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CN111943136A - 一种直接利用生活垃圾焚烧炉渣制氢的方法 - Google Patents

一种直接利用生活垃圾焚烧炉渣制氢的方法 Download PDF

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CN111943136A CN202010743439.9A CN202010743439A CN111943136A CN 111943136 A CN111943136 A CN 111943136A CN 202010743439 A CN202010743439 A CN 202010743439A CN 111943136 A CN111943136 A CN 111943136A
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water
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incineration slag
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CN202010743439.9A
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严密
姜佳豪
周志昊
朱高俊
冯闳宇
张艳
苏红才
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Zhejiang University of Technology ZJUT
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Zhejiang University of Technology ZJUT
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Abstract

本发明公开了一种直接利用生活垃圾焚烧炉渣制氢的方法，将经过预处理的炉渣加入反应釜中，缓慢注入pH值为9‑11的氢氧化钠碱性溶液，并将反应釜温度控制在40‑50℃；使用氮气将反应釜内空气排净后封闭反应釜；使用搅拌器对物料进行搅拌，反应结束后打开出气口，收集富氢气体；打开反应釜底部的泄料口将物料排出，并缓慢经过过滤器进行水洗脱盐。本发明利用简单的铝水反应实现生活垃圾焚烧炉渣中铝金属的能源转化，提高废弃物利用率，达到对生活垃圾焚烧炉渣进行水洗脱盐的目的。

Description

一种直接利用生活垃圾焚烧炉渣制氢的方法
技术领域
本发明属于能源环保技术领域，涉及一种直接利用生活垃圾焚烧炉渣中残留的铝金属制取氢的方法。
技术背景
焚烧技术在我国城市生活垃圾处置领域获得了快速发展和应用，目前垃圾焚烧灰渣主要用于建材，特别是地砖及路基等，利用水平不高，亟需提升灰渣高值化利用水平。
生活垃圾焚烧炉渣中富含多种金属，包括铝、铁和铜等，具有高值化回收和利用的价值潜力。常规的灰渣金属回收主要是铁(磁选易操作)和铜(价值高)，但对铝的利用重视度相对不足。因此加强灰渣中铝的利用是灰渣高值化利用的一个关键。
金属铝具有较高的反应活性，可以与水反应产生氢气，且反应条件较为温和，基于铝水制氢反应可以实现生活垃圾焚烧炉渣中铝金属的直接能源化利用。随着燃料电池技术的进步，氢能作为未来主要动力能源成为可能，同时氢源制备技术也愈发受到重视。
发明内容
本发明的目的是为了解决生活垃圾焚烧炉渣中铝金属回收率低，资源化能源化利用不充分等问题，提出一种直接利用生活垃圾焚烧炉渣中残留的铝金属来制取氢气的方法，基于铝水制氢反应来提高生活垃圾焚烧炉渣中铝金属的能源化利用效率，同时达到对生活垃圾焚烧炉渣进行水洗脱盐的目的。
为此，本发明的技术方案是：一种直接利用生活垃圾焚烧炉渣制氢的方法，包括以下步骤：
(1)预处理：将多聚钨酸钠与水配置成比重为2.75-2.85的重液，然后将破碎后的炉渣放入其中，搅拌后取上层悬浮液，过滤，将炉渣从进料口加入反应釜中；
(2)由注水口缓慢注入pH值为9-11的氢氧化钠碱性溶液，并将反应釜温度控制在40-50℃；
(3)使用氮气将反应釜内空气排净，保证反应过程在惰性氛围下进行，氮气从进气口排入反应釜内，将空气从出气口排出，当出气口收集的气体经检测全部为氮气时，则关闭进气口和出气口，封闭反应釜；
(4)使用搅拌器对物料进行搅拌，搅拌转速为每分钟150-200转；
(5)反应结束后打开出气口，收集富氢气体；
(6)打开反应釜底部的泄料口将物料排出，并缓慢经过过滤器，对炉渣进行水洗脱盐，得到的废水可作为步骤(2)的补水继续循环使用，循环利用过程中需不断补充氢氧化钠使得液体pH值维持在9-11，为了保证水洗脱盐的效果，废液循环利用3-5次后排出，进入水处理厂进行处理。
由于生活垃圾焚烧炉渣中的铝金属表面会有一层致密的氧化膜，会阻碍金属铝与水的接触反应，所以本发明提出在铝水反应中加入氢氧化钠去除铝表面的氧化膜，从而加速铝金属与水之间的反应，快速制氢。
本发明所涉及的化学反应机理：
(1)Al2O3+2NaOH＝2NaAlO2+H2O
(2)2Al+6H2O＝2Al(OH)3+3H2
本发明具有以下有益效果：
1、本工艺运行简单，能量消耗小，投资成本低。
2、利用简单的铝水反应实现生活垃圾焚烧炉渣中铝金属的能源转化，提高废弃物利用率。
3、达到对生活垃圾焚烧炉渣进行水洗脱盐的目的。
4、铁和铜的比重大于铝，通过预处理步骤，其中铁、铜会下沉至重液底部，铝则悬浮在重液上层，不但可得到高铝含量的炉渣，同时也有利于后续铁、铜的回收利用。
附图说明
以下结合附图和本发明的实施方式来作进一步详细说明
图1为利用生活垃圾焚烧炉渣制氢的装置结构图，
其中：(1)进气口；(2)出气口；(3)注水口；(4)泄料口；(5)进料口；(6)搅拌器；
图2为利用生活垃圾焚烧炉渣制氢的工艺流程图。
具体实施方式
为了验证本发明的在工程上的可行性和得到优化路径，利用生活垃圾焚烧炉渣制氢方法分别在实施例1-4中进行试验。
如图1所示，反应釜左侧设有上下排列的进气口1和注水口3，反应釜右侧设有出气口2，反应釜上盖处设有进料口5，反应釜底部设有泄料口4；反应釜内还设有搅拌器6。
实施例1
将1千克经过破碎和回收金属等预处理后的生活垃圾焚烧炉渣从进料口加入反应釜中，由注水口缓慢注入pH值为9-11的氢氧化钠碱性溶液5升至固液比为1：5，并将反应釜温度控制在20-30℃。然后使用氮气将反应釜内空气排净，保证反应过程在氮气氛围下进行，氮气从进气口排入反应釜内，将空气从出气口排出，当出气口收集的气体经检测全部为氮气时，则同时关闭进气口和出气口，封闭反应釜。使用搅拌器对物料进行搅拌，搅拌转速为每分钟150转，保证反应均匀，反应12小时，反应结束后打开出气口，收集富氢气体，将物料从泄料口中排出后进行过滤水洗。
实施例2
将1千克经过破碎和回收金属等预处理后的生活垃圾焚烧炉渣从进料口加入反应釜中，由注水口缓慢注入pH值为9-11的氢氧化钠碱性溶液10升至固液比为1：10，并将反应釜温度控制在20-30℃。然后使用氮气将反应釜内空气排净，保证反应过程在氮气氛围下进行，氮气从进气口排入反应釜内，将空气从出气口排出，当出气口收集的气体经检测全部为氮气时，则同时关闭进气口和出气口，封闭反应釜。使用搅拌器对物料进行搅拌，搅拌转速为每分钟150转，保证反应均匀，反应12小时，反应结束后打开出气口，收集富氢气体，将物料排出后进行过滤水洗，实施例2与实施例1的不同在于铝水质量比。
实施例3
将1千克经过破碎和回收金属等预处理后的生活垃圾焚烧炉渣从进料口加入反应釜中，由注水口缓慢注入pH值为9-11的氢氧化钠碱性溶液10升至固液比为1：10，并将反应釜温度控制在40-50℃。然后使用氮气将反应釜内空气排净，保证反应过程在氮气氛围下进行，氮气从进气口排入反应釜内，将空气从出气口排出，当出气口收集的气体经检测全部为氮气时，则同时关闭进气口和出气口，封闭反应釜。使用搅拌器对物料进行搅拌，搅拌转速为每分钟150转，保证反应均匀，反应12小时，反应结束后打开出气口，将物料排出后进行过滤水洗。
实施例3与实施例2的不同在于反应温度。
实施例4
将1千克经过破碎和回收金属等预处理后的生活垃圾焚烧炉渣从进料口加入反应釜中，由注水口缓慢注入pH值为9-11的氢氧化钠碱性溶液10升至固液比为1：10，并将反应釜温度控制在40-50℃。然后使用氮气将反应釜内空气排净，保证反应过程在氮气氛围下进行，氮气从进气口排入反应釜内，将空气从出气口排出，当出气口收集的气体经检测全部为氮气时，则同时关闭进气口和出气口，封闭反应釜。使用搅拌器对物料进行搅拌，搅拌转速为每分钟150转，保证反应均匀，反应24小时，反应结束后打开出气口，收集富氢气体，将物料排出后进行过滤水洗。实施例3与实施例2的不同在于反应时间。
经过测试和分析，本发明的可行性在小型试验工程中得到验证，通过实施例1-4可以得出，更低的铝水质量比可以提高氢气产量和产率，更高的温度可以加速铝金属表面氧化铝膜水合反应速率，考虑到节能和温度优化效果，温度控制在40-50℃为宜，反应时间则根据反应物料的添加量进行调整。

Claims (1)

1.一种直接利用生活垃圾焚烧炉渣制氢的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)预处理：将多聚钨酸钠与水配置成比重为2.75-2.85的重液，然后将破碎后的炉渣放入其中，搅拌后取上层悬浮液，过滤，将炉渣从进料口加入反应釜中；
(2)由注水口缓慢注入pH值为9-11的氢氧化钠碱性溶液，并将反应釜温度控制在40-50℃；
(3)使用氮气将反应釜内空气排净，保证反应过程在惰性氛围下进行，氮气从进气口排入反应釜内，将空气从出气口排出，当出气口收集的气体经检测全部为氮气时，则关闭进气口和出气口，封闭反应釜；
(4)使用搅拌器对物料进行搅拌，搅拌转速为每分钟150-200转；
(5)反应结束后打开出气口，收集富氢气体；
(6)打开反应釜底部的泄料口将物料排出，并缓慢经过过滤器，对炉渣进行水洗脱盐，得到的废水可作为步骤(2)的补水继续循环使用，循环利用过程中需不断补充氢氧化钠使得液体pH值维持在9-11，为了保证水洗脱盐的效果，废液循环利用3-5次后排出，进入水处理厂进行处理。
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