申请日2012.07.09
公开(公告)日2013.10.30
IPC分类号C10J3/46
摘要
本发明提供一种污泥煤粉的流化床气化方法，属于气化领域。包括如下步骤：(1)向含水污泥中添加煤、炉渣，混合均匀，造粒，得到混合物颗粒,所述含水污泥与所述煤、所述炉渣质量比为(10~30)：(40~85)：(5~30);(2)将步骤(1)中得到的混合物颗粒进行干燥;(3)将经步骤(2)干燥处理后的混合物颗粒与气化剂逆向送入流化床气化炉内，在900~1400℃的温度下发生热解气化反应，生成富含H2和CO的粗煤气。采用本发明所述的方法进行污泥煤粉的流化床气化，具有工艺简单、气化过程热能损耗低、气化效率高的优点，实现了对污泥的高效、快速处置和资源化利用。
权利要求书
1.一种污泥煤粉的流化床气化方法，包括如下步骤：
(1)向含水污泥中添加煤、炉渣，混合均匀，粉碎造粒，得到粒径小于10mm的混合物颗粒, 所述含水污泥与所述煤、所述炉渣的质量比为(10~30)：(40~85)：(5~30);
(2)将步骤(1)中得到的混合物颗粒进行干燥或自然风干至含水率小于10wt%;
(3)将经步骤(2)干燥处理后的混合物颗粒与气化剂逆向送入流化床气化炉内，在900~1400℃的温度下发生热解气化反应，生成富含H2和CO的粗煤气。
2.根据权利要求1所述污泥煤粉的流化床气化方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述炉渣的粒径为3~20mm。
3.根据权利要求1或2所述污泥煤粉的流化床气化方法，其特征在于，所述步骤(1)中，向所述含水污泥中还添加活性炭颗粒。
4.根据权利要求3所述污泥煤粉的流化床气化方法，其特征在于，所述活性炭颗粒与所述含水污泥的质量比为(1~10)：(90~99)。
5.根据权利要求3或4所述污泥煤粉的流化床气化方法，其特征在于，所述活性炭颗粒的粒径为0.05~3mm。
6.根据权利要求1~5任一所述污泥煤粉的流化床气化方法，其特征在于，所述混合物颗粒的粒径为3~10mm。
7.根据权利要求1~6任一所述污泥煤共气化的气流床气化方法，其特征在于，所述干燥温度为20~120℃，干燥时间为至少0.5h。
8.根据权利要求1~7任一所述污泥煤粉的流化床气化方法，其特征在于，所述煤为褐煤、烟煤、无烟煤中的任意一种或几种。
9.根据权利要求1~8任一所述污泥煤粉的流化床气化方法，其特征在于，所述气化剂为氧气、水蒸气或氧气与水蒸气的混合物。
10.根据权利要求1~9任一所述污泥煤粉的流化床气化方法，其特征在于，所述炉渣为燃煤炉炉渣、煤气化炉炉渣、冶金炉渣中的任意一种或多种。
说明书
一种污泥煤粉的流化床气化方法
技术领域
本发明涉及一种污泥与煤共气化的气化方法，尤其涉及一种污泥与煤在流化床中混合气化产生可燃气体的气化工艺，属于气化领域。
背景技术
城市污泥的产量巨大并且成分复杂，如何对城市污泥处置与利用已成为人们所关注的问题。长期以来，人们一直将“减量化、稳定化、无害化”的污泥处置方法作为最终目的。在此原则下，人们优先选择经济性较好的技术来对污泥进行处置。目前，城市污泥的处理方法主要有填埋、用于农作肥、焚烧等。
卫生填埋法处理污泥具有操作简单、投资抵的优点，但填埋场填埋污泥需要侵占大量土地、且污泥中含有一定的有毒物质，填埋不当有可能造成渗滤液渗出，严重污染地下水资源。随着人类环保意识的增强，人们对城市环境的要求越来越高，从而对污泥填埋处置要求也越来越高，填埋场地的选择范围越来越小，填埋成本也越来越高。
污泥作为农田肥利用是指污泥经处理后可作为肥料用于土壤中，因为污泥成分中有机物、氮、磷等的含量均高于一般农家厩肥，还含有钾及其它微量元素，若施用于土地中，对土壤的物理、化学及生物学性状有一定的改良作用。但是城市污水处理厂污泥中含有大量的病原微生物和寄生虫，如不加以控制，则污泥在土地利用或使用过程中会对人畜的健康造成危害;另一方面污泥中往往存在大量的铜、镍、镉、铅、锌、汞等重金属和许多有毒有机物，若农田长期使用会导致土壤污染，她们被农作物吸收后又通过食物链进入人体，从而影响人体健康。因此，污泥农用引起的争议越来越多。如在法国和德国，部分地区已经出现拒绝使用污泥农产品的现象。
污泥焚烧作为污泥处置的方法之一，它能使污泥中的有机物全部炭化，杀死病原体，可最大限度的减少污泥体积。但是由于污泥含水量大，焚烧前需要干化，焚烧不能带来大量的热能收益，反而投资巨大，另外污泥焚烧后，容易产生二噁英等污染物，造成环境的二次污染。
为了解决上述技术问题，人们对污泥处理技术进行了不断研究，提出了将污泥与煤混合制备污泥煤浆，然后对污泥煤浆进行燃烧或气化处理的方法。该方法是一种可以安全处置污泥而不污染环境，并可产生热能或干净的可燃气和/或合成气的废物再利用方法，符合我国的可持续发展的战略目标。
中国专利文献CN102191085A公开了一种污泥制煤气的方法，包括(1)以污泥、煤炭制成污泥煤浆;(2)上述制备好的污泥煤浆经高压泵送和高压氧气混合雾化喷入气化炉中，并在气化炉中发生反应生成粗煤气。上述技术中，采用污泥与煤共气化的方法制备煤气，实现了污泥的资源化利用，具有较好的经济效益。但是上述技术中将污泥、煤炭制成污泥煤浆时，通常需要加入一定量的稳定剂来保持污泥煤浆的稳定性，这样会增加污泥煤浆的制备成本;其次，污泥煤浆中的含水率很高，一般为75~95wt%，在污泥煤浆的气化过程中，首先需要对污泥煤浆中的水进行蒸发，而水的蒸发会导致气化过程中损耗更多的能量，造成污泥煤浆气化的能耗增高;最后，污泥煤浆经高压泵送和高压氧气混合雾化喷入气化炉气化时，对气化炉的喷嘴要求很高，而且喷嘴长期在高压状态下工作时，容易造成喷嘴变形，使用寿命减少。
为了解决上述技术问题，现有技术中也有将污泥煤经过机械过滤脱水，制备成污泥煤滤饼后，然后再对污泥煤滤饼进行气化的气化工艺。中国专利文献CN101781073A公开了一种污泥脱水并燃料化处理的方法，包括(1)对助滤剂进行预处理，采用煤为助滤剂，对煤进行破碎、磨细和分级;(2)将污泥和预处理完毕的煤粉进行混合，混合比例按照煤粉的质量相对污泥的体积计算，为20~100g/l;(3)煤泥混合完毕后进行机械过滤脱水;(4)对滤饼进行燃烧、气化或热解处理。
上述技术中，首先对污泥与煤进行机械过滤脱水，得到污泥煤滤饼，然后对污泥煤滤饼进行燃烧、气化或热解处理。该方法避免了稳定剂的加入，可以节省制备成本，并且污泥煤滤饼的含水率为30~50wt%，相比污泥煤浆的含水率来说，其含水率降低了很多，可以节省燃烧、气化或热解处理时的热能。但是，上述技术中，污泥煤滤饼中的30~50wt%含水率依旧比较大，在燃烧、气化或热解处理时首先需要对污泥煤滤饼中含有的水进行蒸发，而水的蒸发会导致气化过程中损耗更多的能量，造成污泥煤滤饼气化的能耗仍然很高。
对于上述技术问题，本领域技术人员一直在寻找一种能够有效实现污泥处理处置的方法。经发明人进一步研究发现，如果将污泥煤脱水干燥制备成含水率低于10wt%，粒径小于10mm的污泥煤的混合物颗粒，然后将混合物颗粒通过流化床气化工艺进行气化处理，这样不但污泥可以得到有效处理，同时避免了气化原料中含水率过高造成的热能损耗问题，可以提高制备粗煤气的效率，而且通过流化床气化工艺进行污泥煤气化时，能够得到干净、热能高的高品质的粗煤气。
现有技术中已经有关于污泥干燥脱水的相关报道，尤其是制备粒径小于1mm的含水率为5~15wt%的脱水污泥，已经有很多人进行了研究。但是在对含水污泥进行干燥处理时，很难制备粒径小于10mm，尤其是粒径为3~10mm的含水率小于10wt %污泥颗粒，而进行流化床气化的污泥颗粒的粒径一般控制在粒径小于10mm，最佳为3~10mm，对于粒径太小的污泥颗粒(粒径小于1mm)，无法进行流化床气化。
现阶段，我国是产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。全国每年发电能力的增长率为7.3%，这就带来了热电厂每年排放的炉渣急剧增加，例如，1995年炉渣排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年已达到2亿吨。另外冶金工业中，也有大量炉渣的排放。这些炉渣的大量排放给我国的生态环境造成巨大的压力。而我国资源储量有限，炉渣的废物再利用已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段。
目前，炉渣主要用于建材、电力等领域。由于炉渣一般呈岩石状或玻璃状，硬度高，颗粒粉碎难，如果直接将其用于污泥改性或脱水处理时，存在改性能力弱、脱水效果差的问题，因此现有技术中，尚没有将炉渣直接用于污泥改性和脱水处理的报道。
发明内容
本发明所要解决技术问题是对污泥煤滤饼进行气化处理时，首先需要对污泥煤滤饼中含有的水进行蒸发，容易导致气化过程中热能损耗增加，进而提供一种经炉渣改性的、低含水率的污泥煤粉的流化床气化方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种污泥煤粉的流化床气化方法，包括如下步骤：
(1)向含水污泥中添加煤、炉渣，混合均匀，粉碎造粒，得到粒径小于10mm的混合物颗粒, 所述含水污泥与所述煤、所述炉渣的质量比为(10~30)：(40~85)：(5~30);
(2)将步骤(1)中得到的混合物颗粒进行干燥或自然风干至含水率小于10wt%;
(3)将经步骤(2)干燥处理后的混合物颗粒与气化剂逆向送入流化床气化炉内，在900~1400℃的温度下发生热解气化反应，生成富含H2和CO的粗煤气。
所述步骤(1)中，所述炉渣的粒径为3~20mm。
所述步骤(1)中，向所述含水污泥中还添加活性炭颗粒。
所述活性炭颗粒与所述含水污泥的质量比为(1~10)：(90~99)。
所述活性炭颗粒的粒径为0.05~3mm。
所述混合物颗粒的粒径3~10mm。
所述干燥温度为20~120℃，干燥时间为至少0.5h。
所述煤为褐煤、烟煤、无烟煤中的任意一种或几种。
所述气化剂为氧气、水蒸气或氧气与水蒸气的混合物。
所述炉渣为燃煤炉炉渣、煤气化炉炉渣、冶金炉渣中的任意一种或多种。
所述混合物颗粒的粒径集中度符合流化床气化过程中所要求的粒径集中度。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明所述污泥煤粉的流化床气化方法，首先将含水污泥与煤、炉渣混合，煤和炉渣的协同促进作用可以提高其对含水污泥的改性效果，使污泥中含有的大量束缚水转变为自由水，从而降低污泥的粘性，而污泥粘性的降低便于煤与炉渣均匀掺杂在污泥中，得到混合均匀的污泥、煤和炉渣混合物;将上述混合物进行粉碎造粒，粉碎时，相互掺杂的煤与炉渣之间的相互作用力增加，而作用力增加后，更有利于硬度高、粒径大的炉渣的粉碎;经粉碎后的混合物再经造粒即得到粒径小于10mm的污泥煤粉;对所述污泥煤粉再进行干燥或自然风干，得到本发明所述的含水率小于10wt%的污泥煤粉。另外，本发明中采用的炉渣均含有大量的CaO、FeO、MgO、MnO等金属氧化物，而该类金属氧化物在气化炉中可以对煤气化过程直接进行脱硫处理，减少了生成的粗煤气中硫化物的含量;当所述炉渣选择燃煤锅炉炉渣或煤气化炉炉渣时，其内部含有的没有燃尽或气化的含碳物质可以在污泥煤粉的气化过程中进一步气化，从而提高碳的转化率。本发明所述污泥煤粉的流化床气化方法具有工艺简单、气化过程热能损耗低、气化效率高的优点，实现了对污泥的高效、快速处置，并实现了资源的最大化利用。
(2)本发明所述污泥煤粉的流化床气化方法，在对含水污泥进行改性处理时，还进一步加入活性炭颗粒，一方面，活性炭颗粒的加入可以使含水污泥中的束缚水更多地转化为自由水，经干燥处理后，自由水更容易被蒸发除去;另一方面，含水污泥中束缚水更多地转化为自由水后，减少了含水污泥的粘结性，便于粉碎造粒时煤、炉渣和活性炭更好地掺杂在含水污泥中，在粉碎过程中，相互掺杂的混合物颗粒之间的摩擦作用力增加，而摩擦作用力的增加更有利于硬度高、粒径大的炉渣的粉碎。
