一种利用赤泥对橡塑固废分级转化制取富氢气体的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用赤泥对橡塑固废分级转化制取富氢气体的方法。该方法将橡塑固废依次进行热解、重整、催化和气化四步转化，实现灵活调控的同时提高氢气产率。通过引入赤泥以废治废，集吸附污染物、CO2吸收、催化和制氢于一体，促进赤泥和橡塑固废的资源化利用。本发明专利技术避免了传统橡塑固废处置过程中复杂的污染物脱除和产气提纯过程，最终收集的氢气产率高、纯度高、焦油含量低，后续利用方便，具有较好的经济效益和环境效益。好的经济效益和环境效益。好的经济效益和环境效益。

【技术实现步骤摘要】
一种利用赤泥对橡塑固废分级转化制取富氢气体的方法


[0001]本专利技术属于固体废弃物热化学制氢领域，具体地，涉及一种利用赤泥对橡塑固废分级转化制取富氢气体的方法。

技术介绍

[0002]氢能是一类清洁低碳、安全高效的二次能源，积极开发氢能有望解决未来能源问题。传统的制氢方法主要有电解水制氢、天然气转化制氢、煤转化制氢等，不仅成本较高，而且会消耗大量化石资源，同时造成环境污染，不利于持续发展。因此寻求经济、高效、清洁的制氢技术受到广泛关注。
[0003]橡胶、塑料等材料因制造成本低、使用方便和价格便宜等优点而被广泛应用，巨大的使用量随之产生了大量的固体废弃物。采用合适的热化学转化技术将橡塑固废转化为富氢气体，不仅能无害化处理橡塑固废，还能实现清洁高效的氢能生产。但是目前橡塑固废热化学处理仍存在一些问题：(1)转化过程中会产生焦油、二噁英等污染物，造成二次污染，同时与固废混杂的重金属会堵塞设备；(2)橡胶、塑料属于高碳固废，含碳量均能达到80％以上，导致产气中CO2含量高，且含有碳氢气体，降低了产气的品质。因此目前的橡塑固废处置方法都需要复杂的污染物脱除和产气提纯过程，操作繁琐，实际应用面临着较大的挑战。
[0004]分级气化工艺近年来得到广泛研究，它在第一阶段先热解塑料产生热解气，接着在第二阶段利用催化剂裂解热解气。由于气
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固反应性远大于固
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固反应性，利用分级气化可将碳氢化合物、焦油等中间产物转变为合成气等有价值的产品。但是此工艺仍无法避免CO2含量高的问题，寻求合适的催化剂裂解焦油、碳氢化合物等中间产物的同时降低CO2排放成为至关重要的一步。
[0005]赤泥是炼铝工业排放的固体废弃物，分为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥，主要成分包括Fe2O3、CaO和Al2O3等，其中拜耳法赤泥中含有30％
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60％的Fe2O3，而Fe2O3具有较好的重整、催化性能，烧结法赤泥和联合法赤泥中含有40％
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50％的CaO，而CaO能有效吸附CO2，同时赤泥的多孔结构可吸附重金属等污染物。而赤泥排放一方面对环境造成了较大的污染，另一方面也浪费了资源，因此最大限度地利用赤泥已迫在眉睫。
[0006]为了克服传统橡塑固废处置过程中的污染物脱除和产气不纯问题，同时进行持续清洁的氢能生产，本专利技术结合赤泥和分级气化，提出了一种新的制氢方法。

技术实现思路

[0007]根据现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种利用赤泥对橡塑固废分级转化制取富氢气体的方法，橡塑固废依次经过热解、重整、催化和气化，能有效降低产气中焦油和CO2含量，同时提高氢气产率。引入赤泥实现以废治废，集吸附污染物、CO2吸收、催化和制氢于一体，促进赤泥的资源化利用。最终残余积碳燃烧和赤泥再生产生的高温烟气依次用于固废热解、催化和赤泥干燥，提高能量利用效率。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案。
[0009]一种利用赤泥对橡塑固废分级转化制取富氢气体的方法，包括以下步骤：
[0010](1)赤泥预处理：将赤泥进行干燥、研磨预处理，同时收集蒸发出的水分；
[0011](2)橡塑固废热解：热解橡塑固废，产生热解气和焦油；
[0012](3)催化：利用高温裂解步骤(2)产生的焦油，预处理后的赤泥一方面作为吸附剂吸附步骤热解气中重金属、含氯污染物；另一方面作为催化剂氧化重整、催化裂解热解气生成富氢气体，收集产气，同时得到含有还原赤泥和积碳的固体产物；
[0013](4)气化：以水蒸气为气化剂，气化与步骤(3)得到的固体产物反应，收集富氢气体；
[0014](5)再生：通入空气，残余积碳燃烧，同时实现赤泥中包括Fe2O3、CaO成分的再生。
[0015]本专利技术中，步骤(1)中，所述赤泥是一种复合赤泥，为拜尔法赤泥和烧结法赤泥/联合法赤泥任意两种组合的复合赤泥，质量比为2：1～4：1；经过预处理后的赤泥含水率小于5％，粒径为0.2
‑
2mm。
[0016]本专利技术中，步骤(1)中，赤泥中的新鲜赤泥质量占比大于70％。
[0017]本专利技术中，步骤(1)中，干燥温度为101
‑
110℃，干燥时间3
‑
54h。
[0018]本专利技术中，步骤(2)中，橡塑固废热解前先粉碎成3
‑
5mm的颗粒。
[0019]本专利技术中，步骤(2)中，热解温度在550
‑
650℃之间；步骤(3)中，催化温度保持在750
‑
850℃之间；热解和催化同时进行40
‑
60min。
[0020]本专利技术中，橡塑固废与预处理后的赤泥质量比控制在1：4～1：10。
[0021]本专利技术中，步骤(4)中，气化温度保持在750
‑
850℃，反应时间为20
‑
40min，每千克橡塑固废通水2
‑
3L；该步骤利用赤泥中的CaO、Na2O、K2O等成分吸收CO2进一步强化制氢过程，水蒸气来自于步骤(1)中收集的水分。
[0022]本专利技术中，步骤(5)中，再生温度保持在750
‑
850℃，反应时间为15
‑
25min。
[0023]本专利技术中，步骤(5)中，残余积碳燃烧和赤泥再生产生的高温烟气依次用于步骤(3)的催化、步骤(2)的热解和步骤(1)的赤泥干燥，实现能量梯级利用；再生赤泥于步骤(3)的催化步骤中循环使用。
[0024]本专利技术中赤泥具体有以下作用：1.赤泥多孔结构可吸附热解气中的重金属、含氯污染物；2.赤泥中Fe2O3能促进固废热解气氧化重整和催化裂解；3.还原赤泥能参与水裂解反应提升产物中氢气的产量；4.赤泥中CaO、Na2O、K2O等成分能有效吸收CO2。
[0025]本专利技术原理为：(1)赤泥预处理：新鲜赤泥依次经过干燥、研磨，蒸发出的水分用做气化剂。(2)热解：橡塑固废热解，产生热解气和焦油(反应1)。(3)催化：高温裂解焦油(反应2)，赤泥一方面吸附热解气中的重金属、含氯污染物，另一方面氧化重整热解气，同时得到还原赤泥(反应3)，还原赤泥进一步催化裂解热解气生成富氢气体(反应4)。(4)气化：积碳和还原赤泥先后与高温水蒸气反应产生高浓度H2(反应5、6、7)。整个反应过程中，利用赤泥中CaO、Na2O、K2O吸收CO2(反应8、9、10)。(5)赤泥再生：通入空气，残余积碳燃烧(反应11)，同时实现赤泥中包括Fe2O3、CaO成分的再生(反应12、13)。
[0026]橡塑固废
→
H2+CO+CO2+C
x
H
y
+Tar(1)
[0027]Tar
ꢀ→ꢀ
H
2 + CO + C
x
H
y
ꢀꢀꢀ
(2)
[0028]C
x...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用赤泥对橡塑固废分级转化制取富氢气体的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)赤泥预处理：将赤泥进行干燥、研磨预处理，同时收集蒸发出的水分；(2)橡塑固废热解：热解橡塑固废，产生热解气和焦油；(3)催化：利用高温裂解步骤(2)产生的焦油，预处理后的赤泥一方面作为吸附剂吸附热解气中重金属、含氯污染物，另一方面作为催化剂氧化重整、催化裂解热解气生成富氢气体，收集产气，同时得到含有还原赤泥和积碳的固体产物；(4)气化：以水蒸气为气化剂，与步骤(3)得到的固体产物反应，收集富氢气体；(5)再生：通入空气，残余积碳燃烧，同时实现赤泥中包括Fe2O3、CaO成分的再生。2.根据权利要求1所述的利用赤泥对橡塑固废分级转化制取富氢气体的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述赤泥是一种复合赤泥，为拜尔法赤泥和烧结法赤泥/联合法赤泥任意两种组合的复合赤泥，质量比为2：1～4：1；经过预处理后的赤泥含水率小于5％，粒径为0.2
‑
2mm。3.根据权利要求1所述的利用赤泥对橡塑固废分级转化制取富氢气体的方法，其特征在于，步骤(1)中，赤泥中的新鲜赤泥质量占比大于70％。4.根据权利要求1所述的利用赤泥对橡塑固废分级转化制取富氢气体的方法，其特征在于，步骤(1)中，干燥温度为101
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110℃，干燥时间3
‑
54h。5.根据权利要求1所述的利用赤泥对橡塑固废分级转化制取富氢气体的方法，其特征在于，步骤(2)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚丁丁，吴时杰，胡强，余飞燕，刘念，杨海平，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：