申请日2015.07.24
公开(公告)日2015.11.25
IPC分类号C10G1/00; C09K17/00; C02F11/10; C10B53/00
摘要
一种微波辅助催化快速热解污泥制备生物油及土壤改良剂的方法，包括以下步骤：(1)按碳化硅球形颗粒:HZSM-5球形催化剂=1:1～1:2的质量比，称取碳化硅球形颗粒、HZSM-5球形催化剂，混合均匀加入石英反应釜中;(2)将石英反应釜置于微波裂解仪器中，加热至450～600?℃，搅拌速度为60-100?r/min，逐渐添加干燥污泥粉末，将产生的蒸汽冷凝，得到棕色液体产物生物油，并收集固体残渣作土壤改良剂。本发明工艺简单，裂解快速，所得裂解燃油芳香烃含量高，可以达到55%以上，其中包括萘、对二甲苯、1，3，5-三甲苯、1-甲基萘、和茚等重要化工原料，所得固体残渣中P,Ca,K和Mg的含量很高，可以作为土壤改良剂提高土壤肥沃度。
权利要求书
1.一种微波辅助催化快速热解污泥制备生物油及土壤改良剂的方法，其特征是包括以下步骤：
(1)按碳化硅球形颗粒:HZSM-5球形催化剂=1:1～1:2的质量比，称取碳化硅球形颗粒、HZSM-5球形催化剂，混合均匀加入石英反应釜中;
(2)将石英反应釜置于微波裂解仪器中，加热至450～600℃，搅拌速度为60-100r/min，逐渐添加干燥污泥粉末，将产生的蒸汽冷凝，得到棕色液体产物生物油，并收集固体残渣作土壤改良剂。
2.根据权利要求1所述的微波辅助催化快速热解污泥制备生物油及土壤改良剂的方法，其特征是所述的碳化硅球形颗粒直径为5mm-20mm。
3.根据权利要求1所述的微波辅助催化快速热解污泥制备生物油及土壤改良剂的方法，其特征是所述的HZSM-5球形催化剂颗粒直径为5mm-20mm，Si/C=20-40，比表面积380-450m2/g。
4.根据权利要求1所述的微波辅助催化快速热解污泥制备生物油及土壤改良剂的方法，其特征是所述的干燥污泥粉末包括城市废水处理厂的污泥，通过80±1℃温度下干燥72h，粉碎后过2mm筛。
说明书
一种微波辅助催化快速热解污泥制备生物油及土壤改良剂的方法
技术领域
本发明属于生物质能源转化技术领域。
背景技术
随着对环境保护的关注和城市的扩张，随着如何有效应对日益增长的污水，污泥成为一个至关重要的问题。污泥中含有大量的重金属(如As、Cd、Cr、Hg、Pb、Cu、Zn、Ni)、病毒、致病菌、虫卵和难降解有毒有机物等特点，若不正确处理，很容易对环境造成严重的二次污染。对污泥的处置问题各国政府都明确要求遵循减量化、稳定化、资源化、无害化的原则。
利用热解技术处理污水污泥是一种可资源化的优良工艺，日益受到广泛关注，具有广阔的发展空间。但是由于污泥成分的复杂性，热解油中含氧化合物及含氮化合物较多，且成分复杂，很难进行利用，合理经济地提高污泥热解的气、液、固三相产物的品质成为急需解决的问题。
传统热解工艺中阻碍生物油品质及产率提高的关键因素之一为升温速率慢，导致反应物长时间停留低温状态。微波吸收材料的加入改变了原料的升温行为，解决了传统微波质热解追求快速升温导致的“热点”负效应、能强化微波能量的高效传递和吸收，突破加热过程中的热传导效率低的瓶颈，大幅降低热损失。微波加热相比传统加热在生物质热解中的具有诸多优点，但在微波辅助裂解污泥的研究过程中始终没有发现较好的选择性催化剂，提高裂解生物油成分的单一性，并减少裂解生物油中含氧含氮化合物的含量。
发明内容
本发明的目的一种微波辅助催化快速热解污泥制备生物油及土壤改良剂的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种微波辅助催化快速热解污泥制备生物油及土壤改良剂的方法，包括以下步骤。
(1)按碳化硅球形颗粒:HZSM-5球形催化剂=1:1～1:2的质量比，称取碳化硅球形颗粒、HZSM-5球形催化剂，混合均匀加入石英反应釜中。
(2)将石英反应釜置于微波裂解仪器中，加热至450～600℃，搅拌速度为60-100r/min，逐渐添加干燥污泥粉末，将产生的蒸汽冷凝，得到棕色液体产物生物油，并收集固体残渣作土壤改良剂。
本发明所述的碳化硅球形颗粒直径为5mm-20mm。
本发明所述的HZSM-5球形催化剂颗粒直径为5mm-20mm，Si/C=20-40，比表面积380-450m2/g。
本发明所述的干燥污泥粉末包括城市废水处理厂的污泥，通过80±1℃温度下干燥72h，粉碎后过2mm筛。
本发明具有以下优点。
1、工艺简单，裂解快速，所得裂解燃油芳香烃含量高，可以达到55%以上，其中包括萘、对二甲苯、1，3，5-三甲苯、1-甲基萘、和茚等重要化工原料，所得固体残渣中P，Ca，K和Mg的含量很高，可以作为土壤改良剂提高土壤肥沃度。
2、HZSM-5催化剂有良好的稳定性，可以多次重复使用。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
实施例1。
将500g球形碳化硅(直径5mm)、500gHZSM-5球形催化剂(直径5mm，Si/C=20，比表面积380m2/g)加入带有机械搅拌，冷凝管的三口石英瓶中，置于微波裂解仪中，固定功率升温至450℃，机械搅拌60r/min，逐渐添加500g干燥过筛的污泥粉，30min添加完毕，继续保持450℃催化裂解无馏分生成，微波裂解得到生物油130g，固体残渣(土壤改良剂)271g，GC-MS分析，裂解燃油中芳香烃类含量达到达60.7%。
实施例2。
将500g球形碳化硅(直径10mm)、1000gHZSM-5球形催化剂(直径10mm，Si/C=30，比表面积405m2/g)加入带有机械搅拌，冷凝管的三口石英瓶中，置于微波裂解仪中，固定功率升温至550℃，机械搅拌60r/min，逐渐添加500g干燥过筛的污泥粉，30min添加完毕，继续保持550℃催化裂解无馏分生成，微波裂解得到生物油136g，固体残渣(土壤改良剂)268g，GC-MS分析，裂解燃油中芳香烃类含量达到达61.8%。
实施例3。
将500g球形碳化硅(直径10mm)、500gHZSM-5球形催化剂(直径10mm，Si/C=30，比表面积405m2/g)加入带有机械搅拌，冷凝管的三口石英瓶中，置于微波裂解仪中，固定功率升温至450℃，机械搅拌70r/min，逐渐添加500g干燥过筛的污泥粉，30min添加完毕，继续保持450℃催化裂解无馏分生成，微波裂解得到生物油141g，固体残渣(土壤改良剂)265g，GC-MS分析，裂解燃油中芳香烃类含量达到达57.3%。
实施例4。
将500g球形碳化硅(直径10mm)、1000gHZSM-5球形催化剂(直径10mm，Si/C=30，比表面积405m2/g)加入带有机械搅拌，冷凝管的三口石英瓶中，置于微波裂解仪中，固定功率升温至600℃，机械搅拌80r/min，逐渐添加500g干燥过筛的污泥粉，30min添加完毕，继续保持600℃催化裂解无馏分生成，微波裂解得到生物油132g，固体残渣(土壤改良剂)270g，GC-MS分析，裂解燃油中芳香烃类含量达到达60.2%。
实施例5。
将500g球形碳化硅(直径20mm)、1000gHZSM-5球形催化剂(直径20mm，Si/C=40，比表面积450m2/g)加入带有机械搅拌，冷凝管的三口石英瓶中，置于微波裂解仪中，固定功率升温至600℃，机械搅拌100r/min，逐渐添加500g干燥过筛的污泥粉，30min添加完毕，继续保持600℃催化裂解无馏分生成，微波裂解得到生物油133g，固体残渣(土壤改良剂)272g，GC-MS分析，裂解燃油中芳香烃类含量达到达58.1%。