基于水熱碳化和微波快速熱解的污泥綜合處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于水熱碳化和微波快速熱解的污泥綜合處理方法，包括污泥水熱碳化和微波快速熱解兩大步驟。水熱碳化用于污泥前期預(yù)處理，可以解決污泥高水分低熱值的難點(diǎn)，在源頭上提高污泥的能量品位；通過將水熱碳化反應(yīng)后的污泥碳進(jìn)行微波快速熱解，獲得較好產(chǎn)率的液體燃料和可燃?xì)怏w，固體殘余焦炭可用于工業(yè)原料，從而實(shí)現(xiàn)污泥高效低污染能源資源化處置。本發(fā)明資源利用程度高，清潔環(huán)保，運(yùn)行成本低，是一種快速處理污泥的方法，應(yīng)用前景較廣。
【專利說明】基于水熱碳化和微波快速熱解的污泥綜合處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種污泥處理方法，尤其涉及一種基于水熱碳化和微波快速熱解的污泥綜合處理方法。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003]城市化進(jìn)程加快、工業(yè)快速發(fā)展，帶來了大量的城市污水污泥與工業(yè)污泥。污泥成分復(fù)雜，含重金屬和病原微生物等，必須進(jìn)行妥善地處理，才能防止對(duì)環(huán)境造成二次污染。因此，在可持續(xù)發(fā)展的新世紀(jì)，尋求污泥的無害化、減量化和資源化處置方法和技術(shù)已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。
[0004]污泥現(xiàn)有的處理技術(shù)主要有填埋、堆肥和熱處理三大技術(shù)。熱處置技術(shù)主要分為直接焚燒和熱解氣化兩種，與直接焚燒相比快速熱解技術(shù)可以產(chǎn)生氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的燃料，并具有無害化徹底、資源化充分和二次污染小等特點(diǎn)?？焖贌峤膺^程中，如何快速升溫是實(shí)現(xiàn)快速熱解的關(guān)鍵因素。微波加熱方式的出現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)快速熱解提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
[0005]微波的體加熱方式廣泛應(yīng)用于電介質(zhì)材料的加熱。與傳統(tǒng)加熱相比，材料粒徑不受約束，能量聚集在有限空間里面，均一的內(nèi)部加熱，具有加熱均勻、時(shí)間短和效率高的特點(diǎn)。同時(shí)微波加熱易于控制，快速啟停、設(shè)備簡單、技術(shù)成熟、成本低，有益于其大規(guī)模的工業(yè)使用。雖然微波快速熱解技術(shù)在生物質(zhì)熱解取得了一些進(jìn)展，然而由于污泥含水率過高、熱值低以及灰分含量高的特點(diǎn)，使得微波熱解技術(shù)在污泥熱處置進(jìn)展緩慢。
[0006]水熱碳化技術(shù)是將物料與水按一定比例混合放入反應(yīng)釜中，在一定的溫度(180?300 V )、壓力(1.400?27.6MPa)和反應(yīng)時(shí)間(4?24h)條件下進(jìn)行的水熱反應(yīng)，以固體產(chǎn)物炭為最終目標(biāo)產(chǎn)物。從反應(yīng)條件上而言，與水熱氣化和水熱液化相比，水熱碳化所需要的溫度和壓力都較低，反應(yīng)條件相對(duì)較溫和；從能量密度上而言，水熱生物炭品質(zhì)接近于褐煤和泥炭可作為復(fù)合固體燃料，可用于熱解或直接燃燒。國內(nèi)外研究學(xué)者認(rèn)為，生物質(zhì)水熱碳化必將作為生物質(zhì)資源向高能量密度燃料的轉(zhuǎn)化技術(shù)之一。
[0007]水熱碳化用于污泥前期預(yù)處理，可以解決污泥高水分低熱值的難點(diǎn)；通過將污泥水熱碳化轉(zhuǎn)化為固體產(chǎn)物焦炭進(jìn)行微波快速熱解，獲得較好的焦炭、焦油和可燃?xì)怏w的產(chǎn)率，從而實(shí)現(xiàn)污泥高效低污染能源化利用。將水熱碳化與微波快速熱解聯(lián)合能源化處理污泥的研究未見相關(guān)報(bào)道，因此本發(fā)明提出基于水熱碳化和微波快速熱解污泥綜合處理方法。
[0008]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有污泥熱處理快速升溫的技術(shù)缺陷和污泥含水率過高的不足，提出一種基于水熱碳化和微波快速熱解的污泥綜合處理方法，實(shí)現(xiàn)污泥無害化、減量化和資源化處置。
[0010]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
基于水熱碳化和微波快速熱解污泥綜合處理方法，包括如下步驟:
(1)將存儲(chǔ)倉脫水污泥送至污泥預(yù)熱系統(tǒng)；
(2)污泥預(yù)熱后，利用漿液泵送入污泥水熱碳化反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng)，得到水熱碳化產(chǎn)物；
(3)將得到的水熱碳化產(chǎn)物用過濾機(jī)進(jìn)行固液分離，得到水熱裂解過濾液和固體產(chǎn)物，水熱裂解過濾液進(jìn)入污泥預(yù)熱系統(tǒng)管道，預(yù)熱脫水污泥；分離的固體產(chǎn)物進(jìn)行機(jī)械脫水，得到水熱污泥碳；
(4)水熱裂解過濾液預(yù)熱脫水污泥后，進(jìn)入降壓降溫罐，得到氣態(tài)產(chǎn)物，隨后送進(jìn)燃?xì)馐胰紵?，?jīng)過凈化處理后排放到大氣中；
(5)機(jī)械脫水后的水熱污泥碳送至微波快速熱解反應(yīng)裝置，經(jīng)過快速熱解得到氣固液三相產(chǎn)物:焦油、可燃?xì)怏w和熱解固體殘余焦炭。
[0011]熱解固體殘?jiān)缓琋a、Mg金屬可用于制作土壤改良劑或者工業(yè)吸附劑原料；其他產(chǎn)物送入氣液分離裝置分離得到可燃?xì)怏w焦油，可燃?xì)怏w送至燃燒室燃燒，用于能量回收，發(fā)電或者供熱；得到的焦油可用于工業(yè)使用。
[0012]脫水污泥經(jīng)過水熱碳化時(shí)，發(fā)生脫水、縮聚、芳構(gòu)化等反應(yīng)，使得污泥的脫水性能得到提升；碳化后的污泥中的揮發(fā)分含量降低，而固定碳增多，同時(shí)0/C和Η/C分子比降低，使得水熱污泥碳熱值得到提升，在能量品位上接近褐煤。隨后使用微波對(duì)水熱污泥碳進(jìn)行快速熱解，制取焦油和可燃?xì)怏w，實(shí)現(xiàn)污泥無害化徹底、資源化充分處置，并且二次污染小。
[0013]作為優(yōu)選的，步驟(1)中的脫水污泥的含水率約為7(T80wt%，污泥預(yù)熱系統(tǒng)將污泥預(yù)熱至80?140 °C，預(yù)熱系統(tǒng)的加熱溫度為130?160 °C。
[0014]作為優(yōu)選的，步驟(2)中所述反應(yīng)的反應(yīng)溫度為18(Γ300 V,反應(yīng)壓力為1.4?lOMPa，反應(yīng)時(shí)間為0.5_2h。
[0015]作為優(yōu)選的，步驟(2)中水熱碳化反應(yīng)釜通入氮?dú)?，以保持反?yīng)在惰性氣氛中進(jìn)行。
[0016]作為優(yōu)選的，步驟(2)中水熱碳化反應(yīng)釜的攪拌速度為10(T300rpm。
[0017]作為優(yōu)選的，步驟(3)中水熱裂解過濾液溫度為17(T250 °C，經(jīng)過管道輸送與污泥預(yù)熱系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，降低整個(gè)工藝流程的能耗，減少運(yùn)行成本。
[0018]作為優(yōu)選的，步驟(3)中經(jīng)過機(jī)械脫水后的水熱污泥碳的含水率為2(T40wt%。
[0019]作為優(yōu)選的，步驟(4)中的燃?xì)馐覝囟葹?5(T850 °C。
[0020]作為優(yōu)選的，步驟(5)中的微波快速熱解反應(yīng)裝置溫度為60(T800 °C。步驟(5)中得到的焦油用于工業(yè)使用，可燃?xì)怏w用于燃?xì)馐胰紵a(chǎn)生電能或熱能，熱解殘?jiān)糜诠I(yè)吸附劑和土壤改良劑的原料
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，在污泥無害化、減量化和資源化處置上具有明顯的效果:本發(fā)明基于水熱碳化和微波快速熱解污泥綜合處理方法，在微波快速熱解污泥處置之前增加了水熱碳化反應(yīng)的工序，可在源頭上提高污泥的能量品位，因而克服了污泥含水率過高和熱值低的缺點(diǎn)，減少了微波熱解裝置的能耗；再者，本發(fā)明充分利用水熱反應(yīng)后的過濾液加熱污泥預(yù)熱系統(tǒng)，同時(shí)經(jīng)過燃燒室燃燒可燃?xì)怏w可通過發(fā)電和供熱等形式回收能量用于系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，不需要外部的燃料或能量甚至可以對(duì)外提供電能或熱量，產(chǎn)生的焦油和殘余焦炭可用于工業(yè)使用原料，資源化程度高、運(yùn)行成本低，最后，熱解處理二次污染少，病原體微生物得到完全滅絕，重金屬有效的固定的熱解殘?jiān)?，無害化處理、清潔環(huán)保。
[0021]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的基于水熱碳化和微波快速熱解污泥綜合處理方法的工藝流程圖。
[0023]

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，對(duì)于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。
[0025]以下實(shí)施例的操作步驟如圖1所示。
[0026]實(shí)施例1:
(1)將質(zhì)量為100g，含水率約為76.2wt%的脫水污泥，送至污泥預(yù)熱系統(tǒng)預(yù)熱至90 V ；
(2)預(yù)熱后的污泥經(jīng)過泵送入污泥水熱碳化反應(yīng)釜進(jìn)行水熱碳化反應(yīng)，水熱反應(yīng)溫度為180 °C，自生壓力2.2MPa，反應(yīng)時(shí)間0.5h，轉(zhuǎn)速120 rpm，并通入氮?dú)庖员ＷC反應(yīng)在惰性氣氛中進(jìn)行；
(3)將得到的水熱碳化產(chǎn)物用過濾機(jī)進(jìn)行固液分離。水熱裂解過濾液(170V )進(jìn)入污泥預(yù)熱系統(tǒng)管道，預(yù)熱脫水污泥；分離的固體進(jìn)行機(jī)械脫水，得到水熱污泥碳36.9g，含水率為37.6 wt% ；
(4)水熱裂解過濾液預(yù)熱脫水污泥后，進(jìn)入降壓降溫罐(低于0.15Mpa，低于85 V ) ’得到氣態(tài)產(chǎn)物。隨后送進(jìn)燃?xì)馐胰紵齘75°C )，經(jīng)過凈化處理后排放到大氣中；
(5)機(jī)械脫水后的水熱污泥碳送至微波快速熱解反應(yīng)裝置，微波熱解溫度為650V’經(jīng)過快速熱解得到氣固液三相產(chǎn)物:焦油、可燃?xì)怏w和固體殘余焦炭。三者的產(chǎn)率分別為
16.3%、19.6% 和 64.1%。
[0027]實(shí)施例2:
(1)將質(zhì)量為100g，含水率約為76.2wt%的脫水污泥，送至污泥預(yù)熱系統(tǒng)預(yù)熱至110
V ；
(2)預(yù)熱后的污泥經(jīng)過泵送入污泥水熱碳化反應(yīng)釜進(jìn)行水熱碳化反應(yīng)，水熱反應(yīng)溫度為220 °C,自生壓力4.5MPa，反應(yīng)時(shí)間1.0h，轉(zhuǎn)速150 rpm，并通入氮?dú)庖员ＷC反應(yīng)在惰性氣氛中進(jìn)行；
(3)將得到的水熱碳化產(chǎn)物用過濾機(jī)進(jìn)行固液分離。水熱裂解過濾液(200V )進(jìn)入污泥預(yù)熱系統(tǒng)管道，預(yù)熱脫水污泥；分離的固體進(jìn)行機(jī)械脫水，得到水熱污泥碳33.2g，含水率 31.2wt% ；
(4)水熱裂解過濾液預(yù)熱脫水污泥后，進(jìn)入降壓降溫罐(低于0.15Mpa，低于85 °C )，得到氣態(tài)產(chǎn)物。隨后送進(jìn)燃?xì)馐胰紵?700°C )，經(jīng)過凈化處理后排放到大氣中；
(5)機(jī)械脫水后的水熱污泥碳送至微波快速熱解反應(yīng)裝置，微波熱解溫度為700V’經(jīng)過快速熱解得到氣固液三相產(chǎn)物:焦油、可燃?xì)怏w和固體殘余焦炭。三者的產(chǎn)率分別為18.1%、25.6% 和 56.3%。
[0028]實(shí)施例3: (1)將質(zhì)量為100g，含水率約為76.2wt%的脫水污泥，送至污泥預(yù)熱系統(tǒng)預(yù)熱至125
V ；
(2)預(yù)熱后的污泥經(jīng)過泵送入污泥水熱碳化反應(yīng)釜進(jìn)行水熱碳化反應(yīng)，水熱反應(yīng)溫度為250 °C,自生壓力7.5MPa，反應(yīng)時(shí)間1.5h，轉(zhuǎn)速200 rpm，并通入氮?dú)庖员ＷC反應(yīng)在惰性氣氛中進(jìn)行；
(3)將得到的水熱碳化產(chǎn)物用過濾機(jī)進(jìn)行固液分離。水熱裂解過濾液(230V )進(jìn)入污泥預(yù)熱系統(tǒng)管道，預(yù)熱脫水污泥；分離的固體進(jìn)行機(jī)械脫水，得到水熱污泥碳31.3g，含水率 27.5wt%,；
(4)水熱裂解過濾液預(yù)熱脫水污泥后，進(jìn)入降壓降溫罐(低于0.15Mpa，低于85 V ) ’得到氣態(tài)產(chǎn)物。隨后送進(jìn)燃?xì)馐胰紵?730°C )，經(jīng)過凈化處理后排放到大氣中；
(5)機(jī)械脫水后的水熱污泥碳送至微波快速熱解反應(yīng)裝置，微波熱解溫度為750V’經(jīng)過快速熱解得到氣固液三相產(chǎn)物:焦油、可燃?xì)怏w和固體殘余焦炭。三者的產(chǎn)率分別為21.6%, 32.7% 和 45.7%。
[0029]實(shí)施例4:
(1)將存儲(chǔ)倉脫水污泥將質(zhì)量為100g，含水率約為76.2wt%的脫水污泥，送至污泥預(yù)熱系統(tǒng)預(yù)熱至140 V ；
(2)預(yù)熱后的污泥經(jīng)過泵送入污泥水熱碳化反應(yīng)釜進(jìn)行水熱碳化反應(yīng)，水熱反應(yīng)溫度為300 °C,自生壓力9.5MPa，反應(yīng)時(shí)間2.0h，轉(zhuǎn)速250 rpm，并通入氮?dú)庖员ＷC反應(yīng)在惰性氣氛中進(jìn)行；
(3)將得到的水熱碳化產(chǎn)物用過濾機(jī)進(jìn)行固液分離。水熱裂解過濾液(270V )進(jìn)入污泥預(yù)熱系統(tǒng)管道，預(yù)熱脫水污泥；分離的固體進(jìn)行機(jī)械脫水，得到水熱污泥碳29.lg，含水率 22.3wt% ；
(4)水熱裂解過濾液預(yù)熱脫水污泥后，進(jìn)入降壓降溫罐(低于0.15Mpa，低于85 °C )，得到氣態(tài)產(chǎn)物。隨后送進(jìn)燃?xì)馐胰紵?800°C )，經(jīng)過凈化處理后排放到大氣中；
(5)機(jī)械脫水后的水熱污泥碳送至微波快速熱解反應(yīng)裝置，微波熱解溫度為800V’經(jīng)過快速熱解得到氣固液三相產(chǎn)物:焦油、可燃?xì)怏w和固體殘余焦炭。三者的產(chǎn)率分別為24.2%, 34.6% 和 41.2%。
[0030]從上述實(shí)施例可知，本發(fā)明制備焦油的油產(chǎn)率約為:15?25%。
[0031]氣體產(chǎn)率約為:2(Γ35%，富含CO、H2、CH4、C2H4、C2H6和CxHy等可燃?xì)怏w。
[0032]固體殘余焦炭產(chǎn)率約為:40?65%，含有3丨、0&、六1、1%和似等金屬，可用于工業(yè)吸附劑和土壤改良劑的原料。
[0033]本發(fā)明中，氣體產(chǎn)率=100%-焦油產(chǎn)率-殘余焦炭產(chǎn)率。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于水熱碳化和微波快速熱解的污泥綜合處理方法，其特征在與，包括以下步驟: (1)將存儲(chǔ)倉脫水污泥送至污泥預(yù)熱系統(tǒng)； (2)污泥預(yù)熱后，利用漿液泵送入污泥水熱碳化反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng)，得到水熱碳化產(chǎn)物； (3)將得到的水熱碳化產(chǎn)物用過濾機(jī)進(jìn)行固液分離，得到水熱裂解過濾液和固體產(chǎn)物，水熱裂解過濾液進(jìn)入污泥預(yù)熱系統(tǒng)管道，預(yù)熱脫水污泥；分離的固體產(chǎn)物進(jìn)行機(jī)械脫水，得到水熱污泥碳； (4)所述水熱裂解過濾液預(yù)熱脫水污泥后，進(jìn)入降壓降溫罐，得到氣態(tài)產(chǎn)物，隨后送進(jìn)燃?xì)馐胰紵?jīng)過凈化處理后排放到大氣中； (5)機(jī)械脫水后的水熱污泥碳送至微波快速熱解反應(yīng)裝置，經(jīng)過快速熱解得到氣固液三相產(chǎn)物:焦油、可燃?xì)怏w和熱解固體殘余焦炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱碳化和微波快速熱解的污泥綜合處理方法，其特征在于步驟(I)中的脫水污泥的含水率約為7(T80wt%，污泥預(yù)熱系統(tǒng)將污泥預(yù)熱至8(Γ140°C，預(yù)熱系統(tǒng)的加熱溫度為13(Tl60 °C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱碳化和微波快速熱解的污泥綜合處理方法，其特征在于，步驟(2)中所述反應(yīng)的反應(yīng)溫度為18(Γ300 V，反應(yīng)壓力為LflOMPa，反應(yīng)時(shí)間為0.5~2h0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱碳化和微波快速熱解的污泥綜合處理方法，其特征在于，步驟(2)中水熱碳化反應(yīng)釜通入氮?dú)?，以保持反?yīng)在惰性氣氛中進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱碳化和微波快速熱解的污泥綜合處理方法，其特征在于，步驟(2)中水熱碳化反應(yīng)釜的攪拌速度為10(T300rpm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱碳化和微波快速熱解的污泥綜合處理方法，其特征在于，步驟(3)中水熱裂解過濾液溫度為17(T250 °C，經(jīng)過管道輸送與污泥預(yù)熱系統(tǒng)進(jìn)行熱交換。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱碳化和微波快速熱解的污泥綜合處理方法，其特征在于,步驟(3)中經(jīng)過機(jī)械脫水后的水熱污泥碳的含水率為2(T40wt%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱碳化和微波快速熱解的污泥綜合處理方法，其特征在于步驟(4)中的燃?xì)馐覝囟葹?5(T850°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱碳化和微波快速熱解的污泥綜合處理方法，其特征在于步驟(5)中的微波快速熱解反應(yīng)裝置溫度為60(T80(TC。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水熱碳化和微波快速熱解的污泥綜合處理方法，其特征在于步驟(5)中得到的焦油用于工業(yè)使用，可燃?xì)怏w用于燃?xì)馐胰紵a(chǎn)生電能或熱能，熱解殘?jiān)糜诠I(yè)吸附劑和土壤改良劑的原料。
【文檔編號(hào)】C02F11/18GK104355519SQ201410588644
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】馬曉茜, 林有勝, 彭曉為 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)