申请日2015.10.14
公开(公告)日2016.02.03
IPC分类号C10G1/00; C10B53/00; C10B53/02; C02F11/10
摘要
本发明提供了一种提升污泥热解油品质的方法，其将污泥与废弃生物质以及催化剂按1:(1.0～1.5):(0.01～0.05)重量比混合，置于氮气保护下的固定床反应器中，按一定的升温程序分段热解，逐步升温到550℃，生成的气体在冷凝装置中冷凝，所得热解油产率及品质高于相同条件下纯污泥热解油，分别为：产油率(无水基)35%～45%、低位热值30～35MJ/kg、粘度15～18mm2/g。本发明利用废弃生物质与污泥共热解，充分利用废弃生物质和污泥各自热解的优点，互相取长补短，提升污泥热解油品质，解决了两种废弃物的环境污染问题，实现了两种废弃物的清洁、高效资源化利用。
权利要求书
1.一种提升污泥热解油品质的方法，其特征在于：将污泥、废弃生物质和催化剂按1:1.0～1.5:0.01～0.05的重量比混合，置于氮气保护下的固定床反应器中，按一定升温程序分段热解，逐步升温到终温550℃，生成的气体在冷凝装置中冷凝，即获得比纯污泥热解油品质更高的热解油。
2.根据权利要求1所述的一种提升污泥热解油品质的方法，其特征在于：所述升温程序为：首先以20℃/min的升温速度从室温升温到275℃，恒温10分钟;再以20℃/min的升温速度从275℃升温到450℃，恒温10分钟，再以20℃/min的升温速度从450℃升温到终温550℃，恒温20分钟。
3.根据权利要求1或2所述的一种提升污泥热解油品质的方法，其特征在于：所述污泥为城市废水处理站的过滤污泥，其含水分10～ 15wt%，颗粒大小为小于1mm;所述废弃生物质为花生壳、水葫芦、稻壳、稻秆、芦苇叶和甘蔗渣中的一种或多种，颗粒大小为小于1mm;所述催化剂为牡蛎壳灰，颗粒大小为小于0.1mm。
说明书
一种提升污泥热解油品质的方法
技术领域
本发明涉及一种废弃物治理及资源化利用的方法，尤其涉及一种利用废弃生物质与污泥共热解提升污泥热解油品质的方法。
背景技术
环境污染和能源危机已经成为当今社会存在的两大问题，受到了社会各界的广泛关注。如何在满足能源需求的同时，又能保护人类赖以生存的地球环境成为当下科研的热点之一。而城市废水处理站的污泥(简称污泥)作为一种成分复杂，排放量巨大，环境毒性强的污水净化副产物，对其进行减量化、稳定化、资源化、无害化的处理受到了国内外的共同关注。与传统的焚烧、填埋、做建筑填料、堆肥等处理方法相比，热解技术处理污泥有着明显的优势。污泥热解不但可以产生液体油和可燃气体，同时所含重金属钝化，并且二噁英生成量明显减少，大大减少了污泥处理过程的二次污染。污泥热解油与石油存在很多相似的性质，可作为燃料或其他化学品，因而近年来受到研究者的关注。因生产方式的不同热解油的性质变化很大，产率低、酸值较大、含水量高、热值低、粘度大难以输送等特点影响着污泥热解油的应用，也限制了污泥热解技术的发展。
发明内容
本发明的目的在于克服污泥现有热解技术所得热解油粘度较高、酸值较大、产率低的问题，提供一种提升污泥热解油品质的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提升污泥热解油品质的方法，将污泥、废弃生物质和催化剂按1:1.0～1.5:0.01～0.05的重量比混合，置于氮气保护下的固定床反应器中，按一定升温程序分段热解，逐步升温到终温550℃，生成的气体在冷凝装置中冷凝，即获得比纯污泥热解油品质更高的热解油。
所述升温程序为：首先以20℃/min的升温速度从室温升温到275 ℃，恒温10分钟;再以20℃/min的升温速度从275℃升温到450℃，恒温10分钟，再以20℃/min的升温速度从450℃升温到终温550℃，恒温20分钟。
所述污泥为城市废水处理站的过滤污泥，其含水分10～15wt%，颗粒大小为小于1mm;所述废弃生物质为花生壳、水葫芦、稻壳、稻秆、芦苇叶和甘蔗渣中的一种或多种，颗粒大小为小于1mm;所述催化剂为牡蛎壳灰，颗粒大小为小于0.1mm。
采用上述技术方案后，本发明方法采用废弃生物质与污泥按适当比例掺混与少量催化剂共热解，利用生物质特有的组成结构改善污泥热解过程。生物质的特点是有机质含量高，热解产物的热值高，但固体产物密度低、易飘飞、难以贮运，而污泥含水高、热值低、液体产物含量低、固体产物密度大，同时粘性大难以输送。将这两种物料按合适的比例混合，则可以取长补短。生物质特有的纤维结构可增加污泥热解过程的孔隙率，减少污泥热解过程的反应阻力;在生物质热解过程中，由于裂解过程链反应过程的快速发生，产生了大量氢自由基、甲基自由基等，使得污泥热解在高温环境下有了较多的链反应引发基团，并且在氢自由基存在的情况下使得惰性气氛中的还原性有所增强，更有利于烷烃和酯类化合物生成，从而提升热解油品质;在共热解过程中添加催化剂，能够选择性地控制热解产物的分布，增加某些特定预期目标产物的产量，抑制某些成分，尤其是酸类的生成，改进热解油的品质。
本发明的优点在于，提升污泥热解油品质的同时，实现了两种废弃物的无害化、资源化利用，达到了环保、废弃物资源化、可持续发展的目的，对我国的经济建设具有重要意义。
本发明的效果在于，利用上述技术方案获得的热解油产油率(无水基)35%～45%、低位热值30～35MJ/kg、粘度15～18mm2/g。GC-MS 分析热解油主要成分可知共热解时含量较高的组分的种类明显减少，只有四大类，说明共热解过程有利于热解油的组成更加单一化，方便后续深加工利用。对比不同种类化合物相对含量可以发现，生物质与污泥的共热解所得热解油较之于污泥单独热解所得的热解油，酯类的含量有明显的提升，因而显著降低了热解油酸值和粘度，为热解油的后续利用提供了便利。
具体实施方式
本发明一种提升污泥热解油品质的方法，通过如下方案实现：
将污泥、废弃生物质和催化剂按1:(1.0～1.5):(0.01～0.05) 的重量比混合，置于氮气保护下的固定床反应器中，按一定的升温程序分段升温热解，最终升温到550℃，生成的气体在冷凝装置中冷凝，即获得比纯污泥热解油品质更高的热解油。
其中：
所用的固定床反应器为φ400×600mm的可编程控温固定床反应器，所说的升温程序具体如下：首先以20℃/min的升温速度从室温升温到275℃，恒温10分钟;再以20℃/min的升温速度从275℃ 升温到450℃，恒温10分钟，再以20℃/min的升温速度从450℃升温到终温550℃，恒温20分钟。
污泥采用城市废水处理站的过滤污泥，其含水分10～15wt%，颗粒大小为小于1mm。
废弃生物质采用花生壳、水葫芦、稻壳、稻秆、芦苇叶和甘蔗渣中的一种或多种，颗粒大小为小于1mm。
催化剂采用牡蛎壳灰，颗粒大小为小于0.1mm。
实施例1：
污泥、花生壳和牡蛎壳灰按1:1.0:0.01的重量比混合，共60g平铺于石英方舟内，置于φ400×600mm固定床反应器中，氮气保护气流量为250mL/min，按前述升温程序分段热解，逐步升温至550℃。生成的气体在冷凝装置中冷凝后获得的热解油产率(无水基) 36.23%、热值为33.08MJ/kg，粘度18.06mm2/g;
实施例2：
污泥、水葫芦和牡蛎壳灰按1:1.2:0.03的重量比混合，共60g平铺于石英方舟内，置于φ400×600mm固定床反应器中，氮气保护气流量为250mL/min，按前述升温程序分段热解，逐步升温至550℃。生成的气体在冷凝装置中冷凝后获得的生物油产率(无水基)39.63%、热值33.58MJ/kg、粘度17.34mm2/g;
实施例3：
污泥、甘蔗渣和牡蛎壳灰按1:1.0:0.01的重量比混合，共60g平铺于石英方舟内，置于φ400×600mm固定床反应器中，氮气保护气流量为250mL/min，按前述升温程序分段热解，逐步升温至550℃。生成的气体在冷凝装置中冷凝后获得的生物油产率(无水基)40.38%、热值34.12MJ/kg、粘度16.17mm2/g;
实施例4：
污泥、芦苇叶和牡蛎壳灰按1:1.0:0.01的重量比混合，共60g平铺于石英方舟内，置于φ400×600mm固定床反应器中，氮气保护气流量为250mL/min，按前述升温程序分段热解，逐步升温至550℃。生成的气体在冷凝装置中冷凝后获得的热解油产率(无水基) 35.13%、热值为30.08MJ/kg，粘度17.03mm2/g;
实施例5：
污泥、稻秆和牡蛎壳灰按1:1.0:0.01的重量比混合，共60g平铺于石英方舟内，置于φ400×600mm固定床反应器中，氮气保护气流量为250mL/min，按前述升温程序分段热解，逐步升温至550℃。生成的气体在冷凝装置中冷凝后获得的生物油产率(无水基)39.82%、热值36.49MJ/kg、粘度16.85mm2/g;
实施例6：
污泥、稻壳和牡蛎壳灰按1:1:0.03的重量比混合，共60g平铺于石英方舟内，置于φ400×600mm固定床反应器中，氮气保护气流量为250mL/min，按前述升温程序分段热解，逐步升温至550℃。生成的气体在冷凝装置中冷凝后获得的生物油产率(无水基)41.63%、热值38.78MJ/kg、粘度15.48mm2/g;
实施例7：
污泥、水葫芦和牡蛎壳灰按1:1.5：0.03的重量比混合，共60g 平铺于石英方舟内，置于φ400×600mm固定床反应器中，氮气保护气流量为250mL/min，按前述升温程序分段热解，逐步升温至550℃。生成的气体在冷凝装置中冷凝后获得的生物油产率(无水基)43.63%、热值34.78MJ/kg、粘度16.88mm2/g;
实施例8：
污泥、花生壳和牡蛎壳灰按1:1.5:0.05的重量比混合，共60g平铺于石英方舟内，置于φ400×600mm固定床反应器中，氮气保护气流量为250mL/min，按前述升温程序分段热解，逐步升温至550℃。生成的气体在冷凝装置中冷凝后获得的生物油产率(无水基)44.67%、热值35.02MJ/kg、粘度15.29mm2/g。