有机污泥热解气化系统和热解气化方法与流程

本发明属于污泥处理领域，具体而言，本发明涉及有机污泥热解气化系统和热解气化方法。
背景技术：
：目前污泥处置方式主要有三种：填埋、土地利用、焚烧。填埋是传统的污泥处理方式，由于会产生二次污染和适宜污泥填埋的场所越来越有限，污泥填埋的应用已经受到了限制。土地利用主要包括污泥农用、森林与园艺、废弃矿场等场地的改良等，由于污泥中含有有毒有害物，土地利用可能造成土壤或水体污染。污泥焚烧是近年来应用较广泛的处置方式，其优点在于能最大限度地实现污泥的减量化，缺点是易造成二次污染，且污泥中的有机组分利用率低。污泥焚烧处置有两种方式：一是直接焚烧,即将脱水污泥掺入煤或油等辅助燃料后燃烧。二是污泥经干化后再焚烧，即脱水污泥进一步进行干化处理后焚烧。城市污泥既是污染物又是一种资源。污泥中含有大量有机物质，具有燃料价值。我国的脱水污泥处理及资源化利用工艺技术依然没有形成一个统一的思路。研究安全、高效、经济的污泥处理工艺，实现污泥的减量化、稳定化、无害化成为广为关注的热点问题。污泥热解是利用污泥中有机物的热不稳定性，目前污泥的热解处理工艺主要包括旋转窑、固定床、流化床等工艺，根据加热方式分为直接加热和间接加热，由于直接加热一般采取热载体，因此过程会涉及热载体的加热、分离等，工艺流程复杂；而采取间接加热方式的干馏方式，热效率不高，处理能力小。技术实现要素：本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出有机污泥热解气化系统和热解气化方法，利用该系统和方法可以最终实现有机污泥处理过程中的清洁高效一步转化。根据本发明的一个方面，本发明提出了有机污泥热解气化系统，根据本发明的实施例，该热解气化系统包括：有机污泥热解气化炉，所述有机污泥热解气化炉内限定有位于上部的热解腔室和位于下部的气化腔室，其中，所述热解腔室内布置有多个蓄热式辐射管，所述热解腔室的顶部具有干燥有机污泥入口；所述气化腔室内的下部设置有氧气盘管和蒸汽盘管，所述氧气盘管上具有多个氧气通孔，所述蒸汽盘管上具有多个蒸汽通孔，所述气化腔室内的底部具有灰渣出口；位于所述热解腔室与所述气化腔室之间的侧壁上具有高温油气出口，高温除尘装置，所述高温除尘装置具有高温油气进口和高温净化油气出口，所述高温油气进口与所述高温油气出口相连；余热锅炉，所述余热锅炉具有高温净化油气进口、热解气出口、热解油出口、水进口和蒸汽出口，所述高温净化油气进口与所述高温净化油气出口相连。采用本发明上述实施例的有机污泥热解气化系统，干燥到一定程度的有机污泥由有机污泥热解气化炉顶部的干燥有机污泥入口进入热解腔室，在蓄热式辐射管加热条件下发生热解反应，得到热解油气和半焦，热解油气从炉体中部导出，产生的半焦进入在炉体下部的气化腔室与氧气和蒸汽接触发生燃烧气化反应，产生高温煤气，主要成分为co和h2，气化反应是强放热反应，高温煤气在上升过程中与下落的半焦逆流接触，气固进行换热。最终将有机污泥高效清洁转化为富含h2、co、ch4的原料气，同时副产高附加值的芳烃类油品。由于半焦的不完全燃烧放热，为热解提供热量，能效更高。因此，本发明上述实施例的有机污泥热解气化系统最终实现了有机污泥的清洁高效一步转化。另外，根据本发明上述实施例的有机污泥热解气化系统还可以具有如下附加的技术特征：在本发明的一些实施例中，所述蒸汽出口与所述蒸汽进口相连。在本发明的一些实施例中，所述热解腔室占所述有机污泥热解气化炉内整体高度的1/3-1/2。在本发明的一些实施例中，所述蒸汽盘管和所述氧气盘管均水平设置在所述气化腔室内的下部。在本发明的一些实施例中，所述蒸汽盘管位于所述氧气盘管的上方。在本发明的一些实施例中，上述实施例的有机污泥热解气化系统进一步包括：热解气净化装置，所述热解气净化装置与所述热解气出口相连。根据本发明的另一个方面，本发明提出了利用前面实施例的有机污泥热解气化系统处理有机污泥的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：将低阶有机污泥由所述有机污泥入口供给至所述有机污泥热解气化炉内，使所述低阶有机污泥在所述热解腔室进行热解，得到高温油气和半焦；使所述半焦进入所述气化腔室内与蒸汽和氧气接触形成旋流流化状态，并发生燃烧气化反应，产生高温煤气；将所述高温油气通入所述高温除尘装置内进行净化处理，以便得到高温净化油气；将所述高温净化油气供给至所述余热锅炉内进行余热回收，以便得到热解油和热解气，并产生水蒸气。采用本发明上述实施例的有机污泥热解气化方法，干燥到一定程度的有机污泥由有机污泥热解气化炉顶部的干燥有机污泥入口进入热解腔室，在蓄热式辐射管加热条件下发生热解反应，得到热解油气和半焦，热解油气从炉体中部导出，产生的半焦进入在炉体下部的气化腔室与氧气和蒸汽接触发生燃烧气化反应，产生高温煤气，主要成分为co和h2，气化反应是强放热反应，高温煤气在上升过程中与下落的半焦逆流接触，气固进行换热。最终将有机污泥高效清洁转化为富含h2、co、ch4的原料气，同时副产高附加值的芳烃类油品。由于半焦的不完全燃烧放热，为热解提供热量，能效更高。因此，本发明上述实施例的有机污泥热解气化方法最终实现了有机污泥的清洁高效一步转化。另外，根据本发明上述实施例的有机污泥热解气化方法还可以具有如下附加的技术特征：在本发明的一些实施例中，所述热解腔室进行热解的温度为500-700摄氏度。在本发明的一些实施例中，所述气化腔室内进行燃烧气化反应的温度为950-1100摄氏度。在本发明的一些实施例中，所述高温油气的温度为600-800摄氏度。在本发明的一些实施例中，上述实施例的有机污泥热解气化方法进一步包括：将所述水蒸气由所述水蒸气进口供给至所述气化腔室内，用于所述半焦的燃烧气化反应。在本发明的一些实施例中，上述实施例的有机污泥热解气化方法进一步包括：将所述热解气通入热解气净化装置进行净化处理，以便得到净煤气。附图说明图1是根据本发明第一个实施例的有机污泥热解气化系统的结构示意图。图2是根据本发明第另一个实施例的有机污泥热解气化系统的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。根据本发明的一个方面，本发明提出了有机污泥热解气化系统，根据本发明的实施例，如图1所示，该有机污泥热解气化系统包括：有机污泥热解气化炉100、高温除尘装置200和余热锅炉300。根据本发明的具体实施例，所述有机污泥热解气化炉100内限定有位于上部的热解腔室110和位于下部的气化腔室120，其中，所述热解腔室110内布置有多个蓄热式辐射管111，所述热解腔室110的顶部具有干燥有机污泥入口112；所述气化腔室120内的下部设置有氧气盘管121和蒸汽盘管122，所述氧气盘管上具有多个氧气通孔(未示出)，所述蒸汽盘管上具有多个蒸汽通孔(未示出)，所述气化腔室120内的底部具有灰渣出口123；位于所述热解腔室110与所述气化腔室120之间的侧壁上具有高温油气出口130，所述高温除尘装置200具有高温油气进口210和高温净化油气出口220，所述高温油气进口210与所述高温油气出口130相连；所述余热锅炉300具有高温净化油气进口310、热解气出口320、热解油出口330、水进口340和蒸汽出口350，所述高温净化油气进口310与所述高温净化油气出口220相连。采用本发明上述实施例的有机污泥热解气化系统，干燥到一定程度的有机污泥由有机污泥热解气化炉顶部的干燥有机污泥入口进入热解腔室，在蓄热式辐射管加热条件下发生热解反应，得到热解油气和半焦，热解油气从炉体中部导出，产生的半焦进入在炉体下部的气化腔室与氧气和蒸汽接触发生燃烧气化反应，产生高温煤气，主要成分为co和h2，气化反应是强放热反应，高温煤气在上升过程中与下落的半焦逆流接触，气固进行换热。最终将有机污泥高效清洁转化为富含h2、co、ch4的原料气，同时副产高附加值的芳烃类油品。由于半焦的不完全燃烧放热，为热解提供热量，能效更高。因此，本发明上述实施例的有机污泥热解气化系统最终实现了有机污泥的清洁高效一步转化。下面参考图1详细描述本发明具体实施例的有机污泥热解气化系统。有机污泥热解气化炉根据本发明的具体实施例，所述有机污泥热解气化炉100内限定有位于上部的热解腔室110和位于下部的气化腔室120，其中，所述热解腔室110内布置有多个蓄热式辐射管111，所述热解腔室110的顶部具有干燥有机污泥入口112；所述气化腔室120内的下部设置有氧气盘管121和蒸汽盘管122，所述氧气盘管上具有多个氧气通孔(未示出)，所述蒸汽盘管上具有多个蒸汽通孔(未示出)，所述气化腔室120内的底部具有灰渣出口123；位于所述热解腔室110与所述气化腔室120之间的侧壁上具有高温油气出口130。由此，干燥到一定程度的有机污泥由有机污泥热解气化炉100顶部的干燥有机污泥入口112进入热解腔室110，在蓄热式辐射管111加热条件下发生热解反应，得到热解油气和半焦，热解油气从炉体中部的高温油气出口130导出，产生的半焦进入在炉体下部的气化腔室120内与氧气进口121和蒸汽进口122通入的氧气和蒸汽接触发生燃烧气化反应，产生高温煤气，主要成分为co和h2，气化反应是强放热反应，高温煤气在上升过程中与下落的半焦逆流接触，气固进行换热。最终将有机污泥高效清洁转化为富含h2、co、ch4的原料气，同时副产高附加值的芳烃类油品，并由高温油气出口130导出。由于半焦的不完全燃烧放热，为热解提供热量，能效更高。因此，本发明上述实施例的有机污泥热解气化系统最终实现了有机污泥的清洁高效一步转化。有机污泥在有机污泥热解气化炉中反应过程：(1)含炭有机物的氧化气化反应是一种复杂的多种化学反应过程，反应大致可分三步进行：第一步，含炭有机物的裂解及挥发分的燃烧，第二步燃烧及气化，即煤焦在与氧气发生反应生成co和co2放出大量热量的同时，又与水蒸气和co2发生反应生成h2和co，在气相中，h2和co又与残余的氧气发生燃烧反应，同时放出大量的热。第三步气化反应。在反应物中几乎不含有氧气的情况下，煤、甲烷与水蒸气、co2发生气化反应，生成氢气和co。(2)有机污泥热解气化炉的底部半焦出料口处，从下至上依次布置有水蒸气通孔与氧气通孔，有机污泥经过热解腔室上部的高温辐射加热区，污泥中的有机物裂解、挥发分脱除，得到半焦，半焦下落过程中依次经过水蒸气、氧气进口氧化，高温半焦遇氧气发生强氧化反应，放出大量热，同时得到co2、co，高温烟气向上反应遇水蒸气，发生气化反应，生成co和h2。(3)氧气盘管121和蒸汽盘管122分别设置在两个水平面上的主要意图是使半焦反应进程可控，尽量减少半焦气化反应后期氧气的影响，以使气化反应尽可能多的生成co和h2，提高还原气的生成效率。根据本发明的具体实施例，有机污泥热解气化炉100中，位于上部的热解腔室占有机污泥热解气化炉内整体高度的1/3-1/2。由此根据需要将热解腔室与气化腔室的比例进行划分协调，使得有机污泥能够完全热解，从而实现有机污泥的高效一步式转化，提高油气产率。根据本发明的具体实施例，所述气化腔室120内的下部设置有氧气盘管121和蒸汽盘管122，所述氧气盘管上具有多个氧气通孔(未示出)，所述蒸汽盘管上具有多个蒸汽通孔(未示出)。由此，通过设置盘管的形式，并在盘管上设置多个通气孔，可以显著提高氧气和蒸汽的分散度，进而提高燃烧气化反应的效率和均匀度。根据本发明的具体实施例，氧气盘管121和蒸汽盘管122的管径可以为10-20cm，氧气通孔和蒸汽通孔的孔径可以为5-10mm，相邻两个氧气通孔或蒸汽通孔之前的距离为20-30mm。由此可以均匀地向气化腔室内供给氧气和蒸汽，提高半焦的燃烧气化反应效率。可实现氧气、蒸汽的布气均匀，保证燃烧气化效率。根据本发明的具体实施例，所述蒸汽盘管122和所述氧气进料盘121管均水平设置在所述气化腔室120内的下部，并且所述蒸汽盘管位于所述氧气盘管的上方。根据本发明的具体示例，氧气盘管121或者其上的氧气通孔距热灰渣出口123约1/8-1/6h，蒸汽盘管122或者其上的蒸汽通孔位于氧气盘管121之上约为1/8-1/6h，h为热解气化炉的高度。由此，可以在充分保证氧气和蒸汽不被灰渣带出炉体外的前提下，最大限度地增大氧气和蒸汽与半焦逆向接触的时间，进而使得底部的半焦在发生放热性的燃烧气化反应后产生的高温煤气在上升到上部时，对半焦起到加热的作用，进一步将半焦中未热解完成的挥发分进行提取产生高温油气，提高其转化率以及煤气产率。根据本发明的具体实施例，由于半焦的燃耗气化反应为放热反应，进而可以利用半焦燃烧气化产生的热量直接应用于半焦甚至热解腔室内未完全热解的有机污泥，进而可以进一步降低能耗。高温除尘装置根据本发明的具体实施例，高温除尘装置200具有高温油气进口210和高温净化油气出口220，高温油气进口210与高温油气出口130相连。由此，将高温油气通入高温除尘装置200内进行净化处理，以便得到高温净化油气。进而便于后续对高温油气进行分离处理。余热锅炉根据本发明的具体实施例，余热锅炉300具有高温净化油气进口310、热解气出口320、热解油出口330、水进口340和蒸汽出口350，高温净化油气进口310与高温净化油气出口220相连。由此，将高温净化油气供给至余热锅炉内进行余热回收，以便得到热解油和热解气，并产生水蒸气。进而可以有效回收高温净化油气的热量，避免能源浪费。根据本发明的具体实施例，余热锅炉300的蒸汽出口350与有机污泥热解气化炉100的蒸汽盘管122相连。由此可以将利用回收高温净化油气的热量产生的蒸汽用于有机污泥在有机污泥热解气化炉100内的燃烧气化反应，进而将有机污泥产生的高温油气的热量回收用于自身的燃烧气化反应，省去了外部额外供给蒸汽，降低了有机污泥的处理能耗。热解气净化装置根据本发明的具体实施例，如图2所示，上述实施例的有机污泥热解气化系统进一步包括：热解气净化装置400，热解气净化装置400与热解气出口320相连。由此可以进一步对降温后的热解气进行净化处理，进而获得净煤气产品。根据本发明的具体实施例，如图2所示，上述实施例的有机污泥热解气化系统进一步包括：油水分离装置500，油水分离装置500与余热锅炉300的热解油出口330相连，由此可以将热解油中的水分离出来，进而得到纯热解油产品。根据本发明的另一个方面，本发明提出了利用前面实施例的有机污泥热解气化系统处理有机污泥的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将低阶有机污泥由所述有机污泥入口供给至所述有机污泥热解气化炉内，使所述低阶有机污泥在所述热解腔室进行热解，得到高温油气和半焦；使所述半焦进入所述气化腔室内与蒸汽和氧气接触形成旋流流化状态，并发生燃烧气化反应，产生高温煤气；将所述高温油气通入所述高温除尘装置内进行净化处理，以便得到高温净化油气；将所述高温净化油气供给至所述余热锅炉内进行余热回收，以便得到热解油和热解气，并产生水蒸气。采用本发明上述实施例的有机污泥热解气化方法，干燥到一定程度的有机污泥由有机污泥热解气化炉顶部的干燥有机污泥入口进入热解腔室，在蓄热式辐射管加热条件下发生热解反应，得到热解油气和半焦，热解油气从炉体中部导出，产生的半焦进入在炉体下部的气化腔室与氧气和蒸汽接触发生燃烧气化反应，产生高温煤气，主要成分为co和h2，气化反应是强放热反应，高温煤气在上升过程中与下落的半焦逆流接触，气固进行换热，进一步将半焦中未热解完成的挥发分进行提取产生油气。最终将有机污泥高效清洁转化为富含h2、co、ch4的原料气，同时副产高附加值的芳烃类油品。由于半焦的不完全燃烧放热，为热解提供热量，能效更高。因此，本发明上述实施例的有机污泥热解气化方法最终实现了有机污泥的清洁高效一步转化。下面对本发明具体实施例的利用前面实施例的有机污泥热解气化系统处理有机污泥的方法进行详细描述。根据本发明的具体实施例，首先，将低阶有机污泥由所述有机污泥入口供给至所述有机污泥热解气化炉内，使所述低阶有机污泥在所述热解腔室进行热解，得到高温油气和半焦；使所述半焦进入所述气化腔室内与蒸汽和氧气接触形成旋流流化状态，并发生燃烧气化反应，产生高温煤气。由此，干燥到一定程度的有机污泥由有机污泥热解气化炉100顶部的干燥有机污泥入口112进入热解腔室110，在蓄热式辐射管111加热条件下发生热解反应，得到热解油气和半焦，热解油气从炉体中部的高温油气出口130导出，产生的半焦进入在炉体下部的气化腔室120内与氧气进口121和蒸汽进口122通入的氧气和蒸汽接触发生燃烧气化反应，产生高温煤气，主要成分为co和h2，气化反应是强放热反应，高温煤气在上升过程中与下落的半焦逆流接触，气固进行换热，进一步将半焦中未热解完成的挥发分进行提取产生油气。最终将有机污泥高效清洁转化为富含h2、co、ch4的原料气，同时副产高附加值的芳烃类油品，并由高温油气出口130导出。由于半焦的不完全燃烧放热，为热解提供热量，能效更高。因此，采用有机污泥热解气化炉100可以实现有机污泥的一步式转化，显著提高了效率和清洁度，降低了能耗和污染。根据本发明的具体实施例，有机污泥需要预先经过干燥处理，使其水分降至15-20wt％，进而可以提高热解效率。根据本发明的具体实施例，干燥有机污泥在热解腔室内，在蓄热式辐射管加热条件下发生热解反应，得到热解油气和半焦。具体地，干燥有机污泥在热解腔室进行热解的温度为500-700摄氏度。由此可以有机污泥在最佳的产油温度，提高系统的油气产率。根据本发明的具体实施例，热解得到的半焦进入在炉体下部的气化腔室与氧气和蒸汽接触发生燃烧气化反应。具体地，半焦发生燃烧气化反应的温度为950-1100摄氏度。由此可以使得半焦充分地转化为主要成分为co和h2的产生高温煤气。同时，由于下部气化腔室内的发生的反应温度更好，可以利用半焦燃烧气化产生的热量直接应用于半焦，甚至应用于热解腔室内未完全热解的有机污泥中，进而进一步降低能耗。根据本发明的具体实施例，将所述高温油气通入高温除尘装置200内进行净化处理，以便得到高温净化油气。根据本发明的具体实施例，由有机污泥热解气化炉100内排出的高温油气的温度可以达到600-800摄氏度。经过高温除尘装置200进行净化处理后得到的高温净化油气温度大概在600-750摄氏度。由此将其热量进行回收，例如可以利用余热锅炉进行回收，并获得水蒸气。为此，根据本发明的具体实施例，最后，可以将高温净化油气供给至余热锅炉300内进行余热回收，以便得到热解油和热解气，并产生水蒸气。进而可以有效回收高温净化油气的热量，避免能源浪费。根据本发明的具体实施例，对高温净化油气进行余热回收可以产生200-300摄氏度的高温蒸汽。根据本发明的具体实施例，上述实施例的热解气化方法进一步包括：将余热锅炉回收高温油气的热量产生的水蒸气由水蒸气进口供给至气化腔室内，用于半焦的燃烧气化反应。由此可以将利用回收高温净化油气的热量产生的蒸汽用于有机污泥在有机污泥热解气化炉内的燃烧气化反应，进而将有机污泥产生的高温油气的热量回收用于自身的燃烧气化反应，省去了外部额外供给蒸汽，降低了有机污泥的处理能耗。根据本发明的具体实施例，上述实施例的热解气化方法进一步包括：将热解气通入热解气净化装置400进行净化处理，以便得到净煤气。由此可以进一步对降温后的热解气进行净化处理，进而获得净煤气产品。根据本发明的具体实施例，上述实施例的热解气化方法进一步包括：将热解油通入油水分离装置500内进行油水分离，由此可以将热解油中的水分离出来，进而得到纯热解油产品。根据本发明上述实施例的有机污泥热解气化系统和热解气化方法至少具有下列优点之一：(1)利用半焦燃烧气化产生的热量直接应用于半焦，甚至应用于热解腔室内未完全热解的有机污泥中，进而进一步降低能耗。(2)可高效灵活控制热解、气化程度，油、气、半焦产率可大幅度调节，市场适应性更强。(3)更好的利用了中有机污泥高挥发分、活性高的特性，最大程度将中有机污泥转化为油、气资源。(4)消耗燃料量降低，投资运行成本降低，经济性更好。实施例以某市政污泥为例，干燥后的市政污泥主要性质如下表：表1项目单位数值备注全水％10收到基挥发分％35.7收到基灰分％46.5收到基将水分为15％的干燥有机污泥从蓄热室有机污泥热解气化炉顶部加入，蓄热式辐射管采用低热值燃气作为原料气，热解温度为600℃。中低温固态有机物下落在蓄热式有机污泥热解气化炉下部与蒸汽与氧气接触，发生燃烧气化反应，温度在1000℃。固态有机物燃烧气化产生低高温煤气上升与中低温固态有机物接触进行气固换热，进一步将固态有机物挥发分进行提取产生油气。蓄热式有机污泥热解气化炉煤气出口温度在700℃，进入高温除尘器中将夹带低粉尘去除。从高温除尘器导出低高温煤气温度在650℃，进入煤气余热回收装置，与进入软水进行换热产生300℃蒸汽作为气化剂送入蓄热室有机污泥热解气化炉下部。经换热荒煤气进入荒煤气净化系统，产生油水进入油水回收装置回收焦油作为产品。表2产品产率％(煤基)灰渣50.6焦油4.6煤气40.8在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。当前第1页12