申请日2012.06.20
公开(公告)日2012.10.17
IPC分类号C01B3/02; C02F11/00
摘要
本发明针对目前污泥处理方法中通过添加水分调配泥浆以增加污泥流动性，从而降低了脱水污泥的处理效率的技术问题;提供一种低含水率脱水污泥直接超临界水气化处理装置及其方法，其特点为在脱水污泥直接进行超临界水气化处理前通过液化装置对污泥进行预液化处理，由此提高污泥的流动性，并沉降部分污泥中的无机物;达到便于后续的泵送及增压，降低管路中的堵塞风险，同时大幅提高了污泥处理的效率及设备的利用率的有益效果。同时，产物中的气相产物、热量均能得到有效的回收利用，提高了能量利用效率，降低了处理成本。
权利要求书
1.一种低含水率脱水污泥直接超临界水气化处理的方法，按如下步骤进行：
将脱水污泥加入液化装置进行液化形成泥浆以提高污泥流动性能，同时使部分固体无机物沉降以减少后续输送时的堵塞问题;
泥浆加压预热后进入超临界水气化反应装置进行超临界水气化反应;
反应完成后将反应产物进行冷却，然后通过减压阀降压后以分离气液产物，其中气相产物主要为富氢气体。
2.如权利要求1所述脱水污泥的处理方法，其特征在于：步骤(1)中所述液化装置的操作参数为：温度160～180℃，压力1.2MPa，液化时间30～60 min。
3.如权利要求1所述脱水污泥的处理方法，其特征在于：步骤(2)中所述泥浆加压至25MPa，预热至500℃进入超临界水气化反应装置。
4.如权利要求1所述脱水污泥的处理方法，其特征在于：步骤(1)中所述液化装置的操作参数为：温度160～180℃，压力1.2MPa，液化时间30～60 min;步骤(2)中所述泥浆加压至25MPa，预热至500℃进入超临界水气化反应装置。
5.如权利要求1~4中任一项所述脱水污泥的处理方法，其特征在于：步骤(2)中所述超临界水气化反应装置的操作参数为：温度600℃，压力30 MPa，反应2～5分钟。
6.如权利要求1~4中任一项所述脱水污泥的处理方法，其特征在于：步骤(2)中所述泥浆预热步骤中包括设置热交换器(4)，通入热交换器(4)的热流体为超临界水气化反应装置(6)出口端的流体，以回收利用超临界水气化反应后流出的高温流体所携带的热量。
7.如权利要求1~4中任一项所述脱水污泥的处理方法，其特征在于：步骤(3)中所述反应产物中带有的热量，通过冷却器(7)进行热交换回收，形成80℃热水，可回收热量再利用。
8.一种实现权利要求1所述低含水率脱水污泥直接超临界水气化处理的装置，包括热交换器(1)、高压泵(3)、加热器(5)、超临界水气化反应器(6)、冷却器(7)、减压阀(8)、气液分离器(9)，通过输送管道依次连接，其特征在于：还包括液化装置(2)，其设置在热交换器(1)与高压泵(3)之间。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：还包括热交换器(4)，通入热交换器(4)的热流体为超临界水气化反应装置(6)出口端的流体，以回收利用超临界水气化反应后流出的高温流体所携带的热量。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于：所述各设备的操作参数如下：液化装置(2)：温度160～180℃，压力1.2MPa，液化时间30～60 min;加压泵(3)出口压力25MPa;加热器(4)出口温度500℃;超临界水气化反应装置：温度600℃，压力30 MPa，反应2～5分钟。
说明书
低含水率脱水污泥直接超临界水气化处理装置及其方法
技术领域
本发明属于资源环境领域，具体涉及一种污水厂提供的脱水污泥直接 超临界水气化处理装置及其方法。
背景技术
目前我国大部分污水处理厂的脱水污泥的含水率在74～86%之间，且其 中含有一定量的固体无机物，这样导致在污泥处理过程中泵送增压的 困难;所以污水厂实现脱水污泥的无害化、减量化、资源化成为研究 者们关注的焦点，脱水污泥的处理处置问题已经成为我国环境保护中 的重要课题之一。近年来不少学者提出采用超临界水处理的方法， 如于2008年12月24日公开的专利申请号为“200810063091.8”的中国 专利申请文献，提出一种污泥在超临界水中连续催化气化制取富氢气 体的方法，文献中采用的技术方案为污泥与水分别加压加温后按一定 比例配比注入反应器，从污泥处理角度出发由于添加水分调配泥浆， 从而降低了脱水污泥的处理效率，同时增加了含水率调配的工序，增 加处理成本。此外，该专利仅从产氢的角度出发，而未明确处理后固 相产物是否达到无害化的标准。
另外，2002年10月23日公开的专利号为“02114529.6”的中国专利， 报道了锯屑浓度为2.0wt%的超临界水气化产氢，相当于处理含水率为 98%，但该专利的处理对象并非脱水污泥，且该处理方法单位时间内的 有机固态物质处理率低下。
发明内容
解决的技术问题：针对目前超临界水气化处理污泥中，由于添加水分 条件使得处理效率低下的问题，本发明提供一种低含水率脱水污泥直 接超临界水气化处理装置及其方法。
技术方案：
本发明以污水厂提供的脱水污泥(含水量约80%)作为处理对象，先对 其进 行预液化处理，使脱水污泥流动性增加，然后在高温、高压的作用下 完成超临界气化反应，形成超临界流体，其中气化污泥中有机物为富 含氢气的可燃气体，并能通过热作用稳定污泥中的有毒有害的重金属 ，最后通过气液固三相分离，实现脱水污泥的无害化、减量化、资源 化处理。
基于此本发明提供一种低含水率脱水污泥直接超临界水气化处理的方 法，具体处理步骤如下：
(1)将脱水污泥加入液化装置进行液化形成泥浆以提高污泥流动性能 ，同时使部分固体无机物沉降以减少后续输送时的堵塞问题;
(2)泥浆加压预热后进入超临界水气化反应装置进行超临界水气化反 应;
(3)反应完成后将反应产物进行冷却，然后通过减压阀降压后以分离 气液产物，其中气相产物主要为富氢气体，其上清液可回流至污水厂 或回收液体中的铵氮进行资源化利用。
作为本发明的进一步改进：步骤(1)中所述液化装置的操作参数为： 温度160～180℃，压力1.2MPa，液化时间30～60 min。
作为本发明的另一种改进：步骤(2)中所述泥浆加压至25MPa，预热 至500℃进入超临界水气化反应装置。
作为本发明的另一种改进：步骤(2)中所述超临界水气化反应装置的 操作参数为：温度600℃，压力30 MPa，反应2～5分钟。
作为本发明的另一种改进：步骤(2)中所述泥浆预热步骤中包括设置 热交换器4，通入热交换器4的热流体为超临界水气化反应装置出口端 的流体，以回收利用超临界水气化反应后流出的高温流体所携带的热 量，热交换器4出口端的流体温度约为200℃。
作为本发明的另一种改进：步骤(3)中所述反应产物中带有的热量， 通过冷却器7进行热交换回收，形成80℃热水，可回收热量再利用。
作为本发明的另一种改进：还包括步骤(4)：定期排出超临界水气化 反应器及液化装置中的固体残渣。排除的残渣进行直接填埋处理。
同时本发明还提供一种低含水率脱水污泥直接超临界水气化处理的装 置，包括热交换器1、液化装置2、高压泵3、加热器5、超临界水气化 反应器6、冷却器7、减压阀8、气液分离器9，通过输送管道依次连接 。
作为本发明进一步改进：还包括热交换器4，通入热交换器4的热流体 为超临界水气化反应装置6出口端的流体，以回收利用超临界水气化反 应后流出的高温流体所携带的热量。
作为本发明的另一种改进：通入热交换器1的冷热流体分别为脱水污泥 原料与液化装置2出口端的液化后泥浆，由此可回收利用液化反应后泥 浆所携带的热量。
本发明还包括所述各设备的操作参数：液化装置2：温度160～180℃， 压力1.2MPa，液化时间30～60 min;加压泵3出口压力25MPa;加热器 4出口温度500℃;超临界水气化反应装置：温度600℃，压力30 MPa ，反应2～5分钟。
有益效果
利用本发明提供的处理装置，按照本发明提供的处理方法，针对污水 厂提供的低含水率脱水污泥进行直接超临界水气化的处理，其有益效 果为：通过液化装置预液化，一方面提高污泥流动性能以保证操作的 连续化进行;另一方面分离污泥中部分无机物，减少无机物在后续管 路中堵塞问题。
这两点的共同的作用解决脱水污泥直接泵送难的问题，可让脱水污泥 直接进行超临界水气化处理，充分利用污泥中现存的高含水率;同时 ，由于脱水污泥进行直接气化处理，相比含水率为95%左右的浓缩污泥 而言，大大的提高了超临界水气化处理污泥的效率。
脱水污泥液化处理后的另一有益效果为，由此处理过后残留在液化装 置2中的固体残渣极易脱水，通过压滤处理后，含水率约为40%左右， 大幅度的降低了脱水污泥的体积容量;而经过超临界水气化处理后残 留在超临界水气化反应器6中的固体残渣为高温炉渣，不含水分。因此 ，经过处理后脱水污泥实现了减量化。
同时，处理后的余热、产气可进行回收利用，其中气相产物主要为富 氢气体，可用于供热系统中的燃烧，同时在冷却过程中获得一定量80 ℃的热水，可进行利用，实现脱水污泥的资源化利用。
