CN104789235B - 污泥催化热解气化制备生物柴油的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了污泥催化热解气化制备生物柴油的方法和系统，其中，污泥催化热解气化制备生物柴油的方法包括：向污泥中加入添加剂进行干化处理；将经过干化处理后的污泥布入无热载体蓄热式旋转床内进行催化热解处理，以便得到气液混合物和污泥炭；将污泥炭与气化剂发生水蒸气气化反应，以便得到可燃气用于催化热解处理；将气液混合物进行冷凝处理并得到热解气和热解液；利用二氯甲烷对热解液进行萃取处理并得到有机物萃取相和水相；将有机物萃取相进行精馏处理并分离得到生物柴油。该工艺方法减少了臭气的产生，实现了污泥钙化脱水和催化热解的高效结合，不仅降低了干化能耗，还提高了污泥热解速率和热解产物的品质，运行成本低。

Description

污泥催化热解气化制备生物柴油的方法和系统
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化处理领域，具体涉及污泥催化热解气化制备生物柴油的方法和系统。
背景技术
目前，世界的能源消费主要以煤炭、石油和天然气等化石燃料为主。世界能源组织预测2005年到2030年，全球的一次能源需求将会增加55％，其年均增长率为1.8％，不可再生的化石燃料仍是一次能源消费的主要来源，在需求增长总量中占到84％。如何调整优化能源消费结构、寻找替代能源，是世界各国面临的一个重要课题。
随着我国城镇化水平不断提高，城市污水的排放量也急剧增加，由于污水处理过程中会产生大量含有寄生虫卵、有害病原菌、重金属污泥，如果不进行有效处理与处置，会对环境造成严重的二次污染。据统计，2013年我国城镇污水处理厂所产生的污泥量超过3000万吨，其中有80％的污泥没有得到妥善处理，简单填埋或堆放使得许多城市面临着“毒泥围城”。
污泥热解是在无氧或缺氧的条件下，将污泥加热到一定温度，使污泥中的有机物发生热裂解和热化学转化反应，生成H2、CO、CH4等可燃性气体、油水混合液及固体产物的过程。污泥热解是一种新的污泥热化学利用处置技术，具有环境污染小、成本低、资源高效回收等众多优点。热解工艺分成低温热解(≤500℃)和高温热解。由于高温热解大型设备制造难度大、运行要求高，并且能耗相对较高，目前国内外的研发重点放在低温热解上。污泥低温热解技术能有效地克服传统污泥处置方法的缺点。由于重金属富集于固体残渣中稳定性好，且反应温度低，避开了二恶英生成区，NOx和SOx生成也很少，因此低温热解技术是国际公认的有重要应用前景的污泥资源化热化学处置技术。
现有的污泥热解技术一般包括预处理(脱水、干化)、热解系统、除臭系统、净化系统等，其存在的问题主要包括：(1)现有的污泥干化技术，由于蒸出的水分温度较低，一般直接进入污水处理系统，增加了处理费用、难以实现污泥的“减量化、无害化、资源化”；(2)现有的污泥热解系统主要以制可燃性气体、高热值燃油为目的，污泥炭由于含有重金属，需要进行填埋处理，“炭资源”没有得到有效利用；(3)现有的污泥热解制油技术难以实现油水混合液的高效分离，通过冷凝得到的热解液含有较多的水分，热值较低，由于热解液中含有较多酸性成分，还会对锅炉、管道等设备造成腐蚀。
若不采用萃取精馏制备污泥热解生物柴油，现有技术存在的问题包括：(1)污泥热解液中油水分离不完全，含油的水分进行污水处理系统，增加了处理难度；(2)热解油产量较低、轻质组分较少、热值不高，难以有效利用。
另外，普通污泥热解方法得到的热解油含氧量高、酸值较大、粘度高、稳定性差，难以进一步利用，如果能得到高品质、高热值的生物柴油，将会便于污泥热解的工业化运行和推广。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种污泥催化热解气化制备生物柴油的方法和系统。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种污泥催化热解气化制备生物柴油的方法。根据本发明实施例的污泥催化热解气化制备生物柴油的方法包括：
向所述污泥中加入添加剂进行干化处理，以便蒸发出部分水分并且除臭；
将经过所述干化处理后的污泥连同所述添加剂一起布入无热载体蓄热式旋转床内进行催化热解处理，以便得到气液混合物和污泥炭；
将所述污泥炭与气化剂在流化床气化装置内发生气化反应，以便得到可燃气用于所述催化热解处理；
将所述气液混合物进行冷凝处理，以便得到热解气和热解液；
利用二氯甲烷对所述热解液进行萃取处理，以便得到有机物萃取相和水相；以及
将所述有机物萃取相进行精馏处理，以便分离得到生物柴油。
本发明的目的是针对污泥热解工艺中干化产水的处理成本大、冷凝液热能回收利用低、热解液油水分离效果差、热解油的品质差、污泥炭无法利用等问题，提供一种清洁、高效制备生物柴油的热解方法，采用无热载体蓄热式旋转床对污泥进行催化热解，获得的可燃性气体可作为燃气出售，分离出的生物柴油产率高、酸值低、油品好、热值高，污泥炭进入循环流化床与干化产生的水分进行水蒸气气化，实现“减量化、无害化、资源化”的最大效益，运行成本低，产品价值高。
在本发明的一些实施例中，所述添加剂的添加量为所述污泥质量的10-50％，所述添加剂包括氧化钙。所述添加剂除氧化钙以外，还包括氧化镁、三氧化二铁、碳酸钠中的一种或几种。
在本发明的一些实施例中，所述催化热解处理的温度为400-700摄氏度；
在本发明的一些实施例中，进行所述催化热解处理的无热载体蓄热式旋转床的上辐射管的温度为400-600摄氏度，下辐射管的温度为500-700摄氏度。
在本发明的一些实施例中，所述干化处理的温度为100-200摄氏度；
在本发明的一些实施例中，所述气化反应的温度为800-900摄氏度。
在本发明的一些实施例中，所述精馏处理的温度为40摄氏度。
在本发明的一些实施例中，所述气化剂来自所述干化处理的得到的水分和所述萃取处理得到的水相。
在本发明的一些实施例中，利用所述冷凝处理回收的热量用于所述精馏处理。
在本发明的一些实施例中，所述萃取处理过程中，所述二氯甲烷的添加重量比例为0.5-1.5，萃取静置时间为10-30分钟。
根据本发明的第二方面，本发明提出了一种污泥催化热解气化制备生物柴油的系统。根据本发明实施例的污泥催化热解气化制备生物柴油的系统包括：
干化装置，所述干化装置具有污泥入口、干化污泥出口、烟气入口、蒸气出口，所述污泥入口与螺旋进料器相连所述干化装置适于对向所述污泥进行干化处理，以便蒸发出部分水分和除臭；
无热载体蓄热式旋转床，所述无热载体蓄热式旋转床具有干化污泥入口、燃料入口、气液混合物出口、污泥炭出口和烟气出口，所述污泥炭出口处设置有破碎出料机；所述干化污泥入口与所述干化污泥出口相连，所述烟气出口与所述烟气入口相连，所述无热载体蓄热式旋转床适于对经过所述干化处理后的污泥进行催化热解处理，以便得到气液混合物和污泥炭；
流化床气化装置，所述流化床气化装置具有污泥炭入口、气化剂入口、气化混合气出口和除尘灰入口，所述污泥炭入口与所述污泥炭出口相连，所述流化床气化装置适于将所述污泥炭与气化剂发生水蒸气气化反应，以便得到可燃气；
除尘净化装置，所述除尘净化装置具有气化混合气入口、燃料出口和除尘灰出口，所述气化混合气入口与所述气化混合气出口相连，所述除尘灰出口与所属除尘灰入口相连，所述除尘净化装置适于对所述气化混合气进行净化处理，以便得到可燃气；
可燃气储罐，所述可燃气储罐具有可燃气入口、燃料出口，所述可燃气入口与所述燃料出口相连，所述燃料出口与所述燃料入口相连；
冷凝器，所述冷凝器具有气液混合物入口、热解气出口、热解液出口、循环水入口、循环水出口，所述气液混合物入口与所述气液混合物出口相连，所述冷凝器将所述气液混合物进行冷凝处理，以便得到热解气和热解液；
萃取装置，所述萃取装置具有热解液入口、二氯甲烷入口、混合液出口。所述热解液入口与所述热解液出口相连，所述萃取装置适于利用二氯甲烷对所述热解液进行萃取处理；
静置分离罐，所述静置分离罐具有混合液入口、水分出口、萃取相出口，所述混合液入口与所述混合液出口相连，所述静置分离罐适于将所述萃取处理得到的混合液分离得到有机物萃取相和水相；以及
精馏塔，所述精馏塔具有萃取相入口、二氯甲烷出口、生物柴油出口、回流液入口、循环水入口、循环水出口，所述萃取相入口与所述萃取相出口相连，所述二氯甲烷出口与二氯甲烷入口相连，所述精馏塔适于将所述有机物萃取相进行精馏处理，以便分离得到生物柴油。
通过采用本发明上述实施例的污泥催化热解气化制备生物柴油的系统，首先将污泥与一定量的添加剂混合后送入干化装置内进行干化处理；其次将干化污泥布入无热载体蓄热式旋转床进行低温热解反应，生成气液混合物和热解炭；其中，热解炭经过破碎后进入流化床气化装置发生水蒸气气化反应，得到的气化混合气经过除尘净化装置净化后得到可燃气在可燃气储罐内储存，并可以用于无热载体蓄热式旋转床辐射管燃烧加热；气液混合物通过冷凝器实现热解液和热解气的分离，热解液与适量的二氯甲烷在萃取装置内搅拌混合均匀，并置于静置分离罐内进行静置分层，分层后的有机物萃取相流入精馏塔进行精馏处理，即可分离得到高品质生物柴油。整个系统减少了臭气的产生，实现了污泥钙化脱水和催化热解的高效结合，不仅降低了干化能耗，还提高了污泥热解速率和热解产物的品质，运行成本低、余热回收利用率高、资源化水平高、产品经济效益好、热解不产生二噁英、二次污染小，利于污泥热解的工业化应用。
在本发明的一些实施例中，所述气化剂入口与所述蒸气出口和所述水分出口相连，以便利用所述干化处理的得到的水分和所述萃取处理得到的水相作为污泥炭的气化剂。
在本发明的一些实施例中，所述精馏塔循环水入口与冷凝器循环水出口相连，所述精馏塔循环水出口与冷凝器循环水入口相连，以便利用所述冷凝处理回收的热量用于所述精馏处理。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的污泥催化热解气化制备生物柴油的方法的流程图。
图2是根据本发明一个实施例的污泥催化热解气化制备生物柴油的系统的结构示意图。
具体实施方式
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种污泥催化热解气化制备生物柴油的方法。下面参考附图详细描述本发明实施例的污泥催化热解气化制备生物柴油的方法。
根据本发明具体实施例的污泥催化热解气化制备生物柴油的方法包括：向所述污泥中加入添加剂进行干化处理，以便蒸发出部分水分并且除臭；将经过所述干化处理后的污泥连同所述添加剂一起布入无热载体蓄热式旋转床内进行催化热解处理，以便得到气液混合物和污泥炭；将所述污泥炭与气化剂在流化床气化装置内发生气化反应，以便得到可燃气并将其用于所述催化热解处理；将所述气液混合物进行冷凝处理，以便得到热解气和热解液；利用二氯甲烷对所述热解液进行萃取处理，以便得到有机物萃取相和水相；以及将所述有机物萃取相进行精馏处理，以便分离得到生物柴油。
通过采用本发明上述实施例的污泥催化热解气化制备生物柴油的方法，首先将污泥与一定量的添加剂混合后送入干化装置；其次将干化污泥布入无热载体蓄热式旋转床进行低温热解反应，生成气液混合物和热解炭；其中，热解炭经过破碎后进入流化床气化装置内发生水蒸气气化反应，得到的可燃气用于无热载体蓄热式旋转床辐射管燃烧加热；气液混合物通过冷凝器实现热解液和热解气的分离，热解液与适量的二氯甲烷混合、搅拌、静置分层后，萃取相流入精馏塔，得到高品质生物柴油。整个工艺流程减少了臭气的产生，实现了污泥钙化脱水和催化热解的高效结合，不仅降低了干化能耗，还提高了污泥热解速率和热解产物的品质，运行成本低、余热回收利用率高、资源化水平高、产品经济效益好、热解不产生二噁英、二次污染小，利于污泥热解的工业化应用。
下面参考图1详细描述本发明具体实施例的污泥催化热解气化制备生物柴油的方法。
干化处理
根据本发明的具体实施例，首先，向污泥中加入添加剂进行干化处理，以便蒸发出部分水分和除臭。具体地，可以将含水率大于80％的污泥与添加剂分别通过储料仓进入螺旋机料机中混合后送入干化装置，在干化装置内进行干化处理。
根据本发明的具体实施例，上述干化处理的温度可以为100-200摄氏度，进而可以快速地将污泥的含水量降至近55％以下。由于添加剂中氧化钙吸水放热可以为干化设备提供热量，因此可以降低污泥干化处理的温度，减少污泥干化处理所需的热量；同时，通过添加剂中的氧化钙也可以吸收部分的硫化氢等酸性气体，从而祛除部分臭气。
根据本发明的具体实施例，上述向污泥中加入添加剂的质量可以为污泥总质量的10-50％。由此在该比例下，不仅可以促进污泥干化，还可以降低污泥的活化能，促进后续污泥催化热解，从而提高热解气的产量及热值，同时减少生物柴油中氧的含量，提高了生物柴油的品质。如果添加剂的添加量过少，对干化和催化的促进作用都会减弱，制备的生物柴油热值较低；如果添加剂的添加量过多，会对污泥的热解起到阻碍作用，同时传质传热受阻，也增加了无热载体蓄热式旋转床的能耗。
催化热解处理
根据本发明的具体实施例，将上述经过干化处理后的干化污泥布入无热载体蓄热式旋转床内进行催化热解处理，以便得到气液混合物和污泥炭。
根据本发明的具体实施例，干化后的污泥含水率可以降至55％以下，含钙污泥通过布料装置均匀布入无热载体蓄热式旋转床进行热解，无热载体蓄热式旋转床主要包括旋转床热解炉，上下蓄热式燃气辐射管燃烧器，以及布料、出料等辅助机构。其炉底为可转动的环形炉底，位于上下蓄热式燃气辐射管中间，蓄热式燃气辐射管燃烧器布置于环形炉壁上，为污泥催化热解提供所需热量，辐射管内的烟气与旋转床内的气氛隔绝，旋转床处于无氧状态。在热解区末端炉体侧壁设置气液混合物出口，用以排出污泥热解产生的气液混合物。
根据本发明的具体实施例，上述催化热解处理的温度为400-700摄氏度。具体地，发明人发现，靠近炉底污泥传质传热速率较慢，因此通过适当提高下辐射管的温度有利于污泥热解均匀、产物性质稳定。因此，根据本发明的具体示例，上辐射管的温度可以设定为400-600℃，下辐射管的温度可以设定为500-700℃。由此可以进一步提高热解的均匀度，提高热解效率。发明人还发现，在该温度下，污泥热解液的产率最高，能制得的生物柴油量最大，品质也最优。如果热解的温度过高，不仅曾加了能耗，还降低了生物柴油的获得量，其经济效益不好。
气化反应生成可燃气
根据本发明的具体实施例，进一步地将上述催化热解处理得到的污泥炭与气化剂在流化床气化装置内发生水蒸气气化反应，以便得到可燃气。
根据本发明的具体实施例，污泥热解产生的污泥炭可以采用密封破碎出料机进行处理后进入流化床气化装置内进行气化处理，发生水蒸气气化反应。由此可以有效保证流化床气化装置的进料稳定性，减少了停车、维修频率，破碎后的污泥炭更利于气化反应的进行。
根据本发明的具体实施例，上述将污泥炭发生气化反应所需的气化剂可以采用干化处理过程中蒸发得到的水蒸气，进而将“废水”变为“气化剂”即降低了运行成本，又提高了可燃气的产量，同时高温条件祛除了残留的臭气，减轻了后续臭气处理的负担，污泥炭气化产生的残渣可通过填埋处理掉。
根据本发明的具体实施例，上述气化反应的温度可以为800-900摄氏度。由此可以对污泥炭进行气化处理，得到可燃气。在该温度下，污泥炭基本可以完全气化，并能得到以CO和H2为主的气化气，其产量也较高，可以为无热载体蓄热式旋转床辐射管加热使用。
根据本发明的具体示例，流化床气化装置内的气化反应得到气化混合气需要进一步经过除尘处理后得到可再利用的可燃气。根据本发明的具体示例，可燃气可以返回作为上述蓄热式燃气辐射管的燃料，为无热载体蓄热式旋转床内的污泥的热解提供热量，进而可以将由污泥本身制备得到可燃气对污泥进行热解，由此可以进一步节省能耗。进一步地，蓄热式燃气辐射管内的可燃气燃烧后的烟气可以通入干化装置对污泥进行干化，废气经过处理后排出。由此实现可燃气的持续利用，进而进一步节省能耗。
萃取处理制备生物柴油
根据本发明的具体实施例，进一步地将上述催化热解处理得到的气液混合物进行冷凝处理，以便得到热解气和热解液。其中热解气经过碱洗后可作为产品出售，冷凝后得到的热解液可以利用二氯甲烷对其进行萃取处理，以便得到有机物萃取相和水相，并将所述有机物萃取相进行精馏处理，以便分离得到生物柴油。
根据本发明的具体实施例，冷凝下的热解液进入二氯甲烷萃取装置，二氯甲烷的添加重量比例为0.5-1.5：1，罐底有搅拌装置，使热解液中的有机组份完全溶于二氯甲烷中。优选地，二氯甲烷的添加比例为1：1。由此可以提高萃取效率，同时还可以充分地使热解液中的有机组分完全溶于氯甲烷中，进而提高萃取率。
根据本发明的具体实施例，在萃取装置内的混合液在充分混匀后可以被排入静置分离罐中进行静置分离，由此可以保持工艺的连续性。根据本发明的具体实施例，萃取静置的时间可以设置为10-30分钟。由此可以充分地保证有机物萃取想和水相的充分分离，进而提高萃取率。根据本发明的具体示例，萃取装置中的混合液体可以依次流入三个并联的静置分离罐中，通过控制液体进出流速、并联管道阀门使有机物萃取想和水相完全分离，静置时间为10-30min，可以达到连续进液、分离、出液的效果。
根据本发明的具体实施例，萃取静置分离出的水相可以通过管道进入流化床气化装置中作为气化反应的气化剂使用。由此可以节省气化剂，进而节省成本。
根据本发明的具体实施例，进一步地，对萃取静置分离出的有机物萃取相进行精馏处理，以便分离得到生物柴油。根据本发明的具体示例，精馏处理可以在精馏塔内进行，精馏处理的温度为40摄氏度，通过控制回流比连续蒸出二氯甲烷，得到高品质生物柴油。根据本发明的具体实施例，蒸出的二氯甲烷的一部分可以返回循环萃取利用，另一部分可以用于精馏回流。
根据本发明的具体实施例，上述精馏处理所需循环热水可以采用对催化热解处理得到的气液混合物进行冷凝处理过程中的被加热的热水，同时，该部分热水经过精馏处理后温度被降低后还可以返回继续用于冷凝处理。由此可以显著节省能耗。
根据本发明的第二方面，本发明还提出了一种污泥催化热解气化制备生物柴油的系统。下面参考图2详细描述本发明具体实施例的污泥催化热解气化制备生物柴油的系统。
根据本发明的具体实施例，污泥催化热解气化制备生物柴油的系统包括：
干化装置10、无热载体蓄热式旋转床20、流化床气化装置30、除尘净化装置40、可燃气储罐50、冷凝器60、萃取装置70、静置分离罐80和精馏塔90。
其中，干化装置10具有污泥入口、干化污泥出口、烟气入口、蒸气出口，所述污泥入口与螺旋进料机相连所述干化装置适于对向所述污泥进行干化处理，以便蒸发出部分水分和除臭。
无热载体蓄热式旋转床具有干化污泥入口、燃料入口、气液混合物出口、污泥炭出口和烟气出口，所述污泥炭出口处设置有破碎出料机；所述干化污泥入口与所述干化污泥出口相连，所述烟气出口与所述烟气入口相连，所述无热载体蓄热式旋转床适于对经过所述干化处理后的污泥进行催化热解处理，以便得到气液混合物和污泥炭。
流化床气化装置具有污泥炭入口、气化剂入口、气化混合气出口和除尘灰入口，所述污泥炭入口与所述污泥炭出口相连，所述流化床气化装置适于将所述污泥炭与气化剂发生水蒸气气化反应，以便得到可燃气。
除尘净化装置具有气化混合气入口、燃料出口和除尘灰出口，所述气化混合气入口与所述气化混合气出口相连，所述除尘灰出口与所属除尘灰入口相连，所述除尘净化装置适于对所述气化混合气进行净化处理，以便得到可燃气；
可燃气储罐具有可燃气入口、燃料出口，所述可燃气入口与所述燃料出口相连，所述燃料出口与所述燃料入口相连；
冷凝器具有气液混合物入口、热解气出口、热解液出口、循环水入口、循环水出口，所述气液混合物入口与所述气液混合物出口相连，所述冷凝器将所述气液混合物进行冷凝处理，以便得到热解气和热解液；
萃取装置具有热解液入口、二氯甲烷入口、混合液出口。所述热解液入口与所述热解液出口相连，所述萃取装置适于利用二氯甲烷对所述热解液进行萃取处理；
静置分离罐具有混合液入口、水分出口、萃取相出口，所述混合液入口与所述混合液出口相连，所述静置分离罐适于将所述萃取处理得到的混合液分离得到有机物萃取相和水相；以及
精馏塔具有萃取相入口、二氯甲烷出口、生物柴油出口、回流液入口、循环水入口、循环水出口，所述萃取相入口与所述萃取相出口相连，所述二氯甲烷出口与二氯甲烷入口相连，所述精馏塔适于将所述有机物萃取相进行精馏处理，以便分离得到生物柴油。
通过采用本发明上述实施例的污泥催化热解气化制备生物柴油的系统，首先将污泥与一定量的添加剂混合后送入干化装置10内进行干化处理；其次将干化污泥布入无热载体蓄热式旋转床20进行低温热解反应，生成气液混合物和热解炭；其中，热解炭经过破碎后进入流化床气化装置30发生水蒸气气化反应，得到的气化混合气经过除尘净化装置40净化后得到可燃气在可燃气储罐50内储存，并可以用于无热载体蓄热式旋转床辐射管燃烧加热；气液混合物通过冷凝器60实现热解液和热解气的分离，热解液与适量的二氯甲烷在萃取装置70内搅拌混合均匀，并置于静置分离罐80内进行静置分层，分层后的有机物萃取相流入精馏塔90进行精馏处理，即可分离得到高品质生物柴油。整个系统减少了臭气的产生，实现了污泥钙化脱水和催化热解的高效结合，不仅降低了干化能耗，还提高了污泥热解速率和热解产物的品质，运行成本低、余热回收利用率高、资源化水平高、产品经济效益好、热解不产生二噁英、二次污染小，利于污泥热解的工业化应用。
根据本发明的具体实施例，首先将含水率大于80％的污泥与添加剂分别通过储料仓进入螺旋机料机中混合后送入干化装置10，在干化装置10内进行干化处理。由此在干化过程中可以蒸发出污泥中的一部分水分，同时，通过加入的添加剂也可以吸收部分的吸收，同时还可祛除部分臭气。根据本发明的具体实施例，上述干化装置10内的干化处理的温度可以为100-200摄氏度，进而可以快速地将污泥的含水量降至近55％以下。
根据本发明的具体实施例，上述无热载体蓄热式旋转床内的催化热解处理的温度为400-700摄氏度。具体地，发明人发现，靠近炉底污泥传质传热速率较慢，因此通过适当提高下辐射管的温度有利于污泥热解均匀、产物性质稳定。因此，根据本发明的具体示例，上辐射管的温度可以设定为400-600℃，下辐射管的温度可以设定为500-700℃。由此可以进一步提高热解的均匀度，提高热解效率。发明人还发现，在该温度下，污泥热解液的产率最高，能制得的生物柴油量最大，品质也最优。如果热解的温度过高，不仅能耗会增加，生物柴油的获得量也会降低，其经济效益不好。
根据本发明的具体实施例，流化床气化装置30的气化剂入口可以与干化装置10的蒸气出口相连，还可以与静置分离罐80的水分出口相连。由此可以充分利用干化处理的得到的水蒸气和萃取处理得到的水相作为污泥炭的气化剂。进而可以省去单独为污泥炭的气化反应提供气化剂，节省能源，降低处理污泥的成本。
根据本发明的具体实施例，精馏塔90的循环水入口与冷凝器60的循环水出口相连，精馏塔90的循环水出口与冷凝器60的循环水入口相连。进而将精馏塔90内精馏处理所需循环热水采用对催化热解处理得到的气液混合物进行冷凝处理过程中的被加热的热水，同时，该部分热水经过精馏塔90内的精馏处理后温度被降低还可以返回冷凝器60继续用于冷凝处理。由此可以充分利用冷凝塔60内的冷凝处理回收的热量用于精馏塔90内的精馏处理。进而节省能耗。
根据本发明上述实施例的污泥催化热解气化制备生物柴油的系统中的各装置的有益效果均在上述实施例的污泥催化热解气化制备生物柴油的方法中有所体现，在此不再赘述。
实施例1
采用某市城市污水处理厂污泥为原料，污泥含水率为85％，经40℃烘干16h后，污泥物理性质参数如表1：
表1 污泥物理性质
注：污泥干基热值为3525kcal/kg，收到基热值为716kcal/kg。
含水85％的污泥与25％(重量百分比)的氧化钙混合进入干化装置，通过180℃烟气干燥去除部分水。含水率降至50％的钙化污泥送入无热载体蓄热式旋转床进行热解，上辐射管的温度为520℃，下辐射管的温度为650℃。旋转床热解得到的热解炭经过破碎后进入流化床气化装置，与干化装置和静置分离罐产生的水分发生水蒸气气化反应，反应温度为890℃，制得的气化气经过除尘净化系统后进入可燃气储罐，通过控制可燃气流速为无热载体蓄热式旋转床辐射管加热。旋转床热解得到的气液混合物通过炉体侧壁导出管流入冷凝器中，未冷凝的热解气作为产品可用于出售，冷凝下来的热解液进入萃取装置。萃取装置中搅拌器的转速为600r/min，二氯甲烷的添加重量比例控制在0.7。萃取完全的混合液依次流入三个并联静置分离罐中，静置分离时间控制在25min，使混合液充分分层，萃取相进入精馏塔。精馏塔的供热来自冷凝器的余热利用，所需温度较低为40℃，耗能较少，蒸出的部分二氯甲烷用于重复萃取使用，另一部分用于回流。城市污水处理厂污泥空气干燥基催化热解精馏制得的生物柴油产率为28％，热值达到37MJ/kg。
实施例2
采用某工厂的含油污泥，含水率为28％，污泥中挥发性固体组分为干污泥的56％(重量百分比)。
将含油污泥与15％(重量百分比)的氧化钙混合进入干化装置，通过150℃烟气干燥去除部分水。含水率降至17％的钙化污泥送入无热载体蓄热式旋转床进行热解，上辐射管的温度为450℃，下辐射管的温度为550℃。旋转床热解得到的热解炭经过破碎后进入流化床气化装置，与干化装置和静置分离罐产生的水分发生水蒸气气化反应，反应温度为900℃，制得的气化气经过除尘净化系统后进入可燃气储罐，通过控制可燃气流速为无热载体蓄热式旋转床辐射管加热。旋转床热解得到的气液混合物通过炉体侧壁导出管流入冷凝器中，未冷凝的热解气作为产品可用于出售，冷凝下来的热解液进入萃取装置。萃取装置中搅拌器的转速为800r/min，二氯甲烷的添加重量比例控制在1.0。萃取完全的混合液依次流入三个并联静置分离罐中，静置分离时间控制在30min，使混合液充分分层，萃取相进入精馏塔。精馏塔的供热来自冷凝器的余热利用，所需温度较低为40℃，耗能较少，蒸出的部分二氯甲烷用于重复萃取使用，另一部分用于回流。含油污泥空气干燥基催化热解精馏得到的生物柴油产率为46％，热值为41MJ/kg。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种污泥催化热解气化制备生物柴油的系统，其特征在于，包括：
干化装置，所述干化装置具有污泥入口、干化污泥出口、烟气入口、蒸气出口，所述污泥入口与螺旋进料器相连，所述干化装置适于对向所述污泥进行干化处理，以便蒸发出部分水分和除臭；
无热载体蓄热式旋转床，所述无热载体蓄热式旋转床具有干化污泥入口、燃料入口、气液混合物出口、污泥炭出口和烟气出口，所述污泥炭出口处设置有破碎出料机；所述干化污泥入口与所述干化污泥出口相连，所述烟气出口与所述烟气入口相连，所述无热载体蓄热式旋转床适于对经过所述干化处理后的污泥进行催化热解处理，以便得到气液混合物和污泥炭；
流化床气化装置，所述流化床气化装置具有污泥炭入口、气化剂入口、气化混合气出口和除尘灰入口，所述污泥炭入口与所述污泥炭出口相连，所述流化床气化装置适于将所述污泥炭与气化剂发生水蒸气气化反应，以便得到可燃气；
除尘净化装置，所述除尘净化装置具有气化混合气入口、燃料出口和除尘灰出口，所述气化混合气入口与所述气化混合气出口相连，所述除尘灰出口与所述除尘灰入口相连，所述除尘净化装置适于对所述气化混合气进行净化处理，以便得到可燃气；
可燃气储罐，所述可燃气储罐具有可燃气入口、燃料出口，所述可燃气入口与所述燃料出口相连，所述燃料出口与所述燃料入口相连；
冷凝器，所述冷凝器具有气液混合物入口、热解气出口、热解液出口、循环水入口、循环水出口，所述气液混合物入口与所述气液混合物出口相连，所述冷凝器将所述气液混合物进行冷凝处理，以便得到热解气和热解液；
萃取装置，所述萃取装置具有热解液入口、二氯甲烷入口、混合液出口，所述热解液入口与所述热解液出口相连，所述萃取装置适于利用二氯甲烷对所述热解液进行萃取处理；
静置分离罐，所述静置分离罐具有混合液入口、水分出口、萃取相出口，所述混合液入口与所述混合液出口相连，所述静置分离罐适于将所述萃取处理得到的混合液分离得到有机物萃取相和水相；以及
精馏塔，所述精馏塔具有萃取相入口、二氯甲烷出口、生物柴油出口、回流液入口、循环水入口、循环水出口，所述萃取相入口与所述萃取相出口相连，所述二氯甲烷出口与二氯甲烷入口相连，所述精馏塔适于将所述有机物萃取相进行精馏处理，以便分离得到生物柴油。
2.根据权利要求1所述的污泥催化热解气化制备生物柴油的系统，其特征在于，所述气化剂入口与所述蒸气出口和所述水分出口相连，以便利用所述干化处理的得到的水分和所述萃取处理得到的水相作为污泥炭的气化剂。
3.根据权利要求1所述的污泥催化热解气化制备生物柴油的系统，其特征在于，所述精馏塔循环水入口与冷凝器循环水出口相连，所述精馏塔循环水出口与冷凝器循环水入口相连，以便利用所述冷凝处理回收的热量用于所述精馏处理。
4.一种污泥催化热解气化制备生物柴油的方法，其特征在于，所述方法是利用权利要求1-3任一项所述的污泥催化热解气化制备生物柴油的系统进行的，所述方法包括：
向所述污泥中加入添加剂进行干化处理，以便蒸发出部分水分并且除臭；
将经过所述干化处理后的污泥连同所述添加剂一起布入无热载体蓄热式旋转床内进行催化热解处理，以便得到气液混合物和污泥炭；
将所述污泥炭与气化剂在流化床气化装置内发生气化反应，以便得到可燃气用于所述催化热解处理；
将所述气液混合物进行冷凝处理，以便得到热解气和热解液；
利用二氯甲烷对所述热解液进行萃取处理，以便得到有机物萃取相和水相；以及
将所述有机物萃取相进行精馏处理，以便分离得到生物柴油。
5.根据权利要求4所述的污泥催化热解气化制备生物柴油的方法，其特征在于，所述添加剂的添加量为所述污泥质量的10-50％，所述添加剂包括氧化钙。
6.根据权利要求4所述的污泥催化热解气化制备生物柴油的方法，其特征在于，所述催化热解处理的温度为400-700摄氏度；
任选地，进行所述催化热解处理的无热载体蓄热式旋转床的上辐射管的温度为400-600摄氏度，下辐射管的温度为500-700摄氏度。
7.根据权利要求4所述的污泥催化热解气化制备生物柴油的方法，其特征在于，所述干化处理的温度为100-200摄氏度；
任选地，所述气化反应的温度为800-900摄氏度。
8.根据权利要求4所述的污泥催化热解气化制备生物柴油的方法，其特征在于，所述气化剂来自所述干化处理的得到的水分和所述萃取处理得到的水相，所述气化反应为水蒸气气化反应。
9.根据权利要求4所述的污泥催化热解气化制备生物柴油的方法，其特征在于，利用所述冷凝处理回收的热量用于所述精馏处理，所述精馏处理的温度为40摄氏度。
10.根据权利要求4所述的污泥催化热解气化制备生物柴油的方法，其特征在于，所述萃取处理过程中，所述二氯甲烷的添加重量比例为0.5-1.5，萃取静置时间为10-30分钟。
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