气化制备生物合成气的主要流程示意图；图2：实现本专利技术功能的一种下吸式固定床空气气化系统结构图；其中各部分分别为：(1)进料口，(2)气化炉，(3)催化剂装填层，(4)氮气，(5)减压阀，(6)质量流量计，(7)第一预热器，(8)空气压缩机，(9)阀门，(10)流量计，(11)第二预热器，(12)冷凝系统，(13)过滤器，(14)湿式流量计，(15)无水硅胶，(16)储气柜。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但并不对本专利技术作任何限制；本专利技术所述方法可以在包括但不限于图中的设备上完成。具体流程如图2：气化反应开始前先在氮气气氛下对气化炉进行升温，氮气(4)经减压阀(5)、质量流量计(6)、第一预热器(7)后进入气化炉(2)；当气化炉的温度达到反应温度时，关闭氮气气路，打开空气气路；空气经空气压缩机(8)、阀门(9)、流量计(10)、第二预热器(11)后进入气化炉；当气化炉的温度稳定后，从(1)进料口加入反应原料，气化反应开始；生成的合成气经(12)冷凝系统、(13)过滤器、(14)湿式流量计、(15)无水硅胶净化后，储存于(16)储气柜。实施例1.本专利技术对生物质水解残渣和污泥来源及类型无特殊要求。实施例采用玉米芯生产乙醇工厂产生的水解残渣和污泥作为原料对
技术实现思路
进行阐述。本实施例选取纤维素乙醇工厂中由玉米芯制燃料乙醇过程中剩余的水解发酵残渣和纤维素乙醇工厂污水处理过程中产生的污泥作为原料，采用可以实现本专利技术功能的一种下吸式固定床。(1)玉米芯水解残渣和污泥经自然风干后，首先利用粉碎机进行破碎，然后过筛，取0.20～0.45mm的颗粒按照一定比例混合均匀，得到玉米芯水解残渣和污泥的混合颗粒备用。玉米芯水解残渣和污泥的工业分析和元素分析如表1所示：表1玉米芯制乙醇水解残渣和污泥的工业分析及元素分析a差减法计算获得，其余为仪器测得值。(2)本实施例中固定床气化温度为800℃，混合颗粒中玉米芯水解残渣和污泥的质量比为3：1；将CaO在500℃下煅烧3h，冷却备用；CaO与混合颗粒中C的摩尔比为1.0，固称取CaO的质量为20.70g，使用空气作为气化剂，当量比为0.25。具体操作步骤如下：①3-催化剂装填层位于距离气化炉底部1/3～1/2位置处，上方平铺一层事先称量好的CaO，然后封闭气化炉；②启动固定床气化炉加热装置，进行阶段升温，经(4)氮本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用生物质水解残渣和污泥共气化制备生物合成气的方法，其特征是包括如下步骤：(1)原料预处理：取生物质水解残渣和污水处理过程中产生的污泥，先分别自然风干，再分别用粉碎机粉碎并过筛；取粒径为0.20～0.45mm的颗粒备用；(2)混合原料：取步骤(1)中制得的生物质水解残渣和污泥颗粒，混合均匀，混合颗粒中污泥的含量为25～50wt.％；(3)气化：当气化炉内温度升至工作温度600～800℃时，通入空气作为载气，当量比为0.2～0.28：1；将步骤(2)中的混合原料加入气化炉，进行气化反应；气化产物从气化炉出气孔排出，经过冷凝、过滤、干燥处理后，得到净化的生物合成气。

【技术特征摘要】
1.利用生物质水解残渣和污泥共气化制备生物合成气的方法，其特征是包括如下步骤：(1)原料预处理：取生物质水解残渣和污水处理过程中产生的污泥，先分别自然风干，再分别用粉碎机粉碎并过筛；取粒径为0.20～0.45mm的颗粒备用；(2)混合原料：取步骤(1)中制得的生物质水解残渣和污泥颗粒，混合均匀，混合颗粒中污泥的含量为25～50wt.％；(3)气化：当气化炉内温度升至工作温度600～800℃时，通入空气作为载气，当量比为0.2～0.28：1；将步骤(2)中的混合原料加入气化炉，进行气化反应；气化产物从气化炉出气孔排出，经过冷凝、过滤、干燥处理后，得到净化的生物合成气。2.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冠益，刘芳，颜蓓蓓，程占军，马文超，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12