CN110976487A - 一种利用工业废渣催化热解有机固废提高氢气产率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固体废弃物处理技术领域,尤其为一种利用工业废渣催化热解有机固废提高氢气产率的方法,其具体步骤如下:S1,原料的预处理:将有机废弃物通过输送机送入颚式破碎机破碎,保存备用;S2,铝渣灰的活化:将工业废渣放入加热炉中,在一定的温度范围内,持续热活化,S3,步骤S2得到的工业废渣与有机固废按质量比,投入搅拌机中均匀混合;S4,将步骤S3按各比例混合均匀的样品分别进入热解反应器热解,通入一定保护气,本发明通过设计将工业废渣与有机固废协同处置过程中,工业废渣中的污染组分得到有效抑制,有机固废的能源利用率提高,解决了木质废物随意堆置浪费资源的问题,也解决了工业废渣填埋带来二次污染的问题,使其无害化利用。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理技术领域,具体为一种利用工业废渣催化热解有机固废提高氢气产率的方法。
背景技术
氢气是一种十分重要的化工中间产品,主要应用于氨、甲醇的合成与石化行业的加氢精制。同时,氢气还是一种高效、清洁的能源载体。随着绿色高效的燃料电池技术的开发与应用,氢气作为燃料电池的燃料,具有巨大的市场需求。氢气的获得来自于化石燃料的裂解与重整、水的电解与光催化分解、氨的分解等,由于水和氨的分解制氢目前仍依赖于贵金属催化剂,目前氢气主要来源中,化石资源占96%,水的分解仅占4%左右[8]。近年来,研究者们对生物质制氢进行了大量探索,通过热解气化或生物质焦油的催化重整等方法制备富氢气体。由于生物质利用过程可视为二氧化碳“零排放”,生物质制氢以补充化石燃料制氢,不仅可以减少化石资源的消耗,还可以缓解温室效应带来的环境问题。生物质资源来源广泛,来自于木质家具加工、建筑装修垃圾、园林垃圾与农林废弃物、生活垃圾中的有机组分等,生物质垃圾的减量化、无害化、资源化处置是城乡垃圾处理的重要组成部分。然而生物质热解过程中液体产物含量高,容易对热解设备造成腐蚀和堵塞的情况,氢气产率不高以及工业废渣,如炼铝废渣、炼钢废渣、炼铜废渣、失效的催化剂,一般的处理方式是直接填埋,但是其中含有重金属等污染组分,有一定的碱性,掩埋后往往会对土壤形成二次污染,灰渣中富含钙、铝、钾、钠、硅等元素,对生物质的裂解反应具有催化作用,将这些工业废渣作为催化剂,应用于有机废弃物的热解,在热解过程中,与有机组分形成共融物,这些重金属在生物炭中得以固定,碱性降低,可以实现其无害化、资源化应用。
综上所述,本发明提出一种利用工业废渣催化热解有机固废提高氢气产率的方法来解决存在的问题。
发明内容
本发明基于上述技术的缺陷,利用廉价的工业废渣作为传热载体与催化剂,降低热解过程中焦油产率,提高氢气产率,以解决其对热解设备造成腐蚀和堵塞的情况,工业废渣中的污染组分在热解过程中得到固定,碱性降低,实现有机废弃物的能源化与工业废渣的无害化、资源化利用。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种利用工业废渣催化热解有机固废提高氢气产率的方法,其具体步骤如下:
S1,原料的预处理:将有机废弃物通过输送机送入颚式破碎机破碎,保存备用;
S2,铝渣灰的活化:将工业废渣放入加热炉中,在一定的温度范围内,持续热活化;
S3,步骤S2得到的工业废渣与有机固废按质量比,投入搅拌机中均匀混合;
S4,将步骤S3按各比例混合均匀的样品分别进入热解反应器热解,通入一定保护气,载气流速为0.08~0.1L/min,以8~12℃/min升温速率升温到400~900℃,热解反应40min~90min;
S5,步骤S4热解反应产生富氢能源气体、焦油、木醋液、热解残渣。
优选的,所述S1中有机废弃物选取为水分低于10%的有机废弃物。
优选的,所述S1中颚式破碎机将有机废弃物破碎至3mm以下。
优选的,所述S2中温度范围为500-700℃条件下,所述S2中持续热活化时间为2h。
优选的,所述S4中的保护气为氮气。
优选的,所述S3中工业废渣与有机固废按质量比为0∶1-1∶1。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明中,通过设计利用廉价的工业废渣具有传热载体、催化裂解、净化高温热解气的效果,可以实现工业废渣的资源化利用。
2、本发明中,通过设计用工业废渣与有机固废协同处置过程中,工业废渣中的污染组分得到有效抑制,有机固废的能源利用率提高,解决了木质废物随意堆置浪费资源的问题,也解决了工业废渣填埋带来二次污染的问题,使其无害化利用。
3、本发明中,通过设计在热解过程中加入工业废渣后,氢气产率提高了16%-35%,液体产物产率降低了12~41%,减少了热解系统中的设备腐蚀和堵塞的风险,并且氢气作为一种绿色清洁能源,有广阔的应用前景。
4、本发明中,通过设计热解过程中加入工业废渣后,能源气体产率增加,CO2产率减少25~35%,高温热解气的整体热值提高,生物炭表面性能得以改善,可以实现固体废弃物的高效绿色能源化利用。
附图说明
图1为本发明流程结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,本发明提供一种技术方案:
一种利用工业废渣催化热解有机固废提高氢气产率的方法,其具体步骤如下:
S1,原料的预处理:将水分低于10%的有机废弃物通过输送机送入颚式破碎机破碎至3mm以下,保存备用;
S2,铝渣灰的活化:将工业废渣放入加热炉中,在500-700℃条件下,持续热活化2h;
S3,步骤S2得到的工业废渣与有机固废按质量比为0∶1-1∶1,投入搅拌机中均匀混合;
S4,将步骤S3按各比例混合均匀的样品分别进入热解反应器热解,通入一定氮气,载气流速为0.08~0.1L/min,以8~12℃/min升温速率升温到400~900℃,热解反应40min~90min;
S5,步骤S4热解反应产生富氢能源气体、焦油、木醋液、热解残渣。
实施案例1:
将水分低于10%的有机固废经过破碎至3mm以下,进入热解反应器中热解,通入氮气作为保护气,载气流速为0.08~0.1L/min,以8~12℃/min升温速率升温到900℃,热解加热保持30min,产生热解气、液态产物和热解炭,从400℃开始收集,得到氢气99ml/g,甲烷43ml/g,一氧化碳50ml/g,二氧化碳24ml/g,通过净化、变换系统后可得到纯度较高的氢气,氢气作为一种绿色清洁能源,可应用于发电、燃料电池、化学原料等,有更广阔的应用前景。
实施案例2:
将水分低于10%的有机固废经过破碎至3mm以下。工业废渣,本例用炼铝废渣,经过550℃4煅烧2h后,与有机固废按质量比1∶4在5预混系统中混合,进入热解反应器中热解,通入氮气作为保护气,载气流速为0.08~0.1L/min,以8~12℃/min升温速率升温到900℃,热解加热保持30min,产生热解气、液态产物和热解炭,从400℃开始收集,得到氢气114ml/g,甲烷45ml/g,一氧化碳49ml/g,二氧化碳18ml/g,通过净化、变换系统后可得到纯度较高的氢气,氢气作为一种绿色清洁能源,可应用于发电、燃料电池、化学原料等,有更广阔的应用前景。
实施案例3:
将水分低于10%的有机固废经过破碎至3mm以下,工业废渣,本例用炼铝废渣,经过550℃4煅烧2h后,与有机固废按质量比1∶1在预混系统中混合,进入热解反应器中热解,通入氮气作为保护气,载气流速为0.08~0.1L/min,以8~12℃/min升温速率升温到900℃,热解加热保持30min,产生热解气、液态产物和热解炭,从400℃开始收集,得到氢气131ml/g,甲烷50ml/g,一氧化碳47ml/g,二氧化碳16ml/g,通过净化、变换系统后可得到纯度较高的氢气,氢气作为一种绿色清洁能源,可应用于发电、燃料电池、化学原料等,有更广阔的应用前景。
经过实施案例对比,与没有添加工业废渣相比,热解残渣的产率降低,工业废渣中95%以上的重金属被固定在残渣态,木质废物裂解产生的热解气的产率上升了15%~22%,加入工业废渣后木质废物裂解产氢气量提高了16%~34%,能源气体产率提高,二氧化碳产率降低,有效提高了燃气热值,降低了碳排放。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种利用工业废渣催化热解有机固废提高氢气产率的方法,其具体步骤如下:
S1,原料的预处理:将有机废弃物通过输送机送入颚式破碎机破碎,保存备用;
S2,铝渣灰的活化:将工业废渣放入加热炉中,在一定的温度范围内,持续热活化;
S3,步骤S2得到的工业废渣与有机固废按质量比,投入搅拌机中均匀混合;
S4,将步骤S3按各比例混合均匀的样品分别进入热解反应器热解,通入一定保护气,载气流速为0.08~0.1L/min,以8~12℃/min升温速率升温到400~900℃,热解反应40min~90min;
S5,步骤S4热解反应产生富氢能源气体、焦油、木醋液、热解残渣。
2.根据权利要求1所述的一种利用工业废渣催化热解有机固废提高氢气产率的方法,其特征在于:所述S1中有机废弃物选取为水分低于10%的有机废弃物。
3.根据权利要求1所述的一种利用工业废渣催化热解有机固废提高氢气产率的方法,其特征在于:所述S1中颚式破碎机将有机废弃物破碎至3mm以下。
4.根据权利要求1所述的一种利用工业废渣催化热解有机固废提高氢气产率的方法,其特征在于:所述S2中温度范围为500-700℃条件下,所述S2中持续热活化时间为2h。
5.根据权利要求1所述的一种利用工业废渣催化热解有机固废提高氢气产率的方法,其特征在于:所述S4中的保护气为氮气。
6.根据权利要求1所述的一种利用工业废渣催化热解有机固废提高氢气产率的方法,其特征在于:所述S3中工业废渣与有机固废按质量比为0∶1-1∶1。
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