CN114516617A - 一种超高温医疗固废转化制氢油的方法和系统 - Google Patents

一种超高温医疗固废转化制氢油的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超高温医疗固废转化制氢油的方法及系统，本发明所提供的超高温医疗固废转化制氢油系统用于将医疗固废回收后，进行超高温气化生成混合气，混合气在高选择性反应催化剂作用下经过重整反应和水气变换反应制得氢气和二氧化碳，氢气通过气体净化工序，制得净化氢气，净化氢气和液体有机储氢载体进行加氢反应获得可在常温常压储存的氢油。本申请的医疗固废综合利用系统不仅可以从根本上杜绝医疗固废处理过程中产生的各类污染源，满足目前世界上所有环保标准的要求，而且可以将医疗固废转化为氢能源及各类有用的物质，具有良好的环保及经济价值。

Description

一种超高温医疗固废转化制氢油的方法和系统
技术领域
本发明属于氢能源技术领域，特别涉及一种超高温医疗固废转化制氢油的方法和系统。
背景技术
医疗固废不同于普通的生活固废，其具有极强的空间传染、急性传染和潜伏性传染等特性，如果处理不当，不但可以造成对水、土壤、大气的污染，甚至可以导致人、畜传染病流行和暴发，并很可能成为疫病流行的源头。目前，在国际上应用的诸多医疗固废处理法中，只有高温焚烧处理法具备对医疗固废适应范围广、处理后的医疗固废难以辨认、消毒杀菌彻底，使废物中的有机物转化成无机物，减容减量效果显著，有关的标准规范齐全，技术成熟等多方面优点，所以焚烧依然是医疗固废处理最主要的方法。但是医疗固废在焚烧过程中不可避免的会产生二噁英、重金属等污染物，如果处置不当必定会导致二次污染。
垃圾转化技术是近年来发展起来的一种垃圾处理新技术，目前主流的垃圾转化技术包括垃圾热分选转化和等离子气化，采用垃圾转化技术处理垃圾，为垃圾的无害化、减量化和资源化处理开拓了一条新的途径，有望替代传统的垃圾焚烧技术，已成为当前垃圾处理领域一个新的发展趋势。虽然垃圾转化技术能量利用效率高、零排放，但是由于垃圾转化技术相对于其他垃圾处理技术要复杂，操作成本相应较高，投资也更高，导致项目的经济性略差。
氢能利用技术，如氢燃料电池和氢内燃机，可以提供稳定、高效、无污染的动力，在电动汽车及移动装置等领域有着广泛的应用前景。近10年来，美国、欧洲、日本等发达国家以及我国政府部门和企业投入了巨额资金来发展“氢能经济”，在大规模化氢制备、氢燃料电池等领域都有所突破。2015年世界主要汽车厂商(包括上汽)将批量生产氢燃料电池车。据美国能源部和美国工程院的预测，氢燃料电池车将在15年至20年之内取代现有燃油车及混合动力车，在全球汽车市场居主导地位。此外，氢能技术还可用于备用电源、储能、削峰填谷式并网发电及分布式供能、助燃及环境保护等领域。可以预见，当氢能技术迅速完成市场化进程融入人们的生活后，国家的能源危机以及环境压力将得到极大缓解。
氢能技术包括氢的规模制备、储存和运输、高效率使用以及配套基础设施的建设等环节，其中储存和运输是制约氢能技术应用发展的最大挑战和瓶颈。目前，工业上主要采用在-253℃的液化氢或350～700个大气压下高压氢等储运技术，高压氢或液化氢技术及其应用所需能耗是制氢成本的20倍以上，且存在泄漏或储氢罐压力过高等安全隐患。如果能够将氢分子吸附在某种载体上，实现常温常压下的安全储存，待使用时，能将氢在温和条件下，可控地释放，则可有效地、安全使用氢能。因此，全球主要的工业国家都在研发基于常温常压的液态有机储氢技术。以德国为例，开发的液态有机储氢技术能够实现较温和条件下的吸、放氢循环，但释放的氢气时含有毒害燃料电池的副产物气体产生，同时存在容量低及使用不方便等重要缺陷；日本目前正在研发基于甲苯等传统有机材料的储氢技术，但脱氢温度过高(大于300℃)，且同样存在副产物毒化燃料电池的问题。因而这两种常温常压液态有机储氢技术规模化应用受到制约。
发明内容
本发明的目的是为了针对现有技术的缺陷，提供一种不仅能够达到医疗固废减容减量的要求，而且能够提高医疗固废转化再利用效率的医疗固废转化制氢油的方法。
为了实现上述内容，本发明采用以下技术方案：一种超高温医疗固废转化制氢油的方法，其特征在于包括以下步骤：
利用收储转运一体化箱体回收医疗固废后，采用密闭方式上料；
将医疗固废进行密封压缩处理后，将压缩成块的医疗固废升温、干燥、热解后得到预处理后的医疗固废和热解气；
将预处理后的医疗固废和热解气进行超高温下气化生成混合气；
混合气在高选择性反应催化剂作用下先经过重整反应生成粗合成气，再经水气变换反应制得氢气和二氧化碳；
氢气通过气体净化工序，制得净化氢气，所述净化氢气纯度为75％～99.9％；
净化氢气和液体有机储氢载体在高选择性加氢催化剂作用下进行加氢反应获得可在常温常压储存的氢油；
所述高选择性反应催化剂为负载型催化剂，活性组份为Fe、Co、Ni、Mn、Cr中的一种或两种以上的混合物，或者为Fe3O4、Co2O3、NiO、WO3、FeS、MoS2、WS2中的一种，载体为SiO2、Al2O3、TiO2或活性炭，选择性为70％～95％；
所述高选择性加氢催化剂为负载型催化剂，活性组份为Ru、Pt、Pd中的一种或两种以上的混合物，载体为SiO2、Al2O3、TiO2或活性炭，选择性为70％～95％。
进一步的，热解温度为600～1000℃，气化温度为1000～1600℃。
进一步的，气化过程采用间接加热方式。
进一步的，水气变换反应温度为250～600℃。
进一步的，气体净化工序在净化装置中进行，包括脱硫工序、脱硝工序和周期性吹扫工序，所述周期性吹扫工序对气体中的杂质进行放空、吸附或燃烧，每1～10次脱硫工序、脱硝工序后进行一次吹扫工序。
进一步的，储氢载体为液态，包括至少两种不同的储氢组分，储氢组分为不饱和芳香烃或杂环不饱和化合物，且至少一种储氢组分为低熔点化合物，低熔点化合物的熔点低于80℃；
所述加氢反应在加氢反应釜中进行，反应条件为：氢气压力为2～10MPa，加氢反应空速为0.2～2.5h-1，液体储氢载体和氢气的体积比500～950:1，反应温度为80～200℃。
一种用于超高温医疗固废转化制氢油的系统，包括：收储转运一体化箱体、密封压缩装置、预热装置、超高温气化炉、重整装置、水气变换装置、气体净化装置和加氢反应釜；
其中所述收储转运一体化箱体用于回收医疗固废；
所述密封压缩装置用于将医疗固废在密封环境下进行压缩处理；
所述预热装置用于将压缩后的医疗固废升温、干燥、热解后得到预处理后的医疗固废和热解气；
所述超高温气化炉用于将预处理后的医疗固废和热解气进行超高温气化，生成混合气；
所述重整装置用于将混合气在高选择性反应催化剂作用下经过重整反应生成粗合成气；
所述水气变换装置用于将粗合成气经水气变换反应制得氢气和二氧化碳；
所述气体净化装置用于将水气变换反应制得的氢气进行脱硫、脱硝处理及周期性吹扫后制得净化氢气，每1～10次脱硫、脱硝处理后进行一次周期性吹扫，所述净化氢气纯度为75％～99.9％；
所述加氢反应釜用于将净化氢气和液体有机储氢载体进行加氢反应获得可在常温常压储存的氢油。
进一步的，收储转运一体化箱体为四面金属材质、两面塑料材质的封闭立方箱体。
进一步的，加氢反应釜为固定床冷管反应器、固定床列管式反应器、固定床冷激反应器、流化床反应器、输送床反应器或浆态床反应器；采用水浴、油浴、通入冷氢气或者通入惰性气体为加氢反应釜保持反应温度在80～200℃。
进一步的，气体净化装置包括脱硫装置、脱硝装置和周期性吹扫装置。
本发明具有以下技术特点：
1.本发明能够实现医疗固废的循环利用，无排放，无填埋，并且将医疗固废转化直接制成氢油，大幅提高了医疗固废的利用价值，氢油在常温常压下即可以安全的储存和运输，大幅降低了存储和运输成本，具有良好的环保及经济价值。
2.本发明采用收储转运一体化箱体回收医疗固废，并采用负压密闭上料方式，达到了将医疗固废与外界环境隔离的目的，避免了医疗固废处理过程可能产生的二次污染等问题。
3.本发明适用范围广，无需对医疗固废进行分类，在1000℃以上的高温下将医疗固废直接转化，转化产生的玻璃体渣无毒无害，相对于常规焚烧炉炉渣具有安全可靠，稳定固化等特点，减少了重金属及其他有毒有害物质进入外环境的风险。
4.本发明制备氢油不需要高纯度的氢气，在催化剂及反应控制下，氢气纯度在75％～85％即可实现加氢反应。
附图说明
图1是实施例1超高温医疗固废转化制氢油的方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
从图1超高温医疗固废转化制氢油的方法的流程图可以看出，先利用收储转运一体化箱体回收医疗固废后，采用密闭方式上料。收储转运一体化箱体为四面金属材质、两面塑料材质的封闭立方箱体。密封上料可以采用负压的方式进行。
将医疗固废进行密封压缩处理后，将压缩成块的医疗固废升温、干燥、热解后得到预处理后的医疗固废和热解气，热解温度为800℃。将预处理后的医疗固废和热解气进行超高温下气化，气化温度为1000℃，气化过程采用间接加热方式，生成混合气。
混合气在高选择性反应催化剂作用下先经过重整反应生成粗合成气，再经水气变换反应制得氢气和二氧化碳，粗合成气包括CO、H2、CO2。水气变换反应温度为600℃。高选择性反应催化剂为负载型催化剂，活性组份为Fe和Cr的混合物，载体为TiO2。
氢气通过气体净化工序，制得净化氢气，净化氢气纯度为75％。气体净化工序在合成气净化装置中进行，包括脱硫工序、脱硝工序和周期性吹扫工序。周期性吹扫工序对气体中的杂质进行放空，每1～10次脱硫工序、脱硝工序后进行一次吹扫工序，目的在于避免二噁英等环境有害物质生成。
净化氢气和液体有机储氢载体在高选择性加氢催化剂作用下进行加氢反应获得可在常温常压储存的氢油。加氢反应空速为2.0h-1，液体储氢载体和氢气的体积比500:1，储氢载体为液态，包括至少两种不同的储氢组分，储氢组分为不饱和芳香烃或杂环不饱和化合物，且至少一种储氢组分为低熔点化合物，低熔点化合物的熔点低于80℃。高选择性加氢催化剂为负载型催化剂，活性组份为Pt，载体为TiO2。加氢反应在加氢反应釜中进行，反应条件为：氢气压力为8MPa，反应温度为180℃。
用于超高温医疗固废转化制氢油的系统，包括：收储转运一体化箱体、密封压缩装置、预热装置、超高温气化炉、重整装置、水气变换装置、气体净化装置和加氢反应釜。
其中收储转运一体化箱体用于回收医疗固废。
密封压缩装置用于将医疗固废在密封环境下进行压缩处理。
预热装置用于将压缩后的医疗固废升温、干燥、热解后得到预处理后的医疗固废和热解气；
超高温气化炉用于将处理后的医疗固废和热解气进行超高温气化，生成混合气。
重整装置用于将混合气在高选择性反应催化剂作用下经过重整反应生成粗合成气。
水气变换装置用于将粗合成气经水气变换反应制得氢气和二氧化碳。
气体净化装置包括脱硫装置、脱硝装置和周期性吹扫装置，用于将水气变换反应制得的氢气进行脱硫、脱硝处理及周期性吹扫后制得净化氢气，每1～10次脱硫、脱硝处理后进行一次周期性吹扫。
加氢反应釜用于将氢气和液体有机储氢载体进行加氢反应获得可在常温常压储存的氢油。加氢反应釜为固定床冷管反应器，采用油浴为加氢反应釜保持反应温度在180℃
实施例2
先利用收储转运一体化箱体回收医疗固废后，采用密闭上料方式。收储转运一体化箱体为四面金属材质、两面塑料材质的封闭立方箱体。
将医疗固废进行压缩处理后进行超高温下气化，气化温度为1600℃，气化过程采用间接加热方式。生成熔融态炉渣和混合气。
混合气在高选择性反应催化剂作用下先经过重整反应生成粗合成气，再经水气变换反应制得氢气和二氧化碳，粗合成气包括CO、H2、CO2。水气变换反应温度为500℃。高选择性反应催化剂为负载型催化剂，活性组份为WO3，载体为活性炭。
氢气通过气体净化工序，制得净化氢气，净化氢气纯度为85％。气体净化工序在合成气净化装置中进行，包括脱硫工序、脱硝工序和周期性吹扫工序。周期性吹扫工序对气体中的杂质进行放空，每1～10次脱硫工序、脱硝工序后进行一次吹扫工序，目的在于避免二噁英等环境有害物质生成。
净化氢气和液体有机储氢载体在高选择性加氢催化剂作用下进行加氢反应获得可在常温常压储存的氢油。加氢反应空速为2.0h-1，液体储氢载体和氢气的体积比900:1，储氢载体为液态，包括至少两种不同的储氢组分，储氢组分为不饱和芳香烃或杂环不饱和化合物，且至少一种储氢组分为低熔点化合物，低熔点化合物的熔点低于80℃。高选择性加氢催化剂为负载型催化剂，活性组份为Ru，载体为活性炭。加氢反应在加氢反应釜中进行，反应条件为：氢气压力为10MPa，反应温度为200℃。
用于超高温医疗固废转化制氢油的系统，包括：收储转运一体化箱体、密封压缩装置、预热装置、超高温气化炉、重整装置、水气变换装置、气体净化装置和加氢反应釜。
其中收储转运一体化箱体用于回收医疗固废。
密封压缩装置用于将医疗固废在密封环境下进行压缩处理。
预热装置用于将压缩后的医疗固废升温、干燥、热解后得到预处理后的医疗固废和热解气；
超高温气化炉用于将处理后的医疗固废和热解气进行超高温气化，生成混合气。
重整装置用于将混合气在高选择性反应催化剂作用下经过重整反应生成粗合成气。
水气变换装置用于将粗合成气经水气变换反应制得氢气和二氧化碳。
气体净化装置包括脱硫装置、脱硝装置和周期性吹扫装置，用于将水气变换反应制得的氢气进行脱硫、脱硝处理及周期性吹扫后制得净化氢气，每1～10次脱硫、脱硝处理后进行一次周期性吹扫。
加氢反应釜用于将氢气和液体有机储氢载体进行加氢反应获得可在常温常压储存的氢油。加氢反应釜为固定床冷激反应器；采用油浴为加氢反应釜保持反应温度在200℃。
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)

1.一种超高温医疗固废转化制氢油的方法，其特征在于包括以下步骤：
利用收储转运一体化箱体回收医疗固废后，采用密闭方式上料；
将医疗固废进行密封压缩处理后，将压缩成块的医疗固废升温、干燥、热解后得到预处理后的医疗固废和热解气；
将预处理后的医疗固废和热解气进行超高温下气化生成混合气；
混合气在高选择性反应催化剂作用下先经过重整反应生成粗合成气，再经水气变换反应制得氢气和二氧化碳；
氢气通过气体净化工序，制得净化氢气，所述净化氢气纯度为75％～99.9％；
净化氢气和液体有机储氢载体在高选择性加氢催化剂作用下进行加氢反应获得可在常温常压储存的氢油；
所述高选择性反应催化剂为负载型催化剂，活性组份为Fe、Co、Ni、Mn、Cr中的一种或两种以上的混合物，或者为Fe3O4、Co2O3、NiO、WO3、FeS、MoS2、WS2中的一种，载体为SiO2、Al2O3、TiO2或活性炭，选择性为70％～95％；
所述高选择性加氢催化剂为负载型催化剂，活性组份为Ru、Pt、Pd中的一种或两种以上的混合物，载体为SiO2、Al2O3、TiO2或活性炭，选择性为70％～95％。
2.根据权利要求1所述的超高温医疗固废转化制氢油的方法，其特征在于：所述热解温度为600～1000℃，气化温度为1000～1600℃。
3.根据权利要求1所述的超高温医疗固废转化制氢油的方法，其特征在于：所述气化过程采用间接加热方式。
4.根据权利要求1所述的超高温医疗固废转化制氢油的方法，其特征在于：所述水气变换反应温度为250～600℃。
5.根据权利要求1所述的超高温医疗固废转化制氢油的方法，其特征在于：所述气体净化工序在净化装置中进行，包括脱硫工序、脱硝工序和周期性吹扫工序，所述周期性吹扫工序对气体中的杂质进行放空、吸附或燃烧，每1～10次脱硫工序、脱硝工序后进行一次吹扫工序。
6.根据权利要求1所述的超高温医疗固废转化制氢油的方法，其特征在于：所述储氢载体为液态，包括至少两种不同的储氢组分，储氢组分为不饱和芳香烃或杂环不饱和化合物，且至少一种储氢组分为低熔点化合物，低熔点化合物的熔点低于80℃；所述加氢反应在加氢反应釜中进行，反应条件为：氢气压力为2～10MPa，加氢反应空速为0.2～2.5h-1，液体储氢载体和氢气的体积比500～950:1，反应温度为80～200℃。
7.一种用于超高温医疗固废转化制氢油的系统，其特征在于包括：收储转运一体化箱体、密封压缩装置、预热装置、超高温气化炉、重整装置、水气变换装置、气体净化装置和加氢反应釜；
其中所述收储转运一体化箱体用于回收医疗固废；
所述密封压缩装置用于将医疗固废在密封环境下进行压缩处理；
所述预热装置用于将压缩后的医疗固废升温、干燥、热解后得到预处理后的医疗固废和热解气；
所述超高温气化炉用于将预处理后的医疗固废和热解气进行超高温气化，生成混合气；
所述重整装置用于将混合气在高选择性反应催化剂作用下经过重整反应生成粗合成气；
所述水气变换装置用于将粗合成气经水气变换反应制得氢气和二氧化碳；
所述气体净化装置用于将水气变换反应制得的氢气进行脱硫、脱硝处理及周期性吹扫后制得净化氢气，每1～10次脱硫、脱硝处理后进行一次周期性吹扫，所述净化氢气纯度为75％～99.9％；
所述加氢反应釜用于将净化氢气和液体有机储氢载体进行加氢反应获得可在常温常压储存的氢油。
8.根据权利要求7所述的用于超高温医疗固废转化制氢油的系统，其特征在于：所述收储转运一体化箱体为四面金属材质、两面塑料材质的封闭立方箱体。
9.根据权利要求7所述的用于超高温医疗固废转化制氢油的系统，其特征在于：所述加氢反应釜为固定床冷管反应器、固定床列管式反应器、固定床冷激反应器、流化床反应器、输送床反应器或浆态床反应器；采用水浴、油浴、通入冷氢气或者通入惰性气体为加氢反应釜保持反应温度在80～200℃。
10.根据权利要求7所述的用于超高温医疗固废转化制氢油的系统，其特征在于：所述气体净化装置包括脱硫装置、脱硝装置和周期性吹扫装置。
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WO2024141655A1 (en) * 2022-12-30 2024-07-04 Synthec Fuels GmbH Facility and method for storing hydrogen

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CN109715764A (zh) * 2016-10-17 2019-05-03 托普索公司 采用酸性气体再循环的气化方法
CN111774410A (zh) * 2020-07-27 2020-10-16 山东京恒巨邦智能装备有限公司 一种医疗废物低温碳化处理系统

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