[发明专利]市政污泥超临界热解制备生物油的方法

说明书

技术领域

本发明是关于固体废弃物处理的，尤其涉及市政污泥超临界热解制备生物油的方法。

背景技术

目前，污泥处理方法主要有农用、填埋和焚烧，随着传统处理方法弊端的逐渐显露，污泥资源化利用途径日益得到重视，其中污泥热解液化技术得到了很好的发展。有机废物的热解液化是一种资源化方法，目的主要是得到最大产率和最高热值的液体燃料。污水污泥与大部分有机废物相同，含有大量易挥发性有机物，通过热解可以将污泥中储存的能量，以燃料的形式释放出来。由前述论述可知，污泥热解液化技术是一种充分利用污泥中有机物质含量高的特点开发出的新技术，不仅可以处理大量的污泥，达到无害化、减量化的目的，而且可以产生大量的液体燃料和有吸附作用的固体半焦，以实现经济效益和社会效益的同步增长。

现有污泥油化技术可以分为两种方法：低温热解法和直接热化学液化法。

（a）污泥低温热解制油

低温热解制油通过在无氧的条件下加热污泥干燥至一定温度(<500℃)，由于干馏和热分解作用使污泥转化为油、反应水、不凝性气体(NCG)和炭四种可燃性产物。

有关污泥低温热解技术的最早报道可追溯到1939年的一项法国专利，在该专利中Shibata首次阐明了污泥的热解处理工艺。到上世纪70年代，德国的科学家Bayer和Kutubuddin对该工艺进行了深入研究，开发了污泥低温热解工艺。

热解过程在微正压、热解温度为250-500℃，缺氧的条件下进行，停留一定时间，污泥中的有机物通过热裂解转化为气体，经冷凝后得到热解油。污泥热解油主要由脂肪族、烯族及少量其他类化合物组成。通过比较污泥及其衍生油与石油的烃类图谱，Bayer认为污泥转化为油的过程是一系列生物质脱氨、水和二氧化碳反应的综合，与石油的形成过程类似，油的来源主要是污泥中的脂肪和蛋白质。证明了该技术处理污泥的可行性。

1986年，在澳大利亚的Perth和Sydney建立起第二代试验厂，其实验结果为大规模污泥低温热解油化技术的开发提供了大量的数据和经验。90年代末，第一座商业化的污泥炼油厂在澳大利亚的Perth的Subiaco污水处理厂建成，处理规模为每天处理25吨干污泥，每吨干污泥可产出200～300升与柴油类似的燃料和半吨烧结炭，该专利工艺为Enersludge工艺。Frost研究表明产生的油类热值较高，有很好的市场应用前景。

（b）污泥直接液化油化技术

此法是将经过机械脱水的污泥(含水率约为70％-80％)，在N₂环境下在250-340℃温度加压热水中，以碳酸钠作催化剂，污泥中有近50％的有机物能通加水分解、缩合、脱氢、环化等一系列反应转化为低分子油状物，得到的重油产物用萃取剂进行分离收集。重油产品的组成和性质取决于催化剂的装填与反应温度。反应过程可得到热值约为33MJ/kg的液体燃料，收率可达50％左右(以干燥有机物为基准)，同时产生大量不凝性气体和固体残渣。

污泥直接热化学液化技术的源头，可追溯到1913年德国人F.Bergius进行的高温高压（400-450℃，20MPa）加氢，从煤或煤焦油得到液体燃料的实验。1980年以后，美国首先将该技术的工艺框架应用于污泥处理，并于80年代中期发表了研究报告，以后其他国家也开始进行这方面的研究，使该技术的工艺过程逐渐定型。

Ching-Yuan Chang等对活性污泥、消化污泥和油漆污泥进行了热解处理，产油率分别为31.4％、11.0％和14.0％，可见污泥的种类不同，产油率也不同。Gasco的研究表明油产量主要取决于污泥中粗脂肪的含量。Shen的研究表明未经消化的原始污泥适合污泥液化，尤其是原始初污泥和原始混合污泥，其产油率比其他污泥高出8％。

污泥液化的操作条件对直接热化学液化过程影响很大，比如反应温度、停留时间、加温速率等。Isabel Fonts报道，反应温度很大程度上影响油产量，在不添加催化剂，停留时间2h的条件下，从300℃开始，油产量不发生变化．若添加催化剂，300℃以上，油产量有一些提高．这说明油的产生主要发生在300℃时．油产率随着停留时问而增加，温度越高，停留时间的影响越小。Shen报道，加热速率的影响只是在较低的热解温度下才有很重要的作用(如在450℃)；而在较高的热解温度下，加热速率的影响可以忽略不计(如在650℃)。在450℃时，更高的加热速率，使热解效率更高，会产生更多的液态成分和气态成分的量，而降低了固态剩余物的量。