CN111777309A - 一种减少排放的污泥处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于能源与环保技术领域，具体涉及到一种减少排放的污泥处理方法。将生物质原料与干燥污泥混合进入到热解气化反应器中，通入空气进行热解，热解的气体产物作为合成气使用；热解后的残炭通过螺旋进料器进入到燃烧反应器中，通入空气燃烧，燃烧反应器产生的热量供给热解气化反应器；燃烧反应器产生的高温烟气进入污泥干燥器干燥湿污泥，干燥后的干燥污泥与生物质原料混合，残炭燃烧后产生的残渣排出用作水泥生产的原料。本发明避免了燃烧时二噁英以及NOx等污染物的产生；另一方面，通过污泥本身携带的重金属元素以及自身的热解碳对热解过程中产生的焦油起到了原位催化裂解的作用。

Description

一种减少排放的污泥处理方法
技术领域
本发明属于能源与环保技术领域，具体涉及到一种减少排放的污泥处理方法。
背景技术
城市污泥以及水处理厂产生的大量污泥含水率高，成分复杂，常规处理方法是将其干燥后加以焚烧，而脱水、干化环节需要消耗大量的外加能源，且焚烧过程中容易产生二次污染的问题。
二噁英是污泥处理过程中危害较大的污染排放物之一。其中，二噁英是多氯二苯并对二噁英PCDDs及多氯二苯并呋喃PCDFs这两类化合物的统称。二噁英可以由化学结构不相近的化合物聚苯乙烯、纤维素、木质素、煤和颗粒碳与氯源反应生成，更重要的是碳、氢、氧和氯等元素通过基元反应生成二噁英。
本发明创造性地提出将污泥与生物质协同反应的方法旨在解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种减少二噁英排放的污泥处理方法。
有关二噁英在污泥焚烧过程中的生成机理相当复杂，迄今为止国内外的研究成果还不足以完全解释此问题，已知的生成机理可能是前驱物的异相催化反应、重新合成反应、高温生成机理等。即有机物在不完全燃烧的情况下(700℃左右)可生成芳烃，若同时还有少量氯化物和催化剂存在，它们就会在300—700℃左右相互反应而可生成二噁英。在焚烧过程和化学反应中二噁英是由苯环与氧、氯等组成的芳香族化合物产生的。此外，反应生成二噁英时，飞灰可以被看作碳源、催化剂和氯源，颗粒上碳的氧化反应可以形成PCDDs和PCDFs。
因此，为了抑制二噁英污染物的生成，通过控制氯气的生成来控制其与有机芳烃化合物发生与氢的取代反应生成二噁英，而氯气具有强氧化性，在还原性氛围下是不可能有氯气存在的，因此，控制污泥热解条件的反应氛围，从源头上控制二噁英的生成，可以将污泥热解气化产生的污染物进行降解或分解处理使其变为无害物质。此外，在还原性氛围下因下列反应,还起到了抑制NOx污染物的排放的作用。
2NO+2CO＝2CO2+N2
本发明正是基于上述原理提出的，该方法将传统的污泥热解气化与燃烧混合在一起的过程分隔出来，形成两个稳定的热解气化-焚烧步骤，并将污泥和生物质混合，协同反应。
进一步地，污泥与生物质协同热解气化过程中的能量来至气化后产生的残炭燃烧产生的能量。
具体地，本发明的技术方案如下：
将生物质原料与干燥污泥混合进入到热解气化反应器中，热解的气体产物从热解气化反应器的气体出口排出，可作为合成气使用；
热解后的残炭从热解反应器的固体出口排出，再通过螺旋进料器进入到燃烧反应器中，通入空气燃烧，燃烧反应器产生的热量供给热解气化反应器；
燃烧反应器产生的高温烟气进入污泥干燥器干燥湿污泥，干燥后的干燥污泥与生物质原料混合进入热解气化反应器，残炭燃烧后变成残渣由燃烧反应器排出用作水泥生产的原料。
所述热解气化反应器内温度可通过污泥与生物质在热解反应器中的移动的速度来控制，其热解温度在600-700℃。
所述燃烧反应器的温度通过过量空气系数来控制其燃烧温度为800-850℃。
生物质原料与干燥污泥的混合比例，视污泥本身的热值可以以任意混合进入到热解气化反应器中，能维持系统反应所需的温度即可。作为一种选择， 20wt%的生物质原料与80wt%干燥后的污泥进入到热解气化反应器中。
所述的热解气化反应器为管式反应器。
所述的燃烧反应器包覆管式反应器。
所述的生物质原料和干燥后的污泥通过螺旋进料器进入到热解气化反应器中。
燃烧时，空气系数控制为1-1.5。本发明方法通过控制过量空气，提高燃烧效率，燃烧后的固体残渣可作为建材生产水泥。
热解时，通过污泥本身携带的重金属元素以及热解碳对生物质热解过程中产生的焦油起到了原位催化裂解的作用，焦油原位催化裂解产生小分子气体，提高了燃气的有效气体成份与气化效率的同时，污泥热解气化产生的污染物二噁英和氮氧化物被生物质产生的还原性气体氛围还原无害化，起到了对污染物排放的控制。
本发明将气化、焚烧分开，避免了传统燃烧与气化混合在一起导致气体被大量的N2与CO2所稀释而只能低值化利用。此外，燃烧与气化混合在一起会导致局部温度高，增加了污染物排放以及结渣等问题。
附图说明
图1，本发明的减少排放的污泥处理方法流程示意图。
1-生物质原料，2-干燥污泥，3-热解气化反应器，4-气体出口，5-固体出口，6-燃烧反应器，7-空气，8-高温烟气，9-污泥干燥器，10-湿污泥，11-尾气，1-残渣。
具体实施方式
本发明提供一种减少排放的污泥处理方法，该方法将气化-焚烧分开但集成在一起，流程如图1所示。
该方案使用的设备主要由污泥干燥器9、热解气化反应器3与燃烧反应器6组成，一定比例的生物质原料1与干燥污泥2进入到热解气化反应器3中，由于热解气化反应器3处在燃烧反应器6中，热解气化产生的残炭在燃烧反应器6中燃烧产生的热量供给热解气化反应器2中的污泥与生物质热解吸收的能量，污泥与生物质热解气化过程中伴随产生的焦油被原位催化裂解为小分子还原气体，该还原性氛围有效地控制Cl2与NOx的生成，从而抑制了二噁英与NO等污染物的排放。污泥与生物质热解产生的气体产物从气体出口4排出，热解产生的残炭从固体出口5排出反应器并进入燃烧反应器6中，在空气7的作用下燃烧产生热量供污泥与生物质在热解气化反应器3中吸收热量，产生的高温烟气8进入污泥干燥器9干燥湿污泥10后从干燥器9排出尾气11，干燥污泥2进入后续处理工段，残炭燃烧后产生的残渣12从燃烧反应器6排出用作水泥生产的原料。
举例地，20wt%的生物质原料1与80wt%干燥污泥2进入到热解气化反应器3中，由于热解气化反应器处在燃烧反应器6中，热解的残炭在燃烧反应器6中燃烧产生的热量供给热解气化反应器2中的污泥与生物质热解吸收量，并在600- 700℃发生热解。热解气化反应器3中的停留时间为6分钟。污泥与生物质热解过程中伴随产生的焦油被原位催化裂解为小分子还原气体，该还原性氛围有效地控制CI2与NOx的生成，从而抑制了二噁英与NOx等污染物的排放。污泥与生物质热解产生的气体产物从反应器气体出口4排出，其质量组成：H2:16.71%; CO: 27%; CH4: 14.42%; CO2: 41.85%. 末检测到有毒有害气体二噁英与NOx的排放。热解产生的残炭从固体出口5排出反应器并进入燃烧反应器6中，在空气7的作用下在750-800℃燃烧产生热量供污泥与生物质在热解气化反应器中吸收，产生的450- 500℃的高温烟气8进入污泥干燥器9干燥湿污泥10后从干燥器9排出干燥污泥11，进入后续处理工段，残炭燃烧后产生的残渣12从燃烧反应器6排出用作水泥生产的原料。

Claims (7)

1.一种减少排放的污泥处理方法，其特征在于：
将生物质原料与干燥污泥混合进入到热解气化反应器中，热解的气体产物从热解气化反应器的气体出口排出，可作为合成气使用；
热解后的残炭从热解反应器的固体出口排出，再通过螺旋进料器进入到燃烧反应器中，通入空气燃烧，燃烧反应器产生的热量供给热解气化反应器；
燃烧反应器产生的高温烟气进入污泥干燥器干燥湿污泥，干燥后的干燥污泥与生物质原料混合，进入热解气化反应器中，残炭燃烧后变成残渣排出用作水泥生产的原料。
2.根据权利要求1所述的污泥处理方法，其特征在于，所述热解气化反应器内温度控制600-700℃。
3.根据权利要求1所述的污泥处理方法，其特征在于，所述燃烧反应器的温度控制800-850℃。
4.根据权利要求1所述的污泥处理方法，其特征在于，所述的热解气化反应器为管式反应器。
5.根据权利要求4所述的污泥处理方法，其特征在于，所述的燃烧反应器包覆管式反应器。
6.根据权利要求1所述的污泥处理方法，其特征在于，所述的生物质原料和干燥后的污泥通过螺旋进料器进入到热解气化反应器中。
7.根据权利要求1所述的污泥处理方法，其特征在于，燃烧时，空气系数控制为1-1.5。
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