申请日2014.04.07
公开(公告)日2015.05.27
IPC分类号C10L1/32; C10G3/00
摘要
本发明涉及使用沸点比水的沸点高的二甲苯或甲苯作为助溶剂来由含水的污水污泥制备生物柴油的方法和设备。
摘要附图
权利要求书
1.一种由污水污泥生产生物柴油的方法，包括：
(a)在反应罐(30)中将含水的污水污泥、混合溶液以及作为助溶剂的二 甲苯或甲苯加热以诱发酯交换反应，所述混合溶液包括体积比为1:0.01至1:0.05 的甲醇或乙醇和酸催化剂;
(b)使步骤(a)中产生的混合蒸汽冷却并冷凝以分离水性甲醇或乙醇溶 液和所述助溶剂的各层，随后使所述助溶剂循环至所述反应罐;
(c)将甲醇或乙醇进一步添加至所述反应罐以执行酯交换反应至完成，伴 随产生生物柴油;和
(d)从水性甲醇或乙醇溶液、助溶剂和残余固体中分离并回收生物柴油。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述混合溶液与步骤(a)中的助 溶剂以1:0.25至1:1的体积比混合，并且酯交换反应在80℃至110℃下进行4 小时至8小时。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括对步骤(b)中冷凝并分离的 水性甲醇或乙醇溶液添加盐以将所述水性甲醇或乙醇溶液分离成甲醇或乙醇和 水，并使所述甲醇或乙醇循环至所述反应罐中。
4.一种生产生物柴油的设备，包括：
助溶剂容器(10);
溶剂容器(20);
反应罐(30)，在所述反应罐的上部位置设置有溶剂供给单元(90)和污泥 供给单元(80)，所述溶剂供给单元用于分别从所述助溶剂容器和溶剂容器中引 入助溶剂和溶剂，在下部位置设置有用于从所述反应罐排出残余污泥的污泥排 出单元(120)，在中间位置设置有生物柴油排出单元(110)，并且在顶部位置 设置有水蒸汽排出单元(100);
冷凝器(40)，所述冷凝器连接至所述水蒸汽排出单元;
液相分离器(50)，所述液相分离器用于对从所述冷凝器中放出的冷凝的水 性甲醇或乙醇的溶液进行分离;
溶剂回收单元(41)，所述溶剂回收单元用于回收从所述冷凝器中排出的冷 凝的溶剂;
溶剂回收罐(60)，所述溶剂回收罐用于贮存由所述溶剂回收单元(41)回 收的溶剂;和
溶剂循环泵(70)。
5.根据权利要求4所述的设备，进一步包括通过输送机(51)将从所述冷 凝器(40)中排出的水性甲醇或乙醇溶液传送至其内的液相分离器(50)，所述 液相分离器(50)设置有碳酸钾供给泵(52)，在上部位置设置有甲醇或乙醇回 收单元(53)和水排出单元(54)。
说明书
由污水污泥生产生物柴油的方法及设备
技术领域
本发明涉及一种由污水污泥生产生物柴油的方法和设备。更具体地，本发 明涉及通过污水处理所产生的初级和次级污水污泥的油组分和脂肪酸的酯交换 来生产生物柴油的方法和设备。
背景技术
在韩国，污水处理期间产生的污泥总计达约9000吨/天，并逐年增加。然 而，当水含量为85%或更高时，已经禁止污水污泥的直接填埋，并且从2012 年起也禁止海洋处置(主要的处理方法)。因此，迫切需要一种稳定地处理并处 置污水污泥的技术方法。同时，随着能源安全和气候变化的国际意识增强，已 经高度重视废物资源(诸如污水)的能源转化技术。
厌氧消化是当前使用的污水污泥的内陆处理技术，它引起了极大兴趣。然 而，已知厌氧消化技术具有以下缺点：由于废物活化污泥(次级污泥)中的长 链脂肪酸，消化速率很差;转化成燃料的污泥干燥中消耗的能量很高;并且产 生难闻的气味。同时，特别是在美国，已经做出了积极尝试，将初级和次级污 水污泥的油组分和活性污泥的(作为微生物的磷脂膜所使用的)脂肪酸转化成 生物柴油。当产自诸如污水污泥的有机废物时，生物柴油相比于沼气在易于贮 存和处理的方面上具有优点。进一步地，随着巨大的连锁反应的后续繁衍，由 污水污泥生产生物柴油在可再生能源生产和资源回收的方面上非常有价值。生 物柴油目前被视为传统石化柴油的重要替代。韩国贸易、工业和能源部制定了 到2030年国内分配率达到7%的目标。然而，对于常规生物柴油的生产方法， 在生产成本中在于非常高比例的材料成本。具体地讲，因为韩国的耕地资源有 限，所以在韩国生产植物类原料是非常困难的。由于这些原因，韩国消耗的大 多数生物柴油是进口的。于是，使用污水污泥作为新的生物柴油的原料在能源 生产替代能源进口和难以处理的废物资源的回收管理的方面上是非常重要且有 价值的。
对由污水污泥生产生物柴油的酯化技术的研究仍停留在起步阶段，并且大 多数研究仅限于使用干燥的污水污泥作为材料。
发明内容
本发明旨在通过使用具有高沸点的疏水性助溶剂的酯交换来由污水污泥生 产具有高含量的脂肪酸甲酯的生物柴油。
另外，本发明旨在通过适当的温度控制而从污泥的水中分离出油和脂肪酸 并且通过使油和脂肪酸与甲醇反应来提高由污水污泥生产生物柴油的酯化反应 的效率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种生产生物柴油的方法，包括：
(a)在反应罐30中将含水的污水污泥、混合溶液以及作为助溶剂的二甲苯 或甲苯加热以诱发酯交换反应，该混合溶液包括体积比为1:0.01至1:0.05的甲醇 或乙醇和酸催化剂;
(b)使步骤(a)中产生的混合蒸汽冷却并冷凝以分离水性甲醇或乙醇溶 液和助溶剂的各层，随后使助溶剂循环至反应罐;
(c)将甲醇或乙醇进一步添加至反应罐以执行酯交换反应至完成，伴随产 生生物柴油;和
(d)从水性甲醇或乙醇溶液、助溶剂和残余固体中分离并回收生物柴油。
另外，本发明提供了一种生产生物柴油的设备，包括：
助溶剂容器10;
溶剂容器20;
反应罐30，在反应罐的上部位置设置有溶剂供给单元90和污泥供给单元80， 溶剂供给单元用于分别从助溶剂容器和溶剂容器中引入助溶剂和溶剂，在下部 位置设置有用于从反应罐排出残余污泥的污泥排出单元120，在中间位置设置有 生物柴油排出单元110，并且在顶部位置设置有水蒸汽排出单元100;
冷凝器40，冷凝器连接至水蒸汽排出单元;
液相分离器50，液相分离器用于从冷凝器中放出的冷凝的水性甲醇或乙醇 的溶液进行分离;
溶剂回收单元41，溶剂回收单元用于回收从冷凝器中排出的冷凝的溶剂;
溶剂回收罐60，溶剂回收罐用于贮存由溶剂回收单元41回收的溶剂;和
溶剂循环泵70。
有益效果
以使用高沸点的二甲苯或甲苯作为助溶剂为特征，由污水污泥生产生物柴 油的方法使得酯交换在没有水抑制的情况下进行，从而带来以下优点：降低待 使用的甲醇量，并且提高由脂质或脂肪酸转化脂肪酸甲酯的转化率，以高产率 地生产具有高含量的脂肪酸甲酯的生物柴油。
