申请日2010.04.29
公开(公告)日2011.11.09
IPC分类号C10G53/04; C10G1/00
摘要
本发明属于环保领域一种直接热化学法污泥制油的工艺。污泥制油是对有机废水处理过程中产生的大量污泥进行热解反应，使之产生燃料油的过程。这一废物资源化技术的开发和利用不仅可以带来很好的经济效益，缓解能源危机，而且环境效益也很可观。其主要技术特点是采用直接热化学催化热解技术代替了低温热解技术，原料不需要干燥，以此实现能量的净产出。首先利用热天平调查不同催化剂对热解TG-DTG曲线的影响，然后利用反应装置确定反应温度，催化剂种类、用量，水分含量，保温时间等诸因素对热解产物分布以及油收率的影响，得到最佳操作条件，通过分离方法得到油产品。研究表明生活污泥，有机质含量高的工业污泥均可制成有产品，油产率(40-50)%，油品的热值为(29-33.5)MJ/kg，能量回收率(50-60)%。
权利要求书
1.直接热化学法污泥制油的工艺，在装有压力控制系统和电子加热器的高压反应釜中进行，其特征在 于：未经干燥的含水污泥直接进行热化学反应，通过催化热解制成有产品。其工艺步骤是：
(1)取一定量含水分率75%左右的污泥，加入污泥重3%-10%的催化剂，充分混合后，加入反应釜 中。用温度控制仪来设置反应终温(280-320)℃，工作转速(50-100)r/min。
(2)反应前通入氮气置换釜内氧气。
(3)打开加热开关，加热到设定的反应温度，保温(30-60)min后停止加热，使反应釜冷却到室温。
(4)用布袋收集少量的可燃气体。
(5)取出反应釜中的产物，为棕黑色稠状物。
(6)产物经萃取剂分离后，得到油产品和萃取剂的混合物。
(7)用蒸馏装置将油和萃取剂分离，分离后的溶剂回收，即得到油产品。
2.根据权利要求1所述的直接热化学法污泥油化的工艺过程，其特征在于：
(1)所述的催化剂为碱性金属盐：碳酸盐、硫酸盐、氯化盐的其中之一。
(2)操作压力靠污泥中水升温的自发压力自动升压，其值为对应温度的饱和蒸气压。
(3)萃取剂为二氯甲烷，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。
说明书
直接热化学法污泥制油的工艺
技术领域
本发明属于环保领域的固体废弃物的资源化，尤其是一种利用直接热化学催化热解技术使污水处理的副产品污泥转变成燃料油的工艺。
背景技术
活性污泥法作为一种应用最为广泛的污水生物处理工艺，在运行中为维持曝气池内适当的污泥浓度、保证池内污泥的活性水平，不可避免地要将一部分活性污泥外排，据不完全统计，全国仅生活污水排放量为4.474×107m3/d，每天所产生的污泥量约为污水处理量的0.15%～1.10%，即约为4.921×105m3/d，数量十分惊人。由此产生的剩余活性污泥的最终去向问题日益引起人们的关注：一方面，剩余活性污泥中含有多种重金属、病原体、难降解有毒有机物，处理不当会危及人们的身体健康;另一方面，污泥富含有机物和营养元素，希望实现污泥的资源化利用。随着全球能源特别是化石能源的短缺，污泥制油技术也日益受到重视。而且污泥制油技术的原料领域还可扩展到生物质以及其他有机废物，是解决当前能源问题和环境问题的新途径。
目前污泥资源化研究已经取得了很大的进展和显著的成果，其中污泥低温制油技术得到了很好的发展。我国污泥制油技术刚刚起步，主要采用低温热解制油。德国于1982年率先开始对污泥进行低温热解制油的实验室研究。通过在无氧的条件下加热污泥干燥至水分小于5%，在一定温度(<500℃)，利用干馏和热分解作用使污泥转化为油、反应水、不凝性气体(NNG)和炭四种可燃性产物。反应过程如下：(见附图1)
该技术首先由Bayer等提出;Campbell评价了该方法的经济性;Bridle等研究了该过程的二次污染控制;Frost等评价了热解油的市场应用前景。我国学者何晶晶，刑英杰，李娣，贺利民等对污泥进行了热解 研究，谭铁鹏也对污泥油化的技术作了分析，并对转化过程的机理做了探讨。油品(热值为33MJ/kg)收率与污泥中的有机物含量直接相关。张书廷教授对城市生活污泥进行热解，通过对热解油状产物性能评价，得出除N、S含量超标外，其他性能都可满足燃料油的要求(SH0536-95)。研究人员普遍认为，污泥低温热解制油的反应温度为400～500℃，维持0.5h可获得最大的油品收率，污泥中的有机质可以转化成油产品，油产率在30-50%。因此，油品中潜在的能源是不可忽视的。但目前存在的主要问题是所采用的污泥需经干燥脱水，使其含水率在5%以下，此过程需要消耗大量的能量，通过油化的能量衡算可知，过程所需的能量与生成油的有效能量的比值(能耗率)接近1，剩余能最低，成为产业化的瓶颈。
国外研究重点在于对于含水率高的生物质，垃圾以及活性污泥等，开发了原料不需要干燥的直接热化学液化的工艺即水热液化。它是生物质在高温高压的热水中反应热分解，产生气体，液体和固体。以制造油为目的。国外学者在这方面做了大量研究，研究开发了使用碱性触媒，镍触媒，有机熔剂，还原性气体(氢，一氧化碳)等各种过程。其中有美国PERC(Pittsburgh Energy Research Center)工艺，LBL(LawremeBerkeley Laboratory)工艺，日本资源环境技术综合研究所的液化工艺，荷兰Shell公司的HTU(HychoThermal Upgrading)工艺等。
与国外相比，直接热化学液化法污泥制油的研究在国内刚刚起步。由于直接热化学液化法的特征：反应是在水中进行的，原料不需要干燥，因此对含水率高的污泥的转化反应是十分适合的，由此决定直接热化学液化法必将成为污泥油化的发展趋势。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、适应污泥催化热解制油的工艺。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
直接热化学法污泥热解制油的工艺，其工艺步骤是：
(1)取一定量含水分率75%左右的污泥，加入污泥重3%-10%的催化剂，充分混合后，加入反应釜中。用温度控制仪来设置反应终温(280-320)℃，工作转速(50-100)r/min。
(2)反应前通入氮气置换釜内氧气。
(3)打开加热开关，加热到设定的反应温度，保温(30-60)min后停止加热，使反应釜冷却到室温。
(4)用布袋收集少量的可燃气体。
(5)取出反应釜中的产物，为棕黑色稠状物。
(6)产物经萃取剂分离后，得到油产品和萃取剂的混合物。
(7)用蒸馏装置将油和萃取剂分离，分离后的溶剂回收，即得到油产品。
(8)对油产品的性能通过气质联用进行分析。
而且，所述的催化剂为碱性金属盐：碳酸盐、硫酸盐、氯化盐的其中之一;操作压力靠污泥中水升温的自发压力自动升压，其值为对应温度的饱和蒸气压;萃取剂为二氯甲烷，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。
