CN101747943B - 一种畜禽粪便分步热解制取富氢燃气和其它产物的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种畜禽粪便分步热解制取富氢燃气和其它产物的方法，包括下列步骤：畜禽粪便经堆肥和干燥处理后炭化成生物炭，研磨成粉状作为制取富氢气体的原料通入流化床反应器，同时蒸汽发生装置产生的过热蒸汽通入反应器使反应原料处于流化状态，并在高温下发生水煤气反应产生富氢气体。富氢气体经旋风分离装置、冷凝装置和过滤装置的净化处理进入氢气后续处理阶段，本发明还公开了用于实现上述方法的装置，本发明公开方法无废水废气排放，对环境无负面影响，同时实现畜禽养殖废弃物的减量化和资源化利用。

Description

一种畜禽粪便分步热解制取富氢燃气和其它产物的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种畜禽粪便分步热解制取富氢燃气和其它产物的方法和实现该方法的装置，是畜禽粪便新能源转化的一种有效途径。

背景技术

我国的畜禽养殖方式在逐步向集约化养殖方式转变，从而给当地农业环境带来很大的环境负荷，畜禽固体粪便本身上是一种生物质资源，现有成熟的处理技术主要包括沼气技术和堆肥处理技术，采用热化学处理方式还处在试验研究阶段。

能源危机是全世界所面临的共同问题，化石能源的不可再生性和温室气体排放等因素推动可再生和清洁能源的发展。氢是宇宙中最丰富的元素，氢能是理想的清洁能源之一，也是一种优良的能源载体，随着燃料电池和储氢技术的突破和商品化，氢能将在本世纪能源舞台上成为一种举足轻重的能源。氢能在利用过程中对环境零污染，作为能源在航天领域已发挥重要作用。当前比较成熟的氢气制取技术主要是电解水制氢和以矿物燃料为原料制氢，以生物质为原料制取氢气还处于研究开发阶段。生物质因其储量大、可再生、碳循环和低污染物排放等优点而成为世界上很重要的能源载体和氢源。当前国内外对于生物质能源的研究主要集中在气化发电和液化制取生物质合成燃料方面，生物质在氢气制取方面的前景只是近几年才被各国专家注意到。

当前生物质热化学制取氢气主要是将生物质催化裂解、焦油催化裂解和碳及CO的水蒸汽变换反应结合到一起，使这些反应在制取工艺路线的不同阶段或在反应器的不同区域进行。本方法工艺路线是将畜禽粪便经堆肥干燥后，将低温热解炭化和碳的水煤气反应分开进行，这样将畜禽粪便里含量比较高的N、P等杂质以氧化物的形式在炭化阶段就释放出来，降低了后续富氢气体净化难度。低温热解产生的产物主要包括燃气和焦炭，燃气不经过冷却直接作为能源加以利用，而焦炭产物就作为水煤气反应的原料。该方法至今还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种将畜禽粪便采用热化学方法制取富氢燃气和其它产物的方法以及实现该方法的装置。

本发明提供的生物质分步热解制取富氢燃气和其它产物的方法主要包括下列步骤：

(1)将含水量比较高的畜禽粪便进行堆肥处理，利用微生物的作用，使含水量降到20％左右；

(2)将堆肥和干燥处理后的畜禽粪便在一级炭化炉内先预炭化，炭化温度低于300℃，目的是将畜禽粪便内的水分和N、S等有害元素排出，产生气体直接通入蒸汽发生装置中燃烧；

(3)预炭化后的物料直接进入二级炭化炉，温度低于500℃条件下缓慢炭化，目的是获得尽量多的生物碳；过程中产生燃气引入蒸汽发生装置中燃烧；

(4)将炭化后的固体产物-生物炭研磨呈粉状；

(5)将研磨后的生物炭经螺旋送料器进入流化床反应器，蒸汽发生装置产生过热蒸汽通入流化床反应器。在高温和催化剂作用下(不低于800℃)发生水煤气反应，产生H₂、CO等可燃气体。

(6)产生富氢气体经旋风分离器、冷凝器和陶瓷膜过滤器除灰后含氢量达80％左右；。灰分富含P、K、Na等营养元素，可作为土壤改良剂或肥料。

本发明涉及的方法所得产物主要包括堆肥、生物炭、低热值燃气和富氢燃气。气化剂为高温水蒸汽，其获得所需能源可部分采用炭化阶段所产生的燃气和生物炭。经低温热解炭化后，畜禽粪便内含有的N、P、S等杂质以氧化物的形式随热解气排出，减少了后续氢气的净化成本。

用于实现本发明的方法的装置主要有：

两个旋转式炭化炉，分别作为预炭化炉和炭化炉；

一个研磨装置，把炭化后的生物炭研磨成粉状；

一套螺旋进料器装置，主要包括三相异步电机、电源调频器、料仓、螺旋进料器、冷凝套管等，冷凝套管布置在进料管和反应器之间，防止物料在进料管内受热分解；

一套流化床反应器装置，装有温度和压力探头口，底部有气室和布风装置，气室有水蒸汽进气口，反应器上部有出气口，下部有出料口；

一套蒸汽发生装置，产生过热水蒸汽；

一套旋风分离装置，主要包括旋风分离器和集灰装置，旋风分离器和流化床反应器连接，集灰装置与旋风分离器下部连接；

冷凝装置，主要冷凝水蒸汽；

过滤装置，进一步过滤灰尘，便于富氢气体的后续处理。

本发明方法有以下突出优点和效果：

(1)畜禽养殖固体废弃物的无害化和资源化利用，实现绿色养殖和循环经济理念；

(2)实现多目的产物，包括堆肥产品、低热值燃气和富氢气体，可满足不同的市场需求；

(3)整个过程无废水、废气和废渣排放，对生产环境和周边环境无负面影响；

附图说明

图1为畜禽粪便分步热解制取氢气和其它产物的装置示意图。

其中：1 为一级炭化炉，2 为二级炭化炉，3 为进料装置电机，4 为料仓，5为螺旋管，6 为控制装置，7 为蒸汽发生装置，8 为流化床反应器，9 为旋风分离装置，10 为冷凝器，11 为过滤装置，12 为冷凝套管。

具体实施方式：

畜禽粪便经过堆肥和干燥处理后，首先在温度低于300℃的一级炭化炉(1)中进行处级炭化，然后在温度为500℃的二级炭化炉(2)中进行进一步炭化，然后研磨成粉状，送入螺旋进料装置的料仓(4)，电机(3)驱动螺旋管(5)转动，驱使物料定量送入流化床反应器(8)。螺旋管(5)和反应器联接处有冷凝套管(8)，防止物料在进料过程中受热分解；炭化过程产生的可燃气体直接通入蒸汽发生装置(7)，产生蒸汽通入反应器(8)底部的蒸汽入口。反应器(8)内温度和压差等参数通过探头测定并由控制装置(6)进行控制。原料在反应器(8)与高温蒸汽接触并呈现流动状态，发生水煤气反应，气化过程产生气体经旋风分离装置(9)进行气固分离后进入冷凝装置(10)进行气液分离，并经过滤装置(11)净化后就可以获得富氢燃气，同时定期在旋风分离装置(9)的底部灰分可作为土壤改良剂或肥料。

Claims (2)

1.一种畜禽粪便分步热解制取富氢燃气和其它产物的方法，该方法包括下列步骤：

(1)将含水量比较高的畜禽粪便进行堆肥处理，利用微生物的作用，使含水量降到20％左右；

(2)将堆肥和干燥处理后的畜禽粪便在一级炭化炉内先预炭化，炭化温度低于300℃，目的是将畜禽粪便内的水分和N、S等有害元素排出；

(3)预炭化后的物料直接进入二级炭化炉，温度低于500℃条件下缓慢炭化，目的是获得尽量多的生物碳；

(4)将生物炭研磨成粉状，经螺旋送料器输入流化床反应器；

(5)蒸汽发生装置产生的过热水蒸汽同时通入流化床反应器，在800℃以上的高温和碱金属催化剂作用下与生物炭发生水煤气反应，产生H₂、CO小分子气体；

(6)从反应器出来的气体首先经过旋风分离器，实现气固分离，然后经冷凝器实现气液分离，最后经膜过滤器进一步过滤。

2.根据权利要求1所述的方法步骤，其特征在于：整个处理过程，可投放市场的产品有堆肥、生物碳、低热值燃气和富氢燃气。

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