專利名稱：低含水率脫水污泥直接超臨界水氣化處理裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于資源環(huán)境領(lǐng)域，具體涉及一種污水廠提供的脫水污泥直接超臨界水氣化處理裝置及其方法。
背景技術(shù)：
目前我國大部分污水處理廠的脫水污泥的含水率在74 86%之間，且其中含有一定量的固體無機(jī)物，這樣導(dǎo)致在污泥處理過程中泵送增壓的困難；所以污水廠實(shí)現(xiàn)脫水污泥的無害化、減量化、資源化成為研究者們關(guān)注的焦點(diǎn)，脫水污泥的處理處置問題已經(jīng)成為我國環(huán)境保護(hù)中的重要課題之一。近年來不少學(xué)者提出采用超臨界水處理的方法，如于2008年12月24日公開的專利申請?zhí)枮椤?00810063091. 8”的中國專利申請文獻(xiàn)，提出一種污泥在超臨界水中連續(xù)催化氣化制取富氫氣體的方法，文獻(xiàn)中采用的技術(shù)方案為污泥與水分別加壓加溫后按一定比例配比注入反應(yīng)器，從污泥處理角度出發(fā)由于添加水分調(diào)配泥漿，從而降低了脫水污泥的處理效率，同時(shí)增加了含水率調(diào)配的工序，增加處理成本。此外，該專利僅從產(chǎn)氫的角度出發(fā)，而未明確處理后固相產(chǎn)物是否達(dá)到無害化的標(biāo)準(zhǔn)。另外，2002年10月23日公開的專利號為“02114529. 6”的中國專利，報(bào)道了鋸屑濃度為2. 0wt%的超臨界水氣化產(chǎn)氫，相當(dāng)于處理含水率為98%，但該專利的處理對象并非脫水污泥，且該處理方法單位時(shí)間內(nèi)的有機(jī)固態(tài)物質(zhì)處理率低下。

發(fā)明內(nèi)容
解決的技術(shù)問題針對目前超臨界水氣化處理污泥中，由于添加水分條件使得處理效率低下的問題，本發(fā)明提供一種低含水率脫水污泥直接超臨界水氣化處理裝置及其方法。技術(shù)方案本發(fā)明以污水廠提供的脫水污泥(含水量約80%)作為處理對象，先對其進(jìn)行預(yù)液化處理，使脫水污泥流動(dòng)性增加，然后在高溫、高壓的作用下完成超臨界氣化反應(yīng)，形成超臨界流體，其中氣化污泥中有機(jī)物為富含氫氣的可燃?xì)怏w，并能通過熱作用穩(wěn)定污泥中的有毒有害的重金屬，最后通過氣液固三相分離，實(shí)現(xiàn)脫水污泥的無害化、減量化、資源化處理?；诖吮景l(fā)明提供一種低含水率脫水污泥直接超臨界水氣化處理的方法，具體處理步驟如下(I)將脫水污泥加入液化裝置進(jìn)行液化形成泥漿以提高污泥流動(dòng)性能，同時(shí)使部分固體無機(jī)物沉降以減少后續(xù)輸送時(shí)的堵塞問題；(2)泥漿加壓預(yù)熱后進(jìn)入超臨界水氣化反應(yīng)裝置進(jìn)行超臨界水氣化反應(yīng)；(3)反應(yīng)完成后將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行冷卻，然后通過減壓閥降壓后以分離氣液產(chǎn)物，其中氣相產(chǎn)物主要為富氫氣體，其上清液可回流至污水廠或回收液體中的銨氮進(jìn)行資源化利用。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)步驟(I)中所述液化裝置的操作參數(shù)為溫度160 180°C，壓力I. 2MPa，液化時(shí)間30 60 min。作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)步驟(2)中所述泥漿加壓至25MPa，預(yù)熱至500°C進(jìn)入超臨界水氣化反應(yīng)裝置。作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)步驟(2)中所述超臨界水氣化反應(yīng)裝置的操作參數(shù)為溫度600°C，壓力30 MPa，反應(yīng)2 5分鐘。作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)步驟(2)中所述泥漿預(yù)熱步驟中包括設(shè)置熱交換器4，通入熱交換器4的熱流體為超臨界水氣化反應(yīng)裝置出口端的流體，以回收利用超臨界水氣化反應(yīng)后流出的高溫流體所攜帶的熱量，熱交換器4出口端的流體溫度約為200°C。作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)步驟(3)中所述反應(yīng)產(chǎn)物中帶有的熱量，通過冷卻器7進(jìn)行熱交換回收，形成80°C熱水，可回收熱量再利用。作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)還包括步驟(4):定期排出超臨界水氣化反應(yīng)器及液化裝置中的固體殘?jiān)Ｅ懦臍堅(jiān)M(jìn)行直接填埋處理。同時(shí)本發(fā)明還提供一種低含水率脫水污泥直接超臨界水氣化處理的裝置，包括熱交換器I、液化裝置2、高壓泵3、加熱器5、超臨界水氣化反應(yīng)器6、冷卻器7、減壓閥8、氣液分離器9，通過輸送管道依次連接。作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)還包括熱交換器4，通入熱交換器4的熱流體為超臨界水氣化反應(yīng)裝置6出口端的流體，以回收利用超臨界水氣化反應(yīng)后流出的高溫流體所攜帶的
熱量。 作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)通入熱交換器I的冷熱流體分別為脫水污泥原料與液化裝置2出口端的液化后泥漿，由此可回收利用液化反應(yīng)后泥漿所攜帶的熱量。本發(fā)明還包括所述各設(shè)備的操作參數(shù)液化裝置2 :溫度160 180°C，壓力I. 2MPa，液化時(shí)間30 60 min ;加壓泵3出口壓力25MPa ;加熱器4出口溫度500°C ;超臨界水氣化反應(yīng)裝置溫度600°C，壓力30 MPa,反應(yīng)2 5分鐘。有益效果利用本發(fā)明提供的處理裝置，按照本發(fā)明提供的處理方法，針對污水廠提供的低含水率脫水污泥進(jìn)行直接超臨界水氣化的處理，其有益效果為通過液化裝置預(yù)液化，一方面提高污泥流動(dòng)性能以保證操作的連續(xù)化進(jìn)行；另一方面分離污泥中部分無機(jī)物，減少無機(jī)物在后續(xù)管路中堵塞問題。這兩點(diǎn)的共同的作用解決脫水污泥直接泵送難的問題，可讓脫水污泥直接進(jìn)行超臨界水氣化處理，充分利用污泥中現(xiàn)存的高含水率；同時(shí)，由于脫水污泥進(jìn)行直接氣化處理，相比含水率為95%左右的濃縮污泥而言，大大的提高了超臨界水氣化處理污泥的效率。脫水污泥液化處理后的另一有益效果為，由此處理過后殘留在液化裝置2中的固體殘?jiān)鼧O易脫水，通過壓濾處理后，含水率約為40%左右，大幅度的降低了脫水污泥的體積容量；而經(jīng)過超臨界水氣化處理后殘留在超臨界水氣化反應(yīng)器6中的固體殘?jiān)鼮楦邷貭t渣，不含水分。因此，經(jīng)過處理后脫水污泥實(shí)現(xiàn)了減量化。同時(shí)，處理后的余熱、產(chǎn)氣可進(jìn)行回收利用，其中氣相產(chǎn)物主要為富氫氣體，可用于供熱系統(tǒng)中的燃燒，同時(shí)在冷卻過程中獲得一定量80°C的熱水，可進(jìn)行利用，實(shí)現(xiàn)脫水污泥的資源化利用。


圖I為實(shí)施例2中低含水率脫水污泥直接超臨界水氣化處理的裝置圖2為實(shí)施例3中低含水率脫水污泥直接超臨界水氣化處理的裝置
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述實(shí)施方式I脫水污泥直接超臨界水氣化處理的方法將深圳某污水廠的脫水污泥(含水率約為84. 1%)通過高壓活塞泵注入液化裝置進(jìn)行預(yù)液化處理，液化溫度180°C，反應(yīng)30分鐘。液化后產(chǎn)物通過熱交換器I后用高壓泵升壓至25MPa，進(jìn)入超臨界水氣化反應(yīng)器并加熱至600°C，經(jīng)過2分鐘的反應(yīng)后，通過熱交換器 4，降溫至約200°C，同時(shí)熱交換器4將部分高壓污泥加熱至500°C，再進(jìn)入超臨界水氣化反應(yīng)器。經(jīng)過熱交換器4熱交換后的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入冷卻器，冷卻降溫至常溫后，通過減壓閥降壓至常壓，實(shí)現(xiàn)氣液分離。對于超臨界水氣化反應(yīng)器及液化裝置中的固體殘?jiān)瓒ㄆ谂懦?，本例中，?jīng)過連續(xù)數(shù)周反應(yīng)后，當(dāng)液化反應(yīng)器及超臨界水氣化反應(yīng)器中固相殘?jiān)练e至一定含量時(shí)，停止進(jìn)料，通過排爐渣的方式排渣。鑒于超臨界水氣化反應(yīng)器未進(jìn)料時(shí)，僅是高溫反應(yīng)器，未形成高壓，可通過直接排渣的方式排出固相產(chǎn)物；而對于液化反應(yīng)器，含有一定量的水分，需要通過降溫后排渣。由于固體產(chǎn)物存在一定的溫度，水氣蒸發(fā)自然干燥。經(jīng)過上述反應(yīng)后，脫水污泥實(shí)現(xiàn)了無害化、減量化、資源化。兩批經(jīng)過反應(yīng)處理后的氣相產(chǎn)物與固體殘?jiān)慕Y(jié)果見表I與表2。表I氣相產(chǎn)物
,,^I^ Wi 留時(shí)闊 I氣相含SiHmmiim
批次溫度*c
MPa (mill)(%)(%) —Il2 I CO CO, CU,^「................麗........................JO..................................2— ......84J% —6J2...........................3CL72.....1[49—.391 1954^
^2 600 MI76.2%IOJ 28.7 0,86^ ^45.23^ ^17.12表2固體殘禮
a^樂力I沒留時(shí)I污泥含水| I ttis*^液ft裝氣化裝置^^
批次丨(%)
「 I度 V MPa fij (mill) (%)(kg) I 罝(kg) (kg)—!_____Z______
j I 600 30 I 2 I g4J% I 100 ^15.5 ^13.31136.4%
I^2 600 28j 5 ^76.2%^ 100 i>]7.9 約 46800.0%* :減量程度=總進(jìn)泥量(處理量)/總固體殘?jiān)|(zhì)量X 100%實(shí)施方式2為實(shí)現(xiàn)低含水率脫水污泥直接超臨界水氣化處理的裝置，包括按順序串聯(lián)連通的各臺設(shè)備熱交換器I、液化裝置2高壓泵3、加熱器5、超臨界水氣化反應(yīng)器6、冷卻器7、減壓閥8、氣液分尚器9,見圖I。實(shí)施方式3
與實(shí)施方式2所不同的 是，還包括熱交換器4，通入熱交換器4的熱流體為超臨界水氣化反應(yīng)裝置6出口端的流體，以回收利用超臨界水氣化反應(yīng)后流出的高溫流體所攜帶的熱量，見圖2。
權(quán)利要求
1.一種低含水率脫水污泥直接超臨界水氣化處理的方法，按如下步驟進(jìn)行 將脫水污泥加入液化裝置進(jìn)行液化形成泥漿以提高污泥流動(dòng)性能，同時(shí)使部分固體無機(jī)物沉降以減少后續(xù)輸送時(shí)的堵塞問題； 泥漿加壓預(yù)熱后進(jìn)入超臨界水氣化反應(yīng)裝置進(jìn)行超臨界水氣化反應(yīng)； 反應(yīng)完成后將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行冷卻，然后通過減壓閥降壓后以分離氣液產(chǎn)物，其中氣相產(chǎn)物主要為富氫氣體。
2.如權(quán)利要求I所述脫水污泥的處理方法，其特征在于步驟(I)中所述液化裝置的操作參數(shù)為溫度160 180°C，壓力I. 2MPa，液化時(shí)間30 60 min。
3.如權(quán)利要求I所述脫水污泥的處理方法，其特征在于步驟(2)中所述泥漿加壓至25MPa，預(yù)熱至500°C進(jìn)入超臨界水氣化反應(yīng)裝置。
4.如權(quán)利要求I所述脫水污泥的處理方法，其特征在于步驟(I)中所述液化裝置的操作參數(shù)為溫度160 180°C，壓力I. 2MPa，液化時(shí)間30 60 min ;步驟(2)中所述泥漿加壓至25MPa，預(yù)熱至500°C進(jìn)入超臨界水氣化反應(yīng)裝置。
5.如權(quán)利要求廣4中任一項(xiàng)所述脫水污泥的處理方法，其特征在于步驟(2)中所述超臨界水氣化反應(yīng)裝置的操作參數(shù)為溫度600°C，壓力30 MPa,反應(yīng)2 5分鐘。
6.如權(quán)利要求f4中任一項(xiàng)所述脫水污泥的處理方法，其特征在于步驟(2)中所述泥漿預(yù)熱步驟中包括設(shè)置熱交換器(4)，通入熱交換器(4)的熱流體為超臨界水氣化反應(yīng)裝置(6)出口端的流體，以回收利用超臨界水氣化反應(yīng)后流出的高溫流體所攜帶的熱量。
7.如權(quán)利要求廣4中任一項(xiàng)所述脫水污泥的處理方法，其特征在于步驟(3)中所述反應(yīng)產(chǎn)物中帶有的熱量，通過冷卻器(7)進(jìn)行熱交換回收，形成80°C熱水，可回收熱量再利用。
8.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I所述低含水率脫水污泥直接超臨界水氣化處理的裝置，包括熱交換器(I)、高壓泵(3)、加熱器(5)、超臨界水氣化反應(yīng)器(6)、冷卻器(7)、減壓閥(8)、氣液分離器(9)，通過輸送管道依次連接，其特征在于還包括液化裝置(2)，其設(shè)置在熱交換器(I)與高壓泵(3)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于還包括熱交換器(4)，通入熱交換器(4)的 熱流體為超臨界水氣化反應(yīng)裝置(6)出口端的流體，以回收利用超臨界水氣化反應(yīng)后流出的高溫流體所攜帶的熱量。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征在于所述各設(shè)備的操作參數(shù)如下液化裝置(2):溫度160 180°C，壓力I. 2MPa，液化時(shí)間30 60 min ;加壓泵(3)出口壓力25MPa ;加熱器(4)出口溫度500°C;超臨界水氣化反應(yīng)裝置溫度600°C，壓力30 MPa，反應(yīng)2 5分鐘。
全文摘要
本發(fā)明針對目前污泥處理方法中通過添加水分調(diào)配泥漿以增加污泥流動(dòng)性，從而降低了脫水污泥的處理效率的技術(shù)問題；提供一種低含水率脫水污泥直接超臨界水氣化處理裝置及其方法，其特點(diǎn)為在脫水污泥直接進(jìn)行超臨界水氣化處理前通過液化裝置對污泥進(jìn)行預(yù)液化處理，由此提高污泥的流動(dòng)性，并沉降部分污泥中的無機(jī)物；達(dá)到便于后續(xù)的泵送及增壓，降低管路中的堵塞風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)大幅提高了污泥處理的效率及設(shè)備的利用率的有益效果。同時(shí)，產(chǎn)物中的氣相產(chǎn)物、熱量均能得到有效的回收利用，提高了能量利用效率，降低了處理成本。
文檔編號C01B3/02GK102730917SQ20121020541
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者張會文, 徐志榮, 朱偉, 龔淼 申請人:河海大學(xué)