CN102757163A - 控制微波热解污泥制取燃气中nh3和hcn的方法 - Google Patents

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张军
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Abstract

控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN的方法，它涉及一种制取燃气中NH3和HCN的控制方法。本发明为了解决现有微波热解污泥制取燃气过程中含氮中间化合物转化为NH3和HCN的转化率大的技术问题。本方法如下：一、制备添加剂泥浆；二、制备预热解污泥；三、将预热解污泥放入微波炉中，然后向微波炉中通入高纯氩气20～30分钟，开启微波炉，以30～100℃/min的升温速度升温至600～1000℃，然后保持600～1000℃10min，即完成控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN。本发明的NH3和HCN产率与对照污泥热解产率相比分别减少62％和80％。对污染气体的控制效果显著。

Description

控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN的方法
技术领域
本发明涉及一种制取燃气中NH3和HCN的控制方法。
背景技术
活性污泥法是城市污水处理厂主要的污水处理工艺，其弊端在于污水处理的同时产生大量的剩余污泥。大量未经稳定处理的污泥造成了包括地下水、地表水、空气在内的严重二次污染，对城市环境与人民健康造成了极大的危害。微波热解污水污泥具有高效减容、产物资源利用、重金属有效固定等优点，是备受关注的污泥安全处置与资源化技术。污水污泥经微波高温热解，产生占污泥质量50％-70％的气态产物，因此气态产物是污泥高温热解的优势产物。但是，由于污泥中50％-80％的N(占污泥质量3.3％-7.7％)在高温热解过程中转化为含氮污染气体，其中HCN、NH3占气态含氮污染物总量的90％以上。在空气氛围下这些还原性含氮化合物可氧化生成NOx，导致酸雨以及光化学烟雾的发生。因此控制含氮污染气体NH3、HCN的生成，是实现污泥微波高温热解气态产物安全利用的关键。目前关于污泥热解气体产物中含氮污染化合物的控制还未见报道。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有微波热解污泥制取燃气过程中含氮中间化合物转化为NH3和HCN的转化率大的技术问题，本发明提供了一种控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN的方法。
控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN的方法通过以下步骤实现的：
一、添加剂泥浆的制备：按添加剂与污泥的质量比为0.1～0.3∶1的比例将添加剂与污泥混合，得添加剂泥浆；其中添加剂由第一添加剂和第二添加剂组成，第一添加剂是Fe2(SO4)3、ZnO、Al2O3和CaO的混合物，第二添加剂是活性炭和碳化硅的混合物，第一添加剂和第二添加剂的质量比是2∶1，第一添加剂中Fe2(SO4)3与CaO的摩尔比为1～4∶1，ZnO与CaO的摩尔比为0.5～4∶1，Al2O3与CaO的摩尔比为1～2.5∶1，第二添加剂中活性炭与碳化硅的质量比为7∶3；
二、将添加剂泥浆干燥至含水率为5％，得到预热解污泥；
三、将预热解污泥放入微波炉中，然后向微波炉中通入高纯氩气20～30分钟，开启微波炉，以30～100℃/min的升温速度升温至600～1000℃，然后保持600～1000℃10min，即完成控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN。
本发明的控制微波热解污泥制取的燃气中NH3和HCN产生的方法完成后，再向微波炉中通入氩气将残余气体(热解气态产物)载出微波炉反应器，然后将热解气态产物先通过焦油捕集器除去焦油，再依次通入NaOH溶液和H2SO4溶液中，顺次吸收热解气态产物中的HCN和NH3。其中，NaOH溶液和H2SO4溶液两种溶液吸收含氮化合物的安置顺序不能颠倒，因为NH3在碱性NaOH溶液中溶解性较小，而HCN在H2SO4溶液中具有较强溶解性。
本发明的步骤一中的添加剂中的活性炭/碳化硅为微波能吸收的物质。
本发明的控制微波热解污泥制取的燃气中NH3和HCN产生的方法的步骤三中微波热解反应过程中热解温度较优的为750～850℃，最佳的是800℃。
本发明的控制微波热解污泥制取的燃气中NH3和HCN产生的方法的步骤三中微波热解反应过程中控制升温速率为30～100℃/min，较优的是控制升温速率为50～80℃/min，最佳的是控制升温速率为60℃/min。
本发明从减少产生NH3和HCN的含氮中间产物途径上进行控制。污泥氮在热解过程中的三种主要含氮中间产物分别为胺态氮、含氮杂环和腈类氮，由含氮中间产物的热分解转化反应导致生成的NH3和HCN的总量占污泥热解产生含氮化合物总量的80％以上。因此，本发明从控制产生NH3和HCN的含氮中间产物途径这一本质出发，提出本发明的一种控制微波热解污泥制取的燃气中NH3和HCN产生的方法。
本发明在微波热解反应开启前通过控制添加剂泥浆中添加剂和泥的比例，添加剂中Fe2(SO4)3、ZnO、Al2O3与CaO比例，活性炭与碳化硅混合比例，再将添加剂泥浆与污泥采用溶液法混合均匀，再控制微波反应过程中控制热解温度(600-1000℃)从而控制NH3和HCN产生。本发明从源头出发通过控制含氮污染物的中间产生途径达到控制NH3和HCN产生的目的，而且保证了污泥高温热解的优势产物气态产物产量和性质不受影响。本发明的NH3和HCN产率与对照污泥热解产率相比分别减少62％和80％。对污染气体的控制效果显著。
附图说明
图1是实验一控制微波热解污泥制取燃气中HCN的产率效果图，图中1表示对照无添加剂污泥热解HCN产率，2表示实验一控制微波热解污泥制取燃气中HCN的产率；
图2是实验二控制微波热解污泥制取燃气中NH3的产率效果图，图中1表示对照无添加剂污泥热解NH3产率，2表示实验二控制微波热解污泥制取燃气中NH3的产率；
图3是控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN的示意图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：结合图1本实施方式控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN的方法通过以下步骤实现的：
一、添加剂泥浆的制备：按添加剂与污泥的质量比为0.1～0.3∶1的比例将添加剂与污泥混合，得添加剂泥浆；其中添加剂由第一添加剂和第二添加剂组成，第一添加剂是Fe2(SO4)3、ZnO、Al2O3和CaO的混合物，第二添加剂是活性炭和碳化硅的混合物，第一添加剂和第二添加剂的质量比是2∶1，第一添加剂中Fe2(SO4)3与CaO的摩尔比为1～4∶1，ZnO与CaO的摩尔比为0.5～4∶1，Al2O3与CaO的摩尔比为1～2.5∶1，第二添加剂中活性炭与碳化硅的质量比为7∶3；
二、将添加剂泥浆干燥至含水率为5％，得到预热解污泥；
三、将预热解污泥放入微波炉中的多模式微波炉腔1内的石英反应器4中，采用红外探测仪2实时监测石英反应器4内样品温度变化，热解反应开启前将氩气罐3内的高纯氩气通入20～30分钟，开启微波炉，以30～100℃/min的升温速度升温至600～1000℃，然后保持600～1000℃10min，即完成控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN，反应结束后再通入高纯氩气将残余气体载出反应器，热解气态产物先通过焦油捕集器5除去焦油，然后通入NaOH溶液瓶6和H2SO4溶液瓶7吸收反应残余HCN和NH3。
本实施方式中控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN的方法产生的残余含氮化合物先通入0.2mol/L NaOH溶液吸收HCN，后通入0.1mol/L H2SO4溶液吸收NH3。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中按添加剂与污泥的质量比为0.2∶1的比例将添加剂与污泥混合。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一第一添加剂中Fe2(SO4)3、ZnO、Al2O3与CaO的摩尔比为2∶1∶5∶2。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一第一添加剂中Fe2(SO4)3、ZnO、Al2O3与CaO的摩尔比为4∶4∶1∶1。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤三中以60～70℃/min的升温速度升温。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中升温至750～850℃，然后保持750～850℃10min。其它与具体实施方式一至五之一相同。
采用下述实验验证本发明效果：
实验一：
控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN的方法通过以下步骤实现的：
一、添加剂泥浆的制备：按添加剂与污泥的质量比为0.2∶1的比例将添加剂与污泥混合，得添加剂泥浆；其中添加剂由第一添加剂和第二添加剂组成，第一添加剂是Fe2(SO4)3、ZnO、Al2O3和CaO的混合物，第二添加剂是活性炭和碳化硅的混合物，第一添加剂和第二添加剂的质量比是2∶1，第一添加剂中第一添加剂中Fe2(SO4)3、ZnO、Al2O3与CaO的摩尔比为2∶1∶5∶2，第二添加剂中活性炭与碳化硅的质量比为7∶3；
二、将添加剂泥浆干燥至含水率为5％，得到预热解污泥；
三、将预热解污泥放入微波炉中，然后向微波炉中通入高纯氩气20分钟，开启微波炉，以60℃/min的升温速度升温至600～1000℃，然后保持600～1000℃10min，即完成控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN。
实验二：
控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN的方法通过以下步骤实现的：
一、添加剂泥浆的制备：按添加剂与污泥的质量比为0.2∶1的比例将添加剂与污泥混合，得添加剂泥浆；其中添加剂由第一添加剂和第二添加剂组成，第一添加剂是Fe2(SO4)3、ZnO、Al2O3和CaO的混合物，第二添加剂是活性炭和碳化硅的混合物，第一添加剂和第二添加剂的质量比是2∶1，第一添加剂中第一添加剂中Fe2(SO4)3、ZnO、Al2O3与CaO的摩尔比为4∶4∶1∶1，第二添加剂中活性炭与碳化硅的质量比为7∶3；
二、将添加剂泥浆干燥至含水率为5％，得到预热解污泥；
三、将预热解污泥放入微波炉中，然后向微波炉中通入高纯氩气20分钟，开启微波炉，以70℃/min的升温速度升温至600～1000℃，然后保持600～1000℃10min，即完成控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN。
由图1和图2可知，本发明的HCN和NH3产率与对照无添加剂污泥热解产率相比分别下降62％和80％，对污染气体的控制效果显著。

Claims (6)

1.控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN的方法，其特征在于控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN的方法通过以下步骤实现的：
一、添加剂泥浆的制备：按添加剂与污泥的质量比为0.1～0.3∶1的比例将添加剂与污泥混合，得添加剂泥浆；其中添加剂由第一添加剂和第二添加剂组成，第一添加剂是Fe2(SO4)3、ZnO、Al2O3和CaO的混合物，第二添加剂是活性炭和碳化硅的混合物，第一添加剂和第二添加剂的质量比是2∶1，第一添加剂中Fe2(SO4)3与CaO的摩尔比为1～4∶1，ZnO与CaO的摩尔比为0.5～4∶1，Al2O3与CaO的摩尔比为1～2.5∶1，第二添加剂中活性炭与碳化硅的质量比为7∶3；
二、将添加剂泥浆干燥至含水率为5％，得到预热解污泥；
三、将预热解污泥放入微波炉中，然后向微波炉中通入高纯氩气20～30分钟，开启微波炉，以30～100℃/min的升温速度升温至600～1000℃，然后保持600～1000℃10min，即完成控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN。
2.根据权利要求1所述控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN的方法，其特征在于步骤一中按添加剂与污泥的质量比为0.2∶1的比例将添加剂与污泥混合。
3.根据权利要求1或2所述控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN的方法，其特征在于步骤一第一添加剂中Fe2(SO4)3、ZnO、Al2O3与CaO的摩尔比为2∶1∶5∶2。
4.根据权利要求1或2所述控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN的方法，其特征在于步骤一第一添加剂中Fe2(SO4)3、ZnO、Al2O3与CaO的摩尔比为4∶4∶1∶1。
5.根据权利要求1或2所述控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN的方法，其特征在于步骤三中以60～70℃/min的升温速度升温。
6.根据权利要求1或2所述控制微波热解污泥制取燃气中NH3和HCN的方法，其特征在于步骤三中升温至750～850℃，然后保持750～850℃10min。
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