CN107903930A - 一种污泥与微藻混合热解制取合成气与生物油的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种污泥与微藻混合热解制取合成气与生物油的方法，将分别烘干的微藻与污泥粉碎至0.15‑0.18mm粉末充分混合用于热解；微藻与污泥混合比例为1:0.5‑2，热解温度为500℃‑700℃；氮气流量设定为200SCCM；热解产生的气体经过冷凝装置，得到的液相产物即为生物油；不可冷凝气体经过集气袋收集，得到合成气。本发明适用于常见的固定床热解类型，对装置没有特殊要求，因此适用于大规模推广应用；所用的原料为微藻与污泥，可以实现资源化利用，该方法更适用于工业化应用，有较高的发展前景；利用该方法制备的生物油，相比微藻单独热解或污泥单独热解，其含氮量及含氧量减少，生物油品质得到提高；该方法制备的合成气，相比污泥单独热解，热值显著提高。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物资源处置与资源化利用领域，具体涉及一种污泥与微藻混合热解制备合成气及生物油的方法。
背景技术
在过去的几十年，社会的快速发展在很大程度上依赖于化石能源，这就导致了整个世界面临的严重环境问题，如资源储备的急剧减少，环境污染以及温室气体排放导致的气候变化等等，这促进了大家对可再生能源关注度的提升。
微藻，其被认为是第三代生物燃料的原料。与其他生物质类型如木质纤维素相比，微藻具有许多优点，例如较高的生产率，更高的光合效率和更高的生长速率。此外，微藻生长不需要耕地土壤。在热解过程中，产生的合成气有较高热值，在生物油生产方面，相比于木材类热解油，由微藻生产的生物油有较高的热值。然而藻类产生的生物油富含氮，其广泛应用可能引起诸如汽油中在NOx的排放。
另一方面，随着人们生活水平的提高，污泥产量近年来急剧增加。污泥中包含着有害物质，如潜在致病微生物和重金属。传统的填埋，厌氧消化等处理方法不能满足环保要求。另外，污泥中的高水分含量导致了其干燥过程消耗大量的热能。污泥中含有有机和无机成分，使其热转化技术在其能量回收方面的潜力受到广泛关注。污泥的热解可产生生物油，不可冷凝气体(合成气)和生物炭。其广泛应用由于污泥灰分含量高、热解油热值低等受到限制。
微藻热解油的氮和氧含量高，随后需要进行催化加氢处理。催化加氢处理的目的主要是使用氢和催化剂，通过将氧和氮转化成水和NH3，从中除去氧和氮。污泥热解产生的合成气(富氢气)可以提高生物油的质量，促进实现工业生产。
微藻和污泥的混合热解可以避免单独热解中的缺点并可以改善热解过程的性能。混合热解不仅可以减少原料的成本，但也可以解决污水污泥的废物管理问题。
发明内容
本发明的目的在于发明一种污泥与微藻混合热解制取合成气与生物油的方法，解决微藻热解生物油含氮量高的问题，同时解决污泥能源化利用的问题，微藻与污泥来源途径广泛，且热解技术已趋于成熟，有利于大规模利用。
本发明的技术方案是：
一种污泥与微藻混合热解制取合成气与生物油的方法，具体步骤如下：
(1)将未处理的污泥与微藻原料分别置于烘箱中，在100℃-105℃条件下干燥 12-24h；将干燥后的污泥与微藻粉碎，筛选出粒径为0.15-0.18mm的粉末；
(2)将污泥与微藻充分混合作为混合热解原料；
(3)打开热解固定床升温模式，终温设置为500-700℃，氮气流量设定为200SCCM来营造无氧环境；待炉温度达到热解温度500-700℃时，将微藻与污泥混合粉末加入到热解炉内；
(4)热解产生的气体经过冷凝装置，得到的液相产物即为生物油；不可冷凝气体经过集气袋收集，得到合成气。
其中，步骤1所述的微藻以微拟球藻、螺旋藻等含氮量高的微藻为主。
其中，步骤2中微藻与污泥的混合质量比例为1:0.5-2。
本发明和现有技术相比，具有明显的技术特点和有益效果。根据以上技术方案，本发明具有以下优点：
1、本发明适用于常见的固定床热解类型，对装置没有特殊要求，因此适用于大规模推广应用。
2、本发明所用的原料为微藻与污泥，可以实现资源化利用，该方法更适用于工业化应用，有较高的发展前景。
3、本方法制备的生物油，相比微藻单独热解或污泥单独热解，其含氮量及含氧量减少，生物油品质得到提高；该方法制备的合成气，相比污泥单独热解，热值显著提高。
附图说明
图1为本发明所述的污泥与微藻混合热解工艺的主要流程图；
图2为本发明所利用的固定床热解装置结构图；
其中各部分分别为：
1-氮气，2-减压阀，3-单向阀，4-质量流量计，5-进料口，6-热解炉，7-石英砂床层，8-石棉，9-冷凝***，10锥形瓶，11-合成气收集装置。
具体实施方式
现以以下实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中使用的手段，如无特别说明，均使用本领域常规手段。
实施例1：
首先将微拟球藻与污泥经过烘干后进行粉碎，筛选出筛选粒径0.15-0.18.mm的粉末。微拟球藻的工业分析和元素分析如表1所示：
表1微拟球藻的工业分析与元素分析
a由差减法计算，其余为仪器测得干燥基数据。
污泥的工业分析和元素分析如表2所示：
表2污泥的工业分析与元素分析
a由差减法计算，其余为仪器测得干燥基数据
本实施例采用了图2所示的固定床热解装置。本实施中设置热解温度为600℃，微拟球藻与污泥混合质量比例1:1，混合样品质量为40g。具体实施步骤如下：
(1)启动固定床热解加热装置，进行升温，；
(2)打开氮气气瓶，氮气1经过减压阀2、单向阀3、质量流量计4后进入热解炉，调节氮气供给速率至200SCCM，保证热解炉在惰性气氛下；
(3)待温度升至设定温度并保持稳定时，将微拟球藻与污泥混合粉末通过给料器加5入到热解炉6中，石英砂7作为传热介质置于石棉8上，用于固定原料位置；
(4)产生的热解气体经过冷凝***9后分离，生物油可在锥形瓶10中收集，合成气在合成气收集装置11中进行收集。
实施例2：
本实施例所用的装置及原料同实施例1，不予赘述。
本实施例采用了图2所示的固定床热解装置。本实施中设置热解温度为550℃，微拟球藻与污泥混合质量比例1:2，混合样品质量为40g。具体实施步骤如下：
(1)打开固定床热解炉进行升温；
(2)打开氮气气瓶，调节氮气供给速率至200SCCM；
(3)待温度升至设定温度，将微拟球藻与污泥混合粉末通过给料器加入到热解装置中；
(4)产生的热解气体经过冷凝后分离，得到生物油；不可冷凝气体经过集气袋收集，得到合成气。
实施例3：
首先将螺旋藻与污泥经过烘干后进行粉碎，筛选出筛选粒径0.15-0.18.mm的粉末。所选污泥与实例1、2一致，不予赘述。
螺旋藻的工业分析和元素分析如表3所示：
表3螺旋藻的工业分析与元素分析
a由差减法计算，其余为仪器测得干燥基数据。
本实施例采用了图2所示的固定床热解装置。本实施中设置热解温度为500℃，螺旋藻与污泥混合质量比例1:0.5，混合样品质量为40g。具体实施步骤如下：
(1)打开固定床热解炉进行升温；
(2)打开氮气气瓶，调节氮气供给速率至200SCCM；
(3)待温度升至设定温度，将螺旋藻与污泥混合粉末通过给料器加入到热解装置中；
(4)产生的热解气体经过冷凝后分离，得到生物油；不可冷凝气体经过集气袋收集，得到合成气。
实施例4：
本实施例所用的装置及原料同实施例3，不予赘述。
本实施例采用了图2所示的固定床热解装置。本实施中设置热解温度为700℃，螺旋藻与污泥混合质量比例1:2，混合样品质量为40g。具体实施步骤如下：
(1)打开固定床热解炉进行升温；
(2)打开氮气气瓶，调节氮气供给速率至200SCCM；
(3)待温度升至设定温度，将螺旋藻与污泥混合粉末通过给料器加入到热解装置中；
(4)产生的热解气体经过冷凝后分离，得到生物油；不可冷凝气体经过集气袋收集，得到合成气。
污泥与微藻热解的产物分布以及合成气、生物油特征如下表：
本发明公开和提出的一种污泥与微藻混合热解制取合成气与生物油的方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变热解条件等环节实现。尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (3)
1.一种污泥与微藻混合热解制取合成气与生物油的方法，其特征是包括如下步骤：
(1)将未处理的污泥与微藻原料分别置于烘箱中，在100℃-105℃条件下干燥12-24h；将干燥后的污泥与微藻粉碎，筛选出粒径为0.15-0.18mm的粉末；
(2)将污泥与微藻充分混合作为混合热解原料；
(3)打开热解固定床升温模式，终温设置为500-700℃，氮气流量设定为200SCCM；待炉温度达到热解温度500-700℃时，将微藻与污泥混合粉末加入到热解炉内；
(4)热解产生的气体经过冷凝装置，得到的液相产物即为生物油；不可冷凝气体经过集气袋收集，得到合成气。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤1)微藻以微拟球藻或螺旋藻含氮量高的微藻为主。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤2)中微藻与污泥的混合质量比例为1:0.5-2。
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