CN108585405A - 一种热固载体污泥增压自供能热解装置及方法 - Google Patents

一种热固载体污泥增压自供能热解装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种热固载体污泥增压自供能热解装置及方法，属于固体废弃物热解技术领域。增压热解室内通入热固载体及干污泥后搅拌，干污泥与热固载体充分均匀混合，热固载体为干污泥热解提供热量，干污泥热解后分解产生挥发性产物和半焦，挥发性产物经过防粘黏冷凝器后回收轻质油及高品质热解气；半焦和热固载体经出料装置送至半焦燃烧室与热空气混合后燃烧，燃烧产物送入气固分离室进行气固分离，分离后的高温烟气依次送入空气预热器及烟气净化装置，经热量回收、烟气处理达标后排放；分离后的燃烧渣将少量的细灰排出，剩余的燃烧渣作为热固载体送入增压热解室并为后续干污泥热解提供能量。本发明的装置能量自持的同时实现污泥资源化高效清洁利用。

Description

一种热固载体污泥增压自供能热解装置及方法
技术领域
本发明属于固体废弃物热解工艺技术领域，涉及一种污泥等生物质固体废弃物的热固载体增压自供能热解装置及方法。
背景技术
随着我国城市化进程和社会经济的快速发展，我国污水处理技术与污水处理产业发展迅速，污水产生量逐年增加，污泥作为污水处理过程中产生量最大的副产物也大量增加。由于污水污泥含水率高，成分复杂，重金属、有毒有害污染物的含量高，含有病原菌及寄生虫卵，污泥性质不稳定并且容易腐败，如果不进行有效的处理处置，大量的污泥将对环境和人类以及动物健康造成严重的危害。由污水厂产生的脱水污泥在进一步处理处置前需进行干化处理，低含水率、高挥发分的干化污泥可作为一种生物质能源，进而对其进行妥善处理处置。
污水处理厂污泥的处理与处置应当遵循“减量化、稳定化、无害化、资源化”的原则。目前，国内外污泥处理处置的方法主要有填埋、堆肥、热处理(包括焚烧、炭化、直接液化、热解、气化等)、土地利用、建材利用等。随着污水污泥的处理处置要求逐渐提高，传统的处理处置方法逐渐显露出各自的弊端。污泥的热化学处理具有处理迅速、占地面积小、无害化、减量化和资源化效果明显等优点，被认为是具有前途的污泥处理方法，日益受到重视。近几十年来发展起来的热解技术，与传统焚烧技术相比，具有显著的特点。热解技术能源利用率高、减容率高，无害化彻底，无二噁英和呋喃产生，热解后需要处理的废气量小，热解后产生气体、热解油和半焦，气体可以用作为补充能源，热解油可以制备化学品，半焦可以燃烧或用于制备催化剂和生物炭吸附材料等。
但是污泥热解产物的热解油通常燃料品质低，粘度大易堵塞管道；并且存在污泥热解气中CO2含量高，合成气可燃性较差等问题。因此需要寻求方法进一步实现污泥热解过程的资源化，提升热解产物的利用价值。
发明内容
本发明提供一种热固载体污泥增压自供能热解装置及方法，将热固载体作为热源，对干污泥进行增压热解反应并产生挥发性产物和半焦，通过对干污泥的加压热解过程来延长挥发产物的停留时间，促进热解油二次裂解，降低低品质热解油的产出，同时促进热解气中的CH4含量的提升以及CO2和CO含量的降低，进一步提高污泥热解产物的品质，半焦和高品质热解气可以通过燃烧对系统提供能量，进而实现对污泥等生物质固体废弃物的资源化利用。
本发明的技术方案：
一种热固载体污泥增压自供能热解装置，包括增压热解室、半焦燃烧室、气固分离室、空气预热器、烟气净化装置、防粘黏冷凝器和储气室；
所述的增压热解室内压力维持在3～12MPa，温度维持在550～750℃；增压热解室内的挥发性产物出口通入防粘黏冷凝器，固体产物出口通入半焦燃烧室；
所述的防粘黏冷凝器包含防粘黏冷凝器A及防粘黏冷凝器B，均采用间接换热的形式，防粘黏冷凝器A内冷凝介质为冷空气；防粘黏冷凝器B内冷凝介质为冷却水，防粘黏冷凝器A内冷空气换热后送入空气预热器，防粘黏冷凝器内高品质热解气送入储气室；
所述的半焦燃烧室中的主要燃料为半焦，或同时通入储气室内的高品质热解气作为能源补充，半焦燃烧室产物出口通入气固分离室；
所述的气固分离室将燃烧产物进行气固分离，分离后的高温烟气送入空气预热器，分离后的燃烧渣将少量的细灰排出，剩余的燃烧渣作为热固载体送入增压热解室；
所述的空气预热器内实现高温烟气与低温空气的间接换热，换热后的热空气送入半焦燃烧室，换热后的低温烟气送入烟气净化装置。
一种热固载体污泥增压自供能热解方法，步骤如下：
(1)增压热解：增压热解室内通入热固载体及干污泥后搅拌，干污泥与热固载体充分均匀混合，热固载体为干污泥热解提供热量，干污泥热解后分解产生挥发性产物和半焦，挥发性产物组分为轻质油及高品质热解气；
(2)燃烧供能：由增压热解室产出的半焦和热固载体送入半焦燃烧室，与来自空气预热器的热空气混合后燃烧，燃烧产生的产物送入气固分离室进行气固分离，分离后的高温烟气依次送入空气预热器及烟气净化装置，经热量回收、烟气处理达标后排放；分离后的燃烧渣将少量的细灰排出，剩余的燃烧渣作为热固载体送入增压热解室并为干污泥热解提供能量，储气室内回收的高品质热解气可部分供给至半焦燃烧室作为能源补充；
(3)产物回收：由增压热解室产出的挥发性气体先送入防粘黏冷凝器A，与防粘黏冷凝器A内冷空气间接换热后送入防粘黏冷凝器B，再与防粘黏冷凝器B内的冷却水进行间接换热，换热过程中得到少量的轻质热解油及不可冷凝的高品质热解气，少量轻质热解油可集中收集处理，高品质热解气送入储气室。
所述的干污泥为含水率降至30％以下的污泥。
本发明的有益效果：
(1)利用在热解反应过程中增加压力的方式对传统的污泥热解方法进行改善，高压热解可显著促进热解油向热解气的转化，从而使得传统热解过程中低品质热解油的减少，转化为富含CH4的可燃气，提升热解挥发性产物的纯净度及热值。
(2)污泥加压热解对污泥中的重金属的固定具有明显的效果，随着热解压力的升高，污泥中的重金属被富集在半焦中，减少了污泥中的重金属进入热解油。此外，通过对半焦的燃烧渣进行回收，可进一步处理成生物炭或用于制备催化剂材料进行资源化利用。
(3)将半焦进行燃烧可加热热固载体并得到高温烟气进行换热，热解得到的高品质热解气可燃烧用于提供整套系统的能量需求，整套系统能量自持的同时降低了运行费用。
附图说明
图1为热固载体污泥增压自供能热解系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例
含水率30％以下的干污泥经进料装置送入增压热解室，高温热固载体通入增压热解室内并进行搅拌，使其与污泥原料充分混合；热固载体为干污泥热解提供热量，增压热解室内压力维持在3～12MPa，温度维持在550～750℃，污泥分解产生挥发性产物和半焦，半焦和热固载体由增压热解室出料装置排出，送至半焦燃烧室，挥发性产物先送入防粘黏冷凝器，与冷凝器的冷空气和冷却水进行间接换热，挥发性产物中的少量轻质热解油由于冷凝液化成液滴状进行集中收集，挥发性产物中剩余的热解气即高品质热解气送入储气室；半焦燃烧室内将半焦进行燃烧，产生高温燃烧渣和高温烟气，在气固分离室进行分离，燃烧渣作为高温热固载体送至增压热解室内作为循环热源，燃烧渣内细灰由气固分离室排出，高温烟气送入空气预热器中进行换热，将低温空气加热后变为热空气，供给至半焦燃烧室中，高温烟气变为低温烟气送至烟气净化装置，处理达标后排放；储气室中的高品质热解气可以集中收集外供，也可部分供给至半焦燃烧室，为燃烧提供能源补充，部分原料的基本性质、热解产物质量分布、热解气体组成见下表1-3。
表1污泥原料和半焦的基本性质
表2热解产物的质量分布(质量百分比)
表3热解气体的组成(体积百分比)
本发明包括但不限于本实施例，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以采用其他方式做出替换，这些替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种热固载体污泥增压自供能热解装置，其特征在于，所述的热固载体污泥增压自供能热解装置包括增压热解室、半焦燃烧室、气固分离室、空气预热器、烟气净化装置、防粘黏冷凝器和储气室；
所述的增压热解室内压力维持在3～12MPa，温度维持在550～750℃；增压热解室内的挥发性产物出口通入防粘黏冷凝器，固体产物出口通入半焦燃烧室；
所述的防粘黏冷凝器包含防粘黏冷凝器A及防粘黏冷凝器B，均采用间接换热的形式，防粘黏冷凝器A内冷凝介质为冷空气；防粘黏冷凝器B内冷凝介质为冷却水，防粘黏冷凝器A内冷空气换热后送入空气预热器，防粘黏冷凝器内高品质热解气送入储气室；
所述的半焦燃烧室中的主要燃料为半焦，或同时通入储气室内的高品质热解气作为能源补充，半焦燃烧室产物出口通入气固分离室；
所述的气固分离室将燃烧产物进行气固分离，分离后的高温烟气送入空气预热器，分离后的燃烧渣将少量的细灰排出，剩余的燃烧渣作为热固载体送入增压热解室；
所述的空气预热器内实现高温烟气与低温空气的间接换热，换热后的热空气送入半焦燃烧室，换热后的低温烟气送入烟气净化装置。
2.一种热固载体污泥增压自供能热解方法，其特征在于，步骤如下：
(1)增压热解：增压热解室内通入热固载体及干污泥后搅拌，干污泥与热固载体充分均匀混合，热固载体为干污泥热解提供热量，干污泥热解后分解产生挥发性产物和半焦，挥发性产物组分为轻质油及高品质热解气；
(2)燃烧供能：由增压热解室产出的半焦和热固载体送入半焦燃烧室，与来自空气预热器的热空气混合后燃烧，燃烧产生的产物送入气固分离室进行气固分离，分离后的高温烟气依次送入空气预热器及烟气净化装置，经热量回收、烟气处理达标后排放；分离后的燃烧渣将少量的细灰排出，剩余的燃烧渣作为热固载体送入增压热解室并为干污泥热解提供能量，储气室内回收的高品质热解气可部分供给至半焦燃烧室作为能源补充；
(3)产物回收：由增压热解室产出的挥发性气体先送入防粘黏冷凝器A，与防粘黏冷凝器A内冷空气间接换热后送入防粘黏冷凝器B，再与防粘黏冷凝器B内的冷却水进行间接换热，换热过程中得到少量的轻质热解油及不可冷凝的高品质热解气，少量轻质热解油可集中收集处理，高品质热解气送入储气室。
3.根据权利要求2所述的热固载体污泥增压自供能热解方法，其特征在于，所述的干污泥为含水率降至30％以下的污泥。
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