申請(qǐng)日2017.11.06
公開(公告)日2018.03.02
IPC分類號(hào)C10G1/00
摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)和新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種污泥液化制備生物燃料的方法;該方法采用表面活性劑CTAB和亞臨界水兩種預(yù)處理和助溶劑甲醇對(duì)油品改性的作用，提供一種新型的水熱液化制備生物油的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)污水處理廠生產(chǎn)的污泥進(jìn)行了資源化的利用，對(duì)原料來(lái)源沒(méi)有特殊要求。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種污泥液化制備生物燃料的方法，其特征在于，包括如下步驟：
(1)將干基污泥原料、表面活性劑按質(zhì)量比混合均勻，其中：干基污泥原料：表面活性劑的質(zhì)量比=1:(0.05～0.2)，得到混合均勻的污泥;
(2)將步驟(1)中混合均勻的污泥用機(jī)械攪拌器以120～200r/min的速率攪拌2h，得到經(jīng)過(guò)表面活性劑預(yù)處理的污泥干基;
(3)將步驟(2)中經(jīng)過(guò)表面活性劑預(yù)處理的污泥干基、溶劑、助溶劑按質(zhì)量比混合均勻制得料漿，其中：經(jīng)過(guò)表面活性劑預(yù)處理的污泥干基：溶劑的質(zhì)量比=1:10，溶劑：助溶劑的體積比：1：(0.5～2);
(4)將步驟(3)所得的料漿加入到間歇式高溫高壓反應(yīng)釜內(nèi)，密封反應(yīng)后用惰性氣體置換釜內(nèi)空氣，并使釜體升溫至亞臨界溫度處理一段時(shí)間;
(5)將步驟(4)中經(jīng)過(guò)亞臨界水預(yù)處理的料漿繼續(xù)以10℃/min的升溫速率加熱反應(yīng)釜升溫至所需溫度，并保持一定反應(yīng)時(shí)間;
(6)反應(yīng)結(jié)束后，利用風(fēng)扇對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行冷卻，冷卻至30℃左右時(shí)，打開排氣閥，通過(guò)集氣袋收集氣體，氣體包含CO2、CO、SO2等氣體;
(7)打開反應(yīng)釜，用無(wú)水乙醇清洗釜內(nèi)壁和釜內(nèi)管線后，得到固液混合物;
(8)將步驟(7)中得到的固液混合物通過(guò)有機(jī)濾膜過(guò)濾，并用丙酮抽濾清洗后，分別得到液相混合物和殘?jiān)旌衔�，將所得液相混合物在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中去除無(wú)水乙醇后得到水油混合物，殘?jiān)旌衔锖銣馗稍锖蟮玫綒堅(jiān)?
(9)將步驟(8)中的水油混合物同二氯甲烷混合后用分液漏斗萃取得到水相和有機(jī)相;
(10)將步驟(9)中的有機(jī)相在45℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中去除二氯甲烷后得到生物油。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥液化制備生物燃料的方法，其特征在于，所述步驟(4)中高溫高壓反應(yīng)釜密封反應(yīng)是以10℃/min的升溫速率加熱反應(yīng)釜并升溫至160～200℃停留5～30min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥液化制備生物燃料的方法，其特征在于，所述步驟(5)中高溫高壓反應(yīng)釜升溫至反應(yīng)溫度為300～360℃，保持反應(yīng)時(shí)間為0～60min，總壓強(qiáng)8～32MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥液化制備生物燃料的方法，其特征在于，步驟(1)所述的表面活性劑為CTAB。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥液化制備生物燃料的方法，其特征在于，步驟(3)所述的溶劑為去離子水，助溶劑為甲醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥液化制備生物燃料的方法，其特征在于，步驟(4)所述的惰性氣體為高純氮?dú)狻?/P>
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥液化制備生物燃料的方法，其特征在于，步驟(8)所述的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的設(shè)定溫度為80℃;恒溫干燥的溫度為105℃，干燥時(shí)間為4h;有機(jī)濾膜的孔徑為0.45um。
說(shuō)明書
一種污泥液化制備生物燃料的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)和新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種污泥液化制備生物燃料的方法。
背景技術(shù)
生物油是一種非常有前途的可再生燃料，因?yàn)樗强缮锝到獾�，毒性比化石燃料低，加之兼容目前的商用柴油機(jī)和加油技術(shù)，它具有低排放的特點(diǎn)。此外，它具有優(yōu)良的潤(rùn)滑效果，而且可以提供類似柴油的能量密度。生物油是由植物油或動(dòng)物油脂酯交換反應(yīng)產(chǎn)生的脂肪酸甲酯;歐盟2010的生物油產(chǎn)量從3.6(2005)增至107億升。然而，目前生物油的競(jìng)爭(zhēng)潛力低是由于普通脂質(zhì)原料成本高(大豆、油菜籽、太陽(yáng)花、棕櫚和椰子油)，占生物油整體70–85%的生產(chǎn)成本，影響該生物燃料最終價(jià)格;事實(shí)上，相比2010年，生物油的產(chǎn)量在2011下降了10%。此外，缺乏農(nóng)用地種植生物油原料限制了生物油的大規(guī)模生產(chǎn)，并且由于使用農(nóng)用地種植生物燃油原料是過(guò)去幾年糧食價(jià)格上漲的原因之一;因此，現(xiàn)在迫切需要找到一種更便宜，非食用，現(xiàn)成的可大量獲取的替代原料。
在此條件下，污泥因?yàn)闈M足生產(chǎn)生物油的各種條件而獲得關(guān)注。首先，污泥是國(guó)內(nèi)市政或工業(yè)有機(jī)廢水在生化處理過(guò)程中不可避免的產(chǎn)物，需要特殊的處理處置，在污水處理廠的運(yùn)行成本中占很大比例。其次，干污泥中可以包含最多30%的脂質(zhì)，這些都可以轉(zhuǎn)化為脂肪酸甲酯，而脂肪酸甲酯是柴油的主要成分，所以污泥是生物油的潛在原料。第三，隨著市政污水處理廠的大量建立和污水處理速度不斷的提高，市政污泥的產(chǎn)量明顯增加。根據(jù)《關(guān)于2016年第三季度全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)和運(yùn)行情況的通報(bào)》，截止2016年9月底，我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理能力達(dá)1.7億立方米/日。全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠第三季度產(chǎn)生濕污泥(含水率約80%)709萬(wàn)噸。其中采取填埋處置232萬(wàn)噸，建材利用74萬(wàn)噸，制肥利用126萬(wàn)噸，焚燒或協(xié)同焚燒152萬(wàn)噸，應(yīng)急堆放、簡(jiǎn)易填埋等處置的125萬(wàn)噸。
而隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，污泥資源化技術(shù)越來(lái)越得到重視。污泥水熱液化是污泥資源化技術(shù)中的一種，它能夠?qū)⑽勰嘀械挠袡C(jī)質(zhì)提取出來(lái)，制得生物油。這樣在污泥減量化的同時(shí)對(duì)環(huán)境幾乎無(wú)污染，被認(rèn)為是一種環(huán)境友好的工藝。
所以，用污泥制取生物油，在提供了大量的可再生燃料的同時(shí)，可以減輕污泥對(duì)環(huán)境造成的不良影響并促使糧食價(jià)格的下降。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有污泥水熱液化法得到的生物油產(chǎn)率不高、品質(zhì)較低的現(xiàn)狀，并結(jié)合表面活性劑CTAB和亞臨界水兩種預(yù)處理和助溶劑甲醇對(duì)油品改性的作用，提供一種新型的水熱液化制備生物油的方法。
一種污泥液化制備生物燃料的方法，包括如下步驟：
(1)將干基污泥原料、表面活性劑按質(zhì)量比混合均勻，其中：干基污泥原料：表面活性劑的質(zhì)量比=1:(0.05～0.2)，得到混合均勻的污泥;
(2)將步驟(1)中混合均勻的污泥用機(jī)械攪拌器以120～200r/min的速率攪拌2h，得到經(jīng)過(guò)表面活性劑預(yù)處理的污泥干基;
(3)將步驟(2)中經(jīng)過(guò)表面活性劑預(yù)處理的污泥干基、溶劑、助溶劑按質(zhì)量比混合均勻制得料漿，其中：經(jīng)過(guò)表面活性劑預(yù)處理的污泥干基：溶劑的質(zhì)量比=1:10，溶劑：助溶劑的體積比：1：(0.5～2);
(4)將步驟(3)所得的料漿加入到間歇式高溫高壓反應(yīng)釜內(nèi)，密封反應(yīng)后用惰性氣體置換釜內(nèi)空氣，并使釜體升溫至亞臨界溫度處理一段時(shí)間;
(5)將步驟(4)中經(jīng)過(guò)亞臨界水預(yù)處理的料漿繼續(xù)以10℃/min的升溫速率加熱反應(yīng)釜升溫至所需溫度，并保持一定反應(yīng)時(shí)間;
(6)反應(yīng)結(jié)束后，利用風(fēng)扇對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行冷卻，冷卻至30℃左右時(shí)，打開排氣閥，通過(guò)集氣袋收集氣體，氣體包含CO2、CO、SO2等氣體;
(7)打開反應(yīng)釜，用無(wú)水乙醇清洗釜內(nèi)壁和釜內(nèi)管線后，得到固液混合物;
(8)將步驟(7)中得到的固液混合物通過(guò)有機(jī)濾膜過(guò)濾，并用丙酮抽濾清洗后，分別得到液相混合物和殘?jiān)旌衔�，將所得液相混合物在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中去除無(wú)水乙醇后得到水油混合物，殘?jiān)旌衔锖銣馗稍锖蟮玫綒堅(jiān)?
(9)將步驟(8)中的水油混合物同二氯甲烷混合后用分液漏斗萃取得到水相和有機(jī)相;
(10)將步驟(9)中的有機(jī)相在45℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中去除二氯甲烷后得到生物油。
所述步驟(4)中高溫高壓反應(yīng)釜密封反應(yīng)是以10℃/min的升溫速率加熱反應(yīng)釜并升溫至160～200℃停留5～30min。
所述步驟(5)中高溫高壓反應(yīng)釜升溫至反應(yīng)溫度為300～360℃，保持反應(yīng)時(shí)間為0～60min，總壓強(qiáng)8～32MPa。
步驟(1)所述的表面活性劑為CTAB。
步驟(3)所述的溶劑為去離子水，助溶劑為甲醇。
步驟(4)所述的惰性氣體為高純氮?dú)狻?/P>
步驟(8)所述的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的設(shè)定溫度為80℃;恒溫干燥的溫度為105℃，干燥時(shí)間為4h;有機(jī)濾膜的孔徑為0.45um。
本發(fā)明的有益效果：
1.對(duì)污水處理廠生產(chǎn)的污泥進(jìn)行了資源化的利用，對(duì)原料來(lái)源沒(méi)有特殊要求。
2.不需要對(duì)濕污泥做烘干處理，利用污泥含水率高的性質(zhì)，將水作為反應(yīng)的溶劑，甲醇作為助溶劑，顯著降低能量消耗。
3.用表面活性劑CTAB進(jìn)行預(yù)處理可以有效破壞污泥顆粒的表面結(jié)構(gòu)，使其表面更加破碎，且呈現(xiàn)出網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。污泥顆粒表面的親水基團(tuán)顯著減少會(huì)使污泥顆粒與溶劑之間接觸更加充分，有利于脂類物質(zhì)的生成，提高生物油產(chǎn)率。
4.用亞臨界水預(yù)處理相當(dāng)于可以使污泥同時(shí)處于高溫高壓的酸性和堿性條件�？梢砸种扑岬纳�，同時(shí)促進(jìn)醇和醚的生成改善生物油品質(zhì)。
5.污泥直接水熱液化制得的生物油中成分達(dá)到上百種，成分極其復(fù)雜，不利于生物油的大規(guī)模利用，而CTAB-亞臨界水聯(lián)合預(yù)處理可以使污泥制得的生物油中成分降至45種左右，顯著的改善生物油品質(zhì)，擴(kuò)大生物油的適用范圍。
6.萃取的過(guò)程中污泥中的有機(jī)成分發(fā)生斷鏈(生成低分子量的有機(jī)物)和脫O/N/S等雜原子的反應(yīng)(產(chǎn)生無(wú)或弱極性有機(jī)物)，同時(shí)促進(jìn)重金屬元素向固項(xiàng)轉(zhuǎn)移并形成更穩(wěn)定的形態(tài)，提高生物油品質(zhì)。
7.本發(fā)明采用甲醇循環(huán)和水溶液循環(huán)有效促進(jìn)污泥液化產(chǎn)油和降低成本。本發(fā)明是對(duì)水熱液化技術(shù)在預(yù)處理和助溶劑選擇方向的拓展，是對(duì)該技術(shù)的有益完善和補(bǔ)充。
8.綜上所述，本發(fā)明具有原料的廣泛適應(yīng)性、油產(chǎn)率高、油品質(zhì)高、操作條件溫和、社會(huì)效益顯著以及環(huán)境友好等顯著特點(diǎn)。
