CN104031670A - 一种提升污泥热解油品质的循环流化床热解装置 - Google Patents

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张亚
黄亚继
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Abstract

本发明公开了一种利用污泥残炭催化提升污泥热解油品质的循环流化床热解装置。该装置的污泥料仓(4)通过加料螺旋(3)连接于循环流化床本体(5)下部的侧面，循环流化床本体的上部与旋风分离器(6)连接，旋风分离器筒体下端通过返料器(7)连接至催化反应器(9)顶部；旋风分离器上部的出气管(10)延伸至催化反应器内，并与热解气布风管(11)相连；催化反应器顶部设置气体出口管(12)连接至外部的热解油冷凝器；催化反应器底部通过返料螺旋(13)连接至循环流化床本体下部的侧面；在催化反应器内设有污泥残炭，利用污泥残炭催化提升污泥热解油品质。实现了催化反应的连续运行，避免了催化剂在常规固定床反应器的催化失活。

Description

一种提升污泥热解油品质的循环流化床热解装置
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化处置领域，涉及利用污泥残炭催化提升污泥热解油品质的循环流化床热解装置。
背景技术
近年来，随着我国城市化进程的加快，城市污泥产量急剧增加。据统计，2012年我国城镇年污水处理量达到4.33×1010m3，脱水污泥年产量超过2.7×107t(按含水率80％计)。污泥中含有大量病原体和重金属物质，环境危害较大，必须进行减量化、无害化处置。
热解技术作为一种新兴的城市污泥处置手段，可对污泥减量化的同时，获得具有一定价值的副产物，比如活性炭、生物油以及合成气。由于干燥污泥中含有大量有机质，低温热解制油前景较好。污泥低温热解技术克服了传统污泥处置方式的一些缺点，正日益受到学术界的广泛关注。
城市污泥干燥基是一种高灰分物质，其灰分含量可达20-50％。污泥灰分中含有大量诸如Al，Fe，Ca，K和Mg等矿物质元素。研究表明，矿物质元素对固体燃料热解具有一定的催化作用。污泥热解液有机相氧含量高且黏度高，稳定性也较差。催化热解是改善油品品质的一个方向。研究发现，污泥残炭在降低热解油黏度，提高热解油的热值和稳定性方面均有较为优异的催化表现。
经残炭催化后，污泥热解气中一些有机大分子发生缩合反应，生成重质焦附着在残炭表面。这些重质焦会填充残炭表面孔隙，导致残炭表面催化失活。因此，常规的固定床反应器不利于污泥催化热解反应的连续运行。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种利用污泥残炭催化提升污泥热解油品质的循环流化床热解装置。该装置利用污泥灰分的催化特性，通过调整返料螺旋转速，对残炭料层高度实时调节，实现了催化反应的连续运行，有效避免催化剂在常规固定床反应器的催化失活，显著提升了热解油品质。
技术方案：本发明的一种提升污泥热解油品质的循环流化床热解装置是通过以下技术方案来实现的：
该装置包括污泥料仓、循环流化床本体、旋风分离器、返料器和催化反应器；污泥料仓通过加料螺旋连接于循环流化床本体下部的侧面，循环流化床本体的上部与旋风分离器连接，旋风分离器筒体下端通过返料器连接至催化反应器顶部；旋风分离器上部的出气管延伸至催化反应器内，并与热解气布风管相连；催化反应器顶部设置气体出口管连接至外部的热解油冷凝器；催化反应器底部通过返料螺旋连接至循环流化床本体下部的侧面；在催化反应器内设有污泥残炭，利用污泥残炭催化提升污泥热解油品质。
经旋风分离器分离的热解气在通过气体出口管进入外部的热解油冷凝器之前，先通过催化反应器内的污泥残炭料层。
在催化反应器侧壁开设有用于控制催化反应器污泥残炭高度的排料口。
所述的热解气布风管为并列布置的管束，管束底部开设出气孔。
本发明中，经旋风分离器分离的热解气在进入冷凝装置之前，先通过催化反应器内的污泥残炭料层。返料器除用于返料，还起到密封的作用。在催化反应器侧壁一定高度开设排料口，用于控制催化反应器料层高度。并通过返料螺旋，将残炭输入热解反应器内再生。旋风分离器出气管尾部连接热解气布风管。布风管为并列布置的管束，管束底部开设出气孔，出气孔呈错列布置，以实现均匀布风。催化反应器截面较大，用于维持移动床状态。
污泥残炭中富含矿物质元素，其对污泥热解气的催化效果与常规的矿物质催化剂类似，主要表现为：促进污泥热解气中含氧脂肪族的加氢脱氧以及部分有机大分子的热裂解，从而显著改善热解油的理化特性。本发明中，循环流化床本体作为热解反应器，干燥污泥经给料螺旋进入循环流化床本体下部，热解反应器的床层温度设置为450-550℃。利用热解油冷凝器出口的不凝性气体作为热解流化风，并通过高温循环风机对流化风的风量进行控制。由于流化床热解反应器具有优异的传热传质特性，污泥颗粒在床内快速热解，热解气卷吸污泥残炭进入旋风分离器。经离心分离后，旋风分离器底部残炭经返料器进入催化反应器，旋风分离器上部洁净热解气经热解气布风管进入催化反应器。在催化反应器中，热解气通过残炭料层经顶部出口管路进入热解油冷凝器，残炭被返料螺旋输送至循环流化床本体下部。通过控制循环流化床本体底部排渣阀调节热解反应器床层高度。
有益效果：
1.污泥热解反应器采用循环流化床，提高了传热传质效果；
3.选用污泥残炭作为热解催化剂，由于污泥残炭中富含具有矿物质元素，催化效果较好。本发明无需使用昂贵的金属催化剂，降低了催化成本；
2.利用残炭对污泥热解气进行催化，相比传统的污泥与残炭混合热解工况，催化效果显著提高，更有利于改善热解油品质；
4.利用残炭连续输送催化反应装置，有效避免了残炭在常规固定床反应器的催化失活，且残炭料层高度可控。由旋风分离器进入催化反应器中的残炭温度较高，减少了外加热源损失。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；图中有：床料排渣管1、流化风进气口2、给料螺旋3、加料螺旋4、循环流化床本体5、旋风分离器6、返料器7、松动风入口管8、催化反应器9、旋风分离器出气管10、热解气布风管11、气体出口管12、返料螺旋13。
图2为热解气布风管水平剖面图。图中有：旋风分离器出气管11-1、催化反应器筒体11-2、热解气布风管11-3、循环物料11-4。
具体实施方式
下面参照图1，具体说明本发明。
本发明利用污泥残炭催化提升污泥热解油品质的循环流化床热解装置，包括床料排渣管1、流化风进气口2、给料螺旋3、加料螺旋4、循环流化床本体5、旋风分离器6、返料器7、松动风入口管8、催化反应器9、旋风分离器出气管10、热解气布风管、气体出口管12、返料螺旋13。
该装置包括污泥料仓4、循环流化床本体5、旋风分离器6、返料器和催化反应器9；污泥料仓4通过加料螺旋3连接于循环流化床本体5下部的侧面，循环流化床本体5的上部与旋风分离器6连接，旋风分离器6筒体下端通过返料器7连接至催化反应器9顶部；旋风分离器上部的出气管10延伸至催化反应器9内，并与热解气布风管11相连；催化反应器9顶部设置气体出口管12连接至外部的热解油冷凝器；催化反应器9底部通过返料螺旋13连接至循环流化床本体5下部的侧面；在催化反应器9内设有污泥残炭，利用污泥残炭催化提升污泥热解油品质。
本发明中，经旋风分离器分离的热解气在进入冷凝装置之前，先通过催化反应器内的污泥残炭料层。返料器除用于返料，还起到密封的作用。在催化反应器侧壁一定高度开设排料口，用于控制催化反应器料层高度。并通过返料螺旋，将残炭输入热解反应器内再生。旋风分离器出气管尾部连接热解气布风管。布风管为并列布置的管束，管束底部开设出气孔，出气孔呈错列布置，以实现均匀布风。催化反应器截面较大，用于维持移动床状态。
本发明中，污泥热解所需的能量供给可采用两种方式，方式1为在循环流化床本体外壁包裹电炉丝，通过控制加热电流，以达到调节热解炉床层温度的目的。方式2为利用高温床料加热床层，本系统与循环流化床焚烧炉构成双循环流化床系统，利用焚烧炉产生的高温热载体为本系统提供热量。
干燥污泥经给料螺旋进入循环流化床本体下部，利用热解油冷凝器出口的不凝性气体作为热解流化风，并通过高温循环风机对流化风的风量进行控制。在热解反应器和催化反应器外壁包裹电炉丝，热解反应器的床层温度维持为450-550℃。由于流化床热解反应器具有优异的传热传质特性，污泥颗粒在床内快速热解，热解气卷吸污泥残炭进入旋风分离器。经离心分离后，旋风分离器底部残炭经返料器进入催化反应器，旋风分离器上部洁净热解气经热解气布风管进入催化反应器。催化反应器的床层温度控制在400-500℃。物料循环倍率控制在较低水平(<20)，此时较低的流化风量可确保物料在催化反应器维持固定床或移动床状态。在催化反应器内，热解气穿过残炭料层后经顶部出口管路进入热解油冷凝器，残炭被返料螺旋输送至循环流化床本体下部，通过底部排渣阀调节热解反应器内床料量。

Claims (4)

1.一种提升污泥热解油品质的循环流化床热解装置，其特征在于：该装置包括污泥料仓(4)、循环流化床本体(5)、旋风分离器(6)、返料器(7)和催化反应器(9)；污泥料仓(4)通过加料螺旋(3)连接于循环流化床本体(5)下部的侧面，循环流化床本体(5)的上部与旋风分离器(6)连接，旋风分离器(6)筒体下端通过返料器(7)连接至催化反应器(9)顶部；旋风分离器上部的出气管(10)延伸至催化反应器(9)内，并与热解气布风管(11)相连；催化反应器(9)顶部设置气体出口管(12)连接至外部的热解油冷凝器；催化反应器(9)底部通过返料螺旋(13)连接至循环流化床本体(5)下部的侧面；在催化反应器(9)内设有污泥残炭，利用污泥残炭催化提升污泥热解油品质。
2.根据权利要求1所述的一种提升污泥热解油品质的循环流化床热解装置，其特征在于：经旋风分离器(6)分离的热解气在通过气体出口管(12)进入外部的热解油冷凝器之前，先通过催化反应器(9)内的污泥残炭料层。
3.根据权利要求1所述的一种提升污泥热解油品质的循环流化床热解装置，其特征在于：在催化反应器(9)侧壁开设有用于控制催化反应器(9)污泥残炭高度的排料口。
4.根据权利要求1所述的一种提升污泥热解油品质的循环流化床热解装置，其特征在于：所述的热解气布风管(11)为并列布置的管束，管束底部开设出气孔。
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