CN109504441A - 一种可快速连续产氢的餐厨垃圾催化制氢方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可快速连续产氢的餐厨垃圾催化制氢方法，将收集来的餐厨垃圾进行预处理，去除无机固体废弃物；将预处理后的原料补水至含水量90‑95%，并按照5wt%比例添加催化剂，由高压泵送至超临界水气化反应器，进入反应器之前在换热器内进行预热并在电加热器内加热至500‑550℃；在超临界反应器中反应60分钟后得到的总产物流经换热器与原料进行换热，换热后依次经过减压阀、气液分离器、固液分离器、干燥器后得到固体残渣和高值富氢气体，而液体产物则作为补水继续循环使用。本发明在处理过程中可杀死有害微生物和病原体，最大限度的减少了二次污染，并且处理速度快，整体工程占地面积小，可实现餐厨垃圾的日产日处理。

Description

一种可快速连续产氢的餐厨垃圾催化制氢方法
技术领域
本发明属于餐厨垃圾处理技术领域，涉及一种可快速连续产氢的餐厨垃圾催化制氢方法。
背景技术
餐厨垃圾主要是居民日常生活和食品加工企业在加工过程中产生的废弃物，餐厨垃圾中含水率高(70％-90％)、有机物含量高、油脂和无机盐含量高，并且营养成分丰富，极易酸化腐败变质，滋生有害的细菌和微生物，对自然和生活环境构成了巨大的威胁。我国的餐厨垃圾年产量巨大，占我国城市生活垃圾比例达30％-60％，且处理状况不容乐观，一部分餐厨垃圾是与生活垃圾混合一并进行处理。
对于餐厨垃圾处理的基本思路是实现餐厨垃圾的资源化、无害化、减量化。目前传统的餐厨垃圾处理技术主要是与生活垃圾掺混焚烧处理、卫生填埋处理、机械研磨法。随着处理技术的发展，目前餐厨垃圾的饲料化处理技术、堆肥化处理技术、厌氧消化处理技术以及好氧生物处理技术等资源化处理技术正在发展阶段，但基于处理时间长、易产生二次污染和能源利用率较低等因素，以上几种餐厨垃圾处理方法仍然存在很多不足之处。
超临界水是一种均匀的、有高扩散性、高传递特性的非极性溶剂。作为化学反应的介质，超临界水具有良好的传递和溶解特性，而且超临界水的物性很容易通过调节压力和温度来实现控制。在T>374℃，P>22.1MPa的超临界状态下，超临界水可将生物质中的有机物快速溶解气化并产生H2，CO，CO2，CXHY，并能杀死绝大多数的微生物。
超临界水气化处理餐厨垃圾过程中，最影响产氢量的是水气转化反应，添加一定量的催化剂来促进水气转化反应是一种有效的提高产氢量的途径和方法。
因此本发明提出的可快速连续产氢的餐厨垃圾催化制氢系统将是一种快速处理餐厨垃圾并能高效产氢的方法。
发明内容
解决的技术问题：本发明针对上述现有技术的不足提供了一种可快速连续产氢的餐厨垃圾催化制氢方法，催化剂的添加实现了餐厨垃圾在高温高压下的催化气化，使得产氢量大大提升，同时又实现了餐厨垃圾的快速处理和资源化利用。
本发明上述解决的技术问题是通过下面的技术方案得以实现的：
一种可快速连续产氢的餐厨垃圾催化制氢方法，包括以下步骤：
(1)将从城市收集来的餐厨垃圾进行预处理，去除其中的无机固体废弃物；
(2)将预处理后的原料补水至含水量90-95％，并按照5wt％比例添加催化剂，由高压泵送至超临界水气化反应器，进入反应器之前在换热器内进行预热并在电加热器内加热至500-550℃；
(3)在超临界水气化反应器中反应60分钟后得到的总产物流经换热器与原料进行换热，换热后依次经过减压阀、气液分离器、固液分离器、干燥器后得到固体残渣和高值富氢气体，而液体产物则作为补水继续循环使用。
所述的催化剂选自氢氧化钾或碳酸钾或氯化铁或活性炭催化剂。
本发明具有以下有益效果：
1)在高温高压下，进行餐厨垃圾的催化气化可以实现产氢量的大幅度提升。其中当以5wt％的KOH作为催化剂时，每千克干基餐厨垃圾最高可产氢20.37mol，含氢率53.09％。
2)本发明提供的可快速连续产氢的餐厨垃圾催化制氢方法，在处理过程中可杀死有害微生物和病原体，最大限度的减少了二次污染，并且处理速度快，整体工程占地面积小，可实现餐厨垃圾的日产日处理。
附图说明
以下结合附图和本发明的实施方式来作进一步详细说明
图1为本发明的系统示意图。
图中标记为：餐厨垃圾储存罐1、破碎机2、高压泵3、压力计量表4、补水箱5、催化剂补给箱6、混合装置7、换热器8、电加热器9、超临界水气化反应器10、减压阀11、气液分离器12、固液分离器13、固体残渣储存罐14、气体干燥器15、压力计量表16、气体加压泵17、储气罐18。
具体实施方式
本实施例所涉及的催化制氢系统包括餐厨垃圾储存罐1，餐厨垃圾储存罐1连接破碎机2，破碎机2通过高压泵3连接至混合装置7，中间设有压力计量表4，混合装置7上设有补水箱5和催化剂补给箱6，混合装置7还连接换热器8，换热器8通过电加热器9连接至超临界水气化反应器10，反应后，超临界水气化反应器10通过换热器8、减压阀11连接至气液分离器12，气液分离器12通过气体干燥器15、压力计量表16、气体加压泵17连接至储气罐18，气体进入储气罐18，气液分离器12连接固液分离器13，固液分离器13连接一固体残渣储存罐14，固体残渣进入固体残渣储存罐14，固液分离器13连接至补水箱5，液体产物进入补水箱5。
实施例1
将收集来的餐厨垃圾补水至含水量为95％，并加入5wt％的氢氧化钾固体催化剂，均匀混合后利用高压泵3和电加热器9加压加热到超临界状态(T＝500℃,P＝27MPa)，反应60分钟，得到的总产物经过换热器8、减压阀11、气液分离器12、固液分离器13、气体干燥器15后得到固体残渣和高值富氢气体，气体产物见表1。
实施例2
将收集来的餐厨垃圾补水至含水量为95％，并加入5wt％的碳酸钾固体催化剂，均匀混合后利用高压泵3和电加热器9加压加热到超临界状态(T＝500℃,P＝27MPa)，反应60分钟，得到的总产物经过换热器8、减压阀11、气液分离器12、固液分离器13、气体干燥器15后得到固体残渣和高值富氢气体，实施例2较实施例1不同的是改变了催化剂的种类，气体产物见表1。
实施例3
将收集来的餐厨垃圾补水至含水量为95％，并加入5wt％的活性炭固体催化剂，均匀混合后利用高压泵3和电加热器9加压加热到超临界状态(T＝500℃,P＝27MPa)，反应60分钟，得到的总产物经过换热器8、减压阀11、气液分离器12、固液分离器13、气体干燥器15后得到固体残渣和高值富氢气体，实施例3较实施例1不同的是改变了催化剂的种类，气体产物见表1。
实施例4
将收集来的餐厨垃圾补水至含水量为95％，并加入5wt％的氯化铁固体催化剂，均匀混合后利用高压泵3和电加热器9加压加热到超临界状态(T＝500℃,P＝27MPa)，反应60分钟，得到的总产物经过换热器8、减压阀11、气液分离器12、固液分离器13、气体干燥器15后得到固体残渣和高值富氢气体，实施例4较实施例1不同的是改变了催化剂的种类，气体产物见表1。
表1餐厨垃圾在高温高压状态下催化气化产氢情况：

Claims (2)

1.一种可快速连续产氢的餐厨垃圾催化制氢方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将从城市收集来的餐厨垃圾进行预处理，去除其中的无机固体废弃物；
(2)将预处理后的原料补水至含水量90-95％，并按照5wt％比例添加催化剂，由高压泵送至超临界水气化反应器，进入反应器之前在换热器内进行预热并在电加热器内加热至500-550℃；
(3)在超临界水气化反应器中反应60分钟后得到的总产物流经换热器与原料进行换热，换热后依次经过减压阀、气液分离器、固液分离器、干燥器后得到固体残渣和高值富氢气体，而液体产物则作为补水继续循环使用。
2.如权利要求1所述的一种可快速连续产氢的餐厨垃圾催化制氢方法，其特征在于：所述的催化剂选自氢氧化钾或碳酸钾或氯化铁或活性炭催化剂。
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