[发明专利]一种利用超临界水氧化污泥的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于化工和环境工程领域，涉及一种利用超临界水氧化污泥的方法和装置。

背景技术

污泥特别是城市市政污泥的处理是重要的环境课题。目前采用填埋法和焚烧法处理。但是，填埋处理会占用一定的填埋空间，并且由于污泥中存在重金属和可能的有害微生物，可能会污染地下水体。焚烧技术是目前国内外普遍采用的针对有机物的处理技术，但是高温燃烧容易产生二噁英、氮氧化物等有毒物质，造成二次污染。此外，对于高水含量的污泥处理，焚烧设施的投入和运营成本较高。

SCWO(超临界水氧化)技术是20世纪80年代中期由美国学者Mode11首先提出的新型污水污泥处理方法。它就是利用超临界水的特性，在温度、压力高于水的临界温度和压力(374℃，22.1MPa)的条件下以超临界水作为反应介质，水中的有机物与氧化剂发生强烈的氧化反应，最后彻底氧化成CO₂、N₂、H₂O以及盐类等无毒小分子化合物，在超临界情况下使发生在液相或固相的有机物和气相O₂之间的多相反应转化为在超临界水中的均相反应。

目前现有的污泥超临界处理技术主要是超临界水完全氧化技术，通过氧化将污泥中的有机物完全转化为二氧化碳和水。此方法具有环境友好的特点，但是含碳物质的能量无法得到利用。

因此，亟需新的超临界处理污泥或污泥浆的方法和装置，能够有效利用污泥中有机质的能量同时可以避免可燃气体被氧化，并且保障处理后出水合格；同时具有环境友好、反应速度快、设备占地面积小、成本低、易于规模化处理等优势。

发明内容

本发明人经过深入的研究和创造性的劳动，得到了一种超临界处理污泥或污泥浆的方法和装置。本发明人发现，本发明可以有效利用污泥或污泥浆中的有机质产生可燃气体，将可燃气体分离出来得到高压可燃气体，对分离得到的不合格出水进行完全氧化反应。避免可燃气体被氧化，减少了加氧量，降低成本，得到高压可燃气体的同时得到合格出水。同时，本发明具有环境友好、反应速度快、设备占地面积小、成本低、易于规模化处理等优势。由此提供了下述发明：

本发明的一个方面涉及一种利用超临界水氧化污泥的方法，包括如下步骤：

将污泥进行部分氧化，得到包含可燃气体的反应后物料；和

将所述反应后物料中的可燃气体进行分离，得到可燃气体，并得到含有有机质的液体物料以及固体物料。所述含有有机质的液体物料与固体物料可以是混在一起的，也可以是相互分离的。

根据本发明任一项所述的方法，其中，所述部分氧化的反应温度为374-700℃，压力为22.1-35MPa，并且氧化剂的用量为污泥有机质耗氧量的0.5-30％(w/w)。

根据本发明任一项所述的方法，其中，所述部分氧化反应的温度为500-650℃，压力为23-30MPa，并且氧化剂的用量为污泥有机质耗氧量的2-15％(w/w)。

在本发明的一个实施方案(称之为“一步法”)中，涉及部分氧化反应的装置，其如图1所示，其中，1-预热器；2-部分氧化反应器；3-高压分离器；4-气液分离器。其中：

污泥浆经过预热器1后，达到350-500℃，向预热后的污泥浆中加入氧化剂，污泥浆和氧化剂混合后进入部分氧化反应器2进行部分氧化反应，反应生成部分氧化产物。反应产物经过初步降温(例如通过预热原料或者其它换热形式降温)后进入高压分离器3，反应产物中的可燃气体与其他物料分离，溶解有CO₂的其他物料经过气液分离器4后，实现CO₂与固液残渣的分离。产生的气体可以通过深冷分离、膜分离等分离方式，将H₂、CH₄进行进一步分离。

反应产生的可燃气体混合物可以通过深冷分离、吸附分离等方式进行进一步分离，也可以用于燃烧发电等。

反应后产物的热量可用来预热污泥浆，反应达到稳定态后热量可以达到平衡，无需另外加入热量；

高压分离器温度＜31℃；

可燃气体包括CH₄、H₂及极少量CO。

根据本发明任一项所述的方法，还包括如下步骤：

将含有有机质的液体物料分离出来；和

用足量氧化剂对分离得到的含有有机质的液体物料进行完全氧化。