CN111718761A - 畜禽废弃物水热碳与粉煤共气化制备合成气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种畜禽废弃物水热碳与粉煤共气化制备合成气的方法，包括如下步骤：(1)将畜禽废弃物晾晒；(2)水热碳化，获得水热碳；(3)将水热碳加水打浆，获得水热碳浆；(4)将步骤(3)的水热碳浆、水煤浆、水热碳浆氧化剂和水煤浆氧化剂，分别通过多通道喷嘴的各自的流道，送入气化炉，获得合成气。本发明可以杀灭致病菌，并将废弃物中有机质进行能量回收和循环利用，本发明原料处理规模大、反应转化率高、环境友好，为规模化畜禽废弃物的处理提供技术上的可能性。本发明从源头上对禽废弃物进行资源化处理，不仅解决了环境治理的一大难题，而且节省了煤资源，推动了畜禽清洁养殖，禽废弃物资源化、清洁化利用。

Description

畜禽废弃物水热碳与粉煤共气化制备合成气的方法
技术领域
本发明属于含碳基质资源化利用技术领域，具体涉及一种畜禽废弃物清洁、资源化利用的方法。
背景技术
我国畜牧业持续稳定发展有力地保障了农副产品供给，但未处理的畜禽废弃物已成为环境治理的一大难题。废弃物中含有氮、硫、磷及致病菌，污染物量大且集中。
大力推动畜禽清洁养殖，促进废弃物源头减量，推进畜禽废弃物资源化利用是有明确时限要求的硬任务。
目前畜禽废弃物主要通过堆肥进行处理,但堆肥技术受土地、气候、农作物生产时效性的影响很大，而且还存在相应工艺废水处理问题，环境及经济效益相对较差。
畜禽废弃物含水率高、含碳量低、能量密度低、形态不规则限制了其直接作为气化原料进行工业应用。
因此，如何将畜禽废弃物达到资源化、清洁化利用，具有十分重要意义，也是本领域技术人员的一个重要课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种畜禽废弃物水热碳与粉煤共气化制备合成气的方法，以满足相关领域的需要。
本发明的方法，包括如下步骤：
(1)将畜禽废弃物自然晾晒至其中水分的质量含量20％以下；
(2)将步骤(1)的产物，在180～250℃、1.5～3.5MPa的无氧条件下水热碳化2～3小时，获得粒径为50～75微米、水分重量含量为5％-10％的水热碳，采用氧弹燃烧法进行检测，其低位热值为18～25MJ/Kg，与工业气化用煤相当；
(3)将步骤(2)获得的水热碳加水打浆，获得碳基质重量浓度为60～65％的水热碳浆；
(4)将步骤(3)的水热碳浆、碳基质重量浓度为60～65％的水煤浆、水热碳浆氧化剂和水煤浆氧化剂，分别通过多通道喷嘴的各自的流道，送入气化炉，在压力为3～4MPa、温度为1350～1500℃下发生气化反应，水热碳浆的停留时间为6～8s，获得合成气，干基合成气中，各个组份的百分比含量为：
Figure BDA0002539228730000021
优选的，干基合成气中，各个组份的百分比含量为：
Figure BDA0002539228730000022
所述的水热碳浆与所述的水煤浆的重量比为：
水热碳浆∶水煤浆＝0.1～0.5∶1；
水热碳浆氧化剂∶水热碳浆＝0.85～0.9∶1；
水煤浆氧化剂∶水煤浆＝0.85～0.9∶1；
所述的多通道喷嘴的出口处，各个物料的线速度为：
水热碳浆1.5～2m/秒，水煤浆1.5～2m/秒，水热碳浆氧化剂100～120m/秒，水煤浆氧化剂100～120m/秒；
所述的水热碳浆氧化剂选自纯O2；
所述的水煤浆氧化剂选自纯O2；
所述的气流床气化炉的结构为公知的，可参见CN100366710C专利公开的技术。
术语“水热碳浆的停留时间”指的是水热碳浆从喷嘴喷入后，在气化炉内的反应获得合成气，从气化炉顶部的出口之间的时间；
本发明的有益效果：
通过水热处理制备的水热碳，热值可与典型气化用煤热值相当，为其用于气流床气化的经济性奠定基础，同时高温气流床气化过程，可在1500℃高温下浆其中病原菌从源头上彻底杀死。
本发明为一种热化学法，可以杀灭致病菌，并将废弃物中有机质进行能量回收和循环利用，而气流床气化技术具有原料处理规模大、反应转化率高、环境友好等诸多优点，为规模化畜禽废弃物的处理提供技术上的可能性。
发明能够最大程度的从源头上对禽废弃物进行资源化处理，不仅解决了环境治理的一大难题，而且节省了煤资源，大力推动畜禽清洁养殖，达到了禽废弃物资源化、清洁化利用。
附图说明
图1为带有多通道喷嘴的气流床气化炉的结构示意图。
图2为多通道喷嘴结构示意图。
具体实施方式
参见图1和图2，所述的带有多通道喷嘴的气流床气化炉，包括多通道喷嘴1和气流床气化炉2，所述的多通道喷嘴1设置在所述的气流床气化炉2的上部，其出口101与所述的气流床气化炉2的内腔相连通；
所述的多通道喷嘴1从中心至外侧依次包括：
所述的多通道喷嘴从中心至外侧依次包括：水煤浆通道管102、套在水煤浆通道管102外的水煤浆氧化剂通道管103、套在煤浆氧化剂通道管103外的水热碳浆通道管104、套在水热碳浆通道管104外的水热碳浆氧化剂通道管105和出(101)。
所述的多通道喷嘴1中，用于输送畜禽废弃物水热碳浆的第三通道置于用于输送气化剂氧气的两条通道中间，高速的气化剂与禽废弃物水热碳浆充分接触碰撞，水热碳浆被充分雾化，而后在外环气化剂的作用下均匀分散，可有效提高气化炉的气化效率和碳转化率。
实施例1
采用图1的气流床气化炉装置和图2的多通道喷嘴，以畜禽废弃物与水煤浆为原料，制备合成气。
(1)收集新鲜畜禽废弃物，经过自然晾晒至其中水分含量为16％；
(2)将步骤(1)的产物，在200℃、2MPa条件下水热碳化2.5小时，获得粒径为60微米、水分为8％(重量)，热值约20MJ/kg的水热碳；
(3)将步骤(2)获得的水热碳加水打浆，获得碳基质重量浓度为60％的水热碳浆；
(4)将步骤(3)的水热碳浆、碳基质重量浓度为60％的水煤浆、水热碳浆氧化剂和水煤浆氧化剂，分别通过多通道喷嘴的各自的流道，送入气化炉，在压力为3MPa、温度为1350℃下气化反应，水热碳浆的停留时间为6s，获得合成气，其中，干基合成气中，各个组份的百分比含量为：
Figure BDA0002539228730000041
所述的水热碳浆与所述的水煤浆的重量比为：
水热碳浆∶水煤浆＝0.2∶1；
水热碳浆氧化剂∶水热碳浆＝0.85∶1，
水煤浆氧化剂∶水煤浆＝0.85∶1，
所述的多通道喷嘴的出口处，各个物料的线速度为：
水热碳浆1.5m/秒，水煤浆1.5m/秒，水热碳浆氧化剂100m/秒，水煤浆氧化剂100m/秒；
所述的水热碳浆氧化剂选自纯O2；
所述的水煤浆氧化剂选自纯O2；
以1吨煤粉制备成的水煤浆为原料，以所述的水热碳浆与所述的水煤浆的重量比为：水热碳浆∶水煤浆＝0.2∶1为基准，在上述的过程中，可获得所述的合成气2500Nm3；排二氧化碳500Nm3，但由于畜禽废弃物水热碳浆属于生物质资源，为碳中性物质(生物质在生长过程中要通过光合作用固定大气中CO2)，实际排放CO2应扣除水热碳浆气化产生的CO2，故实际排CO2 420Nm3。
对比实施例1
采用图1的气流床气化炉装置和图2的多通道喷嘴，仅仅以1吨煤粉制备成的水煤浆为原料，采用与实施例1相同的工艺条件，制备获得合成气，干基合成气，各个组份的百分比含量为：
Figure BDA0002539228730000051
在上述过程中，可获得所述的合成气约2200Nm3；排二氧化碳440Nm3；
由此可见，以年掺烧1万吨畜禽废弃物水热碳浆的多喷嘴水煤浆工业气化装置，年节煤量可达到0.7万吨左右，节省原料成本约420万元，减排二氧化碳约200万Nm3。
实施例2
采用图1的气流床气化炉装置和图2的多通道喷嘴，以畜禽废弃物与水煤浆为原料，制备合成气。
(1)收集新鲜畜禽废弃物，经过自然晾晒至其中水分含量为12％；
(2)将步骤(1)的产物，在250℃、2.5MPa的无氧条件下水热碳化2小时，获得粒径为50微米、水分为5％(重量)、低位热值约25MJ/kg的水热碳；
(3)将步骤(2)获得的水热碳加水打浆，获得碳基质重量浓度为65％的水热碳浆；
(4)将步骤(3)的水热碳浆、碳基质重量浓度为65％的水煤浆、水热碳浆氧化剂和水煤浆氧化剂，分别通过多通道喷嘴的各自的流道，送入气化炉，在压力为4MPa、温度为1400℃下气化反应，水热碳浆的停留时间为8s，获得合成气，其中，干基粗煤气中各个组份的百分比含量为：
Figure BDA0002539228730000061
所述的水热碳浆与所述的水煤浆的重量比为：
水热碳浆∶水煤浆＝0.4∶1；
水热碳浆氧化剂∶水热碳浆＝0.9∶1；
水煤浆氧化剂∶水煤浆＝0.9∶1；
所述的多通道喷嘴的出口处，各个物料的线速度为：
水热碳浆2m/秒，水煤浆2m/秒，水热碳浆氧化剂120m/秒，水煤浆氧化剂120m/秒；
所述的水热碳浆氧化剂选自纯O2；
所述的水煤浆氧化剂选自纯O2；
以1吨煤粉制备成的水煤浆为原料，以所述的水热碳浆与所述的水煤浆的重量比为：水热碳浆∶水煤浆＝0.4∶1为基准，在上述的过程中，可获得所述的合成气2800Nm3；排二氧化碳约550Nm3；但由于畜禽废弃物水热碳浆属于生物质资源，为碳中性物质，实际排放CO2应扣除水热碳浆气化产生的CO2，故实际排约CO2 380Nm3
对比实施例2
采用图1的气流床气化炉装置和图2的多通道喷嘴，仅仅以1吨煤粉制备成的水煤浆为原料，采用与实施例2相同的工艺条件，制备获得合成气，干基合成气，各个组份的百分比含量为：
CO 45.1％
H2 36.2％
CH4 0.10％
CO2 18.6％
在上述过程中，可获得所述的合成气约2300Nm3；排二氧化碳400Nm3；
由此可见，以年掺烧1万吨畜禽废弃物水热碳浆的多喷嘴水煤浆工业气化装置，年节煤量可达到1万吨左右，节省原料成本约600万元，减排二氧化碳约200万Nm3。
对比实施例3
采用实施例1的方法，其中，多通道喷嘴为CN100366710C专利公开的技术，水热碳浆与水煤浆先混合，然后一起通过多通道喷嘴送入气化炉。
所获得合成气，其中，干基合成气中，各个组份的百分比含量为：
Figure BDA0002539228730000071
Figure BDA0002539228730000081
在上述的过程中，可获得所述的合成气2200Nm3；排二氧化碳430Nm3；
由此可见，以年掺烧1万吨畜禽废弃物水热碳浆的多喷嘴水煤浆工业气化装置，年节煤量可达到0.6万吨左右，节省原料成本约360万元，减排二氧化碳约230万Nm3左右。
由上述的实施例和对比实施例可见，本发明能够最大程度的从源头上对禽废弃物进行资源化处理，不仅解决了环境治理的一大难题，而且节省了煤资源，大力推动畜禽清洁养殖，达到了禽废弃物资源化、清洁化利用。

Claims (10)

1.畜禽废弃物水热碳与粉煤共气化制备合成气的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将畜禽废弃物晾晒至其中水分的质量含量20％以下；
(2)然后水热碳化，获得水热碳；
(3)将步骤(2)获得的水热碳加水打浆，获得碳基质重量浓度为60～65％的水热碳浆；
(4)将步骤(3)的水热碳浆、碳基质重量浓度为60～65％的水煤浆、水热碳浆氧化剂和水煤浆氧化剂，分别通过多通道喷嘴的各自的流道，送入气化炉，获得合成气。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，在180～250℃、1.5～3.5MPa的无氧条件下水热碳化2～3小时，获得粒径为50～75微米、水分重量含量为5％-10％的水热碳。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的水热碳其低位热值为18～25MJ/Kg，与工业气化用煤相当。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，将步骤(3)的水热碳浆、碳基质重量浓度为60～65％的水煤浆、水热碳浆氧化剂和水煤浆氧化剂，分别通过多通道喷嘴的各自的流道，送入气化炉，在压力为3～4MPa、温度为1350～1500℃下发生气化反应，水热碳浆的停留时间为6～8s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，干基合成气中，各个组份的百分比含量为：
Figure FDA0002539228720000011
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，干基合成气中，各个组份的百分比含量为：
Figure FDA0002539228720000021
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的水热碳浆与所述的水煤浆的重量比为：
水热碳浆∶水煤浆＝0.1～0.5∶1；
水热碳浆氧化剂∶水热碳浆＝0.85～0.9∶1；
水煤浆氧化剂∶水煤浆＝0.85～0.9∶1。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的多通道喷嘴的出口处，各个物料的线速度为：水热碳浆1.5～2m/秒，水煤浆1.5～2m/秒，水热碳浆氧化剂100～120m/秒，水煤浆氧化剂100～120m/秒；
所述的水热碳浆氧化剂选自纯O2；
所述的水煤浆氧化剂选自纯O2。
9.根据权利要求1～8任一项所述的方法，其特征在于，所述的带有多通道喷嘴的气流床气化炉，包括多通道喷嘴和气流床气化炉，所述的多通道喷嘴设置在所述的气流床气化炉的上部，其出口与所述的气流床气化炉的内腔相连通。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的多通道喷嘴从中心至外侧依次包括：水煤浆通道管(102)、套在水煤浆通道管(102)外的水煤浆氧化剂通道管(103)、套在煤浆氧化剂通道管(103)外的水热碳浆通道管(104)、套在水热碳浆通道管(104)水热碳浆氧化剂通道管(105)和出口(101)。
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