CN105060675A - 一种河湖底泥资源化利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种河湖底泥资源化利用方法，属于生物质能源技术领域。本发明所述方法通过原料螺旋压榨和微波两级脱水、预热、气化、分离、净化、气化固液物燃烧、灰分制肥料过程，产气率高，可得高热值可燃气，本发明采用氧气作气化剂，可以给气化反应提供部分热量，加快反应速率，提高热效率，增加产气率；气化产物中碳和生物油燃烧释放的热量直接用于本系统中气化过程，余热用于物料的预热，免除了副产物固定碳和生物油回收的成本以及本系统需要额外提供热量的设备。灰渣用于制备农业肥料将资源利用最大化。
Description
技术领域
本发明涉及一种河湖底泥资源化利用方法，属于生物质能源技术领域。
背景技术
河湖底泥是水环境生态的重要部分，由于排污不当，各种污水大量排入自然水体，造成了水质的恶化和底泥的污染。底泥污染已经成了世界性的环境难题，许多欧美国家的港口、湖泊、河流等底泥都受到了污染。在中国，多数河湖的底泥也受到了严重污染，因此，对污染底泥的处理已成为水体污染控制的一项重要内容。底泥具有一定的利用价值，但大部分底泥未经处理或简单处理后采取了填埋措施，既占用土地，也造成了资源的浪费，因此，如何有效地利用底泥，变废为宝，逐渐成为当前的研究热点。
河湖底泥处理可选择的方法有淋洗、玻璃化、电动修复、焚烧、有氧堆肥、气化技术等。其中淋洗、玻璃化、电动修复技术应用成本较高，在发达国家有一定的市场，而在我国尚未普及；焚烧技术可以减少底泥体积，但消耗太多辅助燃料，底泥中的能源没有得到很好的利用；底泥还可利用好氧微生物进行有氧堆肥，但底泥中含有病原微生物，使用时需谨慎；底泥气化技术是作为一种高效清洁、技术和经济上可行且在一定程度上实现能量自持的处理方法，与焚烧相比，底泥气化产生的燃气可以直接用来发电，能量利用效率极高。但目前的气化方法存在产气量不够大、可燃气热值不高、灰分较多、效率低以及能耗高等问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种底泥资源化利用的方法，通过压榨和微波两级脱水，氧气作气化剂气化，气化后固液产物的燃烧提供系统热量等工艺，以克服现有方法存在的缺陷，系统产气率高，可燃气热值高，生产连续性好。
所述河湖底泥资源化利用方法的具体步骤如下：
（1）脱水：含水率为80%～85%的河湖底泥原料由进料斗1进入螺旋压榨机2进行压榨脱水，得到含水率为20%～30%的底泥，接着进入微波干燥器3进一步干燥，得到含水率为5%～8%，温度为100℃～120℃的底泥；微波干燥器3中的水蒸气经冷凝器4冷凝后的液体，联同从螺旋压榨机2出来的滤液均进入滤液收集罐5中收集，进而去废水处理；
（2）预热：从微波干燥器3中出来的底泥进入预热器6中进行预热，预热热量来自于气化炉7出口低温烟气，预热后底泥出口温度为300℃～400℃；
（3）气化：预热后的底泥接着进入气化炉7中进行气化，通入少量氧气作为气化剂，气化温度为950℃～1100℃,气化产物中生成气占63%～70%；
（4）气化产物分离：气化后的产物进入分离器Ⅰ8，分离出来的气体进入空气预热器12中去预热空气，分离出的液体和固体产物进入燃烧器11；
（5）气体净化：从空气预热器12出来的气体进入净化器13，进行净化去除杂质气体，得到可燃气，收集进燃气罐14中，其中可燃气中H2占35%～40%，CO占30%～34%，CO2占15%～18%，CH4占10%～12%，CnHm占2%～4%，可燃气热值为14.8～15.7MJ/m3；
（6）固液产物燃烧：从分离器Ⅰ8出来的固液产物进入燃烧器11，在空气环境下固液产物中的固定碳和生物油进行燃烧，产生的高温烟气经分离器Ⅱ9，将携带出去的灰分离出送回燃烧器11中，烟气则进入气化炉7中提供热量；
（7）灰渣制肥料：燃烧器11燃烧后的灰渣进入肥料加工罐10，将灰渣加工成农业肥料。
所述步骤（1）中所述的河湖底泥原料包括港口、湖泊和河流的底泥。
所述步骤（1）中所述的进料斗1为连续进料。
本发明步骤（1）中所述的微波干燥器3由外壳15、微波发生器16、进口17、出口19和蛇形反应器18组成，其中蛇形反应器18外层是导波管20，中间开有物料管22，导波管20和物料管22之间填充有耐火材料21。
本发明步骤（2）中所述的气化炉7由绝热外壳24和导热内壳26组成，绝热外壳24和导热内壳26之间有烟气腔25，绝热外壳24上开有烟气入口27和烟气出口28，导热内壳26上开有物料入口23、氧气入口29和物料出口30。
本发明的优点和积极效果：
（1）在底泥两级脱水中，螺旋压榨机可将河湖底泥中的水分脱除65%～75%左右，然而使用机械方法脱除底泥中微生物细胞中的自由水效果不好，考虑到微波能更易接触到微生物细胞，故第二级采用微波干燥，脱水率为70%～75%，微波脱水的同时还可预热底泥，分级脱水具有能耗低，脱水效果好的特点；
（2）采用氧气作气化剂，可以给气化反应提供部分热量，加快反应速率，提高热效率，增加产气率；
（3）气化产物中碳和生物油燃烧释放的热量直接用于本系统中气化过程，余热用于物料的预热，免除了副产物固定碳和生物油回收的成本以及本系统需要额外提供热量的设备。
（4）灰渣用于制备农业肥料将资源利用最大化。
（5）此发明方法具有效率高、无污染、能耗低，过程清洁以及连续生产的优点。
附图说明
图1是本发明工艺流程图；
图2为本发明的微波干燥器示意图；
图3为本发明的微波干燥器中蛇形反应器的截面图；
图4为本发明的气化炉示意图。
图1-4中各标号：1-进料斗；2-螺旋压榨机；3-微波干燥器；4-冷凝器；5-收集罐；6-预热器；7-气化炉；8-分离器Ⅰ；9-分离器Ⅱ；10-肥料加工罐；11-燃烧器；12-空气预热器；13-净化器；14-燃气罐；15-外壳，16-微波发生器，17-进口，18-蛇形反应器，19-出口；20-导波管；21-耐火材料；22-物料管；23-物料入口；24-绝热外壳；25-烟气腔；26-导热内壳，27-烟气入口，28-烟气出口，29-氧气入口，30-物料出口。
具体实施方式
实施例1：如图1-4所示，一种河湖底泥资源化利用方法，含水率为84%的河湖底泥原料由进料斗1进入螺旋压榨机2进行压榨脱水，得到含水率为28%的底泥，接着进入微波干燥器3进一步干燥，得到含水率为6%，温度为115℃的底泥；微波干燥器3中的水蒸气经冷凝器4冷凝后的液体，联同从螺旋压榨机2出来的滤液均进入滤液收集罐5中收集，进而去废水处理；从微波干燥器3中出来的底泥进入预热器6中进行预热，预热热量来自于气化炉7出口低温烟气，预热后底泥出口温度为300℃，预热后的底泥接着进入气化炉7中进行气化，通入少量氧气作为气化剂，气化温度为1000℃,气化产物中生成气占68%，气化后的产物进入分离器Ⅰ8，分离出来的气体进入空气预热器12中去预热空气，分离出的液体和固体产物进入燃烧器11，从空气预热器12出来的气体进入净化器13，进行净化去除杂质气体，得到可燃气，收集进燃气罐14中，其中可燃气中H2占36%，CO占34%，CO2占16%，CH4占10%，CnHm占4%，可燃气热值为15.6MJ/m3；从分离器Ⅰ8出来的固液产物进入燃烧器11，在空气环境下固液产物中的固定碳和生物油进行燃烧，产生的高温烟气经分离器Ⅱ9，将携带出去的灰分离出送回燃烧器11中，烟气则进入气化炉7中提供热量，燃烧器11燃烧后的灰渣进入肥料加工罐10加工成农业肥料。
实施例2：如图1-4所示，一种河湖底泥资源化利用方法，含水率为83%的河湖底泥原料由进料斗1进入螺旋压榨机2进行压榨脱水，得到含水率为25%的底泥，接着进入微波干燥器3进一步干燥，得到含水率为5%，温度为110℃的底泥；微波干燥器3中的水蒸气经冷凝器4冷凝后的液体，联同从螺旋压榨机2出来的滤液均进入滤液收集罐5中收集，进而去废水处理；从微波干燥器3中出来的底泥进入预热器6中进行预热，预热热量来自于气化炉7出口低温烟气，预热后底泥出口温度为340℃，预热后的底泥接着进入气化炉7中进行气化，通入少量氧气作为气化剂，气化温度为950℃,气化产物中生成气占63%，气化后的产物进入分离器Ⅰ8，分离出来的气体进入空气预热器12中去预热空气，分离出的液体和固体产物进入燃烧器11，从空气预热器12出来的气体进入净化器13，进行净化去除杂质气体，得到可燃气，收集进燃气罐14中，其中可燃气中H2占35%，CO占33%，CO2占18%，CH4占12%，CnHm占2%，可燃气热值为14.8MJ/m3；从分离器Ⅰ8出来的固液产物进入燃烧器11，在空气环境下固液产物中的固定碳和生物油进行燃烧，产生的高温烟气经分离器Ⅱ9，将携带出去的灰分离出送回燃烧器11中，烟气则进入气化炉7中提供热量，燃烧器11燃烧后的灰渣进入肥料加工罐10加工成农业肥料。
实施例3：如图1-4所示，一种河湖底泥资源化利用方法，含水率为85%的河湖底泥原料由进料斗1进入螺旋压榨机2进行压榨脱水，得到含水率为30%的底泥，接着进入微波干燥器3进一步干燥，得到含水率为8%，温度为100℃的底泥；微波干燥器3中的水蒸气经冷凝器4冷凝后的液体，联同从螺旋压榨机2出来的滤液均进入滤液收集罐5中收集，进而去废水处理；从微波干燥器3中出来的底泥进入预热器6中进行预热，预热热量来自于气化炉7出口低温烟气，预热后底泥出口温度为320℃，预热后的底泥接着进入气化炉7中进行气化，通入少量氧气作为气化剂，气化温度为1050℃,气化产物中生成气占67%，气化后的产物进入分离器Ⅰ8，分离出来的气体进入空气预热器12中去预热空气，分离出的液体和固体产物进入燃烧器11，从空气预热器12出来的气体进入净化器13，进行净化去除杂质气体，得到可燃气，收集进燃气罐14中，其中可燃气中H2占39%，CO占32.2%，CO2占15%，CH4占10.8%，CnHm占3%，可燃气热值为15.5MJ/m3；从分离器Ⅰ8出来的固液产物进入燃烧器11，在空气环境下固液产物中的固定碳和生物油进行燃烧，产生的高温烟气经分离器Ⅱ9，将携带出去的灰分离出送回燃烧器11中，烟气则进入气化炉7中提供热量，燃烧器11燃烧后的灰渣进入肥料加工罐10加工成农业肥料。
实施例4：如图1-4所示，一种河湖底泥资源化利用方法，含水率为82%的河湖底泥原料由进料斗1进入螺旋压榨机2进行压榨脱水，得到含水率为25.5%的底泥，接着进入微波干燥器3进一步干燥，得到含水率为7%，温度为108℃的底泥；微波干燥器3中的水蒸气经冷凝器4冷凝后的液体，联同从螺旋压榨机2出来的滤液均进入滤液收集罐5中收集，进而去废水处理；从微波干燥器3中出来的底泥进入预热器6中进行预热，预热热量来自于气化炉7出口低温烟气，预热后底泥出口温度为350℃，预热后的底泥接着进入气化炉7中进行气化，通入少量氧气作为气化剂，气化温度为1050℃,气化产物中生成气占70%，气化后的产物进入分离器Ⅰ8，分离出来的气体进入空气预热器12中去预热空气，分离出的液体和固体产物进入燃烧器11，从空气预热器12出来的气体进入净化器13，进行净化去除杂质气体，得到可燃气，收集进燃气罐14中，其中可燃气中H2占40%，CO占31%，CO2占15.3%，CH4占11%，CnHm占2.7%，可燃气热值为15.3MJ/m3；从分离器Ⅰ8出来的固液产物进入燃烧器11，在空气环境下固液产物中的固定碳和生物油进行燃烧，产生的高温烟气经分离器Ⅱ9，将携带出去的灰分离出送回燃烧器11中，烟气则进入气化炉7中提供热量，燃烧器11燃烧后的灰渣进入肥料加工罐10加工成农业肥料。
实施例5：如图1-4所示，一种河湖底泥资源化利用方法，含水率为80%的河湖底泥原料由进料斗1进入螺旋压榨机2进行压榨脱水，得到含水率为20%的底泥，接着进入微波干燥器3进一步干燥，得到含水率为5%，温度为120℃的底泥；微波干燥器3中的水蒸气经冷凝器4冷凝后的液体，联同从螺旋压榨机2出来的滤液均进入滤液收集罐5中收集，进而去废水处理；从微波干燥器3中出来的底泥进入预热器6中进行预热，预热热量来自于气化炉7出口低温烟气，预热后底泥出口温度为400℃，预热后的底泥接着进入气化炉7中进行气化，通入少量氧气作为气化剂，气化温度为1100℃,气化产物中生成气占69%，气化后的产物进入分离器Ⅰ8，分离出来的气体进入空气预热器12中去预热空气，分离出的液体和固体产物进入燃烧器11，从空气预热器12出来的气体进入净化器13，进行净化去除杂质气体，得到可燃气，收集进燃气罐14中，其中可燃气中H2占40%，CO占30%，CO2占15.5%，CH4占11%，CnHm占3.5%，可燃气热值为15.7MJ/m3；从分离器Ⅰ8出来的固液产物进入燃烧器11，在空气环境下固液产物中的固定碳和生物油进行燃烧，产生的高温烟气经分离器Ⅱ9，将携带出去的灰分离出送回燃烧器11中，烟气则进入气化炉7中提供热量，燃烧器11燃烧后的灰渣进入肥料加工罐10加工成农业肥料。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (3)
1.一种河湖底泥资源化利用方法，其特征在于：所述河湖底泥资源化利用方法的具体步骤如下：
（1）脱水：含水率为80%～85%的河湖底泥原料由进料斗（1）进入螺旋压榨机（2）进行压榨脱水，得到含水率为20%～30%的底泥，接着进入微波干燥器（3）进一步干燥，得到含水率为5%～8%，温度为100℃～120℃的底泥；微波干燥器（3）中的水蒸气经冷凝器（4）冷凝后的液体，联同从螺旋压榨机（2）出来的滤液均进入滤液收集罐（5）中收集，进而去废水处理；
（2）预热：从微波干燥器（3）中出来的底泥进入预热器（6）中进行预热，预热热量来自于气化炉（7）出口低温烟气，预热后底泥出口温度为300℃～400℃；
（3）气化：预热后的底泥接着进入气化炉（7）中进行气化，通入少量氧气作为气化剂，气化温度为950℃～1100℃,气化产物中生成气占63%～70%；
（4）气化产物分离：气化后的产物进入分离器Ⅰ（8），分离出来的气体进入空气预热器（12）中去预热空气，分离出的液体和固体产物进入燃烧器（11）；
（5）气体净化：从空气预热器（12）出来的气体进入净化器（13），进行净化去除杂质气体，得到可燃气，收集进燃气罐（14）中，其中可燃气中H2占35%～40%，CO占30%～34%，CO2占15%～18%，CH4占10%～12%，CnHm占2%～4%，可燃气热值为14.8～15.7MJ/m3；
（6）固液产物燃烧：从分离器Ⅰ（8）出来的固液产物进入燃烧器（11），在空气环境下固液产物中的固定碳和生物油进行燃烧，产生的高温烟气经分离器Ⅱ（9），将携带出去的灰分离出送回燃烧器（11）中，烟气则进入气化炉（7）中提供热量；
（7）灰渣制肥料：燃烧器（11）燃烧后的灰渣进入肥料加工罐（10），将灰渣加工成农业肥料。
2.根据权利要求1所述的河湖底泥资源化利用方法，其特征在于：所述步骤（1）中所述的河湖底泥原料包括港口、湖泊和河流的底泥。
3.根据权利要求1所述的河湖底泥资源化利用方法，其特征在于：所述步骤（1）中所述的进料斗（1）为连续进料。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005179492A (ja) * | 2003-12-19 | 2005-07-07 | Kobe Steel Ltd | ガス化方法 |
| CN101708938A (zh) * | 2009-11-06 | 2010-05-19 | 杭鹏志 | 污泥或有机垃圾高低温耦合热解方法 |
| CN101747900A (zh) * | 2009-12-14 | 2010-06-23 | 昆明理工大学 | 一种炭化湖泊底泥制备土壤改良剂的方法 |
| CN202297341U (zh) * | 2011-10-26 | 2012-07-04 | 广东国能中林实业有限公司 | 一种污泥干化系统 |
| CN103060570A (zh) * | 2013-01-15 | 2013-04-24 | 昆明理工大学 | 一种污泥有价成分的提取方法 |
-
2015
- 2015-08-17 CN CN201510503244.6A patent/CN105060675B/zh active Active
Patent Citations (5)
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