CN102875005A - 一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺 - Google Patents

一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺,包括步骤:1)将污泥脱水并送入污泥预存仓中储存;2)将脱水污泥预热;3)经过预热的脱水污泥送入水热反应器中加热处理,得水热裂解液;4)将水热裂解液返送至预热系统中预热脱水污泥,水热裂解液降温,得气态产物;5)降温后的水热裂解液进入压滤机压滤,得到反应滤液与固态产物;6)将上步的固态产物干燥后送入干法炭化炉中炭化,得到固态生物炭与其他产物,其他产物送入气液分离装置分离得到可燃气与焦油;7)将步骤4)得到的气态产物与步骤6)得到的可燃气与焦油送入燃烧室中燃烧产生热能,所产生的热能提供给水热反应器与干法炭化炉。本工艺可得到附加值高的产品,同时节约能源。

Description

一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺。
背景技术
[0002] 污泥炭化是一种新型的污泥处理技术,目前污泥炭化有干法炭化和湿法炭化两种方法。
[0003] 干法炭化:该方法是将污泥干燥至含水率小于30%后,在缺氧条件下热解污泥有机物使之发生炭化。干法炭化工艺可概括为“污泥干燥+干馏技术”,炭化前需要,需要花费大量能源,对污泥进行直接加热干燥,使含水率下降至一定水平。所以目前的干法炭化工艺的主要关注点是如何提高热利用率、提高能效。如申请号为201210002712. 8的专利利用干 馏过程中产生的可燃气及烟气作为干燥污泥的热源,以此来降低能耗成本。
[0004] 湿法炭化:是在密闭的有水环境中,辅以必要的催化剂,对污泥进行直接加热,在自生压力下将生物质进行炭化的。湿法炭化是一种基于水热反应的污泥炭化技术,具有不需预先干燥污泥,反应条件温和(180^2500C ),炭产量较高,制备工艺简单等优点,但由于污泥组分和相应催化剂开发的复杂性,使得污泥湿法炭化只能实现脱水而不能实现真正意义上的炭化,仍处以实验室研究阶段。
[0005] 水热脱水干化:通过将污泥加热,在一定温度和压力下使污泥中的粘性有机物水解,破坏污泥的胶体结构,可以同时改善脱水性能和厌氧消化性能。随水热反应温度和压力的增加,颗粒碰撞几率增大,颗粒问的碰撞导致了胶体结构的破坏,使束缚水和固体颗粒分离。另外,加热使污泥中的蛋白质分解,细胞发生破裂,胞内的水分被释放。经过水热处理后的污泥在不添加絮凝剂的情况下,机械脱水可使含水率大幅度降低到50%以下,大大提高了污泥的脱水性能,使污泥处置技术向低成本、可持续方向发展成为可能。将污泥经水热处理后实现脱水,已有相关的报道,如:(I)专利(申请号:201110447913. 4) 一种污泥水热干化处理装置及其水热反应器;(2)专利(申请号:201110279705. 8)基于水热反应的污泥处理技术中开发的基于水热改性技术的污泥处理工艺,将脱水污泥经水热改性后,液态产物进入中温厌氧反应器制备甲烷,固态产物制生物质燃料棒,生物质燃料棒为水热改性的主要热源,甲烷为补充热源,能源利用效率得到提高,甲烷作为商品出售可带来经济效益,这为污泥水热技术的应用提供了一种工艺途径。但污泥经水热改性脱水后,制备生物炭未见公开报道。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺。
[0007] 本发明所采取的技术方案是:
一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺,包括以下步骤:
1)将污泥脱水并送入污泥预存仓中储存;
2)将储存的脱水污泥送入预热系统预热;3)经过预热的脱水污泥送入水热反应器中加热处理,得到水热裂解液;
4)将上步得到的水热裂解液返送至预热系统内的供热管道,用于预热脱水污泥,水热裂解液预热脱水污泥后,水热裂解液降温,同时得到气态产物;
5)降温后的水热裂解液进入压滤机压滤,得到反应滤液与固态产物;
6)将步骤5)得到的固态产物干燥后送入干法炭化炉中炭化,得到固态生物炭与其他产物,其他产物送入气液分离装置分离得到可燃气与焦油;
7)将步骤4)得到的气态产物与步骤6)得到的可燃气与焦油送入燃烧室中燃烧产生热能,所产生的热能提供给水热反应器与干法炭化炉。
[0008] 步骤2)中,脱水污泥的含水率为70_85wt%。 [0009] 步骤2)中,预热系统将脱水污泥预热至110_180°C。
[0010] 步骤3)中,水热反应器中的加热温度为200-300°C。
[0011] 步骤3)中,水热反应器中的加热时间为30_90min。
[0012] 步骤3)中,水热反应器中,自生压力为3-10MPa。
[0013] 步骤4)中,所述的供热管道为多段,每两段供热管道间安装有背压阀,水热裂解液从最后一段供热管道中排出后,温度降至85 °C以下。
[0014] 步骤5 )中,经过压滤后得到的固态产物的含水率在30 wt%与40 wt%之间。
[0015] 步骤6)中,所述的固态产物干燥为自然晾干,经过自然晾干后,其含水率为10wt-30wt%o
[0016] 步骤6)中,所述的炭化条件为:温度为500-700°C,时间为30_60min。
[0017] 本发明的有益效果是:本工艺可得到附加值高的产品,同时节约能源。
[0018] 具体来说:一方面脱水污泥经水热处理后得到水热裂解液,水热裂解液预热脱水污泥后降温,再经过压滤后得到的滤液作为污水厂脱氮除磷的碳源加以利用,降低污水厂运行成本;经过压滤后得到的固态产物可自然风干,其含水率降至30%以下后进行干法炭化,制备生物炭。
[0019]另外本工艺充分利用水热裂解液的余热、并将工艺中产生的气态产物,得到的可燃气与焦油送入燃烧室燃烧,将能源利用最大化,能效高,耗费少。
[0020] 污泥最终产物为生物炭,其具有固碳减排、改良土壤等多种功效,富余的可燃气体及焦油可进行深加工为高附加值产品,经济、社会和生态效益显著。
具体实施方式
[0021] 下面结合具体实施例,对本发明做进一步的说明:
实施例I:
1)将污水处理厂的污泥脱水并送入污泥预存仓中储存;
2)将储存的脱水污泥(含水率为70-85wt%)送入预热系统预热至110°C ;
3)经过预热的脱水污泥送入水热反应器中加热处理,得到水热裂解液,水热反应器中的加热温度为200°C,加热时间为90min,自生压力为3MPa ;
4)将上步得到的水热裂解液返送至预热系统内的供热管道,用于预热脱水污泥,所述的供热管道为多段,每两段供热管道间安装有背压阀,水热裂解液从最后一段供热管道中排出后,降温至85°C以下,同时得到气态产物;5)降温后的水热裂解液进入压滤机压滤,得到反应滤液与含水率为30wt%-40wt%的固态产物;
6)将步骤5)得到的固态产物自然晾干后(含水率为10-30wt%)送入干法炭化炉中炭化,得到固态生物炭与其他产物,其他产物送入气液分离装置分离得到可燃气与焦油;所述的炭化条件为:温度为500°C,时间为60 min ;
7)将步骤4)得到的气态产物与步骤6)得到的可燃气与焦油送入燃烧室中燃烧产生热能,所产生的热能提供给水热反应器与干法炭化炉;富余的可燃气与焦油则收集起来作为产品外售。
[0022] 实施例2 :
1)将污水处理厂的污泥脱水并送入污泥预存仓中储存;
2)将储存的脱水污泥(含水率为70-85wt%)送入预热系统预热至150°C ;
3)经过预热的脱水污泥送入水热反应器中加热处理,得到水热裂解液,水热反应器中的加热温度为250°C,加热时间为60 min,自生压力为5 MPa ;
4)将上步得到的水热裂解液返送至预热系统内的供热管道,用于预热脱水污泥,所述的供热管道为多段,每两段供热管道间安装有背压阀,水热裂解液从最后一段供热管道中排出后,降温至85°C以下,同时得到气态产物;
5)降温后的水热裂解液进入压滤机压滤,得到反应滤液与含水率为30wt%-40wt%的固态产物;
6)将步骤5)得到的固态产物自然晾干后(含水率为10-30wt%)送入干法炭化炉中炭化,得到固态生物炭与其他产物,其他产物送入气液分离装置分离得到可燃气与焦油;所述的炭化条件为:温度为600°C,时间为45 min ;
7)将步骤4)得到的气态产物与步骤6)得到的可燃气与焦油送入燃烧室中燃烧产生热能,所产生的热能提供给水热反应器与干法炭化炉;富余的可燃气与焦油则收集起来作为产品外售。
[0023] 实施例3 :
1)将污水处理厂的污泥脱水并送入污泥预存仓中储存;
2)将储存的脱水污泥(含水率为70-85wt%)送入预热系统预热至150°C ;
3)经过预热的脱水污泥送入水热反应器中加热处理,得到水热裂解液,水热反应器中的加热温度为300°C,加热时间为30min,自生压力为IOMPa ;
4)将上步得到的水热裂解液返送至预热系统内的供热管道,用于预热脱水污泥,所述的供热管道为多段,每两段供热管道间安装有背压阀,水热裂解液从最后一段供热管道中排出后,降温至85°C以下,同时得到气态产物;
5)降温后的水热裂解液进入压滤机压滤,得到反应滤液与含水率为30wt%-40wt%的固态产物;
6)将步骤5)得到的固态产物自然晾干后(含水率为10-30wt%)送入干法炭化炉中炭化,得到固态生物炭与其他产物,其他产物送入气液分离装置分离得到可燃气与焦油;所述的炭化条件为:温度为700°C,时间为30min ;
7)将步骤4)得到的气态产物与步骤6)得到的可燃气与焦油送入燃烧室中燃烧产生热能,所产生的热能提供给水热反应器与干法炭化炉;富余的可燃气与焦油则收集起来作为产品外售。
[0024] 本发明的实施例制备的生物炭的炭产率:90°/Γ70% ;质地疏松,包含C 5. 7〜9. 0%,NI. 6%〜O. 4%,P O. 6%〜0· 9%,K I. 8〜2. 1%,也含有其他养分,可用于改良土壤。
[0025] 本发明的实施例制备的焦油的油产率:10%〜15%;油热值:26938 KJ/Kg〜30757KJ/Kg ;可燃气的成分:氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、二氧化碳,热值:700(Tll000 KJ/
Nm30
[0026] 本发明中,生物炭的产率=生物炭的质量/[经自然晾干后的固态产物X (I-含水率)]X 100% ;
焦油的油产率=焦油的质量/[经自然晾干后的固态产物X (1-含水率)]父100%。 [0027]另外,本发明的预热系统中所述的供热管道为多段,每两段供热管道间安装有背压阀,保证了各段供热管道中各点的压力在相应点温度的饱和蒸汽压以上,避免蒸发过程,同时,各段供热管道中的压力逐级下降,不仅可高效预热脱水污泥,节约能源,还可使裂解液产生二次裂解,最终,水热裂解液从最后一段供热管道中排出后,温度降至85°C以下。
[0028] 本发明的步骤5)得到的反应滤液可作为污水处理厂的脱氮碳源进行循环利用。

Claims (10)

1. 一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺,其特征在于:包括以下步骤: 1)将污泥脱水并送入污泥预存仓中储存; 2)将储存的脱水污泥送入预热系统预热; 3)经过预热的脱水污泥送入水热反应器中加热处理,得到水热裂解液; 4)将上步得到的水热裂解液返送至预热系统内的供热管道,用于预热脱水污泥,水热裂解液预热脱水污泥后,水热裂解液降温,同时得到气态产物; 5)降温后的水热裂解液进入压滤机压滤,得到反应滤液与固态产物; 6)将步骤5)得到的固态产物干燥后送入干法炭化炉中炭化,得到固态生物炭与其他产物,其他产物送入气液分离装置分离得到可燃气与焦油; 7)将步骤4)得到的气态产物与步骤6)得到的可燃气与焦油送入燃烧室中燃烧产生热能,所产生的热能提供给水热反应器与干法炭化炉。
2.根据权利要求I所述的一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺,其特征在于:步骤2)中,脱水污泥的含水率为70-85wt%。
3.根据权利要求I所述的一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺,其特征在于:步骤2)中,预热系统将脱水污泥预热至110-180°C。
4.根据权利要求I所述的一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺,其特征在于:步骤3)中,水热反应器中的加热温度为200-300°C。
5.根据权利要求I所述的一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺,其特征在于:步骤3)中,水热反应器中的加热时间为30-90min。
6.根据权利要求I所述的一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺,其特征在于:步骤3)中,水热反应器中,自生压力为3-10MPa。
7.根据权利要求I所述的一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺,其特征在于:步骤4)中,所述的供热管道为多段,每两段供热管道间安装有背压阀,水热裂解液从最后一段供热管道中排出后,温度降至85°C以下。
8.根据权利要求I所述的一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺,其特征在于:步骤5)中,经过压滤后得到的固态产物的含水率在30wt%与40wt%之间。
9.根据权利要求I所述的一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺,其特征在于:步骤6)中,所述的固态产物干燥为自然晾干,经过自然晾干后,其含水率为10wt-30wt%。
10.根据权利要求I所述的一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺,其特征在于:步骤6)中,所述的炭化条件为:温度为500-700°C,时间为30-60min。
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