CN107382008B - 一种开放性水域污泥处理用热解反应器及污泥处理方法 - Google Patents

一种开放性水域污泥处理用热解反应器及污泥处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107382008B
CN107382008B CN201710769164.4A CN201710769164A CN107382008B CN 107382008 B CN107382008 B CN 107382008B CN 201710769164 A CN201710769164 A CN 201710769164A CN 107382008 B CN107382008 B CN 107382008B
Authority
CN
China
Prior art keywords
reaction kettle
sludge
pressure
bin
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710769164.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107382008A (zh
Inventor
于宁瑞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yucheng Huifu New Energy Co., Ltd.
Original Assignee
Hebei Guohui Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hebei Guohui Environmental Protection Technology Co ltd filed Critical Hebei Guohui Environmental Protection Technology Co ltd
Priority to CN201710769164.4A priority Critical patent/CN107382008B/zh
Publication of CN107382008A publication Critical patent/CN107382008A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107382008B publication Critical patent/CN107382008B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/10—Treatment of sludge; Devices therefor by pyrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/40—Valorisation of by-products of wastewater, sewage or sludge processing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

本发明公开了一种开放性水域污泥处理用热解反应器，包括反应釜、电加热装置、半连续化加料装置和循环冷却装置，在反应釜内部设置搅拌装置，所述循环冷却装置包括冷却液循环池、冷却盘管；所述半连续化加料装置包括与反应釜相连通的料仓，料仓中部通过进料管与污泥进料口相连通，底部通过出料管与出料口相连通。本发明还公开了开放性水域污泥处理方法，包括预处理、热解、产物分离提取与半连续化加料、出料及后处理四个步骤。本发明将污泥中有机质的40%以上转化为高热值燃料油，有机质转化率高达90%以上，同时生产大量的不凝性气体、固体残渣和水相液体，达到了污泥的最大化利用，显著降低了环保压力。

Description

一种开放性水域污泥处理用热解反应器及污泥处理方法
技术领域
本发明涉及一种开放性水域污泥处理用热解反应器及处理方法，属于资源环境技术领域。
背景技术
我国幅员辽阔，各种开放性水域(天然河流、湖泊、港湾及城市河道)众多；在许多经济发达、人口密集地区，工农业生产等人类活动导致绝大多数的开放性水域受到不同程度的污染，大量污染物在底部污泥中富集、造成底部污泥的严重污染。当外界环境发生变化时，底部污泥中蓄积的污染物会重新释放至水环境，成为长久性污染源。
我国的开放性水域底部污泥存在体量大、分布范围广的特点。疏浚法是目前国内外治理污染河湖的主要措施，即通过机械作用将被污染的开放性水域底部污泥疏浚到地面、再进行后续处理。目前，我国对于疏浚的开放性水域底部污泥的综合利用刚刚起步，主要采用的还是填埋、堆肥等方法，这些处理技术存在投资较大、处理不彻底、产生二次污染或不能有效回收污泥中的能源等问题。随着生态文明建设目标的提出和相关法律的完善，将开放性水域的底部污泥进行无害化处理和资源化利用是今后必然的选择。
与开放性水域底部污泥的处理相比，我国在生产污泥、生活污泥的处理方面具有更多研究。目前，已报道的用于污泥资源化利用的方法包括生物制氢、厌氧消化产沼气和热解制油三种。其中，生物制氢在国内外均属于比较前沿的污泥能源化技术，目前多处于探索起步阶段，处理条件还不成熟。厌氧消化产沼气技术需要较长的处理时间，一般在20到30天以上，导致消化池体积大，基建费用较高，且运行管理复杂。与其他两种方法相比，热解制油技术较为成熟，处理设备简单，污泥能量利用率较好、甚至污泥接近完全利用，但是，与生活污泥、生产污泥相比，开放性水域底部污泥量很大、分布范围广、含水量和杂质含量比较高、有机质含量相对较低。通常，市政污泥未经处理前含水量高达99％，且含有重金属(如Co、Pb、Ni等)，污泥的有机成分中含有大量的蛋白质、脂肪、矿物油、腐殖质、细菌以及细菌的各级代谢产物，其中也包含了寄生虫或卵、微生物、一些工业用高分子材料的残渣、废油漆、各种有机溶剂的残余、有机物的焦或者是不完全分解物，使得污泥制油难度大大提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种开放性水域污泥处理用热解反应器及处理方法，将污泥中的有机质转化为高热值的燃料油，同时副产可回收利用的不凝性气体和固体残渣，达到污泥的最大化利用。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种开放性水域污泥处理用热解反应器，包括反应釜、电加热装置、半连续化加料装置和循环冷却装置；所述电加热装置内部开设有与反应釜外壁形状相配合的内腔，反应釜设置于电加热装置内腔中、其顶部设置釜盖；所述反应釜的釜盖上设置污泥进料口和进气口，釜底设置出料口；在反应釜内部还设置有贯穿釜盖的搅拌装置，所述搅拌装置包括设置在反应釜内部的搅拌杆和桨片、以及设置在反应釜外部的用于输出搅拌动力的搅拌电机；所述循环冷却装置包括冷却液循环池、环绕在搅拌杆外部的与冷却液循环池相连通的冷却盘管；所述半连续化加料装置包括与反应釜相连通的料仓，料仓的仓底高度不低于反应釜的釜顶高度；所述料仓顶部设置加料口，其中部通过进料管与反应釜的污泥进料口相连通，其底部通过出料管与反应釜的出料口相连通，所述进料管与出料管上均设置可开合的阀门；所述料仓上还安装有液位计；
所述反应釜上还设置有温度传感器、安全阀和第一压力传感器，所述第一压力传感器的连接管路上分支第一排气管道，所述第一排气管道上安装第一减压阀；所述料仓顶部设置有第二压力传感器，第二压力传感器的连接管路上分支有第二排气管道，第二排气管道连通至不凝气体收集装置；所述第二排气管道上安装有第二减压阀。
本发明的进一步改进在于：所述反应釜的进气口设置进气管，所述进气管一端连接气体输送管道，另一端插入反应釜中部。
本发明的进一步改进在于：所述反应釜外壁与电加热装置内腔之间、进料管与出料管的管壁上均设置保温层。
本发明的进一步改进在于：所述进料管和污泥进料口之间、出料管和出料口之间均通过法兰盘进行连接固定。
一种使用上述热解反应器的开放性水域污泥处理方法，包含以下步骤：
A、预处理
将开放性水域底部的污泥送入沉淀池中静置沉淀，沉淀结束后加入催化剂碳酸钠混匀，然后将污泥送入热解反应器的反应釜和料仓中，盖紧釜盖和料仓加料口，同时关闭进料管阀门和出料管阀门；
B、热解
在反应釜良好密封条件下，打开反应釜的进气口，依次通入氮气和氢气来排尽反应釜中的氧气；停止通氢，开启电加热装置和搅拌装置，对反应物进行升温搅拌反应，通过温度传感器和压力传感器监视反应釜内部的物料温度和压力；当反应釜内温度达300℃～350℃、压力达8MPa～16MPa时，开始进行热解反应；
热解过程中随时监控反应釜内压力的变化，若压力降低，则向反应釜中通入氢气增压，若压力升高，则调节第一减压阀进行适量放气减压；
C、产物分离提取与半连续化加料
热解反应结束后，关闭电加热装置，向冷却盘管中通入冷却液、对釜内物料进行降温；待温度降低至250℃以下后，缓慢打开第一减压阀和进料管上的球阀，反应釜内的高温气体通过进料管逸入预先加入了预处理污泥的料仓中；高温气体与冷的预处理污泥发生接触换热，高温气体中的一部分被冷凝成油、漂浮于预处理污泥的液面上，另一部分未凝结的气体逸出预处理污泥表面、在料仓内产生新的压力；当料仓与反应釜之间的压力达到平衡后，打开出料管上的止回阀，料仓和反应釜之间的高度差使得料仓内的预处理污泥自动流入反应釜内进行补充，达到半连续化加料；加料完成后，关闭料仓与反应釜之间的的球阀和止回阀，继续进行高温高压热解反应，同时通过料仓顶部的第二泄压阀将不凝性气体导入不凝气体收集装置中；
D、出料及后处理
料仓中的待处理污泥经过2～3次的半连续化加料后完全转移至反应釜中，循环热解反应结束后，重复步骤C中的冷却降温、及高温气体逸入料仓过程，通过前几次热解时收集的油状液体对高温气体进行冷凝，最终在料仓内获得油状液体，反应釜内残留固体残渣；分别将油状液体、固体残渣和不凝气体收集后进行进一步处理。
所述步骤A中静置沉淀时间为1h～4h，优选为2h；催化剂碳酸钠的加入量为污泥质量的2％～5％，优选为4％；所述反应釜中污泥的加入量不超过反应釜容积的1/2，料仓中污泥的加入量不超过反应釜中污泥加入量的3倍。
所述步骤B中，反应温度为320℃～340℃，反应压力为10MPa～15MPa；所述热解反应时间为15min～60min。
所述步骤C中，所述半连续化加料的加料量不超过步骤A中反应釜中预处理污泥的加料量。
所述步骤D中，待反应釜内的压力降至常压、温度降至室温时，打开釜盖、断开釜底出料口与出料管之间的法兰，由底部出料口收集固体残渣。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明提供了一种开放性水域污泥处理用热解反应器及污泥处理方法，通过一系列物理化学作用，将含水率高达90％的污泥中的有机大分子转变为液态有机小分子，使污泥中有机质的40％以上转化为热值不小于33MJ/Kg的燃料油，相应有机质的转化率高达90％以上，同时生产大量的不凝性气体、固体残渣和水相液体，不凝性气体的主要成分是CO、CO2和CxHy，可以作为燃料使用；固体残渣具有多孔结构和较大的比表面积，吸附性强，可以用于脱硫剂或作为建筑材料(制砖等)，达到了污泥的最大化利用，显著降低了环保压力。
所述热解反应器中，反应釜与半连续化加料装置的料仓相连接，当反应釜中的污泥热解完全后再将料仓中储存的污泥分批次加入反应釜中进行连续反应，一方面减少了投料次数和充泄压操作频率，能够使得污泥中残存的有机大分子得到充分的转化，提高热解反应效率和产油率；另一方面，由于开放性水域污泥中的有机质含量低于城市污泥，单次热解后产生的油及不凝性气体较少，此时进行萃取在收率和经济性上并不可行，因此，这种多次连续的热解反应，将生成的油贮存在该料仓的方法，待生成的油富集到达一定量后再进行后续的萃取步骤，减少后处理的频率和成本。
热解所产生的高温气体产物不是直接进行冷凝，而是通过管路引入半连续化加料装置的料仓中，第一，有效利用高温气体产物的热能对料仓中存储的污泥进行预热，减少污泥在反应釜中的加热时间，减少能量消耗；第二，料仓中存储的低温污泥自发形成了一个“冷凝装置”，来自反应釜的高温气体与低温污泥接触后冷凝生成油，并由于密度较小的原因而漂浮到污泥表面，无需设置额外的冷凝装置和冷凝液系统，可直接实现高温气体的冷凝与分离；第三，反应釜中的高温气体由反应釜转移至料仓中，未凝结的气体在料仓中产生压力、从而实现料仓压力和反应釜压力的平衡，料仓中的污泥在高度差作用下流入反应釜中，无需额外提供加料动力。
本发明提供的开放性水域污泥处理方法对原料污泥的含水量要求低，来自开放性水域底部的污泥只需进行简单的自然沉降就可送入热解反应器进行热解，无需对污泥进行专门的脱水干化处理(如絮凝、板框压滤、加热烘干等)，大大节省了污泥干燥过程的能源消耗，显著降低处理成本。
本发明向污泥中加入适量的催化剂碳酸钠，能够有效缩短热解时间、降低热解温度、减少固体剩余物的量和控制热解产品的分布范围。催化剂的加入量控制为污泥质量的2％～5％，如果加入量过少，则起不到催化作用；若加入量过多，不但不会起到额外的催化效果，反而会影响热解固体产物的质量，并提高成本。
本发明热解反应前使用氢气来置换氧气，氢气的通入，一方面可以使热解油中的不饱和烃转化为熔点较低的饱和烃，提高产油率，实现污泥的资源化利用；另一方面可以使开放性水域污泥中含有的难降解的致癌物质多环芳烃(PAHs)发生转化，从而实现污泥的无害化；经检测，本发明方法所得到的燃料油的测试指标均符合380CST质量标准的要求。
本发明热解过程利用污泥中的水形成的蒸汽压在反应器内部形成高压、即可实现高压反应，而无需外加产生高压设备，减少占地面积和维护检修难度。
附图说明
图1是开放性水域污泥处理用热解反应器的结构示意图；
图2是开放性水域污泥处理方法的原理示意图；
图3是实施例1中污泥热重分析数据图；
图4是实施例2中污泥热重分析数据图。
图中：1-反应釜，11-釜盖，12-螺栓，13、进气管，14-温度传感器，15-安全阀，16-第一压力传感器，17-第一减压阀，2-电加热装置，21-支架，3-料仓，31-进料管，32-出料管，33-第二压力传感器，34-第二减压阀，35-加料口，36-球阀，37-止回阀，38-液位计，4-冷却盘管，51-搅拌杆，52-桨片，53-搅拌电机。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行进一步详细说明。
一种开放性水域污泥处理用热解反应器，如图1所示，包括反应釜1、电加热装置2、半连续化加料装置、搅拌装置和循环冷却装置。所述反应釜1、半连续化加料装置及相关连接管路均为不锈钢材质。
所述电加热装置2通过设置在地面上的支架21进行支撑固定，将电能转化为热能为反应釜1进行加热；所述电加热装置2中开设有内腔，内腔的形状与反应釜1的外壁形状相吻合，反应釜1稳固置于电加热装置2的内腔中，且反应釜1外壁与电加热装置2内腔的内壁之间设置保温层，可使反应釜1外壁充分、均匀受热，保证反应程度一致。
所述反应釜1的顶部设置釜盖11，釜盖11和反应釜1之间通过数条螺栓12进行均匀固定、以避免高压反应漏气。所述反应釜的釜盖11上设置污泥进料口和进气口，釜底设置出料口；其中，污泥进料口用于待热解污泥原料的送入，进气口用于进行氮气置换和通入氢气，热解反应所产生的固渣由出料口排出。所述反应釜1内还设置搅拌装置，搅拌装置包括搅拌电机53、搅拌杆51和桨片52，所述搅拌杆51贯穿釜盖11，其底端伸入反应釜1下部并连接桨片52，其顶端位于反应釜1外侧、与搅拌电机53传动连接；通过搅拌电机53的动力输出带动搅拌杆51和桨片52转动，实现对反应物的均匀搅拌。所述反应釜1的进气口处密封设置进气管13，所述进气管13一端连接气体输送管道，另一端插入反应釜1的反应釜1中部、且末端向上挑起形成弯钩状，保证气体均一充入反应釜1中、并加强反应釜1内部的传热传质效果。
所述反应釜1上还设置有温度传感器14、第一压力传感器16和安全阀15，在第一压力传感器16的连接管路上分支第一排气管道，所述第一排气管道上安装有第一减压阀17；其中，温度传感器14伸入反应釜1中部，实时显示反应釜内部的温度；第一压力传感器16实时监测反应釜内部的压力，安全阀15用于在特殊状况下进行泄压操作、避免爆炸，第一减压阀17用于保证热解反应过程中反应压力的稳定，当反应釜压力过高时可通过第一减压阀17进行泄压。
所述循环冷却装置包括冷却液循环池、冷却盘管4和循环泵，所述冷却液循环池中设置热交换装置，低温的冷却液在循环泵的驱动下经冷却盘管4进入反应釜中、对反应物进行冷却，换热后的高温冷却液送回冷却液循环池中进行降温、然后作为低温冷却液循环使用。所述冷却盘管4设置在反应釜1的中部、桨片52的上方，且环绕搅拌杆51设置，这样可使冷却液的冷量尽快的进行传播和扩散，加快反应物降温速度。
所述半连续化加料装置包括与反应釜1相连通的料仓3，所述料仓3的仓底高度不低于反应釜1的釜顶高度。所述料仓3顶部设置用于添加待处理污泥的加料口35，加料口35在加料时打开、加料完毕后封闭。所述料仓3中部通过进料管31与反应釜1的污泥进料口相连通，进料管31由料仓3中部插入、并向下弯折后连通至料仓3下部；所述料仓3底部通过出料管32与反应釜1底部的出料口相连通。所述进料管31和污泥进料口之间、出料管32和出料口之间均通过法兰盘进行连接固定，连接稳定性高；所述进料管31与出料管32的管壁上均设置有保温层，且在进料管31与出料管32上均设置可开合的阀门，以根据实际使用需求来调整管路的开合，其中，进料管31上设置有球阀36，出料管32上设置有止回阀37。所述料仓3顶部还设置有第二压力传感器33，第二压力传感器33的连接管路上分支有第二排气管道，第二排气管道连通至不凝气体的接收装置，来自反应釜1的不凝气体通过第二排气管道送入接收装置中富集、并进一步进行脱硫脱碳后作为燃料使用；所述第二排气管道上安装有第二减压阀34，用于控制不凝气体的排出压力和排出速度。所述料仓3上还安装有液位计38，通过液位计38可以观察到料仓3中污泥容量和凝结油量，从而精准控制每次向反应釜1中加入的污泥量。
一种使用上述热解反应器进行的开放性水域污泥处理方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤A：预处理
将开放性水域底部的污泥先送入沉淀池中静置沉淀，沉淀结束后加入催化剂碳酸钠混匀，然后将污泥送入热解反应器的反应釜和料仓中，盖紧釜盖和料仓加料口，同时关闭进料管上的球阀阀门和出料管上的止回阀阀门。
所述静置沉淀时间为1h～4h，优选为2h；催化剂碳酸钠的加入量为污泥质量的2％～5％，优选为4％。污泥的加料方式可根据实际情况决定，选用泵抽取或人工方式进行加料。
所述反应釜中污泥的加入量不超过反应釜容积的1/2，料仓中污泥的加入量不超过反应釜中污泥加入量的3倍。
步骤B：热解
关闭第一减压阀，确定反应釜良好密封的条件下，打开反应釜的进气口，通入氮气排空反应釜中的空气，置换三次；然后通入氢气置换三次后，关闭进气口；开启电加热装置和搅拌装置，对反应物进行升温搅拌反应，通过温度传感器和压力传感器监视反应釜内部的物料温度和压力；随着温度的不断升高，污泥中的水分不断气化，水蒸气在反应釜内部形成高压；当反应釜内温度达300℃～350℃、压力达8MPa～16MPa时，开始进行热解反应；
热解过程中随时监控反应釜内压力的变化，若压力降低，则向反应釜中通入适当氢气进行增压；若压力升高，则调节第一减压阀进行适量放气减压，使反应釜内的压力始终保持在8MPa～16MPa。
所述升温速率控制在5℃/min，转速控制为80转/min；反应温度优选为320℃～340℃，最优选为315℃～330℃；反应压力优选为10MPa～15MPa，最优选为12MPa～14MPa反应时间通常为15min～60min。
在实际生产中，由于不同开放性水域的污泥其含水量和有机质含量均不相同，因此，为了最大限度使有机质热解、提高产油率，通常需要事先对污泥进行热重分析和出油实验，以获得最佳的反应条件。
步骤C：产物分离提取与半连续化加料
热解反应结束后，关闭电加热装置，向冷却盘管中通入冷却液、对釜内物料进行降温；待温度降低至250℃以下后，缓慢打开进料管上的球阀，反应釜内的高温气体通过进料管逸入预先加入了预处理污泥的料仓中；在料仓中，高温气体进入污泥底部，在上升过程中与冷的预处理污泥发生接触、进行热量交换，预处理污泥被预热，高温气体中的一部分被冷凝成油、漂浮于预处理污泥的液面上，另一部分未凝结的气体逸出预处理污泥表面、在料仓内产生新的压力；当料仓与反应釜之间的压力达到平衡后，打开出料管上的止回阀，料仓和反应釜之间的高度差使得料仓内的预处理污泥自动流入反应釜内进行补充，达到半连续化加料。加料完成后，关闭料仓与反应釜之间的的球阀和止回阀，继续进行高温高压热解反应，同时通过料仓顶部的第二泄压阀将不凝性气体导入不凝气体收集装置中，排除料仓中的压力。
所述半连续化加料的加料量不超过步骤A中反应釜中预处理污泥的加料量。
步骤D：出料及后处理
料仓中的待处理污泥经过2～3次的半连续化加料后完全转移至反应釜中，循环热解反应结束后，重复步骤C中的冷却降温、及高温气体逸入料仓过程，通过前几次热解时收集的油状液体对高温气体进行冷凝，最终在料仓内获得有机相油状液体，反应釜内残留固体残渣；
待反应釜内的压力降至常压(≤0.1MPa)、温度降至室温时，打开釜盖、断开釜底出料口与出料管之间的法兰，由底部出料口收集固体残渣和少量液体，由出料管管口接收冷凝油状液体。所述固体残渣先分离液体，再进一步经过水洗、烘干后，得到多孔性黑色固体，加工后可作为建筑材料使用。所述油状液体取出后先与反应釜中分离出的液体进行合并，然后采用真空烘干(-0.05MPa，85℃)的方式将油状液体中的水分除去，得到高纯度燃料油；
料仓中的不凝性气体经第二排气管道排至不凝气体收集装置进行收集后、经脱硫脱碳处理后分析其成分，以确定其用途。
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
(一)污泥来源：苏州长漾湖底部污泥
(二)污泥热解反应温度及反应时间的确定
①热解反应温度是通过热重分析来确定的，具体操作方法及结果如下：
将污泥自然干燥7天后，放入恒温箱内，在100℃条件下干燥3h，碾磨后过150目筛，采用热重分析方法(温度范围：50℃～800℃，压力：常压，升温速度：5℃/min，载气：氮气，纯度＞99.9％，流量60mL/min)对干污泥样品进行分析，具体结果如附图3所示。
从图中可以得出，污泥质量在反应温度为150℃～320℃的区间内变化明显，而当反应温度大于320℃后，污泥的质量并没有发生明显的变化。因此确定该污泥的热解反应温度为320℃。
②反应时间的确定是根据不同时间下产油率来定的。将污泥在320℃条件下进行高温热解，反应压力为11.3MPa(即320℃条件下的水饱和蒸气压)，在不同反应时间下确定其产油率。具体结果见表1。
表1实施例1反应时间对产油率的影响(320℃)
时间/min 10 20 30 40 50 60
产油率/％ 6.8 10.7 15.4 18.2 17.9 17.5
通过表1中结果可以看出，在40min之前，随热解时间的增加，产油率不断提高；在约40min，反应趋于平衡，产油率基本达到最大；在40min之后，产油率不再随热解时间增加而增长。因此，将热解反应时间确定为40min。
(三)处理具体过程：
步骤A：预处理
将苏州长漾湖底部污泥先送入沉淀池中静置沉淀，沉淀2h后加入催化剂碳酸钠混匀，碳酸钠加入量为污泥重量的2.5％；然后将污泥送入热解反应器的反应釜和料仓中，反应釜的容积为4L，反应釜的污泥加料量为1.5kg，料仓的污泥加料量为4.5kg；盖紧釜盖和料仓加料口，同时关闭进料管阀门和出料管阀门。
步骤B：热解
关闭第一减压阀，确定反应釜良好密封的条件下，打开反应釜的进气口，通入氮气排空反应釜中的空气，置换三次；然后通入氢气置换三次后，关闭进气口；排尽氧气后停止通氢，开启电加热装置和搅拌装置，对反应物进行升温搅拌反应，通过温度传感器和压力传感器监视反应釜内部的物料温度和压力，升温速率5℃/min，转速80转/min；随着温度的不断升高，污泥中的水分不断气化，水蒸气在反应釜内部形成高压；当反应釜内温度达320℃、压力达11.3MPa时，开始进行热解反应；热解反应时间40min。
步骤C：产物分离提取与半连续化加料
热解反应结束后，关闭电加热装置，向冷却盘管中通入冷却液、对釜内物料进行降温；待温度降低至250℃以下后，缓慢打开第一减压阀和进料管上的球阀，反应釜内的高温气体通过进料管逸入预先加入了预处理污泥的料仓中；在料仓中，高温气体进入污泥底部，在上升过程中与冷的预处理污泥发生接触、进行热量交换，预处理污泥被预热，高温气体中的一部分被冷凝成油、漂浮于预处理污泥的液面上，另一部分未凝结的气体逸出预处理污泥表面、在料仓内产生新的压力；当料仓与反应釜之间的压力达到平衡后，打开出料管上的止回阀，料仓和反应釜之间的高度差使得料仓内的预处理污泥自动流入反应釜内进行补充，达到半连续化加料。加料完成后，关闭料仓与反应釜之间的的球阀和止回阀，继续进行高温高压热解反应，同时通过料仓顶部的第二泄压阀将不凝性气体导入不凝气体收集装置中。
步骤D：出料及后处理
料仓中的待处理污泥经过3次的半连续化加料后完全转移至反应釜中，最后一次热解反应结束后，重复步骤C中的冷却降温、及高温气体逸入料仓过程，通过前几次热解时收集的油状液体对高温气体进行冷凝，最终在料仓内获得油状液体，反应釜内残留固体残渣；
待反应釜内的压力降至常压(≤0.1MPa)、温度降至室温时，打开釜盖、断开釜底出料口与出料管之间的法兰，由底部出料口收集固体残渣和少量液体，由出料管管口接收冷凝下来的油状液体。
分离液体后的固体残渣进一步经过水洗、烘干后，得到多孔性黑色固体，加工后可作为建筑材料使用；
料仓中的油状液体取出后，与反应釜中分离出的液体合并后，采用真空烘干(-0.05MPa，85℃)的方式将油状液体中的水分除去，得到高纯度燃料油；
不凝性气体经第二排气管道排至不凝气体收集装置进行收集后、经脱硫脱碳处理后分析其成分，以确定其用途。
经称重，所述料仓中油状液体的得量为3.96kg，提纯后得到的燃料油的得量为1.11kg，产油率为18.5％。
此外，反应后剩余的固体残渣的质量为1.5kg，不凝性气体的质量为0.54kg。
(四)产物性能检测结果：
①取提纯后的燃料油进行性能检测，检测结果见下表：
测试项目 检测值 限值 检验方法
密度(15℃,kg/L) 0.986 ≤0.991 ASTM D1298
运动粘度(50℃,mm<sup>2</sup>/s) 165 ≤180 ASTM D445
灰分(m/m,％) 0.09 ≤0.1 ASTM D482
残碳(m/m,％) 12.4 ≤15 ASTM D189/D4530
倾点(℃) 23.1 ≤30 ASTM D97
水分(V/V,％) 0.46 ≤0.5 ASTM D95
闪点(℃) 60 ≥60 ASTM D93
总沉淀物(m/m,％) 0.07 ≤0.1 ASTM D4870
②取多孔性黑色固体产物进行成分分析，其结果如下表所示：
C H O N Na 其他
15.2％ 3.35％ 57.69％ 6.57％ 4.21％ 12.98％
注：上述数值为质量百分数。
③取脱硫脱碳后的不凝性气体进行成分分析，其结果如下表所示：
H<sub>2</sub> CO CH<sub>4</sub> CO<sub>2</sub> C<sub>x</sub>H<sub>y</sub>
4.35％ 5.83％ 0.43％ 89.33％ 0.06％
注：上述数值为摩尔百分数，CxHy主要为C2H4、C2H6、C3H6。
实施例2
(一)污泥来源：河北省保定市白洋淀底部污泥
(二)污泥热解反应温度及反应时间的确定
①热解反应温度是通过热重分析来确定的，具体操作方法及结果如下：
将污泥自然干燥7天后，放入恒温箱内，在100℃条件下干燥3h，碾磨后过150目筛，采用热重分析方法(温度范围：50℃～800℃，压力：常压，升温速度：5℃/min，载气：氮气，纯度＞99.9％，流量60mL/min)对干污泥样品进行分析，具体结果如附图4所示。
从图中可以得出，污泥质量在反应温度为150℃～330℃的区间内变化明显，而当反应温度大于330℃后，污泥的质量并没有发生明显的变化。因此确定该污泥的热解反应温度为330℃。
②反应时间的确定是根据不同时间下产油率来定的。将污泥在330℃条件下进行高温热解，反应压力为12.9MPa(即330℃条件下的水饱和蒸气压)，在不同反应时间下确定其产油率。具体结果见表2。
表2实施例2反应时间对产油率的影响(330℃)
时间/min 5 15 30 45 60 75
产油率/％ 4.1 11.3 15.2 19.3 18.9 18.8
通过表2中结果可以看出，在45min之前，随热解时间的增加，产油率不断提高；在约45min，反应趋于平衡，产油率基本达到最大；在45min之后，产油率不再随热解时间增加而增长。因此，将热解反应时间确定为45min。
(三)处理具体过程：
本实施例具体处理过程与实施例1的处理过程基本类似，其区别在于反应参数有所不同。本实施例的具体处理参数见下表，
Figure GDA0002529905970000151
Figure GDA0002529905970000161
(四)产物性能检测结果：
①取提纯后的燃料油进行性能检测，检测结果见下表：
测试项目 检测值 限值 检验方法
密度(15℃,kg/L) 0.989 ≤0.991 ASTM D1298
运动粘度(50℃,mm<sup>2</sup>/s) 172 ≤180 ASTM D445
灰分(m/m,％) 0.097 ≤0.1 ASTM D482
残碳(m/m,％) 13.5 ≤15 ASTM D189/D4530
倾点(℃) 25.1 ≤30 ASTM D97
水分(V/V,％) 0.48 ≤0.5 ASTM D95
闪点(℃) 61 ≥60 ASTM D93
含硫(m/m,％) 3.3 ≤3.5 ASTM D4294/D1552
总沉淀物(m/m,％) 0.08 ≤0.1 ASTM D4870
②取多孔性黑色固体产物进行成分分析，其结果如下表所示：
C H O N Na 其他
14.8 3.92 55.32 6.92 5.03 14.01
注：上述数值为质量百分数。
③取脱硫脱碳后的不凝性气体进行成分分析，其结果如下表所示：
H<sub>2</sub> CO CH<sub>4</sub> CO<sub>2</sub> C<sub>x</sub>H<sub>y</sub>
4.12％ 5.64％ 0.57％ 89.59％ 0.08％
注：上述数值为摩尔百分数，CxHy主要为C2H4、C2H6、C3H6。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种开放性水域污泥处理方法，其特征在于：所述开放性水域污泥处理方法使用的热解反应器，包括反应釜（1）、电加热装置（2）、半连续化加料装置和循环冷却装置；所述电加热装置（2）内部开设有与反应釜（1）外壁形状相配合的内腔，反应釜（1）设置于电加热装置（2）内腔中、其顶部设置釜盖（11）；所述反应釜（1）的釜盖（11）上设置污泥进料口和进气口，釜底设置出料口；在反应釜（1）内部还设置有贯穿釜盖（11）的搅拌装置，所述搅拌装置包括设置在反应釜（1）内部的搅拌杆（51）和桨片（52）、以及设置在反应釜（1）外部的用于输出搅拌动力的搅拌电机（53）；所述循环冷却装置包括冷却液循环池、环绕在搅拌杆（51）外部的与冷却液循环池相连通的冷却盘管（4）；所述半连续化加料装置包括与反应釜（1）相连通的料仓（3），料仓（3）的仓底高度不低于反应釜（1）的釜顶高度；所述料仓（3）顶部设置加料口（35），其中部通过进料管（31）与反应釜（1）的污泥进料口相连通，其底部通过出料管（32）与反应釜（1）的出料口相连通，所述进料管（31）上设置有球阀（36），出料管（32）上设置有止回阀（37）；所述料仓（3）上还安装有液位计（38）；
所述反应釜（1）上还设置有温度传感器（14）、安全阀（15）和第一压力传感器（16），所述第一压力传感器（16）的连接管路上分支第一排气管道，所述第一排气管道上安装第一减压阀（17）；所述料仓（3）顶部设置有第二压力传感器（33），第二压力传感器（33）的连接管路上分支有第二排气管道，第二排气管道连通至不凝气体收集装置；所述第二排气管道上安装有第二减压阀（34）；
所述反应釜（1）的进气口设置进气管（13），所述进气管（13）一端连接气体输送管道，另一端插入反应釜（1）中部；
所述开放性水域污泥处理方法，包含以下步骤：
A、预处理
将开放性水域底部的污泥送入沉淀池中静置沉淀，沉淀结束后加入催化剂碳酸钠混匀，然后将污泥送入热解反应器的反应釜和料仓中，盖紧釜盖和料仓加料口，同时关闭进料管上的球阀和出料管上的止回阀；
B、热解
在反应釜良好密封条件下，打开反应釜的进气口，依次通入氮气和氢气来排尽反应釜中的氧气；停止通氢，开启电加热装置和搅拌装置，对反应物进行升温搅拌反应，通过温度传感器和压力传感器监视反应釜内部的物料温度和压力；当反应釜内温度达300℃~350℃、压力达8 MPa~16 MPa时，开始进行热解反应；
热解过程中随时监控反应釜内压力的变化，若压力降低，则向反应釜中通入氢气增压，若压力升高，则调节第一减压阀进行适量放气减压；
C、产物分离提取与半连续化加料
热解反应结束后，关闭电加热装置，向冷却盘管中通入冷却液、对釜内物料进行降温；待温度降低至250℃以下后，缓慢打开第一减压阀和进料管上的球阀，反应釜内的高温气体通过进料管逸入预先加入了预处理污泥的料仓中；高温气体与冷的预处理污泥发生接触换热，高温气体中的一部分被冷凝成油、漂浮于预处理污泥的液面上，另一部分未凝结的气体逸出预处理污泥表面、在料仓内产生新的压力；当料仓与反应釜之间的压力达到平衡后，打开出料管上的止回阀，料仓和反应釜之间的高度差使得料仓内的预处理污泥自动流入反应釜内进行补充，达到半连续化加料；加料完成后，关闭料仓与反应釜之间的球阀和止回阀，继续进行高温高压热解反应，同时通过料仓顶部的第二泄压阀将不凝性气体导入不凝气体收集装置中；
D、出料及后处理
料仓中的待处理污泥经过2~3次的半连续化加料后完全转移至反应釜中，循环热解反应结束后，重复步骤C中的冷却降温、及高温气体逸入料仓过程，通过前几次热解时收集的油状液体对高温气体进行冷凝，最终在料仓内获得油状液体，反应釜内残留固体残渣；分别将油状液体、固体残渣和不凝气体收集后进行进一步处理。
2.根据权利要求1所述的一种开放性水域污泥处理方法，其特征在于：所述反应釜（1）外壁与电加热装置（2）内腔之间、进料管（31）与出料管（32）的管壁上均设置保温层。
3.根据权利要求1所述的一种开放性水域污泥处理方法，其特征在于：所述进料管（31）和污泥进料口之间、出料管（32）和出料口之间均通过法兰盘进行连接固定。
4.根据权利要求1所述的一种开放性水域污泥处理方法，其特征在于：所述步骤A中静置沉淀时间为1 h~4 h，催化剂碳酸钠的加入量为污泥质量的2%~5%；所述反应釜中污泥的加入量不超过反应釜容积的1/2，料仓中污泥的加入量不超过反应釜中污泥加入量的3倍。
5.根据权利要求1所述的一种开放性水域污泥处理方法，其特征在于：所述步骤B中，反应温度为320℃~340℃，反应压力为10 MPa ~15 MPa；所述热解反应时间为15min~60 min。
6.根据权利要求1所述的一种开放性水域污泥处理方法，其特征在于：所述步骤C中，所述半连续化加料的加料量不超过步骤A中反应釜中预处理污泥的加料量。
7.根据权利要求1所述的一种开放性水域污泥处理方法，其特征在于：所述步骤D中，待反应釜内的压力降至常压、温度降至室温时，打开釜盖、断开釜底出料口与出料管之间的法兰，由底部出料口收集固体残渣。
CN201710769164.4A 2017-08-31 2017-08-31 一种开放性水域污泥处理用热解反应器及污泥处理方法 Active CN107382008B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710769164.4A CN107382008B (zh) 2017-08-31 2017-08-31 一种开放性水域污泥处理用热解反应器及污泥处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710769164.4A CN107382008B (zh) 2017-08-31 2017-08-31 一种开放性水域污泥处理用热解反应器及污泥处理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107382008A CN107382008A (zh) 2017-11-24
CN107382008B true CN107382008B (zh) 2020-08-07

Family

ID=60347276

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710769164.4A Active CN107382008B (zh) 2017-08-31 2017-08-31 一种开放性水域污泥处理用热解反应器及污泥处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107382008B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT202200006077A1 (it) * 2022-03-28 2023-09-28 Pierluigi Frenna Impianto di dissociazione molecolare

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108414391B (zh) * 2018-03-06 2024-03-19 中国石油大学(华东) 一种高温高压蒸汽热解反应的实验方法
CN108585405A (zh) * 2018-05-21 2018-09-28 大连理工大学 一种热固载体污泥增压自供能热解装置及方法
CN108479680A (zh) * 2018-06-25 2018-09-04 北京今大禹环境技术股份有限公司 一种高盐高有机物废水结晶盐无害化处理装置
CN108982203A (zh) * 2018-08-13 2018-12-11 朗析仪器（上海）有限公司 一种用于测定制冷剂中不凝气的在线分析仪
CN109205849A (zh) * 2018-10-25 2019-01-15 中科协创环境科技江苏有限公司 一种处理含汞废水的残渣冷却输送系统
DE102020104763B3 (de) * 2020-02-24 2021-05-27 emma technologies GmbH Hydrogen-Pyrolyse-System-Anordnung
CN111774009A (zh) * 2020-07-14 2020-10-16 西安交通大学 一种高含水率有机物的水热脱水处理反应装置及其操作方法
CN113004958A (zh) * 2021-03-01 2021-06-22 上海勘测设计研究院有限公司 一种以污泥为前体制备热解炭的方法
WO2023187650A1 (en) * 2022-03-28 2023-10-05 Pierluigi Frenna Vapor fractionating column system and vapor fractioning process

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102911691A (zh) * 2012-11-05 2013-02-06 天津大学 市政污泥超临界热解制备生物油的方法
CN103570207A (zh) * 2012-07-21 2014-02-12 宁波互联聚能环保技术有限公司 一种污泥热水解-干化一体化的新工艺
CN105541071A (zh) * 2015-12-29 2016-05-04 苏州工业园区中法环境技术有限公司 一种序批式热水解污泥处理装置及其控制方法
CN206385085U (zh) * 2016-12-30 2017-08-08 浙江天禄环境科技有限公司 一种具有连续进料自动出气机构的污泥制生物炭装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103570207A (zh) * 2012-07-21 2014-02-12 宁波互联聚能环保技术有限公司 一种污泥热水解-干化一体化的新工艺
CN102911691A (zh) * 2012-11-05 2013-02-06 天津大学 市政污泥超临界热解制备生物油的方法
CN105541071A (zh) * 2015-12-29 2016-05-04 苏州工业园区中法环境技术有限公司 一种序批式热水解污泥处理装置及其控制方法
CN206385085U (zh) * 2016-12-30 2017-08-08 浙江天禄环境科技有限公司 一种具有连续进料自动出气机构的污泥制生物炭装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT202200006077A1 (it) * 2022-03-28 2023-09-28 Pierluigi Frenna Impianto di dissociazione molecolare

Also Published As

Publication number Publication date
CN107382008A (zh) 2017-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107382008B (zh) 一种开放性水域污泥处理用热解反应器及污泥处理方法
CN204752349U (zh) 一种污水、污泥、生活垃圾同时进行循环利用的系统
CN108658638A (zh) 一种用厌氧发酵和中温氧化联合操作生产有机肥的装置
CN104893961A (zh) 餐厨废弃物能源与肥料一体化处理装置及方法
CN109867428B (zh) 一种污泥分质处理处置的方法
CN111807660A (zh) 一种餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统及方法
CN103708693B (zh) 一种城市污水处理所产生污泥的消解系统及方法
CN112174469A (zh) 一种市政污泥热解处理系统及方法
CN202865078U (zh) 多级水热结构的污泥处理系统
CN104773935A (zh) 一种污泥的干馏炭化处理工艺
CN107245435B (zh) 一种难生化有机固废热解-生化耦合产甲烷的装置与方法
CN111908745A (zh) 一种利用污泥制备腐植酸钾有机肥同时脱水的方法
CN108128999A (zh) 一种太湖蓝藻及污水厂污泥及餐厨垃圾协同处理方法
CN214457774U (zh) 移动式农林秸秆微波辅助快速热解多联产的装置
CN214400192U (zh) 一种市政污泥热解处理系统
CN207294547U (zh) 生物质热电联产的造纸污泥处理系统
CN103402930B (zh) 由来自废水净化设备的污泥制备生物油的集成方法
CN101413014A (zh) 微波法预处理污水厂剩余污泥发酵产氢的方法及其装置
CN112679061A (zh) 污泥厌氧消化制备沼气的方法及获得的沼气
CN114535246B (zh) 一种利用Fenton铁泥及含铁生物炭强化两相厌氧消化的装置与工艺
CN103145305B (zh) 利用含油污泥制备合成气及合成天然气或合成汽油的工艺及焚烧装置
EP2039775A2 (en) Apparatus and method for manufacturing methane
CN215799342U (zh) 一种超超临界蒸汽有机物热裂解气化装备
CN112756387A (zh) 餐厨、厨余垃圾处理系统
CN113443799A (zh) 用于危废含油泥砂转化为固废的催化处理工艺及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220803

Address after: East side of Zhaotu Main Canal, National High-tech Industrial Development Zone, Yucheng City, Dezhou City, Shandong Province, 253000

Patentee after: Yucheng Huifu New Energy Co., Ltd.

Address before: Tannery Industrial Zone, Xinji City, Shijiazhuang City, Hebei Province, 052300

Patentee before: HEBEI GUOHUI ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO.,LTD.