污泥煤浆气化制氢工艺研究.docx

2012年8月Aug.2012第35卷第4期LargeScaleNitrogenousFertilizerIndustryVol.35No.4污泥煤浆气化制氢工艺研究孙志刚，亢万忠（中国石化集团宁波技术研究院，浙江宁波315103）摘要：介绍污水处理厂剩余污泥与煤制成污泥煤浆进行气化制氢的方法和流程，分析其经济性和可靠性。研究发现，污泥煤浆气化出口合成气有效气约为80%，冷煤气效率约为72%，合成气产出率约为86%。污泥煤浆制氢能耗约为20.5GJ／1000m3H2，污泥添加量每增加5%，单位制氢能耗增加1.5%。采用污泥煤浆制氢，主要原料成本约920元／1000m3H2，且随着污泥添加量的增加，制氢成本下降。采用污泥制氢能处理到非常难于处理的废弃物，具有很好的经济效益和环境效益。关键词：剩余污泥气化制氢经济性1概述活性污泥法作为一种应用最为广泛的污水好响进行了研究，并研究了氧化铝对减少焦油的产生，提高氢气含量的作用。DeAndres［3-4］研究了蒸汽和不同催化剂对空气污泥气化的影响，发现合适的催化剂和提高蒸汽比例可以提高氢气产率，增加合成气的热值，并降低CH4，CO2的产率，大大减少焦油的产生。ThanaPhuphuakrat［5］研究了空气比例对污泥在固定床气化炉出口合成气中焦油含量的影响，发现空气比例增加有助于气化炉温度氧生化处理工艺，在运行中为维持曝气池内适当的污泥浓度、保证池内污泥的活性水平，不可避免地要将一部分活性污泥外排，由此产生的剩余活性污泥的最终去向问题日益引起人们的关注。一方面，剩余活性污泥中含有多种重金属、病原体、难降解有毒有机物，处理不当会危及人们的身体健康；另一方面，剩余活性污泥富含有机物和营养元素。传统的剩余活性污泥（简称“污泥”）的处置方法有农用、焚烧、填埋，其中以焚烧为代表的热提高和焦油含量的减少，但不能完全消除焦油的产生。EdgarGasafi［6］采用全年回报率方法对超临界水气化污泥制氢的经济学分析进行了研究，发化学处置技术因其对污泥的适应性强、环境影响现超临界气化具有很强的竞争力，泥处置费用对制氢成本影响最大，建设费用和污其次是贷款利评价较好而广泛应用，但仍不能避免污泥处理的缺点。20世纪80年代起，众多学者对污水污泥的率和操作费用，燃料、动力花费占的份额较小。Hamilton［7］研究了在不同气化方法下污泥气化合成气的组成、热值和品质，采用纯氧—污泥气化的合成气的热值最高。NimitNipattummakul［8］研究了蒸汽—污泥气化特性，研究了温度、蒸汽／碳等对合成气组成、流率和产率、氢气流率和比例以及能量回收的影响。蒸汽污泥气化产氢率是空气气化的3倍，提高温度有利于提高反应速度、减少蒸汽消热力学性质、干燥性质以及从污泥中生产燃料和化学物质进行了研究，研究证明污泥气化既能减少氮氧化物、硫化物、飞灰、二噁英的产生和排放，又能减少废物体积并将重金属固定在残渣中，是一个行之有效的处理污泥的方法。现阶段对污泥气化的研究主要是采用空气、富氧或者水蒸气作为气化剂，采用污泥作原料，添加催化剂在固定床或者循环流化床中进行气化。Manyà［1-2］研究了污泥在鼓泡流化床中的空气气化，分别对温度、硫化速度、气化剂比例、床层高度、气体停留时间和初始催化剂等因素对合成气和焦的产率、组成、冷煤气效率和粗合成气中焦含量的影收稿日期：2012-04-26。作者简介：孙志刚，男，1981年出生，博士，工程师，2010年华东理工大学化学工程与工艺专业毕业，现在中国石化集团宁波技术研究院工作。联系电话：0574E-mail：sunzhg.snec@。2012年第35卷218耗，最佳蒸汽／碳为5.62。Pinto［9］研究了不同温度、质，污泥加入降低了水煤浆的成浆浓度，通过添加NaOH的方法对污泥进行预处理，能有效地提高污泥煤浆的成浆浓度，制得浓度为60%的污泥煤浆。污泥的添加提高了浆体的稳定性，浆体为屈服假塑性流体。随着污泥添加量的增加，污泥与神华煤气化剂比例、污泥含量等条件对污水污泥与煤或生物质在流化床气化炉中共气化产生的合成气组成及NH3、HCl、H2S含量的影响。污泥气化主要存在以下几个问题：①污泥热值较低，气化过程中需要完全氧化部分污泥从而混合物的灰熔点先降低再升高，并能显著降低神提供反应需要的热量，产生的合成气热值较低，尤其是采用空气气化时，其热值更低；②污泥中含水量较高，在入炉前还需要消耗热量来干燥污泥；③由于气化温度较低，会产生大量的焦油等副产品，难以处理；④采用固定床和流化床气化时，产生的废水难于处理，对当地水体要求很高。因此寻找一种能处理污泥等污染物，将其中的有害物质消除，华煤与CO2气化反应的活化能，提高神华煤CO2的气化反应活性。这验证了剩余污泥可以与煤共制浆进行气化。在专利“