[发明专利]一种通过微波连续式热解污泥生产H2的方法及装置

说明书

本发明涉及一种通过微波连续式热解污泥生产H₂的方法及装置，其主要改进之处为，通过螺旋杆采用螺旋进料的方式向污泥微波处理器中连续添加污泥。本发明创造性的提出了采用螺旋式的进料方法来实现污泥的高温连续微波快速热解，有效地改善热解过程中污泥热量分布不均匀的缺陷和利用了污泥中水分作为反应原料，实现污泥微波热解的深度热解和原位蒸气重整，从而提高生物气的产率及H₂含量，强化污泥的资源和微波能量的有效利用率，为实现污泥微波热解工艺的优化与工程应用提拱技术支持和理论依据，具有重要价值。

技术领域

本发明涉及资源环境保护技术领域，具体涉及微波热解处理市政污泥的技术方法。

背景技术

迄今为止，学者们已对微波热解生活污泥进行了广泛的研究。结果表明，微波热解技术可将生活污泥中的有机质转化为生物气、生物油及生物炭产物。其中，生物气的成分简单，产率可达50％左右(干基)，主要含有H₂、CO、CO₂、CH₄和少量烯烃等能源气体，且H₂含量可到35％，热值较高，具有良好的能源价值。

目前，关于污泥微波热解的进料方式绝大多数研究均在间歇式微波热解反应条件下进行，其热解过程主要分为：(1)先将一定质量的污泥与吸波物质混匀置于微波腔体中；(2)通过调控微波输入功率来控制物料的热解温度；(3)随着热解反应的进行，大量的高温挥发性有机物会被保护载气带出微波腔体，并通过冷凝装置对生物油和生物气进行分离和收集；(4)待微波腔体冷却至室温后再对生物炭进行收集。然而，由于微波设备的闭性高，微波腔体的冷却时间一般需要2～4h。虽然污泥的间歇式微波热解能有效对污泥进行减量化和资源化处理，但其间歇式进料的方式限制了该技术单位时间处理的污泥量。

在污泥连续式热解的研究方面，已发现了污泥电加热式的连续热解以及皮带式输送微波热解产生物气的研究，这些污泥的热解方式能较好的实现污泥的连续热解，并将污泥中的有机质转化为生物气、生物油及生物炭等能源资源。目前，污泥的连续热解在热解温度为500-800℃条件下，可实现生物气产率在33.3％-59.50％，氢气浓度为12-25％，是污泥减量化、无害化、能源的有效途径之一。

目前已有连续式加热方式，由于其加热方式和进料方式(如：电加热和皮带式输送进料)限制了污泥连续热解的加热速率和处理效率。电加热的方式为先通过加热反应腔体再通过热传导将热量传给污泥，从而实现污泥的热解。然而，相对于微波加热，这种加热的方式效率降低，能耗较高。污泥皮带式微波热解虽然提高了污泥的加热效率，但由于污泥一直处于堆放的状态，阻碍了微波辐射作用于底部的污泥，导致污泥中的有机质未能彻底转化为生物气，因此，在生物气产率及其H₂浓度方面仍有提升空间。

发明内容

针对现有的通过微波加热污泥连续式产H₂的过程中存在的问题，本申请提供一种通过螺旋进料实现连续式高效产H₂的方法，本发明所述方法的主要改进之处为：通过螺旋杆采用螺旋进料的方式向污泥微波处理器中连续添加污泥。

由于生活污泥中的水分具有较高的介电性能(微波能吸收能力)，导致在间歇式微波热解的初始阶段，水分会先吸收微波能并转化为自身蒸发所需要的热能，降低了微波能的有效利用效率。在升温的过程中，物料急剧升温会导致有机质热分解反应剧烈，导致大量产物在未升至设定的热解终温时就被热解生成的挥发性气体带出微波腔体，从而降低了生物燃料的产率及品质。由此可见，采用间歇式进料的微波炉未能显著体现出微波热解对生活污泥进行低能耗能源化处理的优势。当采用污泥螺旋式进料的方式时，不仅可以实现污泥高温连续深度热裂解，同时还能充分利用水分的强介电性能，从而实现生活污泥与水发生原位蒸气重整，提高生物气的产率及其H₂浓度和降低污泥微波热解的能耗。同时，螺旋式的进料方式还有助于改善污泥在微波热解过程中存在的微波辐照不均匀的现象，从而提高污泥中有机质的热解效率，实现污泥高温连续微波快速热解产H₂氢生物气。