CN108218176A - 一种污泥碳化一体机及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥脱水碳化一体机，包括管道输送式加热部，反应釜加压部，其中管道输送式加热部包括螺旋缠绕式的输送管道及管道外部的加热装置；反应釜加压部包括可抗高压的反应釜本体及加压设备。本发明还公开了一种污泥脱水碳化方法，包括加温加压使污泥中的生物质裂解为生物炭，将其中的内水转化为游离态水，脱水后得到生物炭。

Description

一种污泥碳化一体机及方法

技术领域

本发明涉及污泥处理装置及方法，特别涉及一种污泥碳化一体机及方法。

背景技术

随着城市化进程加快工业快速发展，带来了大量的污泥。市政污泥包括河道污泥等，工业污泥包括印染污泥、造纸厂污泥、制药厂污泥、屠宰厂、酒糟、海鲜加工厂等，危废污泥包括石油石化生产过程中产生的油泥、煤焦化污泥、电镀污泥、医疗废物、矿业渣泥等，据预测2020年的污泥产量将达到6000-9000万吨。污泥处理目的首先是“减量化、稳定化、无害化”，其次是“资源化”的可能。目前采用的各种手段，如厌氧消化、干化脱水、焚烧等，其减量效果有限或成本过高，而且都属于过程处理，或为前端处理，或为后端处理。虽然我国在污泥处理处置方面的政策越加趋严，但行业发展始终没有取得重大突破，技术的缺失成为最大短板，高效低成本处理技术亟待需求。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种污泥碳化一体机及方法，可以使含水率80％的污泥深度脱水碳化，直接转化成生物炭。

本发明提出的一种污泥脱水碳化一体机，包括管道输送式加热部，反应釜加压部，其中管道输送式加热部包括螺旋缠绕式的输送管道及管道外部的加热装置；反应釜加压部包括可抗高压的反应釜本体及加压设备，其中反应釜顶上设有进料口、加压口、抽气口、监测反应釜体内温度的温度测口、监测反应釜体内压力的压力测口及监测反应釜体内料物多少的料位测口，反应釜底部设有出料口。

优选地，加热装置为包裹在管道外部的远红外加热片。

本发明提出的一种污泥脱水碳化方法包括步骤

(1)将含水率80％的污泥通过污泥泵输送到管道输送式加热部，在污泥的输送过程中加热，升温至250-650℃。

(2)污泥通过污泥泵从管道输送式加热部进入反应釜加压部，同时利用真空罐不断抽走加热时产生的废气，污泥全部进入后关闭阀门，往反应釜内通入氮气不断加压至8-22MPa，使污泥中的生物质裂解，将其中的水分释放出来。

(3)反应后的污泥从出料口排除，通过普通的机械脱水即可将污泥中75％的水分脱除，得到生物炭，可以直接进行填埋，也可进行进一步的干化造粒，进行资源化利用。

(4)脱水产生的裂解液可回流到污水处理厂的进口，能够提高污水处理厂进水的可生化性。

本发明通过污泥水热碳化技术处理处置污泥是一个完整的全过程处理处置手段，通过加温加压使污泥中的生物质裂解，将其中的内水转化为游离态水，减量化效果显著；其过程中保留了污泥中的绝大部分碳值，可以高效提取并转化污泥所含的生物质能，为碳化物的能源再利用创造了条件；反应过程是在一个完全封闭的流程中完成，整个过程所产生的三类介质－热(循环利用到产生过程中)、水(回注到污水处理厂的入水口)和固体生物碳(产品)－均不形成任何对外排放，没有废气、CO₂、氨、沼气和氮氧化物的外排放；适用范围广泛，污泥水热碳化技术对处理餐厨废弃物、园林废弃物、粪便以及酿酒厂、屠宰场、皮革厂、造纸厂、食品加工厂等含富含有生物质的废弃物都具有良好效果，与目前广泛使用的各类污泥处理处置手段相比，污泥水热碳化技术在能耗方面有明显的优势，能耗仅为厌氧消化+干化处理的30％。

作为产品的生物炭具有燃烧温度高(1200℃以上的火床燃烧温度和1300℃以上的炉膛火焰中心温度)、含硫量很低(约0.1～0.5％)，飞灰份额小等特殊优点，有效的控制了二噁英和重金属的排放，彻底做到了污泥处置无害化，大幅度降低了烟气净化系统投资及运营成本；且除自身循环利用提供热能外，还可以供燃煤热电厂、供燃煤供热厂，垃圾焚烧燃料，供工业制气厂以生产不同用途的合成气，供水泥厂使用、建材原料，土地利用、土壤改良，优质的肥料等。

附图说明

图1为本发明提出的一种污泥碳化一体机结构示意图；

图2为本发明提出的一种污泥碳化一体机顶部结构俯视图；

图3为污泥在本发明装置内的发生裂解脱水的示意图；

图中：1输送管道、2反应釜、3污泥泵、4驱动电机、201进料口、202出料口、203加压口、204抽气口、205温度测口、206压力测口、207料位测口、208泄爆口、209热量转换口。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

参照图1-2，本发明提出的一种污泥碳化一体机，包括管道输送式加热部，反应釜加压部，污泥泵3，驱动电机4。其中管道输送式加热部包括螺旋缠绕式的输送管道1及管道外部的加热装置；反应釜加压部包括可抗高压的反应釜本体2及加压设备，其中反应釜2顶上设有进料口201、加压口203、抽气口204、温度测口205、压力测口206、料位测口207、泄爆口208及热量转换口209，其中热量转换口209可收集反应后的剩余热量用于前端加热，反应釜底部设有出料口202。

下面结合具体实施例对本发明方法作进一步描述：

实施例一

将含水率80％的市政污泥通过污泥泵3输送到管道输送式加热部，在污泥的输送过程中加热，升温至120-150℃。污泥通过污泥泵从管道输送式加热部进入反应釜加压部，同时利用真空罐连接抽气口204不断抽走加热时产生的废气，蒸汽，污泥全部进入后关闭阀门，驱动电机4为反应釜2内阀门提供动力，往反应釜内通入氮气不断加压至12-22MPa，压使污泥中的生物质裂解，将其中的水分释放出来。反应后的污泥从出料口202排除，通过普通的机械脱水即可将污泥中75％的水分脱除，得到生物炭，可以直接进行填埋，也可进行进一步的干化造粒，进行资源化利用。脱水产生的裂解液回流到污水处理厂的进口，能够提高污水处理厂进水的可生化性。

图3为污泥在本发明装置内的发生裂解脱水的示意图。

参照图3，含水率80％的原始污泥含有表面吸附水501、内部水502、毛细结合水503、间隙水504、固体物质505，经过加温加压A后裂解成为裂解液含有固体物质505及自由水506，再经过脱水B后绝大部分的自由水结合为水被分离出去，剩余含水率50％的碳化后脱水污泥，包含50％固体物质505及50％自由水506。

污泥减量效果分析：

污泥中含有大量的水分，并以多种方式存在，其中内部水、吸附水和毛细水与污泥颗粒的结合程度很高，用机械方法难以完全脱去，经本发明提供的污泥碳化一体机及方法处理后，粘稠固态污泥变为可以流动的液态裂解液，裂解液经过离心脱水后，含水率降至50％左右。

实验前后污泥含水率如表1所示：

表1：本发明方法处理前后含水率

以上结果表明，在污泥低温碳化装置中，污泥中的细胞在一定的温度和压力条件下发生了裂解，内部水释放出来，同时由于细胞的破裂，吸附水和毛细水没有了载体，也基本上转化为自由水。裂解液再经过离心脱水后，3/4的水被机械脱出，有效实现了污泥的减量化。

碳化物的热值分析

经过分析，处理前污泥的高位发热值为3479大卡/公斤污泥，经过污泥低温碳化装置处理后，污泥的高位发热值为3243大卡/公斤污泥，污泥的热值损失为6.8％。这说明在污泥低温碳化过程中，由于系统各点的压力始终高于该点温度对应的饱和蒸汽压，避免了挥发作用的产生，使绝大多数的碳值保留在了最后的碳化物中，为污泥碳化物的资源化再利用提供了条件。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种污泥脱水碳化一体机，其特征在于，包括管道输送式加热部，反应釜加压部，其中管道输送式加热部包括螺旋缠绕式的输送管道及管道外部的加热装置；反应釜加压部包括可抗高压的反应釜本体及加压设备，其中反应釜顶上设有进料口、加压口、抽气口、监测反应釜体内温度的温度测口、监测反应釜体内压力的压力测口及监测反应釜体内料物多少的料位测口，反应釜底部设有出料口。

2.根据权利要求1所述的一种污泥脱水碳化一体机，其特征在于，所述加热装置为包裹在管道外部的远红外加热片。

3.一种污泥脱水碳化方法，其特征在于，包括步骤：

(1)将含水率80％的污泥通过污泥泵输送到管道输送式加热部，在污泥的输送过程中加热，升温至250-650℃。

(2)污泥通过污泥泵从管道输送式加热部进入反应釜加压部，同时利用真空罐不断抽走加热时产生的废气，污泥全部进入后关闭阀门，往反应釜内通入氮气不断加压至8-22MPa，使污泥中的生物质裂解，将其中的水分释放出来。

(3)反应后的污泥从出料口排除，通过普通的机械脱水即可将污泥中75％的水分脱除，得到生物炭，可以直接进行填埋，也可进行进一步的干化造粒，进行资源化利用。

(4)脱水产生的裂解液脱可回流到污水处理厂的进口，能够提高污水处理厂进水的可生化性。