專利名稱：污泥處理方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污泥處理方法及其應(yīng)用，具體而言，涉及包括將污泥在一定溫度和壓力的條件下進(jìn)行液化而制備油品的污泥處理方法、及該方法在污泥處理的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來，我國(guó)市政污泥的產(chǎn)生量不斷加大，根據(jù)《關(guān)于全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施2010 年第四季度建設(shè)和運(yùn)行情況的通報(bào)》，截止2010年底，我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理量達(dá)343億立方米，污水處理過程中產(chǎn)生的污泥量也大幅度增加。2010年全國(guó)污泥生產(chǎn)量約為2199萬噸， 每天產(chǎn)生污泥6. 02萬噸。按照目前的發(fā)展速度，到2015年年末，我國(guó)污泥年產(chǎn)量至少將到達(dá)沈15萬噸，日產(chǎn)污泥約7. 2萬噸。污泥的減量化處理和合理利用已經(jīng)是十分嚴(yán)重的問題。通常，市政污泥未經(jīng)處理前含水量高達(dá)99%，經(jīng)過壓濾等干化處理后含水量約為 80%，且含有重金屬(如Co、Pb、Ni等)。污泥的有機(jī)成分中含有大量的蛋白質(zhì)、脂肪、礦物油、洗滌劑、腐殖質(zhì)、細(xì)菌以及細(xì)菌的各級(jí)代謝產(chǎn)物，其中也包含了寄生蟲或卵、微生物、一些工業(yè)用高分子材料的殘?jiān)?、廢油漆、各種有機(jī)溶劑的殘余、有機(jī)物的焦或者是不完全分解物。污泥的一般處理方法是填埋和焚燒，存在諸多問題。例如，傳統(tǒng)的污泥焚燒處理方案，大都是先將污泥收集和脫水干燥處理后再加入大量的可燃物引燃，放入焚燒爐中進(jìn)行焚燒。這種焚燒方式一方面因污泥熱值較低，且水分含量大，致使?fàn)t膛溫度低，燃燒不充分可回收的熱量也少，所以通常還與煤、石油焦等熱值更高的燃料摻混燃燒，燃燒后還會(huì)有較多燃燒不充分的固體殘?jiān)?，同時(shí)尾氣當(dāng)中含有大量硫氧化物、氮氧化物以及二噁英類有毒有害氣體，對(duì)大氣、人體健康均產(chǎn)生不良影響。后來人們開發(fā)了污泥氣化的方法，將有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為H2、CH4、C0、a)2等氣體，進(jìn)一步
分離可得化工原料。在中國(guó)專利申請(qǐng)CN1405103A中，公開了一種污泥的處理方法，其主要采用的技術(shù)為將在傳統(tǒng)的污泥處理工藝中的化學(xué)氧化替換為濕式氧化，目的在于將污泥中的有機(jī)質(zhì)氧化為CO2A2或氮氧化物，使脫水性能大大改善、同時(shí)還可以除去有機(jī)物的毒性。但沒有實(shí)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)的有效利用。在中國(guó)專利申請(qǐng)CN101705105A中，公開了一種生物質(zhì)液化油及其制備方法，其公開內(nèi)容是將污泥熱解、得到生物質(zhì)液化油的方法。該方法主要是采用高溫將污泥熱解、由此而得到生物質(zhì)液化油，但在該方法中采用的是常壓，因此污泥中的有機(jī)物質(zhì)的利用率極其低，并且操作過程需要在還原性氣氛或惰性氣氛中進(jìn)行，增加了運(yùn)行成本和操作難度。另外，其工藝的停留時(shí)間長(zhǎng)，單位時(shí)間的處理能力低。因此，目前迫切需要一種將污泥中的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成油品而進(jìn)行更充分地有效利用、同時(shí)能耗比較小的方法
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過將污泥在特定的溫度和壓力下使其進(jìn)行反應(yīng)，可將污泥中的有機(jī)物質(zhì)制備成油品，油品收率高，從而不僅減少了污泥的量，而且還充分地將污泥中的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行充分再利用，實(shí)現(xiàn)了廢物的資源化利用。此外，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)還在于反應(yīng)時(shí)間非常短，且工藝過程不需要還原性氣氛或惰性氣氛保護(hù)、同時(shí)本發(fā)明的方法的能耗比較小，有利于在工業(yè)上的應(yīng)用，由此達(dá)到了本申請(qǐng)發(fā)明所要實(shí)現(xiàn)的目的。眾所周知，物質(zhì)可以固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和超臨界狀態(tài)等狀態(tài)存在，物質(zhì)所處的狀態(tài)取決于它的溫度、壓力、密度、組成等狀態(tài)參數(shù)。當(dāng)物質(zhì)的溫度和壓力同時(shí)高于其臨界溫度和臨界壓力時(shí)，則稱其處于超臨界狀態(tài)。超臨界狀態(tài)不同于氣態(tài)和液態(tài)，它具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)。超臨界水是超臨界流體的一種。當(dāng)溫度高于374. 1°C，壓力高于22. 12MI^時(shí)(本文所述壓力均為絕對(duì)壓力，下同)，水處于超臨界狀態(tài)，其性質(zhì)發(fā)生了很大的改變。例如，在非超臨界狀態(tài)下，堿金屬或堿土金屬氫氧化物或堿金屬或堿土金屬碳酸鹽在水中通常具有良好的溶解性，但在接近超臨界態(tài)和超臨界狀態(tài)的水中，它們的溶解度將急劇降低，以致于能從其水溶液中析出來，鹽在超臨界中的溶解度大大降低。此外，超臨界狀態(tài)下水的介電常數(shù)降低，極性減弱，這使得它更接近于有機(jī)物，因此對(duì)有機(jī)質(zhì)具有良好的溶解作用，同時(shí)它也具有優(yōu)異的傳質(zhì)能力，是一種理想的反應(yīng)介質(zhì)。本發(fā)明涉及一種污泥處理方法，該方法包括將污泥在水的亞臨界或超臨界狀態(tài)下進(jìn)行液化反應(yīng)，由此得到油品。所述水的亞臨界或超臨界狀態(tài)是指溫度為330 480°C、 壓力為15 30MPa。所述作為原料的污泥不受特別的限定，可以為直接來自工廠、醫(yī)院或市政等的污泥，但優(yōu)選在進(jìn)行反應(yīng)前對(duì)其進(jìn)行凈化。例如首先將來自工廠、醫(yī)院或市政等的污泥進(jìn)行凈化，以除去其中的無機(jī)物質(zhì)，然后將凈化后的污泥用于液化反應(yīng)。凈化可采用任何公知的方法，例如重力沉降除砂。優(yōu)選含有鐵、鈷、鎳、鉬中的至少一種元素的污泥。另外，對(duì)于本申請(qǐng)發(fā)明中作為原料而使用的污泥而言，其中水的含量不受特別限定，但通常優(yōu)選的水含量為65 99wt%，可以通過常規(guī)的方法對(duì)污泥的水含量進(jìn)行調(diào)節(jié)。在上述的溫度和壓力的特定條件下，污泥中的水處于亞臨界或超臨界狀態(tài)，對(duì)污泥中的其它成分發(fā)生作用，使得污泥中的有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)等開始發(fā)生熱解、重整、變換等的化學(xué)反應(yīng)，從而轉(zhuǎn)化成氣體、液體的油品以及固體物。另外，在污泥中本身含有鐵、鈷、 鎳、鉬等的金屬元素的情況下，這些金屬元素或它們的化合物也具有一定的催化作用，由此進(jìn)一步加強(qiáng)了污泥在該條件下的液化收率。在上述的方法中，如上所述，污泥中的有機(jī)物質(zhì)通過在上述特定的條件下的分解和重整，大部分轉(zhuǎn)化成具有高附加值的液態(tài)產(chǎn)物，即油品。另外，上述方法中，作為污泥液化的原料即污泥成分中的組分例如水、無機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)，不受特別限定，但優(yōu)選所述固態(tài)污泥的濃度為1 35wt%。根據(jù)需要，也可以在進(jìn)行污泥液化反應(yīng)之前向污泥中加入另外水或除去污泥中的部分水來調(diào)節(jié)污泥的濃度。上述污泥液化反應(yīng)中，反應(yīng)溫度進(jìn)一步優(yōu)選380 450°C，以提高液態(tài)產(chǎn)物即油品的收率。反應(yīng)時(shí)間可根據(jù)具體的實(shí)際情況來確定，但優(yōu)選液化反應(yīng)時(shí)間為1 60分鐘，進(jìn)一步優(yōu)選為5 15分鐘。上述本發(fā)明的污泥處理方法中，其中污泥液化后所得到的產(chǎn)物包含油品、固體殘?jiān)?、水分和合成氣。產(chǎn)物經(jīng)冷卻、分離后，由油品分別得到石腦油、汽柴油和燃料油。石腦油通常為一部分石油輕餾分的泛稱，蒸餾餾程在30 200°C，在本發(fā)明所述的方法中，污泥液化過程產(chǎn)生的化學(xué)組分多為烴類物質(zhì)，與石油清餾分接近，故用石腦油來定義其中的輕組分。同樣的原因，餾程在200 370°C的組分定義為汽柴油；沸點(diǎn)在370°C以上的組分定義為燃料油。此處所述的冷卻為冷卻到室溫。所述分離可為通常的分離手段，例如蒸餾切割、 精餾精制、凈化等。另外，在上述污泥液化反應(yīng)中，可以根據(jù)需要加入催化劑，由此進(jìn)一步提高污泥轉(zhuǎn)化為油品的收率。上述污泥當(dāng)中大多本身含有的鐵、鈷、鎳或鉬等的金屬元素或它們的化合物，在該工藝狀況下，也具有一定的催化作用，由此進(jìn)一步加強(qiáng)了污泥在該條件下的液化收率。此外，本發(fā)明還涉及采用上述污泥處理方法處理污泥的應(yīng)用。本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，通過將污泥在特定的條件下進(jìn)行液化反應(yīng)，得到富含各種油的油品， 該方法不但可對(duì)污泥進(jìn)行了減量化處理及無害化處理，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了污泥廢物的資源化利用。超臨界水或亞臨界水由于具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，大大地提高了傳質(zhì)和傳熱速率，污泥原料在這種條件下，反應(yīng)速度大大加快，且有利于生成液體油品。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下，申請(qǐng)人參照附圖1對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。但本發(fā)明并不限于該方式。首先，將來自市政、醫(yī)院或工廠(例如化工廠等)的原始污泥原料進(jìn)行凈化，然后將其加入到反應(yīng)系統(tǒng)中。該反應(yīng)系統(tǒng)可包括反應(yīng)器和換熱器或加熱器，污泥在反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行液化反應(yīng)，反應(yīng)后得到的產(chǎn)物包括氣體、液體和固體，然后進(jìn)入分離系統(tǒng)以進(jìn)行分離，經(jīng)過分離系統(tǒng)后，氣體、液體、固體得以分離。其中氣體可燃燒放熱，并將釋放的能量輸送給反應(yīng)系統(tǒng)，或者分離出的H2循環(huán)回到液化反應(yīng)器參與進(jìn)行液化反應(yīng)，H2既可源自液化時(shí)產(chǎn)生的合成氣，也可另外補(bǔ)充；作為上述分離后得到固體物可以作為建筑采用等使用。而得到的液體經(jīng)過進(jìn)一步處理，可得到化學(xué)品。上述污泥處理方法中，污泥液化反應(yīng)具體步驟如下所示。首先對(duì)液化反應(yīng)器進(jìn)行加熱、加壓，使反應(yīng)溫度為330-480°C、優(yōu)選380-450°C，反應(yīng)壓力為15_30Mpa，在這樣的溫度和壓力條件下，水處于亞臨界或超臨界狀態(tài)。在上述反應(yīng)條件下，污泥開始發(fā)生熱解、重整、變換等化學(xué)反應(yīng)，在污泥中本身含有鐵、鈷、鎳、鉬等金屬元素的情況下，這些元素或這些元素的化合物也具有一定的催化作用，由此可進(jìn)一步加強(qiáng)污泥的液化收率?？刂品磻?yīng)時(shí)間為1 60分鐘、優(yōu)選5 15分鐘。生成包含油品(該油品在反應(yīng)條件下為氣態(tài))在內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物，并副產(chǎn)合成氣和殘?jiān)?。將油品加入到冷卻裝置中進(jìn)行冷卻分離，得到液態(tài)的油品和氣態(tài)的合成氣。再將得到的液態(tài)油品進(jìn)行分離，例如蒸餾，切取合適的餾分，最終獲得石腦油、汽柴油和燃料油。而合成氣則可用于其它工業(yè)用途，例如用于配制管道煤氣，或者， 可以從該合成氣中回收氫氣，并將回收的氫氣返回到反應(yīng)器中作為原料使用。殘?jiān)?jīng)過進(jìn)一步處理可以作為建筑材料來使用。實(shí)施例以下通過舉出實(shí)施例來進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。但本發(fā)明并不限定于這些實(shí)施例。在此需要說明的是，實(shí)施例中的污泥均為鄭州市的市政污泥，其污泥的分析如表1所示。其他地區(qū)的市政污泥具有類似的組成。表1污泥的工業(yè)分析和元素分析
權(quán)利要求
1.一種通過將污泥液化來制備油品的污泥處理方法，其包括以下步驟通過將污泥在水的亞臨界或超臨界狀態(tài)下進(jìn)行液化反應(yīng)，得到油品。
2.如權(quán)利要求1所述的污泥處理方法，其中，所述水的亞臨界或超臨界狀態(tài)是指溫度為3；30 480°C、壓力為I5 30MPa。
3.如權(quán)利要求1或2所述的污泥處理方法，其中，所述污泥為將來自工廠或市政的污泥進(jìn)行凈化后而得到的污泥。
4.如權(quán)利要求1-3的任一項(xiàng)所述的污泥處理方法，其中，所述污泥中含有鐵、鈷、鎳、鉬中的至少一種元素。
5.如權(quán)利要求1 4的任一項(xiàng)所述的污泥處理方法，其中，所述污泥的水含量為65 99wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5的任一項(xiàng)所述的污泥處理方法，其中所述液化反應(yīng)的溫度為 380 450O。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6的任一項(xiàng)所述的污泥液化方法，其中，液化反應(yīng)的時(shí)間為1 60分鐘，優(yōu)選為5 15分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7的任一項(xiàng)所述的污泥處理方法，其中，所述油品包含石腦油、汽柴油和燃料油。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8所述的污泥處理方法，將所述油品冷卻、分離后，分別得到石腦油、汽柴油和燃料油。
10.權(quán)利要求1 9所述的污泥處理方法在處理污泥的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過將污泥液化來制備油品的污泥處理方法，其包括以下步驟通過將污泥在水的亞臨界或超臨界狀態(tài)下進(jìn)行液化反應(yīng)，得到油品。此外，本發(fā)明還涉及采用上述污泥處理方法處理污泥的應(yīng)用。
文檔編號(hào)C10G1/00GK102557366SQ20121000388
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者宋慶峰, 宋成才, 張玉寶, 曹雅琴, 杜娟, 田文堂, 程樂明, 谷蔚, 趙曉, 高志遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:新奧科技發(fā)展有限公司