申请日2012.11.06
公开(公告)日2013.02.20
IPC分类号C02F11/10; C10J3/00; C10G1/00; C10B53/00
摘要
本发明提供了一种热裂解污泥制备裂解油和合成气的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在干基有机质含量大于60%的脱水处理或风干后的污泥中均匀混入活性炭和热裂解催化剂;(2)将得到的混合物装载入微波加热装置中，在惰性气体氛围下，微波加热进行热裂解反应;(3)将热裂解反应产生的气体通入冷凝器，收集裂解油和水，同时收集非凝结气体作为合成气。本发明可以快速完成污泥的热裂解，与传统的热传导加热污泥热裂解相比，大大缩短了污泥热裂解时间，并节省了能量消耗;同时，可生成更多的裂解油和合成气，生成的污泥基活性炭可循环利用，几乎无废物和污染物排放。
权利要求书
1.一种热裂解污泥制备裂解油和合成气的方法，其特征在于，包括如下步 骤：
(1)在干基有机质含量大于60%的脱水处理或风干后的污泥中均匀混入活 性炭和热裂解催化剂;
(2)将得到的混合物装载入微波加热装置中，在惰性气体氛围下，微波加 热进行热裂解反应;
(3)将热裂解反应产生的气体通入冷凝器，收集裂解油和水，同时收集非 凝结气体作为合成气。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热裂解催化剂为选自CaO、 Ni2O3、γ-Al2O3中的1种或2种以上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热裂解催化剂的用量为 污泥重量的2-10%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活性炭为选自椰子壳活 性炭、竹子活性炭、污泥经热裂解后产生的污泥残渣中的1种或2种以上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活性炭的用量为污泥重 量的5-20%。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于，使用的微波频 率为2450MHz±50MHz。
说明书
一种热裂解污泥制备裂解油和合成气的方法
技术领域
本发明属于化学工程技术领域，具体涉及一种热裂解污泥制备裂解油和合 成气的方法。
背景技术
污泥热裂解技术是在无空气或氧气缺乏的氛围条件下加热使污泥中的有机 物发生化学裂解，生成生物油(裂解油)、水、合成气(非凝结气体，以CO和 H2为主)和污泥基活性炭(即污泥热裂解残渣)的技术，可实现污泥的全部资源 化利用，几乎无污染物排放。
近30年来，污泥热裂解技术一直被持续研究，大部分以传统热传导加热方 式为主，主要包括流化床热裂解、固定床热裂解、回转窑热裂解和电炉热裂解 等技术，并且这些技术在美国、日本和德国等发达国家已有工程实践。然而， 污泥热裂解传统加热技术产生的生物油中有较高含量的多环芳烃(PAHs)，其具 有半挥发性、生物累积性和较高毒性。同时，传统加热方式热裂解有机质产生 的合成气中CO和H2的总含量偏低，并且H2/CO摩尔比通常较低。
微波辅助热裂解有诸多优势，如加热迅速、热效率高、加热均匀，并且可 表现出“热点”现象(局部加热的瞬间高温)。研究表明，采用微波热裂解生物 质，有助于合成气产量的提高，且生成的合成气中CO和H2的比例较高;另外， 可以产生更多的生物油，且生物油中PAHs的含量极少。然而由于污泥中微波吸 热物质较少，很难采用微波将其加热到热裂解温度。为了解决该技术问题，专 利文献CN 101798163A报道了一种利用自身热裂解残渣加快含油污泥或污泥微 波热裂解的方法，该方法首先在微波辅助高温热裂解条件下获得污泥热裂解残 渣，该残渣具有良好的吸收微波性能，然后将获得的热裂解残渣与污泥按重量 比0.5-5%混合，再对污泥进行热裂解。此外，专利文献CN 101838094A报道了 一种油田含油污泥微波热裂解资源化处理方法及装置，该方法及装置的主要目 的是将含油污泥热裂解，获得的污泥热裂解残渣作为路基材料，或利用硝酸或 氢氧化钠对污泥热裂解残渣进行改性，改性后的残渣作为吸附材料。然而，为 使微波热裂解污泥技术更具经济可行性，还有待于对上述技术作进一步改进， 在制备污泥基活性炭的同时，尽量提高生物油和合成气的产量和质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污泥微波快速热裂解资源化处理方法。
为实现上述目的，本发明将城市生活污泥与吸波材料活性炭和热裂解催化 剂均匀混合后，送入微波加热装置中，在惰性反应氛围条件下通过微波加热快 速升温进行热裂解，将热裂解产生的水/裂解油混合体与非凝结气体进行分离和 回收。
具体而言，本发明是一种热裂解污泥制备裂解油和合成气的方法，其特征 在于，包括如下步骤：
(1)在干基有机质含量大于60%的脱水处理或风干后的污泥(含水率范围 一般为10%-85%)中均匀混入活性炭和热裂解催化剂;
(2)将得到的混合物装载入微波加热装置中，在惰性气体氛围下，微波加 热进行热裂解反应;
(3)将热裂解反应产生的气体通入冷凝器，收集裂解油和水，同时收集非 凝结气体作为合成气。
活性炭具有良好的吸收微波性能，在污泥中混入活性炭可缩短污泥热裂解 的反应时间，实现污泥的快速热裂解。而且污泥热裂解的速度越快，生成的裂 解油和合成气越多，因而加入活性炭使微波热裂解污泥技术更具经济可行性。 对活性炭的种类没有特别限制，可选自椰子壳活性炭、竹子活性炭、污泥经热 裂解后产生的污泥残渣中的1种或2种以上，用量一般为污泥重量的5-20%。
热裂解催化剂的作用为：(1)提高污泥升温速率，加速热裂解反应;(2) 提高裂解油、合成气(主要成分为H2、CO和CH4)相对于污泥基活性炭的比率; (3)调节裂解油和合成气的组成成分。热裂解催化剂可选自CaO、Ni 2O3、γ-Al2O3中的1种或2种以上，用量一般为污泥重量的2-10%。不同的催化剂所起的作用 有所不同：CaO可提高合成气产量，并提高H2的相对含量，因而可提高合成气的 质量;Ni2O3可提高污泥升温速率，提高裂解油和合成气的生成量，并增加污泥 基活性炭的比表面积;γ-Al2O3则可提高合成气的产量。
为了保持惰性反应氛围，优选在微波加热开始前先向微波加热装置中通入 惰性气体(例如氮气)以置换原有微波加热装置中的空气，同时在加热反应开 始后保持每公斤污泥1-3L/分钟的惰性气体流量。
微波加热装置优选采用2450MHz±50MHz的微波作为输入能量。在微波加热 过程中，污泥在100-400℃升温阶段的平均升温速率在30℃/分钟以上，裂解油 和合成气主要生成在100-350℃升温阶段，微波加热的最终温度可升至600℃以 上。为获得污泥基活性炭，一般保持污泥温度在600℃以上10-20分钟。
水/裂解油混合体与非凝结气体的分离方法一般为：将微波加热污泥产生的 热裂解气体经冷凝装置降温至50℃以下，将产生的水/裂解油混合体与非凝结气 体分别回收。
热裂解反应生成的污泥基活性炭可经活化处理后用作商业低品质活性炭， 也可经研磨后过筛，再次用作吸波材料添加到污泥中辅助污泥的热裂解。
本发明可以在30-50分钟内快速完成污泥的热裂解，与传统的热传导加热 污泥热裂解相比，大大缩短了污泥热裂解时间，并节省了能量消耗;同时，可 生成更多的裂解油和合成气，生成的污泥基活性炭可循环利用，几乎无废物和 污染物排放。因而，本发明大大提高了污泥热裂解的经济可行性和技术可行性， 有望成为污泥无害化处理的重要替代技术。