申请日2013.05.10
公开(公告)日2013.08.14
IPC分类号C10L9/10; C10L5/46
摘要
本发明公开了生活污水处理厂污泥制低热值无烟煤及其生产工艺和催化剂。本发明先将专用催化剂依次经硝酸溶液、磷酸溶液、硝酸溶液反应处理后，用聚丙烯酰胺调节使其分子量为5～6万g/mol，然后按重量份比为100：0.05～40的生活污水处理厂产生的污泥与催化剂进行混合，通过有机化反应，无机化反应，将污泥里面的可溶性和挥发性的有机C化合物，转化成可燃性的固定C化合物,短期内形成低热值燃料无烟煤。制得的无烟煤发热量可以控制在800kj/kg至1200kj/kg到3500kj/kg之间，燃烧排放不产生超标的二噁英，不产生臭气，重金属可回收利用，无病毒细菌二次污染，节能减排，生产成本低廉，解决世界性生活污水处理厂的污泥处理难题，变废为宝。
权利要求书
1.生活污水处理厂污泥制低热值无烟煤生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按以下重量百分比的组分配制混合成催化剂：0.6%～5%二氧化钛、0.2%～5%氧化锌、0.1%～5%天青石粉、0.7%～5%莫来石粉、0.3%～3%蛇纹石粉、0.15%～3%蒙脱石粉、1.2%～3%花岗岩粉、0.9%～3%膨润土粉、0.08%～1%金红石粉、0.95%～8%汽油与丁烷1：1混合物、3%～8%大理石粉、0.03%～1%冰晶石粉、2%～5%滑石粉、0.001%～1%煤矸石粉、5.2%～7%碳酸盐钠、1.6%～5%高岭土粉、0.4%～5%海泡石粉、3%～5%铁矿石粉、3.9%～5%石英粉、2.2%～5%硅藻土粉、0.8%～3%铝矾土粉、2%～3%凹凸棒土粉、0.37%～3%磷矿粉、0.15%～0.5%石墨粉、0.88%～1%混合稀土废渣、0.039%～1%含聚硅酸锂盐、0.5%～1%钾盐，0.83%～1%菱苦土氯化物、0.001%～0.05%C60巴基球、1%～5%粘土粉;
(2)向L683K专用催化剂中加入硝酸溶液，在80～120℃下进行反应，控制PH=1～2;反应完成后再加入磷酸溶液，在100～120℃下进行反应，控制PH=1～2;反应完成后再加入硫酸溶液，在120～150℃下进行反应，控制PH=1～2，反应完成后用氢氧化钠粉末中和至PH=5.5～14，然后冷却至室温，将其研磨成80～120目粉末;
(3)将重量份比为100：0.05～40的污水处理厂湿污泥与步骤(2)处理后的L683K专用催化剂混合均匀，所述污水处理厂湿污泥的含水率为50%～85%;
(4)将步骤(3)的混合物置于反应釜中，控制混合物从0C°或从高于0℃的混合物温度以每200～240小时上升1C°的速度缓慢上升至320℃，在180℃以下，通入氮气从0.1MP以每20～24小时上升0.1MP的速度升压至10MP，保压至反应釜内温度达到240℃，通入50～60%：30～50%的氧气和氮气混合气在60～78小时内增压至15MP，再通入70～90%：10～30%的氢气和氮气混合气在15～20小时内增压至20MP，保压升温至320℃;继续保压升温以每50～100小时上升1C°的速度缓慢上升至580C°，保温停留10～20小时;然后自然降温至400C-420°时，再通入氮气升压至150-160MP，保持恒压10-60小时，自然降至室温，反应完成制得低热值燃料无烟煤。
2.根据权利要求1所述的生活污水处理厂污泥制低热值无烟煤生产工艺，其特征在于：所述步骤(2)中向研磨好的催化剂中加入聚丙烯酰胺，调节催化剂分子量为5-8万g/mol。
3.根据权利要求1所述的生活污水处理厂污泥制低热值无烟煤生产工艺，其特征在于：所述步骤(4)中的反应釜为电控、导热油控制的双控制夹套反应釜，320℃以下用导热油控制升温，320℃至580℃采用电控升温。
4.根据权利要求1所述的生活污水处理厂污泥制低热值无烟煤生产工艺，其特征在于：所述步骤(4)中通入的氮气、氧气、氢气的纯度为90～98%。
5.根据权利要求1至4任一项所述的生产工艺制成的生活污水处理厂污泥制低热值无烟煤，其特征在于：所述无烟煤发热量为800kj/kg至3500kj/kg 。
6.催化剂，其特征在于，由以下重量百分比的组分混合制成：0.6%～5%二氧化钛、0.2%～5%氧化锌、0.1%～5%天青石粉、0.7%～5%莫来石粉、0.3%～3%蛇纹石粉、0.15%～3%蒙脱石粉、1.2%～3%花岗岩粉、0.9%～3%膨润土粉、0.08%～1%金红石粉、0.95%～8%汽油与丁烷1：1混合物、3%～8%大理石粉、0.03%～1%冰晶石粉、2%～5%滑石粉、0.001%～1%煤矸石粉、5.2%～7%碳酸盐钠、1.6%～5%高岭土粉、0.4%～5%海泡石粉、3%～5%铁矿石粉、3.9%～5%石英粉、2.2%～5%硅藻土粉、0.8%～3%铝矾土粉、2%～3%凹凸棒土粉、0.37%～3%磷矿粉、0.15%～0.5%石墨粉、0.88%～1%混合稀土废渣、0.039%～1%含聚硅酸锂盐、0.5%～1%钾盐，0.83%～1%菱苦土氯化物、0.001%～0.05%C60巴基球、1%～5%粘土粉。
7. 根据权利要求6所述的催化剂，其特征在于：所述汽油为90#汽油。
说明书
生活污水处理厂污泥制低热值无烟煤及其生产工艺和催化剂
技术领域
本发明涉及生活污泥处理领域，具体涉及生活污水处理厂污泥制低热值无烟煤及其生产工艺和用于生产的专用催化剂(申请单位编制为：L683K专用催化剂)。
背景技术
长期以来，发展中国家甚至发达国家，生活污水处理厂产生的污泥，大部分得不到合理处置和利用，多采用填埋、倾倒或干化焚烧方式，污泥的填埋和随意倾倒，占据了大量宝贵的土地资源形成了巨大的二次污染;干化焚烧处理产生的二噁英排放严重超标，很多地方的土地、沟渠、河流、海洋受到不同程度的有机污染、重金属污染、细菌病毒污染、地下水污染、大气污染等。也有科研人员将污泥制成肥料的研究，试图解决污泥污染问题，但实践考证得知，污泥制成的肥料中含有的多种重金属、细菌、病毒、有机物CODcr又被植物吸收转移，最终迁移进入人们的体内，长期食用侵害人类的身体健康。因此，到目前为此，人们还没有找到最为适当的处理方式，政府和地方对于治理污泥污染，投入了大把大把的钱，世界每年因污泥造成的二次污染损失，不可估量。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种生活污水处理厂污泥制低热值无烟煤及其生产工艺，无烟煤生产过程排放废水CODcr≤20mg/l到50mg/l，达到《城镇生活污水处理厂污染物排放标准》， 制得的低热值无烟煤可直接作为热能源燃料，发热量可以控制在800kj/kg到3500kj/kg之间，燃烧排放不产生超标的二噁英，不产生臭气，重金属可利用布袋除尘器过滤回收利用，无病毒细菌二次污染，节能减排，生产成本低廉，解决世界性生活污水处理厂的污泥处理难题，变废为宝。
本发明通过以下技术方案实现：
生活污水处理厂污泥制低热值无烟煤生产工艺，包括以下步骤：
(1)按以下重量百分比的组分配制混合成催化剂：0.6%～5%二氧化钛、0.2%～5%氧化锌、0.1%～5%天青石粉、0.7%～5%莫来石粉、0.3%～3%蛇纹石粉、0.15%～3%蒙脱石粉、1.2%～3%花岗岩粉、0.9%～3%膨润土粉、0.08%～1%金红石粉、0.95%～8%汽油与丁烷1：1混合物、3%～8%大理石粉、0.03%～1%冰晶石粉、2%～5%滑石粉、0.001%～1%煤矸石粉、5.2%～7%碳酸盐钠、1.6%～5%高岭土粉、0.4%～5%海泡石粉、3%～5%铁矿石粉、3.9%～5%石英粉、2.2%～5%硅藻土粉、0.8%～3%铝矾土粉、2%～3%凹凸棒土粉、0.37%～3%磷矿粉、0.15%～0.5%石墨粉、0.88%～1%混合稀土废渣、0.039%～1%含聚硅酸锂盐、0.5%～1%钾盐，0.83%～1%菱苦土氯化物、0.001%～0.05%C60巴基球、1%～5%粘土粉;
(2)向L683K专用催化剂中加入硝酸溶液，在80～120℃下进行反应，控制PH=1～2;反应完成后再加入磷酸溶液，在100～120℃下进行反应，控制PH=1～2;反应完成后再加入硫酸溶液，在120～150℃下进行反应，控制PH=1～2，反应完成后用氢氧化钠粉末中和至PH=5.5～14，然后冷却至室温，将其研磨成80～120目粉末;
(3)将重量份比为100：0.05～40的污水处理厂湿污泥与步骤(2)处理后的L683K专用催化剂混合均匀，所述污水处理厂湿污泥的含水率为50%～85%;
(4)将步骤(3)的混合物置于反应釜中，控制混合物从0C°或从高于0℃的混合物温度以每200～240小时上升1C°的速度缓慢上升至320℃，在180℃以下，通入氮气从0.1MP以每20～24小时上升0.1MP的速度升压至10MP，保压至反应釜内温度达到240℃，通入50～60%：30～50%的氧气和氮气混合气在60～78小时内增压至15MP，再通入70～90%：10～30%的氢气和氮气混合气在15～20小时内增压至20MP，保压升温至320℃;继续保压升温以每50～100小时上升1C°的速度缓慢上升至580C°，保温停留10～20小时;然后自然降温至400C-420°时，再通入氮气升压至150-160MP，保持恒压10-60小时，自然降至室温，反应完成制得低热值燃料无烟煤。
本发明进一步改进方案是，所述步骤(2)中向研磨好的催化剂中加入聚丙烯酰胺，调节催化剂分子量为5-8万g/mol。
本发明更进一步改进方案是，所述步骤(4)中的反应釜为电控、导热油控制的双控制夹套反应釜，320℃以下用导热油控制升温，320℃至580℃采用电控升温。
本发明更进一步改进方案是，所述步骤(4)中通入的氮气、氧气、氢气的纯度为90～98%。
根据权利要求1至4任一项所述的生产工艺制成的生活污水处理厂污泥制低热值无烟煤，所述无烟煤发热量为800kj/kg至3500kj/kg 。
本发明的目的还在于提供一种用于生产的专用催化剂(L683K)。
L683K专用催化剂，由以下重量百分比的组分混合制成：0.6%～5%二氧化钛、0.2%～5%氧化锌、0.1%～5%天青石粉、0.7%～5%莫来石粉、0.3%～3%蛇纹石粉、0.15%～3%蒙脱石粉、1.2%～3%花岗岩粉、0.9%～3%膨润土粉、0.08%～1%金红石粉、0.95%～8%汽油与丁烷1：1混合物、3%～8%大理石粉、0.03%～1%冰晶石粉、2%～5%滑石粉、0.001%～1%煤矸石粉、5.2%～7%碳酸盐钠、1.6%～5%高岭土粉、0.4%～5%海泡石粉、3%～5%铁矿石粉、3.9%～5%石英粉、2.2%～5%硅藻土粉、0.8%～3%铝矾土粉、2%～3%凹凸棒土粉、0.37%～3%磷矿粉、0.15%～0.5%石墨粉、0.88%～1%混合稀土废渣、0.039%～1%含聚硅酸锂盐、0.5%～1%钾盐，0.83%～1%菱苦土氯化物、0.001%～0.05%C60巴基球、1%～5%粘土粉。
本发明进一步改进方案是，所述汽油为90#汽油。
本发明的有益效果：
一、目前生活污水处理厂的污泥如果采用原始的倾倒、填埋处理，或者制成肥料利用，其中的Pb、Cd、Hg、As等重金属、病毒细菌、超标的有机物将二次污染地球生态环境。如采取压滤、干化、焚烧处理，压滤废水中的CODcr，焚烧时产生的二噁英均严重超标。本发明反应过程产生的水蒸汽，经过冷凝、过滤，O3或ClO2氧化处理至CODcr≤20mg/l到50mg/l、NH3—N≤1mg/l、TP≤0.1mg/l、TN≤1mg/l后，达到《城镇生活污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)，可直接排放到河流、沟渠及城市下水管道或城镇污水处理厂中。
二、本发明把生活污水处理厂污泥里面的可溶性和挥发性的有机C化合物，通过有机化反应，无机化反应，转化成可燃性的固定C化合物,同时杀菌、消毒，由污泥形成低热值燃料无烟煤。利用本发明，将有机C在几千万年才能形成无烟煤的过程，缩短在短期内完成。制得的无烟煤发热量可以控制在800kj/kg至1200kj/kg到3500kj/kg之间，可以直接用木材、煤球或蜂窝煤引燃，在650℃到800℃之间或在800℃以上高温焚烧，燃烧火焰淡蓝，不产生臭气黑烟排放，不产生可闻到的SO2排放(SO2排放量≤0.01ng/m3)，不产生过量的NxO排放(NxO排放排放量≤0.01ng/m3)，不产生超标的二噁英排放(二噁英排放量≤0.01ng/m3)。可以用来配煤发电、或直接使用低热值焚烧炉发电，给城市供暖、供热提供 热能源。焚烧后的灰渣，可以用作工业或橡胶填料。
三、本发明按生活污水处理厂污泥品质含水量不同，治理1m3污泥的成本小于1000元人民币/m3(含人工、设备折旧、动力、催化剂等等)。污泥制低热值无烟煤的再生能源利用，节能减排，变废为宝，必将产生巨大的环境效益、生态效益、社会效益、经济效益，利国利民。
具体实施方式
实施例1
生活污水处理厂污泥制低热值无烟煤生产工艺，包括以下步骤：
(1)按以下重量百分比的组分配制混合成专用催化剂(L683K)：0.6%二氧化钛、2.35%氧化锌、5%天青石粉、5%莫来石粉、3%蛇纹石粉、3%蒙脱石粉、3%花岗岩粉、3%膨润土粉、1%金红石粉、8%90#汽油与丁烷1：1混合物、8%大理石粉、1%冰晶石粉、5%滑石粉、1%煤矸石粉、7%碳酸盐钠、5%高岭土粉、5%海泡石粉、5%铁矿石粉、5%石英粉、5%硅藻土粉、3%铝矾土粉、3%凹凸棒土粉、3%磷矿粉、0.5%石墨粉、1%混合稀土废渣、1%含聚硅酸锂盐、1%钾盐， 1%菱苦土氯化物、0.05%C60巴基球、5%粘土粉;
(2)向L683K专用催化剂中加入硝酸溶液，在80℃下进行反应，控制PH=1～2;反应完成后再加入磷酸溶液，在100℃下进行反应，控制PH=1～2;反应完成后再加入硫酸溶液，在120℃下进行反应，控制PH=1～2，反应完成后用氢氧化钠粉末中和至PH=5.5，然后冷却至室温，将其研磨成80目粉末，然后加入聚丙烯酰胺，调节催化剂分子量为5万g/mol;
(3)将重量份比为100：1的污水处理厂湿污泥与步骤(2)处理后的L683K专用催化剂混合均匀，所述污水处理厂湿污泥的含水率为50%;
(4)将步骤(3)的混合物置于反应釜中，控制混合物从0C°以每200小时上升1C°的速度缓慢上升至320℃，在180℃以下，通入氮气从0.1MP以每20小时上升0.1MP的速度升压至10MP，保压至反应釜内温度达到240℃，通入50%：50%的氧气和氮气混合气在60小时内增压至15MP，再通入70%：30%的氢气和氮气混合气在15小时内增压至20MP，保压升温至320℃;继续保压升温以每50小时上升1C°的速度缓慢上升至580C°，保温停留10小时;然后自然降温至400C°时，再通入氮气升压至150MP，保持恒压10小时，自然降至室温，反应完成制得低热值燃料无烟煤，无烟煤发热量为800kj/kg。
所述步骤(4)中通入的氮气、氧气、氢气的纯度为90～98%。
实施例2
生活污水处理厂污泥制低热值无烟煤生产工艺，包括以下步骤：
(1)按以下重量百分比的组分配制混合成专用催化剂(L683K)：0.95%二氧化钛、5%氧化锌、5%天青石粉、5%莫来石粉、3%蛇纹石粉、3%蒙脱石粉、3%花岗岩粉、3%膨润土粉、1%金红石粉、8%汽油与丁烷1：1混合物、8%大理石粉、1%冰晶石粉、5%滑石粉、1%煤矸石粉、7%碳酸盐钠、5%高岭土粉、05%海泡石粉、5%铁矿石粉、5%石英粉、5%硅藻土粉、3%铝矾土粉、3%凹凸棒土粉、3%磷矿粉、0.5%石墨粉、1%混合稀土废渣、1%含聚硅酸锂盐、1%钾盐，1%菱苦土氯化物、0.05%C60巴基球、2%粘土粉;
(2)向L683K专用催化剂中加入硝酸溶液，在100℃下进行反应，控制PH=1～2;反应完成后再加入磷酸溶液，在110℃下进行反应，控制PH=1～2;反应完成后再加入硫酸溶液，在130℃下进行反应，控制PH=1～2，反应完成后用氢氧化钠粉末中和至PH=7，然后冷却至室温，将其研磨成100目粉末，然后加入聚丙烯酰胺，调节催化剂分子量为6万g/mol。;
(3)将重量份比为100：20的污水处理厂湿污泥与步骤(2)处理后的L683K专用催化剂混合均匀，所述污水处理厂湿污泥的含水率为60%;
(4)将步骤(3)的混合物置于反应釜中，控制混合物从18C°以每220小时上升1C°的速度缓慢上升至320℃，在180℃以下，通入氮气从0.1MP以每20～24小时上升0.1MP的速度升压至10MP，保压至反应釜内温度达到240℃，通入60%：40%的氧气和氮气混合气在70小时内增压至15MP，再通入90%：10%的氢气和氮气混合气在20小时内增压至20MP，保压升温至320℃;继续保压升温以每80小时上升1C°的速度缓慢上升至580C°，保温停留15小时;然后自然降温至410°时，再通入氮气升压至160MP，保持恒压40小时，自然降至室温，反应完成制得低热值燃料无烟煤，该无烟煤发热量为1200kj/kg。
所述步骤(4)中的反应釜为电控、导热油控制的双控制夹套反应釜，320℃以下用导热油控制升温，320℃至580℃采用电控升温，有利于节能。
所述步骤(4)中通入的氮气、氧气、氢气的纯度为90～98%。
实施例3
生活污水处理厂污泥制低热值无烟煤生产工艺，包括以下步骤：
(1)按以下重量百分比的组分配制混合成专用催化剂(L683K)：5%二氧化钛、5%氧化锌5%天青石粉、5%莫来石粉、3%蛇纹石粉、3%蒙脱石粉、3%花岗岩粉、3%膨润土粉、1%金红石粉、5.95%汽油与丁烷1：1混合物、3%大理石粉、1%冰晶石粉、5%滑石粉、1%煤矸石粉、7%碳酸盐钠、5%高岭土粉、5%海泡石粉、5%铁矿石粉、5%石英粉、5%硅藻土粉、3%铝矾土粉、3%凹凸棒土粉、3%磷矿粉、0.5%石墨粉、1%混合稀土废渣、1%含聚硅酸锂盐、1%钾盐， 1%菱苦土氯化物、0.05%C60巴基球、5%粘土粉;
(2)向L683K专用催化剂中加入硝酸溶液，在120℃下进行反应，控制PH=1～2;反应完成后再加入磷酸溶液，在120℃下进行反应，控制PH=1～2;反应完成后再加入硫酸溶液，在150℃下进行反应，控制PH=1～2，反应完成后用氢氧化钠粉末中和至PH=14，然后冷却至室温，将其研磨成80～120目粉末，然后加入聚丙烯酰胺，调节催化剂分子量为8万g/mol。;
(3)将重量份比为100：40的污水处理厂湿污泥与步骤(2)处理后的L683K专用催化剂混合均匀，所述污水处理厂湿污泥的含水率为50%;
(4)将步骤(3)的混合物置于反应釜中，控制混合物从20C°以每240小时上升1C°的速度缓慢上升至320℃，在180℃以下，通入氮气从0.1MP以每24小时上升0.1MP的速度升压至10MP，保压至反应釜内温度达到240℃，通入55%：45%的氧气和氮气混合气在78小时内增压至15MP，再通入80%：20%的氢气和氮气混合气在20小时内增压至20MP，保压升温至320℃;继续保压升温以每100小时上升1C°的速度缓慢上升至580C°，保温停留20小时;然后自然降温至420°时，再通入氮气升压至160MP，保持恒压60小时，自然降至室温，反应完成制得低热值燃料无烟煤，该无烟煤发热量为3500kj/kg。
所述步骤(4)中通入的氮气、氧气、氢气的纯度为90～98%。
