CN103614168B

CN103614168B - 一种污泥液化制备液体燃料的工艺方法

Info

Publication number: CN103614168B
Application number: CN201310659027.7A
Authority: CN
Inventors: 吴幼青; 吴诗勇; 聂立; 覃小刚; 李良; 黄胜; 高晋生; 文陆; 房慧
Original assignee: East China University of Science and Technology; Dongfang Boiler Group Co Ltd
Current assignee: East China University of Science and Technology; Dongfang Boiler Group Co Ltd
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: CN103614168A

Abstract

本发明公开了一种污泥液化制液体燃料工艺，包括以下步骤：1、一定温度下将污泥原料、循环溶剂和催化剂按比例混合成浆；2、料浆经预热后与反应气体混合发生液化反应；3、液化后产物进行气液分离，气相经油水分离器分离得到轻油、气体、水相，气相经脱硫脱碳后得到不凝气，液相经沉降分离得到油相和残渣，油相通过蒸馏得到中油和重油；4、部分不凝气加压返回反应器参与液化反应；5、部分水相返回制浆步骤。本发明中污泥原料无需经过干燥处理，直接在CO或合成气气氛下进行水热液化反应，既消耗原料中大量的水分，又对液化产物进行提质，从而得到优质油品和其他产品。本发明将污泥中有机质进行高效转化，具有良好的环境和社会效益。

Description

一种污泥液化制备液体燃料的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种将污泥制成液体燃料的技术，属于污泥资源化加工领域。

背景技术

污泥是污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒和胶体污泥等组成的极其复杂的非均质体，具有水含量高、重金属含量高和有害微生物含量高的特点。目前我国污泥处理技术一直落后于相应的污水处理技术，根据《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》显示，截至“十一五”末即2010年，中国城镇污水处理厂所产生的污泥无害化处置率小于25%，我国污水处理厂所产生的污泥有80%没有得到妥善处理，污泥随意堆放及所造成的污染与再污染问题凸显出来，引起社会的广泛关注。

传统的污泥处理方法主要包括：填埋、肥料化以及焚烧等，但都具有明显的缺点：填埋和肥料化利用对水体造成严重污染，同时污泥中的重金属被植物富集，通过食物链与生物链的传递对人类产生毒害作用；由于污泥本身热值较低，焚烧处理会消耗大量的辅助燃料，同时污泥本身高水分的特点导致其燃烧不完全，燃烧后残留较多的固体残渣，燃烧尾气中含有大量的氮氧化物、硫氧化物等有毒气体，直接排放对环境产生不良影响。

近年来，污泥资源化技术得到广泛关注，资源化技术能充分利用污泥中的有机成分，实现变废为宝，同时最大限度的降低对环境的污染，使污泥资源得到高效利用。目前污泥资源化利用技术主要包括：污泥沼气化、污泥碳化以及污泥液化等。

中国专利CN102701200A公开了一种污泥制备活性炭方法，其公开内容是将干燥后的污泥进行研磨、高温处理、酸化处理制备活性炭的方法，该方法主要是采用高温碳化技术对污泥进行处理，得到活性炭固体。该技术对污泥原料来源和品质要求较高，同时还需对污泥原料进行干燥处理，得到的活性炭固体需要进一步酸化处理，增加了运行成本和操作难度。

中国专利CN102557366A公开了一种污泥的处理方法，其公开内容是将污泥在一定温度和压力下进行液化、得到液化油的方法，该方法主要是采用高温高压的超临界水对污泥进行热解，得到液态的油品。该技术的本质为对污泥进行热解萃取，操作条件苛刻，得到的油品中杂原子含量很高，同时未指出反应后大量的水如何进行利用。

因此，目前我国迫切需要一种将污泥资源化利用的方法，同时该方法具有高效节能、操作简易、原料适应性广和产品质量高等特点。

发明内容

本发明提供一种污泥液化制备液体燃料的工艺方法，在合成气气氛和催化剂下以污泥为原料制备液体燃料的方法，采用如下技术方案：

一种污泥液化制备液体燃料的工艺方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

a、制浆步骤：将污泥原料、催化剂、循环水和溶剂按质量比混合均匀制得料浆，其中：干基污泥原料：催化剂的质量比=（10～200）：1，干基污泥原料：循环水溶液的质量比=1：（1～10），干基污泥原料：溶剂的质量比=1：（1～10）；

b、预热及液化步骤：将步骤a的料浆加热至150-280℃与反应气体混合后进入反应器，干基污泥原料与反应气体的质量体积比为1：（1～10）kg/m³，反应温度为280-380℃，反应压力为10-33MPa，停留10-60min，其中反应气体为合成气或一氧化碳；

c、产物分离步骤：经步骤b反应后的气液混合物从反应器顶部流出，先经高温分离（100-200℃）得到气相产物和液相产物；高温分离所得气相产物进行低温分离（室温-150℃）得到气体和液体，所得的气体经脱硫脱碳后得到不凝气，所得的液体经油水分离得到轻油和水相；高温分离所得液相产物进行沉降分离得到固体残渣和液体油，液体油进行蒸馏得到中油和重油；

d、气体循环步骤：步骤c中低温分离所得不凝气部分返回至反应器，作为液化反应循环气体；

e、溶剂循环步骤：步骤c中油水分离的水相部分返回至料浆制备罐，作为料浆制备的循环水溶液；

其中，所述的催化剂为碱金属盐或过渡金属盐中的一种，所述的溶剂为含芳烃类有机溶剂。

所述的催化剂优选为碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钾、氢氧化钾、氧化铁、氢氧化铁、硫酸亚铁、硫化亚铁中的一种或几种。

所述溶剂为含金属离子的水溶液，优选木醋液，干基污泥原料：溶剂的质量比=1：（1～10）。

所述步骤e的循环水溶液中有机物含量低于50%(质量比)，干基污泥原料：循环水溶液的质量比=1：（1～10）。

所述的合成气为一氧化碳和氢气的混合气，氢气含量为20-80%，一氧化碳含量为20-80%。

本发明的优点在于市政污泥资源化利用，对污泥原料无特殊要求，利用污泥高水分特点，采用合成气或一氧化碳气氛，在催化剂催化作用下，通过水煤气变换反应，消耗污泥原料中部分水分，产生的活性氢原子对污泥中有机成分进行加氢处理，生成液体产物；同时在本发明所述的温度压力下，溶剂水处于亚临界或临界状态，对加氢后的产物具有高溶解性，能不断溶解反应产物，进一步提高污泥加氢催化液化转化率。本发明采用的合成气气氛对产物油品也具有脱氧、脱硫、脱氮等效果，从而对产品油进行优化升级。本发明采用气体循环和水溶液循环，有效促进污泥液化和降低成本。因此，本发明具有原料适应性广、液化转化率高、产品油质量优、操作条件温和以及环境效益和社会效益显著的特点。

为了进一步理解本发明的特点和性质，以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的具体流程图，同时也是本发明的具体实施方式的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图1对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明并不限于该方式。

1.制浆步骤：污泥原料与催化剂、循环水、溶剂混合均匀成浆，催化剂与污泥原料(干基)质量比为1:10至1:200，污泥原料(干基)与循环水质量比为1:1至1:10，

污泥原料(干基)与溶剂的质量比为1:1至1:10；

2.预热及液化步骤：制成的浆液预热至一定温度后输送至反应器中，在合成气或一氧化碳气氛下进行液化反应，合成气为一氧化碳和氢气的混合气，污泥原料(干基)与合成气质量体积比(kg/m³)为1:1至1:10，反应器温度为280℃至380℃，反应压力为10MPa至33MPa，停留时间为10min至60min；

3.产物分离步骤：反应后的气液混合物从反应器顶部流出，通过高温分离得到气相和液相产物，气相产物进行低温分离，液相产物进行沉降分离；气相产物低温分离得到气体和液体，气体经脱硫脱碳后得到不凝气，液体经油水分离得到轻油和水相；高温液相产物经沉降分离得到固体残渣和液体油，液体油进行蒸馏得到中油和重油；

4.气体循环步骤：产物分离得到的不凝气部分返回至反应器，作为液化反应循环气体；

5.水相循环步骤：产物分离得到的水溶液部分返回至料浆制备罐，作为料浆制备循环水。

实施例

以下通过举出实施例来进一步详细说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。实施例中的污泥均为上海石洞口污水处理厂的污泥，其污泥的工业分析和元素分析结果如表1所示，其他地区的城市污泥具有类似的组成。

表1污泥原料的工业分析和元素分析

实施例1

准确称取100g污泥原料和1g硫化亚铁催化剂，混合均匀形成浆料，加入到釜式反应器中，充入与污泥原料(干基)质量体积比(kg/m³)为1:2的一氧化碳气体，将反应器温度升高至300℃，在该条件下反应30min。反应结束后，迅速冷却，收集釜内气体和物料，物料经高温分离、低温分离、固液分离、油水分离及蒸馏后得到轻油、中油、重油、不凝气、水和残渣。

实施例2

准确称取100g污泥原料、20g实施例1所得水相和1g硫化亚铁催化剂，混合均匀形成浆料，加入到釜式反应器中，充入与污泥原料(干基)质量体积比(kg/m³)为1:2的一氧化碳气体，将反应器温度升高至340℃，在该条件下反应30min。反应结束后，迅速冷却，收集釜内气体和物料，物料经高温分离、低温分离、固液分离、油水分离及蒸馏后得到轻油、中油、重油、不凝气、水和残渣。

实施例3

准确称取100g污泥原料、20g木醋液和1g碳酸钠催化剂，混合均匀形成浆料，加入到釜式反应器中，充入与污泥原料(干基)质量体积比(kg/m3)为1:2的合成气(H₂:CO=1:1)，将反应器温度升高至360℃，在该条件下反应30min。反应结束后，迅速冷却，收集釜内气体和物料，物料经高温分离、低温分离、固液分离、油水分离及蒸馏后得到轻油、中油、重油、不凝气、水和残渣。

实施例4

准确称取100g污泥原料和1g碳酸钾催化剂，混合均匀形成浆料，加入到釜式反应器中，充入与污泥原料(干基)质量体积比(kg/m³)为1:1的一氧化碳气体，将反应器温度升高至340℃，在该条件下反应30min。反应结束后，迅速冷却，收集釜内气体和物料，物料经高温分离、低温分离、固液分离、油水分离及蒸馏后得到轻油、中油、重油、不凝气、水和残渣。

实施例5

准确称取100g污泥原料和1g氢氧化钠催化剂，混合均匀形成浆料，加入到釜式反应器中，充入与污泥原料(干基)质量体积比(kg/m³)为1:2的一氧化碳气体，将反应器温度升高至340℃，在该条件下反应45min。反应结束后，迅速冷却，收集釜内气体和物料，物料经高温分离、低温分离、固液分离、油水分离及蒸馏后得到轻油、中油、重油、不凝气、水和残渣。

实施例6

准确称取100g污泥原料和1g氢氧化钾催化剂，混合均匀形成浆料，加入到釜式反应器中，充入与污泥原料(干基)质量体积比(kg/m³)为1:2的一氧化碳气体，将反应器温度升高至300℃，在该条件下反应60min。反应结束后，迅速冷却，收集釜内气体和物料，物料经高温分离、低温分离、固液分离、油水分离及蒸馏后得到轻油、中油、重油、不凝气、水和残渣。

实施例1～6反应结果见表2。

表2实施例1～6反应结果

序号	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							水+气	37.23	46.55	49.23	46.24	40.49	42.59
轻油	17.35	20.03	18.64	11.83	12.61	11.44
							中油	10.52	10.43	11.46	12.89	13.21	9.11
重油	15.43	11.12	10.30	11.96	21.57	18.25
							残渣	19.47	11.87	10.37	17.08	12.12	18.61

通过本发明的实施，充分利用污泥中的有机质，将城市环境问题之一的废弃污泥转化为可利用的液体燃料，使污泥达到无害化、减量化、资源化方向发展。

Claims

1.一种污泥液化制备液体燃料的工艺方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

a、制浆步骤：将污泥原料、催化剂、循环水和溶剂按质量比混合均匀制得料浆，其中：干基污泥原料：催化剂的质量比＝(10～200)：1，干基污泥原料：循环水溶液的质量比＝1：(1～10)，干基污泥原料：溶剂的质量比＝1：(1～10)；

b、预热及液化步骤：将步骤a的料浆加热至150-280℃与反应气体混合后进入反应器，干基污泥原料与反应气体的质量体积比为1：(1～10)kg/m³，反应温度为280-380℃，反应压力为10-33MPa，停留10-60min，其中反应气体为合成气或一氧化碳；

c、产物分离步骤：经步骤b反应后的气液混合物从反应器顶部流出，先经100-200℃的高温分离得到气相产物和液相产物；高温分离所得气相产物进行25-150℃的低温分离得到气体和液体，所得的气体经脱硫脱碳后得到不凝气，所得的液体经油水分离得到轻油和水相；高温分离所得液相产物进行沉降分离得到固体残渣和液体油，液体油进行蒸馏得到中油和重油；

其中，所述的催化剂为碱金属盐或过渡金属盐中的一种，所述的溶剂为含芳烃类有机溶剂或者为含金属离子的水溶液。

2.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述的催化剂为碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钾、氢氧化钾、氧化铁、氢氧化铁、硫酸亚铁、硫化亚铁中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述的含金属离子的水溶液为木醋液。

4.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤e的循环水溶液中有机物的质量含量低于50％，干基污泥原料：循环水溶液的质量比＝1：(1～10)。

5.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述的合成气为一氧化碳和氢气的混合气，氢气含量为20-80％，一氧化碳含量为20-80％。