生物污泥热解合成气的除臭与提纯处理系统的制作方法
本发明涉及一种生物污泥热解制取的合成燃气除臭与提纯净化处理系统，具体涉及多种方法的复合进行污泥热解气的高效除去酸性气体、除臭、干燥、去除杂质和其它污染物的净化方案。
背景技术：
污泥热解技术是通过无氧加热干燥污泥至一定温度(<500℃)，由热分解作用使污泥转化为油、水、不凝性气体(ngc)和炭4种副产品，这样不仅可以减少二噁英的产生，且污泥中大部分重金属被固定在残渣中，而且三相副产物可回收再利用，具有较高的利用价值。
从众多研究者对污泥热解的研究中，可以看出污泥热解具有相当多的优点。污泥热解过程，产生的高温热解气经过三级冷却形成液态油，去除液态油之后的尾气，温度降至50～70℃气体主要成分包括co2，co，h2，o2和cxhy等，其合成气热值较高，可直接转化为气体燃料及燃料添加剂等，用途广泛、廉价清洁，是实现绿色化工、合成液体燃料的基础。但是，污泥热解制取合成气也存在一些缺点，尤其是湿污泥(污水厂机械脱水后且未经过干化的污泥)干化热解过程产生的气体气味臭，污染环境，作为气体燃料燃烧时也会产生一定有害成分(酸性气体、焦油等)。因此需要对污泥热解尾气进行除臭、净化提纯处理。
污泥热解初始阶段尾气恶臭问题严重，这主要是由于热解产生的乙硫醇、硫化碳、nh3，h2s和甲硫醇等恶臭组分。目前污泥干化热解恶臭尾气处理技术有燃烧法、洗净法、吸收法、脱臭剂法、生物脱臭法等。
现有这些处理工艺均有不同程度的弊端。直接燃烧或催化燃烧工艺不但造成浪费，且运行成本较高，同时造成热污染。分子筛吸附回收工艺，目前多用于石化行业，且吸附回收后的较低浓度仍然排放到大气环境，没有从根本上解决问题。有机溶剂吸收加热再生工艺，技术上仍不成熟，适合的有机溶剂不多，且容量有限，加热再生工艺复杂，安全隐患多，运行成本高，得不到大面积普及。
物理和化学法处理存在投资大、操作复杂、运行成本高、易产生二次污染等问题。生物除臭法是利用微生物的代谢活动将恶臭组分转变为简单的无臭物质或微生物细胞，主要有生物吸收、生物过滤和生物滴滤三种生物除臭方式。生物除臭技术存在着启动时间长(除臭菌群的生长周期一般在一个月以上)、占地面积大(气体停留时间在30-60s左右)、抗冲击能力低等问题。
在污泥热解制取合成气过程中会有焦油生成，焦油的存在不仅降低了合成气的品质，而且焦油易冷凝，结合水和炭粒等，造成设备管道的堵塞、腐蚀，对设备的稳定安全运行带来影响；焦油很难完全燃烧，形成的炭黑颗粒等会损坏如内燃机、燃气轮机等后续以产气为原料的设备；此外，焦油是一种成分及其复杂的混合物，组分多达200多种，其中一些组分的致癌性会给人类健康及环境带来危害，因此需要对污泥热解合成气进行净化提纯处理。
如何解决污泥热解过程尾气恶臭、合成气焦油等杂质成分高的难题，使得污泥热解技术得到大范围推广应用，成为急需解决的问题。
技术实现要素：
为了克服已有污泥热解过程的尾气恶臭、合成气杂质成分高、适用性较差的不足，本发明提供了一种结构合理、能将热解尾气中的恶臭气体控制在国家标准范围以内、并且对热解合成气进行净化提纯，提升合成气燃气品质的生物污泥热解合成气的除臭与提纯处理系统，同时具有降温、除尘、与除臭作用，又可净化合成气，提高合成气热值。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种生物污泥热解合成气的除臭与提纯处理系统，包括依次连接的旋流板水淋塔模块、喷雾反应除酸塔模块、太阳能-转轮除湿模块、污泥基活性炭转轮吸附模块和脉冲袋式除尘器模块；
所述旋流板水淋塔模块包括热解尾气入口、旋流板、填料层、循环水泵、补水口、第一沉淀池、清水喷头、第一丝网除雾器和污泥出口；所述旋流板、填料层、清水喷头和第一丝网除雾器自下而上布置在塔内，所述热解尾气入口位于所述旋流板的下方；所述热解尾气入口用于将气体导流入水淋室，所述旋流板是将热解尾气在水淋室内通过加速和旋流，与从塔顶经液体喷头喷淋到填料上并沿填料表面流下的小液滴在填料表面上密切接触进行传质；塔底设有沉淀池，污水进入第一沉淀池进行沉淀，沉淀分层后的上层清液回收循环利用；下层污泥通过沉淀池污泥出口排出；
所述喷雾反应除酸塔模块包括旋流器、雾化器、两级填料层、计量循环泵、第二沉淀池、补液管和第二丝网除雾器，两级填料层、雾化器和旋流器自下而上布置在塔内，所述旋流器使得热解气体在除酸塔内加速和旋流；塔内下流液体进入第二沉淀池进行沉淀，当塔内氢氧化钙溶液不足时，通过补液管进行补液；下层沉淀污泥通过沉淀池污泥出口排出；
所述太阳能-转轮除湿模块包括太阳能集热器、电加热器、除湿转轮和空气输送管道，太阳能集热器与电加热器联合运行加热空气，除湿转轮的除湿剂是由硅胶干燥剂以及氯化物干燥材料掺混而成的复合除湿剂；
所述脉冲袋式除尘器模块包括外滤式袋、滤袋框架、空气炮清堵装置、卸灰阀、灰斗和螺旋输送机，所述滤袋框架支撑外滤式袋并固定在箱体中，所述空气炮清堵装置采用脉冲跳跃式清灰，所述卸灰阀用于实现卸灰，所述螺旋输送机用于运输灰；
所述污泥基活性炭转轮吸附模块和脉冲袋式除尘器模块之间、所述脉冲袋式除尘器模块与储气罐之间均设有引风机。
进一步，所述旋流板水淋塔模块中，清水喷头将清水通过循环水泵加压喷射，喷淋到下层填料上，与热解尾气呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质；当塔内清水不足时，通过补水口进行补水。
再进一步，所述旋流板水淋塔模块和喷雾反应除酸塔模块中，第一丝网除雾器和第一丝网除雾器用
更进一步，所述喷雾反应除酸塔模块中，所述两级填料层分上下两段，填充优质pp材料多面空心球；塔顶设置多层立体网喷淋塔，塔形为圆筒形结构形式，塔身采用防腐材料，塔顶设置多层立体防腐蚀耐温网，安装雾化喷头，连接供溶液管；计量循环泵把饱和氢氧化钙溶液加压与压缩空气混合，从反应塔顶通过叠螺式分布的雾化器把碱液雾化成70一200um的雾滴，与热解气顺流反应。
所述污泥基活性炭转轮吸附模块中，znci活化法制备污泥基活性炭，制备条件为热解温度500℃、热解时间30min、活化剂浓度1mol/l，制得活性炭的孔隙结构是以中孔和大孔为主，平均孔径为2.45nm；当污泥基活性炭吸附饱和后，转轴进行转动，向饱和区通入热空气进行热脱附；收集热脱附气体，再经过uv紫外线光催化氧化后排放进入大气；光催化是利用tio2作为催化剂的光催化过程，反应条件温和，光解迅速，产物为co2和h2o。
所述脉冲袋式除尘器模块中，脉冲袋式除尘器的滤料选用梯度滤料，其结构为：pps基层+ptfe(聚四氟乙烯)基布+pps基层+超细pps面层，同时滤袋增加针孔涂封防渗漏处理，过滤热解气中的固体颗粒物。
本发明的有益效果主要表现在：
1、本发明采用旋流板水淋塔模块提高除尘和除去水溶性物质的效率，其可靠性高，利用旋流板减少除臭设备所带来的压降阻力，通过旋流气动装置的设置，使热解气体在同样高度的筒体内旋转次数增加、通过的路径增长，气相紊动剧烈，污泥热解气体与小液滴在时间和空间上得到充分的碰撞、接触、溶解、吸收。
2、采用zncl2活化法制备污泥基活性炭，其孔隙结构是以中孔和大孔为主，可以有效吸附臭味和有毒有害气体，同时实现资源的合理化利用，降低运输和后期处理的成本。污泥基活性炭转轮吸附箱利用太阳能集热器、电加热器和光催化废气处理设备联合工作，通过污泥基活性炭热脱附和废气光催化分解可实现连续吸附工作且臭气无害化排放等优点。
3、太阳能-转轮除湿系统是利用太阳能加热空气干燥除湿剂提高能量的利用率。由硅胶干燥剂以及氯化物干燥材料掺混而成的复合除湿剂，具有吸湿效率高，再生过程简单快速、稳定性高，且可连续进行除湿工作等优点，有利于提升除湿机的效率。
4、脉冲袋式除尘器的滤料选用梯度滤料，其结构为：pps基层+ptfe(聚四氟乙烯)基布+pps基层+超细pps面层，过滤热解气中的固体颗粒物可以实现污泥热解气的超净化。空气炮清堵装置采用脉冲跳跃式清灰，可有效防止粉尘的二次夹带。
附图说明
图1是生物污泥热解合成气的除臭与提纯系统的示意图。
其中，1、热解尾气入口；2、补水口；3、沉淀池；4、循环水泵；5、旋流板；6、填料层；7、清水喷头；8、丝网除雾器；9、热解尾气出口；10、旋流器；11、雾化器；12、两级填料层；13、计量循环泵；14、补液口；15、溶液池；16、热解尾气出口；17、丝网除雾器；25、太阳能-转轮除湿模块；32、污泥基活性炭转轮吸附及光催化模块；33、一级引风机；34、压缩空气；35、电子控制器；36、外滤式袋；37、灰斗；38、螺旋输送机；39、卸灰阀；40、飞灰集中处理；41、二级引风机；42、储气罐。
图2是太阳能-转轮除湿器的示意图。
其中，18、热解尾气入口；19、除湿转轮；20、热解尾气出口；21、空气入口；22、太阳能集热器；23、电加热器；24、空气出口。
图3是污泥基活性炭转轮吸附箱的示意图。
其中，21、空气入口；22、太阳能集热器；23、电加热器；24、空气出口；26、热解尾气入口；27、污泥基活性炭转轮；28、热解尾气出口；29、热脱附废气入口；30、光催化废气设备；31、光催化分解气出口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图3，一种生物污泥热解合成气的除臭与提纯处理系统，包括旋流板水淋塔模块、喷雾反应除酸塔模块、太阳能-转轮除湿器模块、污泥基活性炭转轮吸附模块、脉冲袋式除尘器模块、引风机和储气罐。
旋流板水淋塔维护模块构成洗涤系统的外部框架，所选材料为防腐蚀钢材。旋流板选用材料为耐蚀合金钢，其作用是将热解气体在水淋室内通过加速和旋流，与从塔顶经液体喷头喷淋到填料上并沿填料表面流下的小液滴在填料表面上密切接触进行传质。填料层选用生物纤维，用于增大气液的接触面积同时吸附少量的臭味气体。清水喷头将清水通过加压喷射形成小液滴落在填料层上，与气体接触吸收。丝网除雾器采用
喷雾反应除酸塔维护模块构成洗涤系统的外部框架，所选材料为耐腐蚀玻璃钢。除酸塔体下部设有进气口、底部设有溶液池，塔体内部进气口上方设有旋流板，旋流板上方设有一组多孔板、多孔板通过托架固定于塔体内，每块多孔板上方设有一根喷淋管，塔体内部上方设有金属丝网除雾器、顶部设有出气口。旋流板选用材料为耐蚀合金钢，其作用是将热解气体在除酸塔内通过加速和旋流，使得尾气均匀分布并能提高除酸塔内反应物的饱和度。填料层选用优质pp材料多面空心球，用于增大气液的接触面积，增加反应时间。塔顶设置多层立体网喷淋塔，塔形为圆筒形结构形式，塔身采用防腐材料，塔顶设置多层立体防腐蚀耐温网，安装雾化喷头，连接供溶液管。计量循环泵把饱和氢氧化钙溶液加压与压缩空气混合，从反应塔顶通过叠螺式分布的雾化器把碱液雾化成70-200um的雾滴，与热解气顺流反应。塔内下流液体进入沉淀池进行沉淀，当塔内氢氧化钙溶液不足时，通过补液管进行补液。下层沉淀污泥通过沉淀池污泥出口排出并输送至污泥处理厂资源化利用。
太阳能-转轮除湿模块由太阳能集热器、电加热器、除湿转轮、空气输送管道组成。太阳能集热器与电加热器联合运行加热空气，除湿转轮的除湿剂是由硅胶干燥剂以及氯化物干燥材料掺混而成的复合除湿剂，具有吸湿效率高，再生过程简单快速，稳定性高，且可连续进行除湿工作等优点，有利于提升除湿机的效率。
污泥基活性炭转轮吸附模块(即污泥基活性炭转轮吸附及光催化废气模块)，采用zncl2活化法制备污泥基活性炭，活性炭的孔隙结构是以中孔和大孔为主，平均孔径为2.45nm，可以有效吸附臭味气体和有毒有害气体。当污泥基活性炭吸附饱和后，转轮进行转动，向饱和区通入热空气进行热脱附。收集热脱附气体，再经过uv紫外线光催化氧化后排放进入大气。实现污泥基活性炭连续吸附工作且废气无害化排放。
脉冲袋式除尘器模块气体流速控制在1～1.2m/min，滤料选用梯度滤料，其结构为：pps基层+ptfe(聚四氟乙烯)基布+pps基层+超细pps面层，同时滤袋增加针孔涂封防渗漏处理，过滤热解气中的固体颗粒物。滤袋框架支撑外滤式袋并固定在箱体中。空气炮清堵装置采用脉冲跳跃式清灰，可有效防止粉尘的二次夹带。卸灰阀可以实现卸灰而不影响其他设备工作。螺旋输送机用于运输灰。在设计过程中，须保证气流的上升速度小于粉尘颗粒的沉降速度，如果气流上升速度过大，则会造成滤袋清理下来的粉尘悬停在半空中，甚至会二次夹带到滤袋上，造成布袋除尘器的阻力居高不下，使得整个清灰系统处于瘫痪状态。空气炮清堵装置采用脉冲跳跃式清灰，可有效防止粉尘的二次夹带。卸灰阀可以实现卸灰而不影响其他设备工作。螺旋输送机用于运输灰。
引风机是变频式，选用玻璃钢材料制作，热解尾气经过太阳能-转轮除湿系统和污泥基活性炭吸附系统后，气流速度降低，压力下降，需要引风机进行导流，同样的经过脉冲袋式除尘器系统也需要引风机进行导流。
储气罐罐体是用钢板焊接成的直立圆筒，内部装有活塞，活塞以下储存热解合成气。
合成气的输气管道采用玻璃钢酸气管道，玻璃钢酸气管道是具有树脂基体重的玻璃纤维按工艺要求逐层缠绕在旋转的芯模上，并在纤维之间均匀地铺上石英砂作为夹砂层，是一种轻质、高强、耐腐蚀的非金属管道，同时减少流阻、提高流速、降低能耗。
如图2所示，太阳能-转轮除湿模块由太阳能集热器、电加热器、除湿转轮、空气输送管道组成。太阳能集热器与电加热器联合运行加热空气，除湿转轮的除湿剂是由硅胶干燥剂以及氯化物干燥材料掺混而成的复合除湿剂，具有吸湿效率高，再生过程简单快速，稳定性高，且可连续进行除湿工作等优点，有利于提升除湿机的效率。
如图3所示，污泥基活性炭转轮吸附及光催化废气模块由太阳能集热器、电加热器、污泥基活性炭转轮、热空气输送管道、热脱附废气输送管道、光催化废气处理装置组成。污泥基活性炭转轮的吸附剂由生物污泥采用zncl2活化法制得，活性炭的孔隙结构是以中孔和大孔为主，平均孔径为2.45nm，可以有效吸附臭味气体和有毒有害气体。当污泥基活性炭吸附饱和后，转轮转动，向饱和区通入经太阳能集热器与电加热器联合运行加热的空气，进行污泥基活性炭的热脱附再生过程，热脱附产生的废气通过光催化分解实现废气无害化排放。
下面结合附图对该系统的工作流程进行具体描述，一种生物污泥热解合成气的除臭与提纯方法，包括以下步骤：
第一步，将污泥热解尾气通过输气管道输送至旋流板水淋塔模块入口1处，通过旋流板5将热解气体在水淋室内加速和旋流，与从塔顶经液体喷头7喷淋到填料上并沿填料层6表面流下的小液滴在填料表面上密切接触进行传质。除去尾气中的飞灰以及易溶于水的成分，如h2s、nh3等。热解尾气经过丝网除雾器8，夹带在气相中的细小液体雾滴，经过丝网除雾器的丝网时，雾滴碰到除雾丝网上，被粘附或吸附下来，经过反复多次吸附雾滴，极小的雾滴附聚、聚结成为大的液滴，液滴在重力的作用下，沿着编织丝网丝与丝的交叉点向下运动，同时继续吸附气体中夹带的雾滴，长大的雾滴流到除雾器丝网的底部，以靠液滴自身的重力跌落下来，除去>3μm的液(油)滴、焦油及固体颗粒，之后被送去除酸性气体。
塔内下流污水进入沉淀池3进行沉淀，沉淀分层后的上层清液利用循环水泵4回收循环利用，当塔内清水不足时，通过补水管2进行补水。下层污泥通过沉淀池污泥出口9排出并输送至污泥处理厂资源化利用。
第二步，将清水淋洗过的热解气体输送至喷雾反应除酸塔模块中进行淋洗与碱性淋洗药剂反应，热解气体在除酸塔内的流速控制在低速。喷雾反应除酸塔采用的是上进气顺流反应塔，计量循环泵13把饱和氢氧化钙溶液加压与压缩空气混合，从反应塔顶通过叠螺式分布的雾化器11把碱液雾化成70-200um的雾滴，与通过旋流器10加速与旋转的热解气体顺流反应，形成致密的悬流反应层，雾化后的碱液迅速气化，在喷嘴附近形成一个碱性雾滴悬浮的高密度区域，增加了接触面积和反应时间，热解气体中的co2、nox和sox等酸性物质通过此区域时发生中和反应，生成隋性物质。同时部分下流的吸收液进入填料层12，热解尾气在塑料球打滚再与吸收液起中和反应，进一步去除酸性气体和臭味气体，使合成气纯度进一步提高，反应后的热解气体夹带着反应产物随尾气通过金属丝网除雾器17进行换热除雾过程。穿过丝网除雾器的气流速度一般选定在3.5-5.5m/s。除雾过程起到热解气体的脱水脱盐和除尘等功效。塔内下流液体进入沉淀池进行沉淀，当塔内氢氧化钙溶液不足时，通过补液管进行补液。下层沉淀污泥通过沉淀池污泥出口排出并输送至污泥处理厂资源化利用。反应除酸塔配有观察孔，以便检查喷嘴的工作情况。喷雾反应除酸塔具有一定容积，热解气体在塔内有足够的反应时间。
第三步，将除酸后的热解气体输送至太阳能-转轮除湿器模块25中除水干燥。太阳能-转轮除湿方式由于其特殊的性能特点，使得空气的除湿过程和干燥物质的再生过程能够连续进行，其基本原理如图2所示。在除湿转轮上设置蜂窝状的空气通道，转轮部分的3/4区域为被处理热解气体通道，其余1/4区域为再生空气通道。通道的壁面敷设有固体复合吸湿材料19，当壁面干燥材料的水蒸气分压力低于热解气体时，水分就从热解气体进口18的热解气进入固体复合吸湿材料中，实现除湿过程。随着除湿过程的进行，吸湿后饱和的固体复合吸湿材料将进入转轮的再生区，空气21先经过太阳能集热板22及电加热器23联合加热升温，温度较高的空气流过转轮的再生通道，实现固体复合吸湿材料的脱水，恢复固体复合吸湿材料的吸水性。
第四步，将干燥后的热解气体通入污泥基活性炭转轮吸附及光催化废气分解模块32，采用zncl2活化法制备污泥基活性炭，活性炭的孔隙结构是以中孔和大孔为主，平均孔径为2.45nm，经过干燥的热解气体进入污泥基活性炭箱可以有效脱除乙硫醇、硫化碳、甲硫醇等有机臭气和有毒有害气体。在污泥基活性炭转轮27上设置空气通道，转轮部分的2/3区域为被处理热解气体通道，其余1/3区域为再生空气通道。当污泥基活性炭吸附饱和后，转轮转动，向饱和区通入经太阳能集热器22与电加热器23联合运行加热的空气，进行污泥基活性炭的热脱附再生过程，将热脱附产生的废气通过废气入口29输送至光催化装置30，经光催化分解实现废气无害化排放。
第五步，采用外滤式除尘方式，滤袋框架支撑外滤式袋并固定在箱体中。将去除臭味的热解气体通过进口分配管从位于下箱体的进口进入脉冲式布袋除尘器中，进口分布板将热解气体均匀地分布于整个布袋除尘器中。同时较重的固体颗粒物直接沉降于灰斗37中，而较轻的颗粒物与气流一起流向外滤式布袋36，进行最后的除尘净化。在第一引风机33的动力作用下，热解气体从布袋外表面穿过布袋，进入布袋内，在此过程中，固体颗粒物被拦截在布袋的外表面形成滤饼。当滤饼增到一定厚度，除尘器的压差上升到一定值时，电子控制器35发出脉冲清灰信号，向布袋内反向喷入压缩空气34。由于压缩空气的冲击力作用，布袋外表面的滤饼剥落，掉入除尘器底部灰斗37，卸灰阀39将沉积于料斗中的灰尘排出布袋除尘器，收集于布袋外表面的颗粒物落入锥形的灰斗内再经双层排灰阀排出，合成气进入除尘器顶部的清洁气箱经风机通过总出口导管抽出。压缩空气由电子控制器供气系统供给，在布袋里形成高能振动波，对布袋形成清灰。
第六步，净化除臭的合成气通过第二引风机41诱导进入气体压缩泵，进行压缩存储于储气罐42。
综上所述，本发明提出了一种生物污泥热解制取的合成燃气除臭与提纯净化处理系统，充分利用了湿污泥热解固体残渣、空气以及太阳能，采用变频式引风机降低启停时的能量损失，系统结构紧凑、操作简单、可靠性高，能大量处理生物污泥热解合成气，且高效除去酸性气体、除臭、干燥、去除杂质和其它污染物，显著提纯净化合成燃气的新方法。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！