申請(qǐng)日2015.07.24
公開(kāi)(公告)日2015.11.25
IPC分類(lèi)號(hào)C10G1/00; C09K17/00; C02F11/10; C10B53/00
摘要
一種微波輔助催化快速熱解污泥制備生物油及土壤改良劑的方法，包括以下步驟：(1)按碳化硅球形顆粒:HZSM-5球形催化劑=1:1～1:2的質(zhì)量比，稱(chēng)取碳化硅球形顆粒、HZSM-5球形催化劑，混合均勻加入石英反應(yīng)釜中;(2)將石英反應(yīng)釜置于微波裂解儀器中，加熱至450～600?℃，攪拌速度為60-100?r/min，逐漸添加干燥污泥粉末，將產(chǎn)生的蒸汽冷凝，得到棕色液體產(chǎn)物生物油，并收集固體殘?jiān)魍寥栏牧紕１景l(fā)明工藝簡(jiǎn)單，裂解快速，所得裂解燃油芳香烴含量高，可以達(dá)到55%以上，其中包括萘、對(duì)二甲苯、1，3，5-三甲苯、1-甲基萘、和茚等重要化工原料，所得固體殘?jiān)蠵,Ca,K和Mg的含量很高，可以作為土壤改良劑提高土壤肥沃度。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種微波輔助催化快速熱解污泥制備生物油及土壤改良劑的方法，其特征是包括以下步驟：
(1)按碳化硅球形顆粒:HZSM-5球形催化劑=1:1～1:2的質(zhì)量比，稱(chēng)取碳化硅球形顆粒、HZSM-5球形催化劑，混合均勻加入石英反應(yīng)釜中;
(2)將石英反應(yīng)釜置于微波裂解儀器中，加熱至450～600℃，攪拌速度為60-100r/min，逐漸添加干燥污泥粉末，將產(chǎn)生的蒸汽冷凝，得到棕色液體產(chǎn)物生物油，并收集固體殘?jiān)魍寥栏牧紕?/P>
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波輔助催化快速熱解污泥制備生物油及土壤改良劑的方法，其特征是所述的碳化硅球形顆粒直徑為5mm-20mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波輔助催化快速熱解污泥制備生物油及土壤改良劑的方法，其特征是所述的HZSM-5球形催化劑顆粒直徑為5mm-20mm，Si/C=20-40，比表面積380-450m2/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波輔助催化快速熱解污泥制備生物油及土壤改良劑的方法，其特征是所述的干燥污泥粉末包括城市廢水處理廠的污泥，通過(guò)80±1℃溫度下干燥72h，粉碎后過(guò)2mm篩。
說(shuō)明書(shū)
一種微波輔助催化快速熱解污泥制備生物油及土壤改良劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)的關(guān)注和城市的擴(kuò)張，隨著如何有效應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的污水，污泥成為一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。污泥中含有大量的重金屬(如As、Cd、Cr、Hg、Pb、Cu、Zn、Ni)、病毒、致病菌、蟲(chóng)卵和難降解有毒有機(jī)物等特點(diǎn)，若不正確處理，很容易對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染。對(duì)污泥的處置問(wèn)題各國(guó)政府都明確要求遵循減量化、穩(wěn)定化、資源化、無(wú)害化的原則。
利用熱解技術(shù)處理污水污泥是一種可資源化的優(yōu)良工藝，日益受到廣泛關(guān)注，具有廣闊的發(fā)展空間。但是由于污泥成分的復(fù)雜性，熱解油中含氧化合物及含氮化合物較多，且成分復(fù)雜，很難進(jìn)行利用，合理經(jīng)濟(jì)地提高污泥熱解的氣、液、固三相產(chǎn)物的品質(zhì)成為急需解決的問(wèn)題。
傳統(tǒng)熱解工藝中阻礙生物油品質(zhì)及產(chǎn)率提高的關(guān)鍵因素之一為升溫速率慢，導(dǎo)致反應(yīng)物長(zhǎng)時(shí)間停留低溫狀態(tài)。微波吸收材料的加入改變了原料的升溫行為，解決了傳統(tǒng)微波質(zhì)熱解追求快速升溫導(dǎo)致的“熱點(diǎn)”負(fù)效應(yīng)、能強(qiáng)化微波能量的高效傳遞和吸收，突破加熱過(guò)程中的熱傳導(dǎo)效率低的瓶頸，大幅降低熱損失。微波加熱相比傳統(tǒng)加熱在生物質(zhì)熱解中的具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在微波輔助裂解污泥的研究過(guò)程中始終沒(méi)有發(fā)現(xiàn)較好的選擇性催化劑，提高裂解生物油成分的單一性，并減少裂解生物油中含氧含氮化合物的含量。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的一種微波輔助催化快速熱解污泥制備生物油及土壤改良劑的方法。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明所述的一種微波輔助催化快速熱解污泥制備生物油及土壤改良劑的方法，包括以下步驟。
(1)按碳化硅球形顆粒:HZSM-5球形催化劑=1:1～1:2的質(zhì)量比，稱(chēng)取碳化硅球形顆粒、HZSM-5球形催化劑，混合均勻加入石英反應(yīng)釜中。
(2)將石英反應(yīng)釜置于微波裂解儀器中，加熱至450～600℃，攪拌速度為60-100r/min，逐漸添加干燥污泥粉末，將產(chǎn)生的蒸汽冷凝，得到棕色液體產(chǎn)物生物油，并收集固體殘?jiān)魍寥栏牧紕?/P>
本發(fā)明所述的碳化硅球形顆粒直徑為5mm-20mm。
本發(fā)明所述的HZSM-5球形催化劑顆粒直徑為5mm-20mm，Si/C=20-40，比表面積380-450m2/g。
本發(fā)明所述的干燥污泥粉末包括城市廢水處理廠的污泥，通過(guò)80±1℃溫度下干燥72h，粉碎后過(guò)2mm篩。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)。
1、工藝簡(jiǎn)單，裂解快速，所得裂解燃油芳香烴含量高，可以達(dá)到55%以上，其中包括萘、對(duì)二甲苯、1，3，5-三甲苯、1-甲基萘、和茚等重要化工原料，所得固體殘?jiān)蠵，Ca，K和Mg的含量很高，可以作為土壤改良劑提高土壤肥沃度。
2、HZSM-5催化劑有良好的穩(wěn)定性，可以多次重復(fù)使用。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明將通過(guò)以下實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1。
將500g球形碳化硅(直徑5mm)、500gHZSM-5球形催化劑(直徑5mm，Si/C=20，比表面積380m2/g)加入帶有機(jī)械攪拌，冷凝管的三口石英瓶中，置于微波裂解儀中，固定功率升溫至450℃，機(jī)械攪拌60r/min，逐漸添加500g干燥過(guò)篩的污泥粉，30min添加完畢，繼續(xù)保持450℃催化裂解無(wú)餾分生成，微波裂解得到生物油130g，固體殘?jiān)?土壤改良劑)271g，GC-MS分析，裂解燃油中芳香烴類(lèi)含量達(dá)到達(dá)60.7%。
實(shí)施例2。
將500g球形碳化硅(直徑10mm)、1000gHZSM-5球形催化劑(直徑10mm，Si/C=30，比表面積405m2/g)加入帶有機(jī)械攪拌，冷凝管的三口石英瓶中，置于微波裂解儀中，固定功率升溫至550℃，機(jī)械攪拌60r/min，逐漸添加500g干燥過(guò)篩的污泥粉，30min添加完畢，繼續(xù)保持550℃催化裂解無(wú)餾分生成，微波裂解得到生物油136g，固體殘?jiān)?土壤改良劑)268g，GC-MS分析，裂解燃油中芳香烴類(lèi)含量達(dá)到達(dá)61.8%。
實(shí)施例3。
將500g球形碳化硅(直徑10mm)、500gHZSM-5球形催化劑(直徑10mm，Si/C=30，比表面積405m2/g)加入帶有機(jī)械攪拌，冷凝管的三口石英瓶中，置于微波裂解儀中，固定功率升溫至450℃，機(jī)械攪拌70r/min，逐漸添加500g干燥過(guò)篩的污泥粉，30min添加完畢，繼續(xù)保持450℃催化裂解無(wú)餾分生成，微波裂解得到生物油141g，固體殘?jiān)?土壤改良劑)265g，GC-MS分析，裂解燃油中芳香烴類(lèi)含量達(dá)到達(dá)57.3%。
實(shí)施例4。
將500g球形碳化硅(直徑10mm)、1000gHZSM-5球形催化劑(直徑10mm，Si/C=30，比表面積405m2/g)加入帶有機(jī)械攪拌，冷凝管的三口石英瓶中，置于微波裂解儀中，固定功率升溫至600℃，機(jī)械攪拌80r/min，逐漸添加500g干燥過(guò)篩的污泥粉，30min添加完畢，繼續(xù)保持600℃催化裂解無(wú)餾分生成，微波裂解得到生物油132g，固體殘?jiān)?土壤改良劑)270g，GC-MS分析，裂解燃油中芳香烴類(lèi)含量達(dá)到達(dá)60.2%。
實(shí)施例5。
將500g球形碳化硅(直徑20mm)、1000gHZSM-5球形催化劑(直徑20mm，Si/C=40，比表面積450m2/g)加入帶有機(jī)械攪拌，冷凝管的三口石英瓶中，置于微波裂解儀中，固定功率升溫至600℃，機(jī)械攪拌100r/min，逐漸添加500g干燥過(guò)篩的污泥粉，30min添加完畢，繼續(xù)保持600℃催化裂解無(wú)餾分生成，微波裂解得到生物油133g，固體殘?jiān)?土壤改良劑)272g，GC-MS分析，裂解燃油中芳香烴類(lèi)含量達(dá)到達(dá)58.1%。
