一种等离子活化污泥制氢系统

本技术涉及固体废弃物资源化利用，尤其涉及一种等离子活化污泥制氢系统。

背景技术：

1、随着城市化进程的不断推进，城市中的污泥等有机固废的产量逐年增加，对于如何有效、合理且经济地处理这些污染物成为一个亟待解决的难题。目前常采用填埋技术对污泥进行处理，此种处理虽然方便，但对环境及人类生活有着巨大影响，而废弃物中的有机物含有一定的热值，具有能源化利用的潜力。在如今传统化石燃料资源日益枯竭和燃料价格上涨的背景下，利用污泥等废弃物作为热化学转化过程的燃料以实现废弃物的资源转化成为一种可行的措施。

2、等离子气化技术是利用等离子体火炬对物料进行加热，由于等离子体可使热化学反应中不同的热力学进程得以相对独立地实现，不再受限于废弃物的热化学反应动力学的局限，因此其热解处理效率较传统热分解技术更高。基于废弃物向能源转化的概念，直接将污泥等有机固废物转化为能源是更有益的。

3、同时，氢能作为一种清洁、高效和可持续的能源，市场前景广阔，是未来能源发展的重点。近年来，制氢技术取得了显著进展，为未来能源基础设施的设计开辟了新时代。目前，制氢方式主要有四种：化石燃料制氢、电解水制氢、工业副产物制氢、生物质制氢，此外还有一些如海藻制氢、城市固体废弃物制氢等新型制氢技术。化石燃料制氢技术是当今制氢领域的主流技术，世界上90%以上的氢生产来自化石燃料。化石燃料制氢技术相对成熟，并已实现大规模应用，其中煤制氢、天然气制氢和石油副产品制氢是目前最常用的制氢方式。但这些方法均需消耗大量的不可再生能源，从可持续发展的角度来看，寻找可替代原料将变得越来越重要。

4、针对城市污泥等有机固废物成分复杂、危害严重、产量日益增大的现状，从有机固废物处理无害化、减量化和资源化的目标出发，利用等离子体高温、高焓、高能量密度的独特优势，将废弃物转化为氢能源，致力于实现废弃物向可持续清洁能源转化的同时助力实现碳中和。中国专利cn103979491a公开了“一种污泥与生物质共混气化制氢的方法和装置”，该污泥制氢装置由于气化温度较低，易产生焦油等副产物，导致制氢工艺复杂，成本高，制氢效率低。

技术实现思路

1、发明目的：本实用新型的目的是提供一种等离子活化污泥制氢系统，实现污泥有机物的资源化利用，并制得清洁能源纯化氢气。

2、技术方案：本实用新型的一种等离子活化污泥制氢系统，包括：

3、等离子体气化系统，所述等离子体气化系统包括等离子体气化炉，所述等离子体气化炉接受污泥原料并与气化剂进行等离子气化活化处理并制得合成气；

4、余热回收系统，所述余热回收系统包括余热回收锅炉以及与余热回收锅炉串接的至少一组列管式换热器，所述余热回收锅炉与等离子体气化炉连通接受合成气进行换热并产生热蒸汽；

5、水气变换系统，所述水气变换系统分别与阵列式换热器的管程、壳程出口端连通，并接受合成气与热蒸汽产出h2和co2的混合气；

6、净化系统，所述净化系统包括若干组配合设置的mea吸收塔和mea再生塔，所述mea吸收塔接受混合气并脱除混合气杂质气体，所述mea再生塔为mea吸收塔提供mea再生液；

7、变压吸附系统，所述变压吸附系统接受净化气进行分离提纯产出纯化h2。

8、优选的，所述等离子体气化炉包括内壁涂覆有耐高温材料的筒状金属炉体，所述金属炉体包括设于上部的污泥原料进料口、蒸汽进气口和富氧空气进风口、热态合成气出口以及设于金属炉体下端的排渣口；所述金属炉体下部圆周向等间距设有若干组提供热源的等离子体电极。

9、优选的，所述列管式换热器包括串接的第一列管式换热器和第二列管式换热器，生产水依次经由第一列管式换热器、第二列管式换热器的壳程与依次经由第一列管式换热器、第二列管式换热器的管程。

10、优选的，所述水气变换系统包括串接的高温变换炉和低温变换炉，所述高温变换炉接受合成气与热蒸汽进行一次变换后输出至低温变换炉进行二次变换。

11、优选的，在第二列管式换热器、高温变换炉或低温变换炉末端接入调节温度的冷却器。

12、优选的，所述变压吸附系统包括第一吸附塔、第二吸附塔和第三吸附塔，所述第二吸附塔与第三吸附塔并联并与第一吸附塔串接；所述第一吸附塔前端设有至少一组压缩机，所述第二吸附塔和第三吸附塔后端设有至少一个压缩机。

13、有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

14、1、本实用新型的等离子活化污泥制氢系统，以污泥为原料，以富氧空气、水蒸气为气化剂，在等离子体气化炉中经过高温活化热解产生含有h2、co的合成气，合成气经过余热回收、水气变换反应、净化除杂及变压吸附过程制备h2，制氢效率高，经济效益好，制氢过程中不产生二噁英等有害气体，经过提纯后h2纯度大于99％，收率可达20%；污泥原料价格低廉，将污泥废弃物无害化处理制得清洁能源氢气，高纯度的氢能源可用于燃料电池等环保能源领域。

技术特征：

1.一种等离子活化污泥制氢系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的等离子活化污泥制氢系统，其特征在于，所述等离子体气化炉（1）包括内壁涂覆有耐高温材料的筒状金属炉体，所述金属炉体包括设于上部的污泥原料进料口、蒸汽进气口和富氧空气进风口、热态合成气出口以及设于金属炉体下端的排渣口；所述金属炉体下部圆周向等间距设有若干组提供热源的等离子体电极。

3.根据权利要求1所述的等离子活化污泥制氢系统，其特征在于，所述列管式换热器包括串接的第一列管式换热器（2）和第二列管式换热器（3），生产水依次经由第一列管式换热器、第二列管式换热器的壳程与依次经由第一列管式换热器、第二列管式换热器的管程。

4.根据权利要求1所述的等离子活化污泥制氢系统，其特征在于，所述水气变换系统（300）包括串接的高温变换炉（5）和低温变换炉（7），所述高温变换炉（5）接受合成气与热蒸汽进行一次变换后输出至低温变换炉（7）进行二次变换。

5.根据权利要求3或4所述的等离子活化污泥制氢系统，其特征在于，在第二列管式换热器（3）、高温变换炉（5）或低温变换炉（7）末端接入调节温度的冷却器。

6.根据权利要求1所述的等离子活化污泥制氢系统，其特征在于，所述变压吸附系统（500）包括第一吸附塔（19）、第二吸附塔（20）和第三吸附塔（21），所述第二吸附塔（20）与第三吸附塔（21）并联并与第一吸附塔（19）串接；所述第一吸附塔（19）前端设有至少一组压缩机（18），所述第二吸附塔（20）和第三吸附塔（21）后端设有至少一个压缩机（18）。

技术总结
本技术公开了一种等离子活化污泥制氢系统，包括等离子体气化系统、余热回收系统、水气变换系统、净化系统和变压吸附系统，等离子体气化系统接受污泥原料进行活化处理制得合成气；余热回收系统包括余热回收锅炉以及至少一组列管式换热器，余热回收锅炉接受合成气进行换热并产生热蒸汽；水气变换系统接受合成气与热蒸汽产出H<subgt;2</subgt;和CO<subgt;2</subgt;的混合气；净化系统包括若干组MEA吸收塔和MEA再生塔，MEA吸收塔接受混合气并脱除混合气杂质气体；变压吸附系统接受净化气进行分离提纯产出纯化H<subgt;2</subgt;。本技术的制氢装置，利用超高温等离子体气化污泥，将污泥有机物转化为洁净氢气，具有较高的氢收率，实现氢气纯化和污泥的无害化处理。

技术研发人员：孟献梁,叶泽甫,胡爽,朱竹军,张帅,孟恩
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：20221209
技术公布日：2024/1/13