阅读说明：本技术 利用园林绿化废弃物与污泥混合气化制备燃气的方法 (Method for preparing fuel gas by mixing and gasifying landscaping waste and sludge ) 是由 陈冠益 卫海德 郭祥 张言斌 颜蓓蓓 程占军 马文超 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：一种利用园林绿化废弃物与污泥混合气化制备燃气的方法及燃气,包括将园林绿化废弃物与污泥混合,形成混合物料；将混合物料热解气化,得到所述燃气。本发明利用污泥在气化过程中的非均相催化属性,与园林绿化废弃物混合气化,操作简单且环境友好,并制备高品质、低焦油含量的气化燃气,可促进生物质气化工艺的工业应用及推广,同时为园林绿化废弃物及污泥的处置提供参考路径。(A method for preparing fuel gas by mixing and gasifying landscaping waste and sludge comprises mixing landscaping waste and sludge to form a mixed material; and pyrolyzing and gasifying the mixed material to obtain the fuel gas. According to the invention, the heterogeneous catalysis property of the sludge in the gasification process is utilized, the sludge and the landscaping waste are mixed and gasified, the operation is simple and environment-friendly, the high-quality and low-tar-content gasified fuel gas is prepared, the industrial application and popularization of the biomass gasification process can be promoted, and a reference path is provided for the treatment of the landscaping waste and the sludge.)

利用园林绿化废弃物与污泥混合气化制备燃气的方法

技术领域

本发明属于生物质资源化能源化利用技术领域，具体涉及一种利用园林绿化废弃物与污泥混合气化制备燃气的方法。

背景技术

园林绿化废弃物是指园林绿化植物自然凋落或人工修剪所产生的植物枝干、落叶及草屑等。随着城市绿化面积的增大，园林绿化废弃物产量急剧增大。目前，大部分的园林绿化废弃物与生活垃圾一起填埋或焚烧，造成了严重的环境污染与能源浪费。园林绿化废弃物富含木质纤维素且有机质含量高，可用于生物质燃气的制备，实现园林绿化废弃物的再利用及能源化转化。焦油是生物质气化过程中不可避免的副产物。焦油会在管道、过滤器或下游设备的热交换器中凝结形成复杂的结构，导致整个系统的机械故障，限制热解气化技术的工业化推广。采用热解气化技术将园林绿化废弃物转化为低焦油、高品质的气化燃气具有较好研究价值及现实意义。

污泥来自于污水处理过程，产量逐年增大。截至2017年末，根据统计数据，污泥年产量约为6500万吨。污泥处置现已成为伴随污水处理而生的新型环境问题。常规的污泥填埋、焚烧、堆肥等处理方法，容易产生二次污染。热解气化技术可将污泥中有机成分转化为可燃气体，且有效降低NOx及SO₂的排放并杀死病原菌等，有利于实现污泥的无害化、减量化及资源化处置。

污泥中含有大量的C、Fe、Si、Al以及其他金属(Cu、Ti、Ca、Mg、Zn、Ni)和非金属(N、O、S、P)，常用于合成各种非均相碳质催化剂。SS还含有不同比例的重金属，如：Ba、Cu、Ca、Cr、Hg、Mo、Mn、Ni、Pb、Ti、Zn，这使得污泥成为环境修复的稳定有效的多相催化剂。无机元素P、Mg、Na及Fe在气化过程中可促进CO与CH₄的生成及释放。Al作为诸多金属的载体，可强化可逆的水煤气转换反应(Water-Gas Shift，简称WGS)。此外，污泥中的Fe、Al₂O₃及CaO对于减少生物质气化过程中的焦油具有较为积极的作用。因此，将污泥与园林绿化废弃物进行混合气化，有望制备具有低焦油且燃气组分改善的高品质气化燃气。目前，对于园林绿化废弃物与污泥混合气化制备燃气的研究还未见报道。制备的气化燃气可用于居民炊事、供暖及工业燃气锅炉供热或发电。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种利用园林绿化废弃物与污泥混合气化制备燃气的方法及燃气，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种利用园林绿化废弃物与污泥混合气化制备燃气的方法，包括：

将园林绿化废弃物与污泥混合，形成混合物料；

将混合物料热解气化，得到所述燃气。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种如上所述方法制得的燃气。

基于上述技术方案可知，本发明的利用园林绿化废弃物与污泥混合气化制备燃气的方法及燃气相对于现有技术至少具有以下优势之一：

1、本发明提出的园林绿化废弃物与污泥混合气化制备燃气的方法，可为园林绿化废弃物及污泥的资源化、能源化循环利用提供参考路径；

2、本发明巧妙地利用污泥在气化过程中的非均相催化属性，与园林绿化废弃物混合气化，操作简单且环境友好，并制备高品质、低焦油含量的气化燃气，可促进生物质气化工艺的工业应用及推广；

3、本发明提出的园林绿化废弃物与污泥混合气化所制得的气化燃气热值达4.3～5MJ/Nm³，气化气中可燃组分(H₂+CO+CH₄)含量达21～27vol％，H₂与CO体积摩尔比为1.12～1.53，气化气中焦油含量为2～3g/Nm³。制备的气化燃气可用于居民炊事、供暖及工业燃气锅炉供热或发电。

附图说明

图1为本发明实施例1的高温管式炉热解气化装置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开了一种利用园林绿化废弃物与污泥混合气化制备燃气的方法，包括：

将园林绿化废弃物与污泥混合，形成混合物料；

将混合物料热解气化，得到所述燃气。

其中，所述混合物料中污泥的含量为30至60wt％。

其中，所述混合物料的热解气化步骤是在热解气化设备中实现的；

所述热解气化设备包括高温管式炉。

其中，所述热解气化反应的温度为700至900℃。

其中，所述园林绿化废弃物与污泥的目数均为40至80目。

其中，所述污泥为自然风干污泥。

其中，所述污泥包括城市污水处理产生的市政污泥。

其中，所述园林绿化废弃物为自然风干后的园林绿化废弃物。

本发明还公开了如上所述方法制得的燃气。

其中，所述燃气的热值为4.3至5MJ/Nm³；

所述燃气中焦油含量为2至3g/Nm³；

所述燃气中可燃组分的含量为21至27vol％；

其中，所述可燃组分包括H₂、CO和CH₄；

其中，所述H₂与CO体积摩尔比为1.12至1.53。

在一个示例性实施例中，本发明的利用园林绿化废弃物与污泥混合气化制备燃气的方法，包括：

将自然风干园林绿化废弃物一与污泥一分别粉碎过筛，得园林绿化废弃物二及污泥二；

将园林绿化废弃物二与污泥二按比例混合，形成混合物料；

将混合物料进行气化，得到所述的气化燃气。

其中，热解气化设备包括但不限于高温管式炉，可以是其他可以实现气化的高温设备。

其中，气化炉气化温度为700～900℃。

其中，所述园林绿化废弃物一为自然风干后园林绿化废弃物；

其中，所述污泥一为自然风干污泥；

其中，所述污泥包括城市污水处理产生的市政污泥及其他工艺产生的工业污泥；

其中，园林绿化废弃物二与污泥二的目数为40～80目；

其中，园林绿化废弃物二与污泥二形成的混合物料中，污泥二的质量含量为30～60wt％；

其中，所述混合物料的气化步骤是在热解气化设备中实现的；

其中，所述热解气化设备包括但不限制于高温管式炉；

其中，所述热解气化温度为700～900℃。

本发明还公开了一种如上所述方法制得的气化燃气。

其中，所述气化燃气的热值达4.3～5MJ/Nm³，气化气中可燃组分(H₂+CO+CH₄)含量达21～27vol％，H₂与CO体积摩尔比为1.12～1.53，气化气中焦油含量为2～3g/Nm³。

在另一个示例性实施例中，本发明的一种利用园林绿化废弃物与污泥混合气化制备燃气的方法，步骤如下：

1)原料制备：将自然风干园林绿化废弃物及污泥分别粉碎过筛，取40～80目颗粒备用；

2)原料混合：取步骤1)粉碎过筛后的园林绿化废弃物与污泥，均匀混合，混合物料中污泥质量含量为30～60wt％；

3)原料气化：将步骤2)所得混合物料置于气化炉中气化，于700～900℃气化，得气化燃气。

其中，所得的气化燃气热值达4.3～5MJ/Nm³，气化气中可燃组分(H₂+CO+CH₄)含量达21～27vol％，H2与CO体积摩尔比为1.12～1.53，气化气中焦油含量为2～3g/Nm³。制备的气化燃气可用于居民炊事、供暖及工业燃气锅炉供热或发电。

以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。

下述实施例中使用的化学药品和原料均为市售所得或通过公知的制备方法自制得到。

实施例1

一种利用园林绿化废弃物与污泥混合气化制备燃气的方法，采用如图1所示的高温管式炉。

1)原料制备：取自然风干园林绿化废弃物及污泥，粉碎过筛，取40～80目颗粒备用；

2)原料混合：分别取质量为2.5g的粉碎过筛园林绿化废弃物及污泥，均匀混合，形成混合物料，其中污泥的干物质质量含量为50wt％；

3)原料气化：采用图1所示的高温管式炉进行气化制备气化燃气。取5g混合均匀物料置于石英舟，并均匀铺开。将石英舟置于滑轨管式炉右侧中央位置，如图1所示样品位置处。开启管式炉电源，通入N₂，N₂流速为200mL/min。设置升温程序，使管式炉以10℃/min升温速率从室温升至气化温度800℃。将气体氛围由N₂切换为空气，空气流速为200mL/min。检查气化系统气密性、校准湿式气体流量计，并保证气化炉温度示数稳定。将已经达到设定气化温度800℃的炉体，沿水平滑轨快速推至放置样品的右方。反应开始并记时。秸秆样品气化燃气沿管式炉右侧出气管路、经过两级冷凝后，通过湿式气体流量计记录累积产气量。之后用集气袋收集，用于气相色谱分析。总反应时长为35min。待反应结束后，将管式炉炉体推至左侧。待右侧放置样品区冷却至室温，将放置样品的石英舟取出。用二氯甲烷洗涤气化炉的石英管内壁、出气管路及冷凝系统。将洗涤液体抽滤，滤液50℃旋蒸至恒重。残留棕黑色液体即为气化焦油，焦油质量由称重法获得。

本实施例所制备的气化燃气热值达5MJ/Nm³，气化气中可燃组分(H₂+CO+CH₄)含量达27vol％，H₂与CO体积摩尔比为1.53，气化气中焦油含量为2g/Nm³。

实施例2

本实施例所用实施例1相同的原料及方法，但混合物料中粉碎过筛的自然风干污泥质量为1.5g，占混合物料质量含量的30wt％，气化温度为700℃。

本实施例所制备的气化燃气热值达4.3MJ/Nm³，气化气中可燃组分(H₂+CO+CH₄)含量达21vol％，H₂与CO体积摩尔比为1.12，气化气中焦油含量为3g/Nm³。

实施例3

本实施例所用实施例1相同的原料及方法，但混合物料中粉碎过筛的自然风干污泥质量为3g，占混合物料质量含量的60wt％，气化温度为900℃。

本实施例所制备的气化燃气热值达4.51MJ/Nm³，气化气中可燃组分(H₂+CO+CH₄)含量达24.3vol％，H₂与CO体积摩尔比为1.37，气化气中焦油含量为2.66g/Nm³。

表1为实施例1-3中的数据汇总

本发明公开和提出了操作简单且环境友好的园林绿化废弃物与污泥混合气化制备燃气的方法。本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变混合物料中污泥质量含量及气化温度即可实现。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。