申請日2010.04.29
公開(公告)日2011.11.09
IPC分類號C10G53/04; C10G1/00
摘要
本發(fā)明屬于環(huán)保領域一種直接熱化學法污泥制油的工藝。污泥制油是對有機廢水處理過程中產(chǎn)生的大量污泥進行熱解反應，使之產(chǎn)生燃料油的過程。這一廢物資源化技術的開發(fā)和利用不僅可以帶來很好的經(jīng)濟效益，緩解能源危機，而且環(huán)境效益也很可觀。其主要技術特點是采用直接熱化學催化熱解技術代替了低溫熱解技術，原料不需要干燥，以此實現(xiàn)能量的凈產(chǎn)出。首先利用熱天平調(diào)查不同催化劑對熱解TG-DTG曲線的影響，然后利用反應裝置確定反應溫度，催化劑種類、用量，水分含量，保溫時間等諸因素對熱解產(chǎn)物分布以及油收率的影響，得到最佳操作條件，通過分離方法得到油產(chǎn)品。研究表明生活污泥，有機質(zhì)含量高的工業(yè)污泥均可制成有產(chǎn)品，油產(chǎn)率(40-50)%，油品的熱值為(29-33.5)MJ/kg，能量回收率(50-60)%。
權(quán)利要求書
1.直接熱化學法污泥制油的工藝，在裝有壓力控制系統(tǒng)和電子加熱器的高壓反應釜中進行，其特征在 于：未經(jīng)干燥的含水污泥直接進行熱化學反應，通過催化熱解制成有產(chǎn)品。其工藝步驟是：
(1)取一定量含水分率75%左右的污泥，加入污泥重3%-10%的催化劑，充分混合后，加入反應釜 中。用溫度控制儀來設置反應終溫(280-320)℃，工作轉(zhuǎn)速(50-100)r/min。
(2)反應前通入氮氣置換釜內(nèi)氧氣。
(3)打開加熱開關，加熱到設定的反應溫度，保溫(30-60)min后停止加熱，使反應釜冷卻到室溫。
(4)用布袋收集少量的可燃氣體。
(5)取出反應釜中的產(chǎn)物，為棕黑色稠狀物。
(6)產(chǎn)物經(jīng)萃取劑分離后，得到油產(chǎn)品和萃取劑的混合物。
(7)用蒸餾裝置將油和萃取劑分離，分離后的溶劑回收，即得到油產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接熱化學法污泥油化的工藝過程，其特征在于：
(1)所述的催化劑為堿性金屬鹽：碳酸鹽、硫酸鹽、氯化鹽的其中之一。
(2)操作壓力靠污泥中水升溫的自發(fā)壓力自動升壓，其值為對應溫度的飽和蒸氣壓。
(3)萃取劑為二氯甲烷，正己烷、甲苯、丙酮、乙醇及乙醇-甲苯(1∶1)、乙醇-甲苯(1∶2)、 二氯甲烷-正己烷(2∶1)的其中之一。
說明書
直接熱化學法污泥制油的工藝
技術領域
本發(fā)明屬于環(huán)保領域的固體廢棄物的資源化，尤其是一種利用直接熱化學催化熱解技術使污水處理的副產(chǎn)品污泥轉(zhuǎn)變成燃料油的工藝。
背景技術
活性污泥法作為一種應用最為廣泛的污水生物處理工藝，在運行中為維持曝氣池內(nèi)適當?shù)奈勰酀舛取⒈ＷC池內(nèi)污泥的活性水平，不可避免地要將一部分活性污泥外排，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國僅生活污水排放量為4.474×107m3/d，每天所產(chǎn)生的污泥量約為污水處理量的0.15%～1.10%，即約為4.921×105m3/d，數(shù)量十分驚人。由此產(chǎn)生的剩余活性污泥的最終去向問題日益引起人們的關注：一方面，剩余活性污泥中含有多種重金屬、病原體、難降解有毒有機物，處理不當會危及人們的身體健康;另一方面，污泥富含有機物和營養(yǎng)元素，希望實現(xiàn)污泥的資源化利用。隨著全球能源特別是化石能源的短缺，污泥制油技術也日益受到重視。而且污泥制油技術的原料領域還可擴展到生物質(zhì)以及其他有機廢物，是解決當前能源問題和環(huán)境問題的新途徑。
目前污泥資源化研究已經(jīng)取得了很大的進展和顯著的成果，其中污泥低溫制油技術得到了很好的發(fā)展。我國污泥制油技術剛剛起步，主要采用低溫熱解制油。德國于1982年率先開始對污泥進行低溫熱解制油的實驗室研究。通過在無氧的條件下加熱污泥干燥至水分小于5%，在一定溫度(<500℃)，利用干餾和熱分解作用使污泥轉(zhuǎn)化為油、反應水、不凝性氣體(NNG)和炭四種可燃性產(chǎn)物。反應過程如下：(見附圖1)
該技術首先由Bayer等提出;Campbell評價了該方法的經(jīng)濟性;Bridle等研究了該過程的二次污染控制;Frost等評價了熱解油的市場應用前景。我國學者何晶晶，刑英杰，李娣，賀利民等對污泥進行了熱解 研究，譚鐵鵬也對污泥油化的技術作了分析，并對轉(zhuǎn)化過程的機理做了探討。油品(熱值為33MJ/kg)收率與污泥中的有機物含量直接相關。張書廷教授對城市生活污泥進行熱解，通過對熱解油狀產(chǎn)物性能評價，得出除N、S含量超標外，其他性能都可滿足燃料油的要求(SH0536-95)。研究人員普遍認為，污泥低溫熱解制油的反應溫度為400～500℃，維持0.5h可獲得最大的油品收率，污泥中的有機質(zhì)可以轉(zhuǎn)化成油產(chǎn)品，油產(chǎn)率在30-50%。因此，油品中潛在的能源是不可忽視的。但目前存在的主要問題是所采用的污泥需經(jīng)干燥脫水，使其含水率在5%以下，此過程需要消耗大量的能量，通過油化的能量衡算可知，過程所需的能量與生成油的有效能量的比值(能耗率)接近1，剩余能最低，成為產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。
國外研究重點在于對于含水率高的生物質(zhì)，垃圾以及活性污泥等，開發(fā)了原料不需要干燥的直接熱化學液化的工藝即水熱液化。它是生物質(zhì)在高溫高壓的熱水中反應熱分解，產(chǎn)生氣體，液體和固體。以制造油為目的。國外學者在這方面做了大量研究，研究開發(fā)了使用堿性觸媒，鎳觸媒，有機熔劑，還原性氣體(氫，一氧化碳)等各種過程。其中有美國PERC(Pittsburgh Energy Research Center)工藝，LBL(LawremeBerkeley Laboratory)工藝，日本資源環(huán)境技術綜合研究所的液化工藝，荷蘭Shell公司的HTU(HychoThermal Upgrading)工藝等。
與國外相比，直接熱化學液化法污泥制油的研究在國內(nèi)剛剛起步。由于直接熱化學液化法的特征：反應是在水中進行的，原料不需要干燥，因此對含水率高的污泥的轉(zhuǎn)化反應是十分適合的，由此決定直接熱化學液化法必將成為污泥油化的發(fā)展趨勢。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、適應污泥催化熱解制油的工藝。
本發(fā)明解決其技術問題是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
直接熱化學法污泥熱解制油的工藝，其工藝步驟是：
(1)取一定量含水分率75%左右的污泥，加入污泥重3%-10%的催化劑，充分混合后，加入反應釜中。用溫度控制儀來設置反應終溫(280-320)℃，工作轉(zhuǎn)速(50-100)r/min。
(2)反應前通入氮氣置換釜內(nèi)氧氣。
(3)打開加熱開關，加熱到設定的反應溫度，保溫(30-60)min后停止加熱，使反應釜冷卻到室溫。
(4)用布袋收集少量的可燃氣體。
(5)取出反應釜中的產(chǎn)物，為棕黑色稠狀物。
(6)產(chǎn)物經(jīng)萃取劑分離后，得到油產(chǎn)品和萃取劑的混合物。
(7)用蒸餾裝置將油和萃取劑分離，分離后的溶劑回收，即得到油產(chǎn)品。
(8)對油產(chǎn)品的性能通過氣質(zhì)聯(lián)用進行分析。
而且，所述的催化劑為堿性金屬鹽：碳酸鹽、硫酸鹽、氯化鹽的其中之一;操作壓力靠污泥中水升溫的自發(fā)壓力自動升壓，其值為對應溫度的飽和蒸氣壓;萃取劑為二氯甲烷，正己烷、甲苯、丙酮、乙醇及乙醇-甲苯(1∶1)、乙醇-甲苯(1∶2)、二氯甲烷-正己烷(2∶1)的其中之一。
