CN106630529A - 有机污泥热裂解气化发电系统 - Google Patents

有机污泥热裂解气化发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种有机污泥热裂解气化发电系统。该发电系统包括热解反应器，蒸汽锅炉，发电装置及制氧装置，蒸汽锅炉的燃料进口管道与热解反应器的合成气出口管道相连；蒸汽锅炉的蒸汽出口管道分别与发电装置的蒸汽进口管道、热解反应器的蒸汽进口管道相连；制氧装置的氧气出口管道分别与热解反应器的氧气进口管道、蒸汽锅炉的氧气进口管道相连。该发电系统中，在水蒸汽、富氧作为汽提输送和调节的作用下，利用热解反应器将有机污泥和气化助剂进行热解气化反应，使有机污泥中的有机组分分解并合成小分子，以气态形式分离出来用于发电。这不仅处理了有机污泥，还利用了有机污泥中的有机成分，将其转化为小分子可燃成分用于发电，实现资源有效利用。

Description

有机污泥热裂解气化发电系统
技术领域
本发明涉及有机污泥处理领域，具体而言，涉及一种有机污泥热裂解气化发电系统。
背景技术
随着石油工业的迅速发展，在油气田开发、石油储运及加工过程中不可避免地会产生大量的含油污泥，且含油污泥的产生量随着石油产量的增加不断增大。含油污泥不加处理或处理不当，不仅造成石油资源的浪费，而且会严重地污染环境。
国内外处理含油污泥的方法一般有：焚烧法、生物处理法、热洗涤法、溶剂萃取法、化学破乳法、固液分离法、焦化法、含油污泥调剖、含油污泥综合利用等。但许多方法都存在着不同的问题，对于实际应用很不适合。如焚烧法耗能大、易产生二次污染，油资源也没得到回收利用：生物处理法需历时40天才能将97％的石油烃生物降解，同样油资源也没有得到回收利用：溶剂萃取法存在的问题是流程长，工艺复杂，处理费用高，只对含大量难降解有机物的含油污泥适用：化学破乳法对乳化严重的含油污泥需另加破乳剂并加热；固液分离法对于含油高、污染严重的含油污泥的油回收率低。所以这些方法未能在国内有效的普及应用。
另外，含油泥砂是油田、炼化企业生产过程中产生的一种富含矿物油的黑色粘稠状固体废弃物，它来源广泛、种类繁多、成分复杂、危害性大。目前，国内外对含油泥砂的处理方案很多，但是这些方案都存在着诸多弊端，很多方案尚处于试验理论阶段未得到实践运用。总之，对含油泥砂的处理还没有真正找到一种被公认的、普遍适用的方案。因此，在能源越来越短促、环保要求越来越高的今天，如何处理含油泥砂依然是困扰着每个油田、炼厂的难题。
基于以上原因，有必要提供一种更有效地处理含油污泥、含油泥砂这类有机污泥的方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种有机污泥热裂解气化发电系统，以解决现有技术中的有机污泥无法有效利用的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种有机污泥热裂解气化发电系统，其特征在于，包括：热解反应器；蒸汽锅炉，蒸汽锅炉的燃料进口管道与热解反应器的合成气出口管道相连；发电装置，蒸汽锅炉的蒸汽出口管道分别与发电装置的蒸汽进口管道、热解反应器的蒸汽进口管道相连；以及制氧装置，制氧装置的氧气出口管道分别与热解反应器的氧气进口管道、蒸汽锅炉的氧气进口管道相连。
进一步地，发电系统还包括：有机污泥预处理装置，有机污泥预处理装置用于干燥破碎有机污泥，有机污泥预处理装置与热解反应器相连；气化助剂预处理装置，气化助剂预处理装置用于破碎气化助剂，气化助剂预处理装置与热解反应器相连。
进一步地，有机污泥预处理装置包括依次串联设置的第一上料机、干燥器、分拣机、第一输送机、破碎机及第二输送机，第二输送机用于将破碎后的有机污泥运送至热解反应器；气化助剂预处理装置包括依次串联设置的第二上料机、粉碎机和第三输送机，第三输送机用于将破碎后的气化助剂运送至热解反应器。
进一步地，发电系统还包括合成气气固分离装置，合成气气固分离装置的进气管道与热解反应器的合成气出口管道相连，合成气气固分离装置的气相出口管道与蒸汽锅炉的燃料进口管道相连，合成气气固分离装置的固相出口管道与热解反应器的循环固渣进口管路相连。
进一步地，发电系统还包括烟气气固分离装置，烟气气固分离装置的进气管道与蒸汽锅炉的烟气出口管道相连，烟气气固分离装置的气相出口管道与干燥器的热介质进口管道相连。
进一步地，发电系统还包括：急冷器，急冷器的热渣土进口管道分别与热解反应器的热渣土出口管道、烟气气固分离装置的固相出口管道相连；建材成型装置，建材成型装置与急冷器的冷渣土出口管道相连。
进一步地，发电系统还包括：冷凝器，冷凝器的进气管道与干燥器的蒸发气出口管道相连；油水分离器，油水分离器的进口管道与冷凝器的冷凝液出口管道相连，油水分离器的油相出口管道与蒸汽锅炉的燃料进口管道相连。
进一步地，发电系统还包括风冷器，风冷器的进水管道与发电装置的蒸汽出口管道相连，风冷器的出水管道与急冷器的冷却水进口管道相连。
进一步地，急冷器的出水管路与蒸汽锅炉的进水管道相连。
进一步地，发电系统还包括烟气净化塔，烟气净化塔的烟气进口管道与干燥器的热介质出口管道相连，烟气净化塔的排污管道与建材成型装置。
进一步地，发电系统还包括补水装置，补水装置包括：净水装置；贮水罐，贮水罐的进水管道与净水装置的出水管道相连，贮水罐的出水管道与蒸汽锅炉的进水管道相连。
应用本发明的技术方案，提供了一种有机污泥热裂解气化发电系统。该发电系统包括热解反应器、蒸汽锅炉、发电装置以及制氧装置，蒸汽锅炉的燃料进口管道与热解反应器的合成气出口管道相连；蒸汽锅炉的蒸汽出口管道分别与发电装置的蒸汽进口管道、热解反应器的蒸汽进口管道相连；制氧装置的氧气出口管道分别与热解反应器的氧气进口管道、蒸汽锅炉的氧气进口管道相连。
上述发电系统中，在水蒸汽、富氧作为汽提输送和调节的作用下，利用热解反应器能够将有机污泥和气化助剂进行热解与气化反应，使有机污泥中所有的有机组分分解并合成小分子并以气态形式分离出来(合成气大部分组分为可燃气体)用于发电。这样不仅有效地处理了有机污泥，解决了日益严重的“黑色污染”问题，还有效地利用了有机污泥中的有机成分，将其转化为小分子可燃成分用于发电，实现了资源有效利用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种实施例的有机污泥热裂解气化发电系统示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、热解反应器；20、蒸汽锅炉；30、发电装置；301、透平机；302、发电机；40、制氧装置；401、过滤器；402、空压机；403、吸附塔；404、干燥塔；405、氧气贮存罐；50、有机污泥预处理装置；501、第一上料机；502、干燥器；503、分拣机；504、第一输送机；505、破碎机；506、第二输送机；60、气化助剂预处理装置；601、第二上料机；602、粉碎机；603、第三输送机；70、合成气气固分离装置；80、烟气气固分离装置；90、急冷器；100、建材成型装置；110、冷凝器；120、油水分离器；130、补水装置；131、净水装置；132、贮水罐；140、风冷器；150、烟气净化塔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
正如背景技术部分所描述的，现有技术中对于有机污泥没有有效的处理方法。
为了解决这一问题，本发明提供了一种有机污泥热裂解气化发电系统，如图1所示，其包括热解反应器10、蒸汽锅炉20、发电装置30以及制氧装置40，蒸汽锅炉20的燃料进口管道与热解反应器10的合成气出口管道相连；蒸汽锅炉20的蒸汽出口管道分别与发电装置30的蒸汽进口管道、热解反应器10的蒸汽进口管道相连；制氧装置40的氧气出口管道分别与热解反应器10的氧气进口管道、蒸汽锅炉20的氧气进口管道相连。
本发明提供的上述有机污泥热裂解气化发电系统，在水蒸汽、富氧作为汽提输送和调节的作用下，利用热解反应器10能够将有机污泥和气化助剂进行热解与气化反应，使有机污泥中所有的有机组分分解并合成小分子并以气态形式分离出来(合成气大部分组分为可燃气体)，并将其作为蒸汽锅炉20的燃料，进而利用产生的蒸汽促使发电装置30发电。这样不仅有效地处理了有机污泥，解决了日益严重的“黑色污染”问题，还有效地利用了有机污泥中的有机成分，将其转化为小分子可燃成分用于发电，实现了资源有效利用。
上述的有机污泥可以是油田落地油泥、石化油罐污泥、生活污水污泥、工业废水污泥等一切有机污泥。该发电系统可以应用于油田、炼化、化工等领域。
在一种优选的实施例中，如图1所示，上述发电系统还包括有机污泥预处理装置50和气化助剂预处理装置60，有机污泥预处理装置50用于干燥破碎有机污泥，有机污泥预处理装置50与热解反应器10相连；气化助剂预处理装置60用于破碎气化助剂，气化助剂预处理装置60与热解反应器10相连。
在一种优选的实施例中，如图1所示，有机污泥预处理装置50包括依次串联设置的第一上料机501、干燥器502、分拣机503、第一输送机504、破碎机505及第二输送机506；第二输送机506用于将破碎后的有机污泥运送至热解反应器10。这样，有机污泥通过第一上料机501进入干燥器502进行脱水烘干处理，烘干后的有机污泥进入分拣机503去除尺寸较大的杂物，再经第一输送机504进入破碎机505进行破碎处理，处理后的有机污泥经第二输送机506进入热解反应器10中。
在一种优选的实施例中，如图1所示，气化助剂预处理装置60包括依次串联设置的第二上料机601、粉碎机602和第三输送机603；第三输送机603用于将破碎后的气化助剂运送至热解反应器10。优选地，粉碎机602还与稳定剂供应管道相连。这样，气化助剂通过第二上料机601进入粉碎机602，粉碎成粒度为≤3毫米颗粒并与稳定剂进行混合，后经第三输送机603进入热解反应器10中。
在一种优选的实施例中，发电系统还包括合成气气固分离装置70，合成气气固分离装置70的进气管道与热解反应器10的合成气出口管道相连，合成气气固分离装置70的气相出口管道与蒸汽锅炉20的燃料进口管道相连，合成气气固分离装置70的固相出口管道与热解反应器10的循环固渣进口管路相连。这样，热解反应器10中热解合成的合成气经合成气气固分离装置70，去除气体中携带的固体颗粒和液滴后供给蒸汽锅炉20作为燃料使用。同时，分离出来的固体颗粒和液滴再次返回热解反应器10进行进一步反应。这能够进一步提高反应率，更有效地回收有机物资源。优选地，合成气气固分离装置70为旋风分离器。
在一种优选的实施例中，如图1所示，发电系统还包括烟气气固分离装置80，烟气气固分离装置80的进气管道与蒸汽锅炉20的烟气出口管道相连，烟气气固分离装置80的气相出口管道与干燥器502的热介质进口管道相连。这样，蒸汽锅炉20燃料燃烧后排放的高温烟气通过烟气气固分离装置80去除烟气中携带的固体颗粒后，进入有机污泥预处理装置50的干燥器502对有机污泥加热烘干。这样能够进一步利用高温烟气，降低能源消耗。优选地，烟气气固分离装置80为旋风分离器。
在一种优选的实施例中，发电系统还包括急冷器90和建材成型装置100，急冷器90的热渣土进口管道分别与热解反应器10的热渣土出口管道、烟气气固分离装置80的固相出口管道相连；建材成型装置100与急冷器90的冷渣土出口管道相连。这样，热解反应器10热解后的热渣土(气化助剂废渣和有机污泥渣土)以及烟气气固分离装置80分离出来的温度较高的固体颗粒均能够在急冷器90中快速降温，然后进入建材成型装置100，以稳定固态制造高级环保建材。
在一种优选的实施例中，如图1所示，发电系统还包括冷凝器110和油水分离器120，冷凝器110的进气管道与干燥器502的蒸发气出口管道相连；油水分离器120的进口管道与冷凝器110的冷凝液出口管道相连，油水分离器120的油相出口管道与蒸汽锅炉20的燃料进口管道相连。这样，干燥器502对有机污泥进行干燥时产生的蒸发气(含有水蒸汽)在经冷凝器110冷凝后，在油水分离器120中实现了油水分离。其中，分离出来的油相进入蒸汽锅炉20与合成气作为共同的燃料。
在一种优选的实施例中，如图1所示，发电系统还包括补水装置130，补水装置130的出水管道与蒸汽锅炉20的进水管道相连。利用补水装置130可以定期向蒸汽锅炉20补充水份。优选地，补水装置130包括净水装置131和贮水罐132，贮水罐132的进水管道与净水装置131的出水管道相连，贮水罐132的出水管道与蒸汽锅炉20的进水管道相连。这样，自来水经净水装置131去除水中的悬浮物、胶体颗粒和溶解性盐类，合格后的纯水进入贮水罐132，根据蒸汽锅炉20的运行情况，定期补水。
在一种优选的实施例中，如图1所示，发电系统还包括风冷器140，风冷器140的进水管道与发电装置30的蒸汽出口管道相连，风冷器140的出水管道与急冷器90的冷却水进口管道相连。这样，高温蒸汽经发电装置30后，出来的低压蒸汽经风冷器140快速降温后，产生的冷凝水进入急冷器90作为冷却水吸收热渣土的热能，对其进行降温。
在一种优选的实施例中，如图1所示，急冷器90的出水管路与蒸汽锅炉20的进水管道相连。这样，急冷器90的冷凝水吸收热渣土热量后的出水能够作为蒸汽锅炉20的补水。
在一种优选的实施例中，如图1所示，发电系统还包括烟气净化塔150，烟气净化塔150的烟气进口管道与干燥器502的热介质出口管道相连，烟气净化塔150的排污管道与建材成型装置100。优选地，烟气净化塔150上还设置有碱液进口。蒸汽锅炉20产生的高温烟气在干燥器502经换热形成低温烟气后，进入烟气净化塔150进行烟气脱硫脱硝，达标后的烟气排放到大气中。且烟气净化塔150分离出来的废液废渣也进入建材成型装置100作为成型原料。
优选地，建材成型装置100是将高温热解气化处理后的渣土作为建材原料，再加入一定的固化剂和稳定剂，经过机械混和搅拌均匀、挤压、制成高级环保建材。更优选地，分拣机503的分拣出口与建材成型装置100连接，油水分离器120的水相出口管路与急冷器90的热渣土进口管道相连。这样，建材原料除了高温热解气化处理后的冷渣土和烟气净化塔150分离出来的废液废渣以外，还包括分拣机503分拣的较大的杂物和油水分离器120分离后的废水。
优选地，发电装置30包括透平机301和发电机302，蒸汽锅炉20的蒸汽出口管道与透平机301的蒸汽进口管道，蒸汽进入透平机301作功转换成机械能，带动发电机302运转产生电能，输送城市电网。
在一种优选的实施例中，如图1所示，制氧装置40包括依次串联设置的过滤器401、空压机402、吸附塔403、干燥塔404和氧气贮存罐405；空气经过滤器401除掉灰尘颗粒后，被空压机402增压至0.3～0.5barg进入吸附塔403中一个吸附器内。吸附器内装填吸附剂，其中水分、二氧化碳、及少量其它气体组分在吸附器入口处被装填于底部的活性氧化铝所吸附，随后氮气被装填于活性氧化铝上部的沸石分子筛所吸附。而氧气为非吸附组分从吸附器顶部出口处作为产品排出，经干燥塔404气体干燥后输送到氧气贮存罐405。当该吸附器吸附到一定程度，其中的吸附剂将达到饱和状态，此时通过切换阀利用真空泵对之进行抽真空(与吸附方向相反)真空度为0.65～0.75barg。已吸附的水分、二氧化碳、氮气及少量其它气体组分被抽出并排至大气，吸附剂得到再生。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
上述发电系统中，在水蒸汽、富氧作为汽提输送和调节的作用下，利用热解反应器能够将有机污泥和气化助剂进行热解与气化反应，使有机污泥中所有的有机组分分解并合成小分子并以气态形式分离出来(合成气大部分组分为可燃气体)用于发电。这样不仅有效地处理了有机污泥，解决了日益严重的“黑色污染”问题，还有效地利用了有机污泥中的有机成分，将其转化为小分子可燃成分用于发电，实现了资源有效利用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有机污泥热裂解气化发电系统，其特征在于，包括：
热解反应器(10)；
蒸汽锅炉(20)，所述蒸汽锅炉(20)的燃料进口管道与所述热解反应器(10)的合成气出口管道相连；
发电装置(30)，所述蒸汽锅炉(20)的蒸汽出口管道分别与所述发电装置(30)的蒸汽进口管道、所述热解反应器(10)的蒸汽进口管道相连；以及
制氧装置(40)，所述制氧装置(40)的氧气出口管道分别与所述热解反应器(10)的氧气进口管道、所述蒸汽锅炉(20)的氧气进口管道相连。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统还包括：
有机污泥预处理装置(50)，所述有机污泥预处理装置(50)用于干燥破碎有机污泥，所述有机污泥预处理装置(50)与所述热解反应器(10)相连；
气化助剂预处理装置(60)，所述气化助剂预处理装置(60)用于破碎气化助剂，所述气化助剂预处理装置(60)与所述热解反应器(10)相连。
3.根据权利要求2所述的发电系统，其特征在于，所述有机污泥预处理装置(50)包括依次串联设置的第一上料机(501)、干燥器(502)、分拣机(503)、第一输送机(504)、破碎机(505)及第二输送机(506)，所述第二输送机(506)用于将破碎后的所述有机污泥运送至所述热解反应器(10)；所述气化助剂预处理装置(60)包括依次串联设置的第二上料机(601)、粉碎机(602)和第三输送机(603)，所述第三输送机(603)用于将破碎后的所述气化助剂运送至所述热解反应器(10)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统还包括合成气气固分离装置(70)，所述合成气气固分离装置(70)的进气管道与所述热解反应器(10)的合成气出口管道相连，所述合成气气固分离装置(70)的气相出口管道与所述蒸汽锅炉(20)的燃料进口管道相连，所述合成气气固分离装置(70)的固相出口管道与所述热解反应器(10)的循环固渣进口管路相连。
5.根据权利要求3所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统还包括烟气气固分离装置(80)，所述烟气气固分离装置(80)的进气管道与所述蒸汽锅炉(20)的烟气出口管道相连，所述烟气气固分离装置(80)的气相出口管道与所述干燥器(502)的热介质进口管道相连。
6.根据权利要求5所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统还包括：
急冷器(90)，所述急冷器(90)的热渣土进口管道分别与所述热解反应器(10)的热渣土出口管道、所述烟气气固分离装置(80)的固相出口管道相连；
建材成型装置(100)，所述建材成型装置(100)与所述急冷器(90)的冷渣土出口管道相连。
7.根据权利要求6所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统还包括：
冷凝器(110)，所述冷凝器(110)的进气管道与所述干燥器(502)的蒸发气出口管道相连；
油水分离器(120)，所述油水分离器(120)的进口管道与所述冷凝器(110)的冷凝液出口管道相连，所述油水分离器(120)的油相出口管道与所述蒸汽锅炉(20)的燃料进口管道相连。
8.根据权利要求7所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统还包括风冷器(140)，所述风冷器(140)的进水管道与所述发电装置(30)的蒸汽出口管道相连，所述风冷器(140)的出水管道与所述急冷器(90)的冷却水进口管道相连。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统还包括烟气净化塔(150)，所述烟气净化塔(150)的烟气进口管道与所述干燥器(502)的热介质出口管道相连，所述烟气净化塔(150)的排污管道与所述建材成型装置(100)。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统还包括补水装置(130)，所述补水装置(130)包括：
净水装置(131)；
贮水罐(132)，所述贮水罐(132)的进水管道与所述净水装置(131)的出水管道相连，所述贮水罐(132)的出水管道与所述蒸汽锅炉(20)的进水管道相连。
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