CN102191085A - 一种用污泥制煤气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用污泥制煤气的方法，该方法包括以下步骤：1)以污泥、煤炭制成污泥煤浆，2)将污泥煤浆送入气化炉内，使污泥煤浆与气化剂发生反应，而生成煤气。例如在高于污泥煤浆熔点的温度下使之与气化剂发生燃烧反应和气化反应，而生成煤气。其工艺流程可以为：污泥水煤浆制备→燃烧→冷却→煤气。通过以污泥作为制煤气的主要原料，一方面对污泥进行了有效处理(使得污泥经过了燃烧和气化温度的高温处理，杀灭了细菌等)；另一方面，实现了对污泥的资源性利用。

Description

一种用污泥制煤气的方法

技术领域

本发明涉及环保技术，尤其是污泥处置技术，特别是涉及一种用污泥制造煤气的方法。

背景技术

污泥是污水处理过程中产生的固体废弃物，主要有城市脱水污泥和工业脱水污泥(如造纸污泥、印染污泥等)，随着科技的发展和人们对环境要求的日益提高，世界范围内对污水进行处理的比例和程度逐渐提高，目前我国生活污水处理厂每年排放的污泥量(干重)约为130万吨，而且年增长率大于10％，污泥是一种有潜在危险的物质，其原因在于：1)湿污泥中含有各种各样的细菌、病毒和寄生生物，病菌在其中大量繁殖。2)污泥中还含有锌、铜、铅和镉等重金属化合物，以及有毒的有机化合物、杀虫剂等。未经恰当处置的污泥进入环境，将对水源和大气产生严重污染。同时，随着工业污水处理率的增加，产生了大量毒性很强的工业污泥，这些污泥的无害化处理是关系到江河湖海污染治理和保持生态的关键。因此，污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化处理处置已成为环境综合治理工作中的新难点、新挑战。

目前，填埋和干化焚烧是污泥的主要处置方式，而填埋不仅会产生渗出液和气体破坏环境，污染空气与水源；填埋场产生的气体甲烷，不采取适当措施还会引起爆炸，因此，填埋并不能最终避免环境污染，而只是延缓了污染产生时间，而且填埋会占用大量的土地资源，目前能够征用的填埋场越来越少，填埋已逐渐被各国禁止。

由于污泥具有高含水率和低热值，例如在含水率方面，污泥的含水率可以达到96％-98％，即使是经机械脱水处理后污泥的含水率也还是很高，一般在75％-85％。显然，污泥的直接焚烧是不可行的。目前，最主要的焚烧方式有两种。第一种方式是将污泥和其他燃料掺在一起焚烧，其缺点是：需要专门的燃料运输和供给系统，而且，所需燃料的量比较大，输送成本高，而且燃料消耗导致很高的成本，污泥处理量受到限制。第二种方式是将污泥干化后(干化后污泥含水率为35％左右或更低)再进行焚烧，其缺点是：在干化过程中容易爆炸，容易产生粉尘污染，且干化消耗较多的热量，干化成本太高。

因此，希望有一种新型的污泥处置方法来对污泥进行更有效的资源化处理，以变废为宝造福人类。

另一方面，水煤浆制造煤气作为一种无污染的洁净能源技术日益得到人们的重视，该技术以水煤浆为原料通过德士古炉气化生产气。水煤浆技术是20世纪70年代世界范围内的石油危机中产生的一种以煤代油的煤炭利用新方式。其主要技术特点是将煤炭、水、部分添加剂加入磨机中，经磨碎后成为一种类似石油一样的可以流动的煤基流体燃料。由于在制备水煤浆中需要添加约40％的水。而污泥中不仅含有大量的难以去除的水，同时其中的有机物还具有一定的热值，如果能利用利用污泥代替加入水煤浆的水不仅能够节约制造水煤浆所需要的水资源，而且还消耗了污泥中的水分，利用了污泥中的有机物的热能，消除了污泥和污泥水对环境的污染，真正实现了污泥的资源化利用。

目前，国内外有一些污泥煤浆用于燃烧的报道，但由于污泥中杂质含量高、热值低，没能得到有效的推广应用，因此，有必要研究新型的技术和方法。

发明内容

本发明的主要目的在于：提供一种用污泥制煤气的方法，用以克服或至少减轻现有的污泥处置方法、水煤浆气化以及污泥水煤浆的缺陷和不足。本发明所要解决的技术问题是现有污泥处置成本高、在污泥处置过程中存在着二次污染环境、污泥处置不彻底的问题；气化水煤浆过程中煤炭热能损失过大、水资源浪费大以及污泥煤浆热值低的应用问题。

本发明人注意到，污泥的含水率很高，一般在80％以上，这是污泥本身的性质决定的。根据分析，湿污泥中的水分主要以下列的四种形式存在：颗粒间的空隙水，其约占污泥总水分的70％；在污泥颗粒间形成一些小的毛细管内所含的水，称为毛细水，约占污泥水分的20％；吸附在颗粒表面的水分，称为吸附水，约占污泥水分的7％；存在于污泥颗粒内部或微生物细胞内的水，称为内部水，约占污泥水分的3％。本发明人进一步注意到，除去污泥中上述四种水分的难度依次顺序为：内部水＞吸附水＞毛细水＞空隙水。即内部水最难除去，而空隙水最容易除去。去除污泥中水分比较经济方式是采用机械方式，污水处理所产生的污泥具有较高的含水量，由于水分与污泥颗粒结合的特性，采用机械方法脱除具有一定的限制，污泥中的有机质含量、灰分比例特别是絮凝剂的添加量对于最终含固率有着重要影响。一般来说，采用机械脱水可以获得20％-30％的含固率。一般干污泥的有机物含量为75％，干基污泥的低位发热值为4155Kcal/Kg，对于中国的市政污泥，其有机物含量大约为50到65％，热值为2400到3600Kcal/KG。

本发明人还注意到，水煤浆气化是将水煤浆经高压煤浆泵加压后与高压氧气经烧嘴混合，在烧嘴中煤浆被高速氧气流充分雾化后喷入气化炉燃烧室，在燃烧室中进行复杂的气化反应，生成煤气(称为合成气)和熔渣。

本发明公开一种用污泥制煤气的方法，该方法包括以下步骤：1)以污泥、煤炭制成污泥煤浆，2)将污泥煤浆送入气化炉内，使污泥煤浆与气化剂发生反应，而生成煤气。例如在高于污泥煤浆熔点的温度下使之与气化剂发生燃烧反应和气化反应，而生成煤气。其工艺流程可以为：污泥水煤浆制备→燃烧→冷却→煤气。通过以污泥作为制煤气的主要原料之一，一方面可以对污泥进行有效处理(使得污泥经过了燃烧和气化温度的高温处理，杀灭了细菌等)；另一方面可以实现对污泥的资源性利用。

污泥煤浆制作主要有如下几种方法：

①将煤粉、污泥按一定比例配制成污泥煤浆，在配制过程中进行搅拌混合以制成成份均匀的污泥煤浆，配制污泥煤浆的设备可以是制浆罐。

②将煤粉、污泥和一定成份的添加剂按一定比例配制成污泥煤浆，在配制过程中进行搅拌混合以制成成份均匀的污泥煤浆，配制污泥煤浆的设备可以是制浆罐。

③将煤粉、污泥、适量的水和一定成份的添加剂按一定比例直配制成污泥煤浆，在配制过程中进行搅拌混合以制成成份均匀的污泥煤浆，配制污泥煤浆的设备可以是制浆罐。

④直接将煤和污泥混合研磨成混合煤浆，研磨可以用球磨机等磨浆设备。

⑤先将煤加污泥、分散剂后研磨成混合煤浆，然后再加入一定成份的稳定剂和适量水分搅拌制成污泥水煤浆。

⑥先用煤粉吸附、沉降、过滤处理污水，生成煤滤泥之后再配入适量的煤粉或污泥，并加入一定成份的添加剂制成污泥煤浆。

⑦先用煤粉和生石灰粉吸附、沉降、过滤处理污水，生成煤滤泥之后再配入适量的煤粉或污泥，并加入一定成份的添加剂制成污泥煤浆。上述添加剂中可以包括分散剂和稳定剂中的一种或两种。

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煤气(也称为合成气)。然后，对该煤气和炉渣进行冷却，进一步还可以再经过除尘、脱臭两个工序中的一个或两个工序得到煤气。

优选地，本发明的一种用污泥制煤气的方法，以污泥和煤为主要原料制成污泥煤浆后，送入气化炉制造煤气。

优选地，本发明的一种用污泥制煤气的方法，以湿污泥和煤为主要原料制成污泥煤浆后，送入气化炉制造煤气。

本发明还提供另一种用污泥制煤气的方法，在该方法中，将污泥直接送入气化炉中和并其他燃料一起反应生成煤气，所述的其他燃料可以是煤、石油、植物秸杆等有机质燃料。同样实现了对污泥的有效处理与资源性利用。

本发明还提供再一种用污泥制煤气的方法，在该方法中，单独将污泥干化或浅干化后单独送入气化炉中进行燃烧、反应生成煤气。这同样实现了对污泥的有效处理与资源性利用，还可以节省能源消耗。无需再干化污泥及其它燃料。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。经由以上技术方案可知，为达到前述的发明目的借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：①本发明利用污泥中的有机物制备煤气，实现了污泥的资源化利用，具有较好的经济效益；②实现了污泥的完全消纳，不会产生二次污染；③利用污泥的水分代替制备水煤浆的水，节省了水资源。

附图说明

图1为本发明的制煤气方法的污泥煤浆气化过程的示意流程图。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式对本发明进行进一步说明。

本发明的首要创新点在于以污泥作为主要原料或主要原料之一来制备煤气。并且通常可以下面三种具体方式来以污泥制备煤气：1)以污泥煤浆制备煤气；2)将污泥直接送入气化炉中和其他燃料一起燃烧、反应生成煤气的方法；以及3)单独将污泥干化后直接送入气化炉中进行燃烧、反应生成煤气。

根据本发明第一实施例的制煤气的方法包括以下步骤：1)以污泥和煤炭制成污泥煤浆；以及2)将所述污泥煤浆送入气化炉内，使污泥煤浆与气化剂发生燃烧反应和气化反应，而生成煤气。

显然，上述用污泥制煤气的方法，在处理污泥的同时，对污泥进行了资源化利用。此外上述方法获得的产物(煤气)能够通过管道方便地输送至用户。而且，采用污泥还可以节约一部分水。产生的熔渣是良好的建筑材料，如制造水泥、煤渣砖、铺路石料，避免了企业为堆放炉渣到处征地，既花钱又污染环境，以至成为地方的一种公害。含渣水经能量回收、初步净化后，绝大部分可循环使用。少量排放的废水没有挥发性有机物，微量金属的浓度也很低，经生化处理即可达到国家排放标准，较一般气化方法产生的废水容易处理。

污泥煤浆制作可以采用如下三种方法：①用煤粉和生石灰粉吸附、沉降、过滤处理城市污水，生成煤滤泥之后再配入煤粉，并加入分散剂、稳定剂制成污泥煤浆；②先将粒煤加污泥、分散剂在球磨机中球磨成粒度为50～150μm的混合煤浆，然后再加入稳定剂和适量水分(如果需要的话)搅拌制成污泥煤浆；③将煤粉、污泥、分散剂和稳定剂按一定比例直接在制浆罐中制成污泥煤浆。还可以采用其它适当方法。

下面详细说明方式③。将煤炭、污泥、适当的添加剂(例如分散剂和/或稳定剂)加入磨机中，经磨碎后成为一种类似石油一样的可以流动的煤基流体燃料。更具体地，洗精煤经破碎成为＜6mm的煤粒进入球磨机，并加入污泥和分散剂在球磨机中一同磨碎成为浆体。经泵送至滤浆器除去未磨碎的粗颗粒和杂质进入调浆罐，经加入稳定剂并调整水煤浆的粘度后送入储浆罐储存备用，也可以直接送往制煤气设备。污泥煤浆中的含水率可以设置在30％-50％，优选地35％-45％，更优选地40％。

所采用的污泥可以是湿污泥(含水量大约在95％左右)，经机械脱水处理的污泥(含水率为大约75％至大约85％)或者经干化的污泥。根据设定的含水率确定污泥和煤的配比，在需要的时候还可以添加适量的水。所添加的水可以全部或部分是气化过程后回收的水。

气化用煤没有特殊要求，煤种适应性强，可采用资源丰富、分布广泛的烟煤或褐煤，并对粒度、灰分和含硫量有较大的兼容性。只要煤的灰含量、灰熔点、可磨性和成浆性等满足要求即可，如煤的含灰量最好小于19％，灰熔点低于1350℃，哈氏可磨指数大于50，污泥煤浆浓度最好在60％左右或以上。对粉煤和块煤没有特别限制，粉煤更好，可减少磨煤功耗。

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煤气(也称为合成气)。然后，对该煤气和炉渣进行冷却，进一步还可以再经过除尘和脱臭两个工序中的一个或两个工序得到煤气。

在一实施例中，将污泥煤浆经高压煤浆泵加压后与高压氧气经烧嘴混合，在烧嘴中煤浆被高速氧气流充分雾化后喷入燃烧气化装置，在燃烧气化装置中进行复杂的气化反应，生成煤气(称为合成气)和熔渣。例如，如图1所示，污泥煤浆在混合器7a中与经沉淀器7处理的含碳固体颗粒混合，然后在混合喷嘴6和6a处与空气混合喷入燃烧气化装置1的燃烧室3中。在燃烧室3中，上述原料(污泥煤浆、含碳固体颗粒和空气)反应而生成水蒸气、熔渣、炭、氢、一氧化碳、二氧化碳和少量的其它气体。熔渣通过排放孔2排出。水蒸气、炭和其它气体向上流入非燃烧反应室4，与在通过喷嘴8加入的污泥煤浆反应。所述反应主要是吸热反应，例如污泥煤浆中水的汽化、炭和水蒸气反应生成CO和H₂等等。然后，生成的气体进入分离器5，气体部分向上流动，形成合成气(即煤气)，固体部分向下运动至沉淀器。

本发明的一种用污泥制煤气的方法，是将污泥和煤炭先制成污泥煤浆，然后送入气化炉内，并在高温下与气化剂发生燃烧反应和气化反应，而生成煤气。其工艺流程为：污泥煤浆制备→燃烧→冷却→除尘脱臭。

本发明的一种用污泥制煤气的方法，以污泥和煤为主要原料制成污泥煤浆后，送入气化炉制造煤气。

本发明的另一种用污泥制煤气的方法，将污泥直接送入气化炉中和并其他燃料一起燃烧、反应生成煤气，所述的其他燃料可以是煤、石油、植物秸杆等有机质燃料。

本发明的再一种用污泥制煤气的方法，单独将污泥干化后单独送入气化炉中进行燃烧、反应生成煤气。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。经由以上技术方案可知，为达到前述的发明目的借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：本发明利用污泥中的有机物制备煤气，实现了污泥的资源化利用，具有较好的经济效益；实现了污泥的完全消纳，不会产生二次污染；由于污泥中含有大量的胶状物和纤维，利用污泥制备污泥煤浆，能提高煤浆的稳定性，减少了因水分的吸热而引起的能源浪费。

综上所述，本发明的一种用污泥制煤气的方法，其所具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类方法中未见有类似的设计公开发表或使用而确属创新，其不论在方法上或功能上皆有较大的创新，在技术上有较大的进步，且较现有的污泥干化方法具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新发明。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种用污泥制煤气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)以污泥、煤炭制成污泥煤浆，

2)将污泥煤浆送入气化炉内，使污泥煤浆与气化剂发生反应，而生成煤气。

2.如权利要求1所述的用污泥制煤气的方法，其特征在于，步骤1)进一步包括加入的添加剂。

3.如权利要求2所述的用污泥制煤气的方法，其特征在于，所述添加剂包括分散剂和稳定剂中的一种或两种。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的用污泥制煤气方法，其特征在于，所述步骤1)中的污泥为湿污泥。

5.一种用污泥制煤气的方法，其特征在于，将污泥直接送入气化炉中和并其他燃料一起反应生成煤气。

6.如权利要求5所述的用污泥制煤气的方法，其特征在于，所述其他燃料是煤、石油、植物秸杆中的一种或几种燃料。

7.如权利要求5至6中任一项所述的用污泥制煤气的方法，其特征在于，用于所述的污泥为湿污泥。

8.一种用污泥制煤气的方法，其特征在于，将干化或浅干化的污泥送入气化炉中进行反应生成煤气。

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