[发明专利]一种两段式污泥处理的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于处理污泥的两段式污泥处理方法和系统，具体地，涉及在超临界水条件下污泥气化制合成气并通过部分氧化气化产物以实现自热式污泥气化的目的的气体方法及系统。

背景技术

超临界水是指温度和压力均高于其临界点(T≥374.15℃，P≥22.12MPa)的特殊状态的水。超临界水兼具液态和气态水的性质，该状态下只有少量的氢键存在，介电常数近似于有机溶剂，具有高的扩散系数和低的粘度。在足够高的压力下，有机物、氧气能按任意比例与超临界水互溶，从而使非均相反应变为均相反应，大大减少了传热、传质的阻力，并且无机物特别是盐类在超临界水中的溶解度极低，容易将其分离出来。

近年来，随着经济的快速发展带动了城市化进程的加快，城市污水处理量也越来越大，污水处理后产生的污泥数量随之增加，仅以一个中小城市为例，一个污水处理厂产生的活性污泥每天达到100吨以上，而且这个数量还在不断增长，大城市的水处理污泥数量就更多了。因城市污泥的急剧增加而又无法处理掉，给城市的环境带来了严重的污染，也给城市建设设置了很大的障碍，水处理污泥成为城市发展的瓶颈之一。经测试，城市污水处理后的污泥的热值达5～15MJ/kg左右，具有很高的热值，从污泥当中回收能量，不仅解决了环境污染问题，回收的热量还可以发电或生产低压蒸汽，将污泥变废为宝，实现无害化、减量化、资源化利用的目的。

传统的污泥焚烧处理方案，大都是先将污泥收集和脱水干燥处理后再加入大量的可燃物引燃，放入焚烧炉中进行焚烧。这种焚烧方式一方面因污泥热值较低，且水分含量大(污泥当中大约含有80％左右的水分，这些水分一部分存在于生物质细胞内，另外还有相当一部分与污泥沉降过程产生的絮凝剂紧密地结合在一起，形成絮凝剂水合物，这部分水分在空气当中放置数天也很难去除其中的水分，即便在100℃恒温烘箱内仍需要5小时以上，在实际利用污泥气化时由于能量密度低难以得到高效的利用)，致使炉膛温度低，燃烧不充分可回收的热量也少，所以通常还与煤、石油焦等热值更高的燃料掺混燃烧，燃烧后还会有较多燃烧不充分的固体残渣，同时尾气当中含有大量硫氧化物、氮氧化物以及二噁英类有毒有害气体，对大气、人体健康均产生不良影响。

污泥等有机质的超临界水气化技术是利用水在超临界状态下所具有的特殊性质，使有机物在超临界水介质中迅速发生反应来彻底分解有机物，最终生成CH₄、H₂、CO、CO₂等气体，合成气经进一步分离可作化工原料或燃料。

污泥本身含有一定量的无机盐类化合物，如钠盐、钾盐等，这些无机盐对气化过程起到一定的催化作用，气化过程可不必额外补充催化剂即能很好地气化污泥当中的有机质，获得氢气、甲烷富集的有效气体。

通常情况下，污水处理厂在污水处理过程中经絮凝沉降后产生的泥浆经带式过滤机过滤后，污泥的浓度为20％左右，此时的污泥呈膏状，没有流动性，并且污泥的粒度分布较宽，部分有机质如纤维素等难以研磨。工业当中处理污泥需要进一步稀释和研磨，使其具有良好的流动性和稳定性，进而以泥浆的形式泵送进入工艺装置再进行进一步处理。适当提高泥浆的温度可以降低流体物料的粘度，提高流体输送的稳定性。

二氧化碳作为一种温室气体，对大气、环境产生越来越严重的影响。碳排放已成为世界各国关注的焦点问题。二氧化碳捕集技术是近几年科学家研究的热点问题之一。但由于化工生产过程中，尾气及工艺装置的复杂性，CO₂的有效捕集是一个非常困难的问题。专利“CN101544419A一种超临界水氧化处理含有有机物污水或污泥的方法及装置”提到了气液分离装置采用串联的第一级气液分离装置和第二级气液分离装置，通过第一级气液分离装置，分出气体经减压阀或经微型汽轮机排入大气，分出的液体为CO₂和水的混合液，混合液再减压或经小型水轮机至第二级气液分离装置，分离出的二氧化碳气体，再经压缩成商品液体二氧化碳，但该专利没有提出明确的工艺条件，具体的分离过程没有明确指出，并且从工艺分离的方法上与本发明也有明显不同。

一般的气化过程，尽管大部分有机质可以被气化生成合成气，但也有一定量的有机质转化为了液态化学品(常温常压条件下)，如烃类、烷基烃类、芳烃类、酚类等有机化合物，在气化废水排放环节因为液体当中COD(化学需氧量)、TOC(总有机碳)等参数过高而难以达不到国家排放标准。当前的比较典型的工艺如鲁奇炉气化过程，直接从气化炉排出的废水COD一般10000mg/L以上，产生多种复杂的烃类、芳烃类化合物，后续废水处理工艺复杂，处理成本高。