申请日2017.05.25
公开(公告)日2017.09.15
IPC分类号C10J3/48; C10J3/84
摘要
本发明涉及利用生物质水解残渣和污泥共气化制生物合成气的方法，将生物质水解残渣和污泥分别自然风干、粉碎、过筛，取0.2～0.45mm颗粒备用;将生物质水解残渣和污泥颗粒混合均匀，混合颗粒中污泥的含量为25～50wt.%;采用煅烧后的CaO为催化剂，CaO与混合颗粒中C元素的摩尔比为0.5～1.5：1;当气化炉内温度升至600～800℃，通入空气，当量比为0.2～0.28：1;将混合颗粒加入气化炉进行反应;气化产物经冷凝、过滤、干燥，得到净化的合成气。制备的合成气热值3.6～7.7MJ/Nm3，气化效率38～76%，焦油含量4.8～21.4g/Nm3，实现生物质水解残渣和污泥高效清洁的转化利用。
权利要求书
1.利用生物质水解残渣和污泥共气化制备生物合成气的方法，其特征是包括如下步骤：
(1)原料预处理：取生物质水解残渣和污水处理过程中产生的污泥，先分别自然风干，再分别用粉碎机粉碎并过筛;取粒径为0.20～0.45mm的颗粒备用;
(2)混合原料：取步骤(1)中制得的生物质水解残渣和污泥颗粒，混合均匀，混合颗粒中污泥的含量为25～50wt.%;
(3)气化：当气化炉内温度升至工作温度600～800℃时，通入空气作为载气，当量比为0.2～0.28：1;将步骤(2)中的混合原料加入气化炉，进行气化反应;气化产物从气化炉出气孔排出，经过冷凝、过滤、干燥处理后，得到净化的生物合成气。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是气化炉内装填煅烧后的CaO作为催化剂。
3.如权利要求2所述的方法，其特征是气化炉内装填的催化剂在炉膛内部距离气化炉底部1/3～1/2位置处。
4.如权利要求2所述的方法，其特征是所述催化剂CaO与混合颗粒中C元素的摩尔比为0.5～1.5：1。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是生物质水解残渣适用于利用生物质生产食品、饮料、添加剂、调味料、医药或纸张等产品时产生的生物质残渣。
6.如权利要求1所述的方法，其特征是生物质水解残渣包括甘蔗渣、白酒糟、酒精糟、醋糟、茶渣、咖啡渣、中药渣和菌渣。
7.如权利要求1所述的方法，其特征是污泥适用于城市污泥处理厂产生的污泥或其它工业污泥。
说明书
利用生物质水解残渣和污泥共气化制备生物合成气的方法
技术领域
本发明属于有机固体废弃物处置与资源化领域，更具体地，涉及一种生物质水解发酵后剩余残渣和污泥共气化制备生物合成气的方法。
背景技术
生物质水解残渣是生物质原料经水解发酵后剩余的残渣，在我国主要来源于纤维素类生物质水解制糖以及制燃料乙醇工业，水解残渣产量大、来源集中，如不加以回收利用，会造成严重的环境污染。此外，水解残渣富含纤维素或木质素，其储存的能量占生物质原料的80%，是尚未完全利用的生物质资源。对生物质水解残渣的综合利用在很大程度上也决定了水解发酵工艺的经济性。
制糖以及制燃料乙醇工厂还会产生另一类有机固体废弃物——污泥。污泥是在污水处理过程中产生的固体有机物，含水率高，有机物含量高，被认为是一种可持续、可再生的能源。近年来，传统的污泥处理方式，如土地填埋、农田利用、直接燃烧等技术容易造成二次污染，正面临着越来越严格的行业标准和要求。相比之下，气化是一种有效的污泥处理方式，可以消灭病原体、实现减量化，还可以从中回收能量。污泥气化作为一种新兴清洁技术，正受到越来越多学者的关注。
对生物质水解残渣和污泥进行综合利用有助于提高生物质深加工产业的经济性，并可有效解决固体废弃物的处理处置问题。
发明内容
本发明的目的是解决有机固体废弃物的处置与资源化问题，提供一种利用生物质水解残渣和污泥共气化制备生物合成气的方法。与污泥相比，生物质水解残渣具有较高的挥发份和固定碳含量以及较低的灰分和含水率，向水解残渣中混入适当比例的污泥可以调节混合物的组分，利用两种不同的原料进行共气化可以弥补各自原料组分上的缺陷，从而提高气化效率。将生物质水解残渣和污泥混合，它们在较高温度下会发生一系列的协同作用，与生物质水解残渣单独气化或污泥单独气化相比，共气化制得的生物合成气的热值更高，合成气的品质有所提高。该方法以空气为气化剂，操作简单，成本低廉。为了提高生物合成气的品质，采用CaO作为催化剂，既可以促进焦油催化裂解，还可以吸收合成气中的CO2。制取的合成气可用于热电系统，为生产系统提供蒸汽和动力，实现生物质水解残渣和污泥高效清洁的转化利用。
实现本发明目的的技术方案概述如下：
利用生物质水解残渣和污泥共气化制备生物合成气的方法，如图1所示，包括如下步骤：
(1)原料预处理：取生物质水解残渣和污水处理过程中产生的污泥，先分别自然风干，再分别用粉碎机粉碎并过筛，取粒径为0.20～0.45mm的颗粒备用;
(2)混合原料：取步骤(1)中制得的生物质水解残渣和污泥，混合均匀，混合颗粒中污泥的含量为25～50wt.%;
(3)气化：当气化炉内温度升至工作温度600～800℃时，通入空气作为载气，当量比为0.2～0.28：1;将步骤(2)中的混合原料加入气化炉，进行气化反应;气化产物从气化炉出气孔排出，经过冷凝、过滤、干燥处理后，得到净化的生物合成气。
所述气化炉内装填煅烧后的CaO作为催化剂。
所述气化炉内装填的催化剂在炉膛内部距离气化炉底部1/3～1/2位置处。
所述催化剂CaO与混合颗粒中C元素的摩尔比为0.5～1.5：1。
本发明的原料生物质水解残渣适用于农产品生产食品、饮料、添加剂、调味料、医药或纸张生产时产生的生物质残渣，如甘蔗渣、白酒糟、酒精糟、醋糟、茶渣、咖啡渣、中药渣和菌渣。
本发明的原料污泥适用于城市污泥处理厂产生的污泥或其它工业污泥。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明使用储量丰富、分布广泛、价格便宜的CaO作为催化剂，装填在气化炉炉膛中的床层之上即可，可重复利用，适合大规模推广应用。
(2)本发明以空气为气化剂，在大规模工业应用中可直接以风机供给，降低气化剂成本。
(3)本发明提出的生物质水解残渣和污泥共气化方法，对生物质水解残渣和污泥的来源及类型无特殊要求，还可适用于利用生物质生产食品、饮料、添加剂、调味料、医药和纸张等产品时产生的生物质残渣，如甘蔗渣、白酒糟、酒精糟、醋糟、茶渣、咖啡渣、中药渣、菌渣等，以及城市污泥处理厂产生的污泥或其它工业污泥。所述步骤操作简单，成本低廉，所制备的生物合成气可用于锅炉燃烧生成蒸汽并发电，环保、高效且经济性较好，具有较好的工业适用性。
(4)采用本发明方法制取生物合成气，丰富了传统的生物质气化的原料来源，并且相对于生物质水解残渣单独气化或污泥单独气化，制得的生物合成气的热值更高，合成气的品质有所提高。
(5)采用本发明方法制取生物合成气，可以有效实现有机固体废弃物的减量化处理和资源化利用，操作简单易行，具有非常高的应用价值和发展前景。
(6)本发明制备的可燃气热值3.6～7.7MJ/Nm3，气化效率38.5～76.4%，焦油含量4.8～21.4g/Nm3。合成气可回用于热电系统，为生产系统提供蒸汽和动力，实现生物质水解残渣和污泥高效清洁的转化利用。
