[发明专利]一种在混合溶剂中液化制备生物油的工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护和新能源技术领域，具体涉及一种在混合溶剂中液化制备生物油的工艺方法。

背景技术

随着人口增长和城市化水平的提高，城市污水排放量逐渐增大。在污水处理过程中污泥是不可避免的副产物，中国市政污泥年产量从2200万吨增至3000万吨(2010-2015年)，预计到2020年将突破6000万吨(含水率80％)。如何处理产量不断攀升的污泥已成为制约城市发展和污染城市环境的突出问题。

传统污泥处置方式包括农业利用、焚烧、填埋、投海等，这些方式均会造成不同程度的二次污染，因此存在诸多局限性。污泥自身是一种富含大量有机质的产物，近年来污泥制油技术成为一种前景广泛的污泥资源化处置方式，能在实现污泥减量化、稳定化、无害化的基础上得到和石油特性相似的生物油。这也为解决能源短缺的问题提供了新思路。

目前污泥制油技术主要包括热解和液化。但热解生物油品质不好，包含大量多环芳烃、含氮、含氧碳氢化合物(特别是酰胺和腈化物)，只有少量脂肪族化合物，同时热值较低(LHV,13-18MJ/kg)不利于其作为液体燃料的使用。此外热解需对湿污泥进行干燥预处理，能耗较大是其在实际应用上的又一阻碍。而水热液化正逐渐被视为一种有潜力的污泥制油技术，水热液化生物油因其含氧量低、氢含量高而比热解油具有更高的热值。同时水在液化过程中作为溶剂，不仅节省成本、污染小，更重要的是水作为反应物和反应介质在生物质转化过程中还能消除湿生物质昂贵的干燥过程。但在污泥水热液化制油技术也存在许多缺点，如液化条件对设备的要求较为苛刻、生物油成分复杂、含氧量较高、热值较低，需进一步改性提质后才能应用。而有机溶剂因其较低的临界点、对有机物较高的溶解能力和相对温和的液化条件，受到许多研究生物质液化制油学者的青睐。近年来以超临界流体为代表的绿色化工技术得到快速发展，其中超临界甲醇的操作条件比较温和，能降低对设备的腐蚀能力，而且在作为反应溶剂的同时还能作为甲基化试剂参与反应，同时还具有很好的传质性能及对相对分子质量较大的物质具有良好的溶解性，得到人们的广泛关注。

但在以往关于污泥液化制油的液化溶剂选择中，主要以单一溶剂(水或有机溶剂)为主。而仅以水作为液化溶剂时，自缩合反应增强，生成较多的固体残渣，不利于生物油的生成。仅以纯有机溶剂作为液化溶剂时需要对湿污泥进行干燥预处理，成本也比较高，同时在其使用和回收过程中还会产生环境问题。有机溶剂-水混合溶剂在生物质液化过程中会表现出高效的萃取和热解聚作用，同时还能改善生物油的品质。诸如醇-水混合溶剂曾经被用作湿藻液化制油的溶剂，抑制残渣生成的同时油收率也得到了提高。此外随着醇的添加，生物油中脂肪酸酯含量显著提升，使其具备了作为生物柴油的潜质，同时有机酸含量的降低也削弱了生物油的酸值和腐蚀性。然而，使用甲醇-水混合溶剂用于湿污泥液化制油过程中的实验研究并不多见。

发明内容

本发明针对现有污泥液化制油技术中干燥预处理能耗大、油产率较低、生物油成分复杂、热值较低的问题，提供一种市政湿污泥在混合溶剂中液化制备生物油的方法。该制油方法是直接以市政湿污泥为反应原料，利用助溶剂甲醇和湿污泥中的水对污泥热液化制油过程中的协同效应，提高生物油中脂肪酸酯含量及热值，达到提高生物油产率和油品质的目的，使污泥液化制油技术更贴近于大型工程的实际应用。

本发明采用的技术方案如下：

一种在混合溶剂中液化制备生物油的工艺方法，包括如下步骤：

(1)取70g湿污泥、100ml甲醇或100ml去离子水倒入反应釜内；检查反应釜密封圈有无灰尘和其他异物，如果有异物，应用干净的布料将其擦除，确定无异物后，升高釜体，使反应釜上下部分合闭并对称旋紧螺丝，检查反应釜通气阀是否疏通；

(2)在确定其通气状况良好后，用氮气吹扫反应釜5min排出空气，吹扫完毕关闭反应釜通气阀门，断开氮气并对磁力搅拌器通冷却水；

(3)开启电脑升温程序，设定参数，包括夹套温度，反应温度、反应停留时间和磁力搅拌器转速，使夹套以5.5℃/min的升温速率升温到指定温度，并保持一定反应停留时间；

(4)反应结束后，首先停止反应程序，将夹套和釜内温度设定为0℃，取下夹套并用小功率风扇使反应釜缓慢降温，待反应釜冷却至室温25℃左右时，即可停止冷却；