CN106977068A - 一种提高污泥碳产量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高污泥碳产量的方法，包括如下步骤：1)污泥干燥：污泥经干燥除去污泥中的水分，得到含水量小于10％的干燥污泥；2)冷凝油回用：干燥污泥与后续工序产生的冷凝油均匀混合；3)烘焙及热解制碳：混合物先进行低温慢速烘焙，然后进行中温热解造孔制备污泥碳；4)气体产物冷凝：烘焙及热解过程产生的气体产物经过冷凝得到冷凝油及不凝燃气，冷凝油用于与前述干燥步骤得到的干燥污泥混合。本发明提出的通过对污泥热解过程产生的热解油进行利用，最小化热解液体和气体收率，实现污泥向污泥碳材料的定向转化，显著提高污泥碳产量。
Description
技术领域：
本发明属于废弃物处理及资源化利用技术领域，具体涉及一种提高污泥碳产量的方法。
背景技术：
生活污水是人类生活过程中产生的污水，其主要来源是粪便和洗涤污水。生活污水处理过程中通常会产生0.5～0.6‰的污泥(以含水80％计算)。污水处理随着污水处理能力的提高，污泥量也大幅增加，到2015年我国污泥年产量约为1.98亿吨，成为全球最大污泥产生国。我国的污泥处理目前以卫生填埋为主，但由于场地限制和存在地下水污染风险、填埋场滑坡等安全隐患将逐渐被弃用。污泥焚烧存在投资、运行成本较高、存在二次环境污染等问题。污泥资源化利用是污泥处置的热点研究方向。
中国专利CN 201410349427.2公开了一种微波辅助水热碳化制备污泥炭的方法，该方法先将含水率为50％～85％的污泥送入水热反应器中，控制水热反应器内压力为2～3atm，加热温度为150℃～300℃，微波辅助加热进行水热碳化反应30～150min，得到水热碳化液。然后将得到的水热碳化液进行固液分离，固体产物水洗、40℃～60℃干燥，获得污泥炭。中国专利ZL 201110445480.9公开了一种利用污泥制备生物碳的方法，以污泥为原料，将污泥放置于密闭反应器内，在高温、无氧条件下，污泥经高温热解一定时间后，制成生物碳。专利ZL 201310112617.8公开了一种污泥高温碳化系统及碳化工艺，包括如下步骤1)将脱水污泥输送至脱水污泥干燥机中；2)碳化加热炉供给加热气体将污泥含水率降到30％，从脱水污泥干燥机排出的加热气体经过处理后进入碳化加热炉燃烧脱臭；3)干化污泥输送至污泥碳化炉中经过600℃～800℃的高温、缺氧处理，形成稳定的碳化产物，污泥碳化炉中碳化所产生的干馏气体输出至碳化加热炉进行燃烧脱臭。
上述专利均涉及采用高温热解的方法对污泥或对污泥进过加工以后的中间产物进行的热解，从而制备污泥碳。污泥常规热解在得到固体碳的同时还会产生含碳气体和液体产物。上述专利均为涉及通过控制热解工艺和条件，最小化热解液体和气体收率，实现污泥向污泥碳材料的定向转化，提高污泥碳产量的方法。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种提高污泥碳产量的方法，本发明通过控制热解工艺和条件，最小化热解液体和气体收率，实现污泥向污泥碳材料的定向转化，提高污泥碳产量的方法，解决了现有技术中存在的问题。
本发明的目的是提供一种提高污泥碳产量的方法，包括如下步骤：
1)污泥干燥：污泥经干燥除去污泥中的水分，得到含水量小于10％的干燥污泥；
2)冷凝油回用：干燥污泥与步骤(4)气体产物冷凝工序产生的冷凝油均匀混合；
3)烘焙及热解制碳：混合物先进行低温烘焙，然后进行中温热解造孔制备污泥碳；
4)气体产物冷凝：烘焙及热解过程产生的气体产物经过冷凝得到冷凝油及不凝燃气，冷凝油用于与步骤(1)得到的干燥污泥混合。
本发明提供的技术通过对污泥热解过程产生的热解油进行利用，最小化热解液体和气体收率，实现污泥向污泥碳材料的定向转化，可以显著提高污泥碳产量；同时有利于减少污泥资源化回收利用过程的二次污染物排放。
优选的，步骤(1)中所述的干燥温度为105℃～150℃。通过干燥得到含水量小于10％的干燥污泥，通过简单破碎可以得到粉末状或小颗粒状的干燥污泥。同时通过干燥可以显著降低碳化及烘焙过程中产生冷凝油中水分含量，便于冷凝油的回收利用。
优选的，步骤(3)中所述的低温烘焙温度为250℃～350℃，优选的，停留时间为2～4h。通过烘焙处理可以使冷凝油及污泥中在高温条件下易生成小分子气体和液体的有机物在较低温度和较长反应停留时间条件下，通过慢速的缩聚反应进行芳构化和炭化，生成较为稳定的大分子有机物。
优选的，步骤(3)中所述的中温碳化温度为500℃～800℃，停留时间为0.5～2h。冷凝油以及烘焙产物在高温下含氢、含氧基团迅速释放，含碳基团留在固体产物中形成含有大孔结构的热解碳骨架结构及热解碳。通过上述处理可以有效增加污泥碳产率。
优选的，所述的冷凝过程所产生的不凝燃气经过燃烧器燃烧产生高温烟气，高温烟气可作为低温烘焙及中温热解过程的热源。
本发明的有益效果是：
1)本发明提供的技术通过对污泥热解过程产生的热解油进行利用，最小化热解液体和气体收率，实现污泥向污泥碳材料的定向转化，可以显著提高污泥碳产量；
2)本发明提供的污泥热解方法有利于减少污泥资源化回收利用过程的二次污染物排放。
附图说明：
图1是提高污泥碳产量的方法流程图。
具体实施方式：
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
除特别说明，本发明中的实验材料和试剂均为本技术领域常规市购产品。
实施例1
一种提高污泥碳产量的方法，包括如下步骤：
1)污泥干燥：污泥经干燥除去污泥中的水分，得到含水量小于10％的干燥污泥；
2)冷凝油回用：干燥污泥与后续工序产生的冷凝油均匀混合；
3)烘焙及热解制碳：混合物先进行低温慢速烘焙，然后进行中温热解造孔制备污泥碳；
4)气体产物冷凝：烘焙及热解过程产生的气体产物经过冷凝得到冷凝油及不凝燃气，冷凝油用于与前述干燥步骤得到的干燥污泥混合。
本发明提供的技术通过对污泥热解过程产生的热解油进行利用，最小化热解液体和气体收率，实现污泥向污泥碳材料的定向转化，可以显著提高污泥碳产量；同时有利于减少污泥资源化回收利用过程的二次污染物排放。
步骤(1)中干燥温度为105℃。通过干燥得到含水量小于10％的干燥污泥，通过简单破碎可以得到粉末状或小颗粒状的干燥污泥。同时通过干燥可以显著降低碳化及烘焙过程中产生冷凝油中水分含量，便于冷凝油的回收利用。
步骤(3)中低温烘焙温度为300℃，停留时间为2h。通过烘焙处理可以使冷凝油及污泥中在高温条件下易生成小分子气体和液体的有机物在较低温度和较长反应停留时间条件下，通过慢速的缩聚反应进行芳构化和炭化，生成较为稳定的大分子有机物。
步骤(3)中中温碳化温度为700℃，停留时间为1h。冷凝油以及烘焙产物在高温下含氢、含氧基团迅速释放，含碳基团留在固体产物中形成含有大孔结构的热解碳骨架结构及热解碳。通过上述处理可以有效增加污泥碳产率。
本实施例所使用的工艺条件下步骤(3)中制备的污泥碳，干基污泥碳收率为69.68％，对比常规工艺700℃下直接碳化干燥污泥，得到的污泥碳收率约为60％，采用本发明工艺污泥碳收率提高约10％。
实施例2
参照实施实例1，其不同之处在于：
步骤(1)中干燥温度为150℃。通过干燥得到含水量小于5％的干燥污泥，通过简单破碎可以得到粉末状或小颗粒状的干燥污泥。同时通过干燥可以显著降低碳化及烘焙过程中产生冷凝油中水分含量，便于冷凝油的回收利用。
步骤(3)中低温烘焙温度为350℃，停留时间为4h。通过烘焙处理可以使冷凝油及污泥中在高温条件下易生成小分子气体和液体的有机物在较低温度和较长反应停留时间条件下，通过慢速的缩聚反应进行芳构化和炭化，生成较为稳定的大分子有机物。通过采用较低温度较长时间增加促进冷凝油及污泥中主要组分向大分子有机物转化。
步骤(3)中所述的中温碳化温度为800℃，停留时间为0.5h。冷凝油以及烘焙产物在高温下含氢、含氧基团迅速释放，含碳基团留在固体产物中形成含有大孔结构的热解碳骨架结构及热解碳。通过上述处理可以有效增加污泥碳产率。
本实例所使用的工艺条件下干基污泥碳收率69.22％，对比常规工艺800℃下直接碳化干燥污泥，得到的污泥碳收率约为55％，采用本发明工艺污泥碳收率提高约15％。
实施例3
参照实施实例1，其不同之处在于：
步骤(3)中低温烘焙温度为250℃，停留时间为2h。通过烘焙处理可以使冷凝油及污泥中在高温条件下易生成小分子气体和液体的有机物在较低温度和较长反应停留时间条件下，通过慢速的缩聚反应进行芳构化和炭化，生成较为稳定的大分子有机物。
步骤(3)中中温碳化温度为500℃，停留时间为2h。冷凝油以及烘焙产物在高温下含氢、含氧基团迅速释放，含碳基团留在固体产物中形成含有大孔结构的热解碳骨架结构及热解碳。通过上述处理可以有效增加污泥碳产率。
本实例所使用的工艺条件下干基污泥碳收率69.22％，对比常规工艺500℃下直接碳化干燥污泥，得到的污泥碳收率约为60％，采用本发明工艺污泥碳收率提高约10％。
本发明提出的通过对污泥热解过程产生的热解油进行利用，最小化热解液体和气体收率，实现污泥向污泥碳材料的定向转化，可以显著提高污泥碳产量。
以上对本发明提供的提高污泥碳产量的方法进行了详细的介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种提高污泥碳产量的方法，其特征在于，包含以下步骤：
1)污泥干燥：污泥经干燥除去污泥中的水分，得到含水量小于10％的干燥污泥；
2)冷凝油回用：干燥污泥与步骤(4)气体产物冷凝工序产生的冷凝油均匀混合；
3)烘焙及热解制碳：混合物先进行低温烘焙，然后进行中温热解造孔制备污泥碳；
4)气体产物冷凝：烘焙及热解过程产生的气体产物经过冷凝得到冷凝油及不凝燃气，冷凝油用于与步骤(1)得到的干燥污泥混合。
2.根据权利要求1所述的提高污泥碳产量的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的干燥温度为105℃～150℃。
3.根据权利要求1或2所述的提高污泥碳产量的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的低温烘焙温度为250℃～350℃，停留时间为2～4h。
4.根据权利要求1或2所述的提高污泥碳产量的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的中温碳化温度为500℃～800℃，停留时间为0.5～2h。
5.根据权利要求1或2所述的提高污泥碳产量的方法，其特征在于，所述的冷凝过程所产生的不凝燃气经过燃烧器燃烧产生高温烟气，高温烟气作为低温烘焙及中温热解过程的热源。
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