[发明专利]基于钢渣载氧体的污泥化学链气化制氢的方法

说明书

本发明公开了一种基于钢渣载氧体的污泥化学链气化制备氢气的方法，该方法是将钢渣、污泥分别进行研磨筛分，混合，混合物料填充于反应器内，在氮气气氛下，向反应器内通入水蒸气，水蒸气与混合物充分接触，在800‑950℃下反应制备氢气；本发明工艺流程简单，运行成本低，原料来源广泛；充分利用热闷钢渣中的铁、镁、铝、钙等元素，一方面可以促进化学链气化产氢的效率，另一方面能消纳部分钢渣与污泥，实现工业固废的减量和资源化利用；同时也可以利用污泥作为燃料来制备清洁能源。

技术领域

本发明涉及一种基于钢渣载氧体的污泥化学链气化制备氢气的方法，属于工业固废资源化利用领域。

背景技术

大量堆积的冶炼废渣不仅占用土地，也造成了资源浪费。目前，钢渣处理方法以堆积填埋为主，存在重金属污染的风险。综合利用钢渣的方法主要是：作为路基、矿坑填埋原料，作为冶金原料、作为建筑材料等。

随着我国工业技术的发展和环境保护意识的增强，工业和生活污水处理能力以及处理效率大幅提升，污泥产量也随之增大，加剧了其处理处置的严峻性和紧迫性。2020年，我国污泥年产量已达6000万吨，且每年仍以10%的速率增加，如果不进行有效处理将会给生态环境带来巨大危害。综合利用污泥主要是：填埋、堆肥、热解等。同时污泥不同于生物质，污泥中含有大量的无机成分，极大的影响污泥的综合利用以及燃烧效率。

化学链气化技术是一种高效率、绿色环保的新型能源利用方式，利用载氧体传递的晶格氧进行反应，通过控制燃料添加量、反应温度、水蒸气通入量等条件，可以使燃料转化成CO和H₂。与传统产氢技术相比，化学链气化避免了燃料型和热力型NO_X的生成，同时产生高品位热量，实现能源循环和高效利用。载氧体的性能是化学链气化的关键，氧传递能力的优劣对反应过程有很大的影响。单一活性组分的载氧体己经不能满足工艺发展的需求，目前对新型载氧体的研究逐渐向复合型、多功能型、高稳定型发展。而随着工业固废堆积量大，环境污染等问题的凸显，资源化利用固废必然会成为研究的热点。

发明内容

本发明提供了一种基于钢渣载氧体的污泥化学链气化制备氢气的方法，以工业固废热闷钢渣作为载氧体，主要利用其中的铁类、钙类氧化物，由于钢渣中还含有一定量MgO和A1₂O₃，因此对化学链气化产氢过程有明显的促进作用，使产生的氢气纯度较高，CO₂、CO、CH₄等其他气体的含量少，易于去除，便于后续使用；同时以固废污泥做为燃料，实现了污泥的资源化利用。

本发明通过下述方案实现：

步骤1、将钢渣、污泥分别进行研磨，过120目筛；

步骤2、将筛分后的质量百分比15%-50%钢渣、质量百分比为50%-85%污泥置于三维混料机中干混15-20min；

步骤3、将混合物料填充于反应器内，在氮气气氛下，向反应器内通入水蒸气，水蒸气与混合物充分接触，在800-950℃下反应制备氢气。

所述钢渣为工业固废热闷钢渣。

所述热闷钢渣的主要成分为（质量百分比）：CaO 35%-45%、SiO₂ 10%-20%、Fe₂O₃20%-28%、MgO 5%-10%、A1₂O₃ 2%-6%、TiO₂ 0%-5%、Na₂O和K₂O 0.1%-0.5%。

所述污泥中碳的质量百分比15%-40%、硫的质量百分比0.5%-2%、氢的质量百分比1%-10%、氮的质量百分比1%-5%、干燥基灰分的质量百分比40%-55%、干燥基挥发分的质量百分比40%-55%、低位热值5MJ/kg-13MJ/kg。

本发明的有益效果为：