專利名稱：污泥處理方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種污泥處理方法及其應用，具體而言，涉及包括將污泥在一定溫度和壓力的條件下進行液化而制備油品的污泥處理方法、及該方法在污泥處理的應用。
背景技術：
近年來，我國市政污泥的產生量不斷加大，根據《關于全國城鎮污水處理設施2010 年第四季度建設和運行情況的通報》，截止2010年底，我國城鎮污水處理量達343億立方米，污水處理過程中產生的污泥量也大幅度增加。2010年全國污泥生產量約為2199萬噸， 每天產生污泥6. 02萬噸。按照目前的發展速度，到2015年年末，我國污泥年產量至少將到達沈15萬噸，日產污泥約7. 2萬噸。污泥的減量化處理和合理利用已經是十分嚴重的問題。通常，市政污泥未經處理前含水量高達99%，經過壓濾等干化處理后含水量約為 80%，且含有重金屬(如Co、Pb、Ni等)。污泥的有機成分中含有大量的蛋白質、脂肪、礦物油、洗滌劑、腐殖質、細菌以及細菌的各級代謝產物，其中也包含了寄生蟲或卵、微生物、一些工業用高分子材料的殘渣、廢油漆、各種有機溶劑的殘余、有機物的焦或者是不完全分解物。污泥的一般處理方法是填埋和焚燒，存在諸多問題。例如，傳統的污泥焚燒處理方案，大都是先將污泥收集和脫水干燥處理后再加入大量的可燃物引燃，放入焚燒爐中進行焚燒。這種焚燒方式一方面因污泥熱值較低，且水分含量大，致使爐膛溫度低，燃燒不充分可回收的熱量也少，所以通常還與煤、石油焦等熱值更高的燃料摻混燃燒，燃燒后還會有較多燃燒不充分的固體殘渣，同時尾氣當中含有大量硫氧化物、氮氧化物以及二噁英類有毒有害氣體，對大氣、人體健康均產生不良影響。后來人們開發了污泥氣化的方法，將有機質轉化為H2、CH4、C0、a)2等氣體，進一步
分離可得化工原料。在中國專利申請CN1405103A中，公開了一種污泥的處理方法，其主要采用的技術為將在傳統的污泥處理工藝中的化學氧化替換為濕式氧化，目的在于將污泥中的有機質氧化為CO2A2或氮氧化物，使脫水性能大大改善、同時還可以除去有機物的毒性。但沒有實現有機質的有效利用。在中國專利申請CN101705105A中，公開了一種生物質液化油及其制備方法，其公開內容是將污泥熱解、得到生物質液化油的方法。該方法主要是采用高溫將污泥熱解、由此而得到生物質液化油，但在該方法中采用的是常壓，因此污泥中的有機物質的利用率極其低，并且操作過程需要在還原性氣氛或惰性氣氛中進行，增加了運行成本和操作難度。另外，其工藝的停留時間長，單位時間的處理能力低。因此，目前迫切需要一種將污泥中的有機物質轉化成油品而進行更充分地有效利用、同時能耗比較小的方法
發明內容
為了解決上述問題，本發明的發明人進行了深入研究，結果發現，通過將污泥在特定的溫度和壓力下使其進行反應，可將污泥中的有機物質制備成油品，油品收率高，從而不僅減少了污泥的量，而且還充分地將污泥中的有機物質進行充分再利用，實現了廢物的資源化利用。此外，本發明的優勢還在于反應時間非常短，且工藝過程不需要還原性氣氛或惰性氣氛保護、同時本發明的方法的能耗比較小，有利于在工業上的應用，由此達到了本申請發明所要實現的目的。眾所周知，物質可以固態、液態、氣態和超臨界狀態等狀態存在，物質所處的狀態取決于它的溫度、壓力、密度、組成等狀態參數。當物質的溫度和壓力同時高于其臨界溫度和臨界壓力時，則稱其處于超臨界狀態。超臨界狀態不同于氣態和液態，它具有特殊的物理化學性質。超臨界水是超臨界流體的一種。當溫度高于374. 1°C，壓力高于22. 12MI^時(本文所述壓力均為絕對壓力，下同)，水處于超臨界狀態，其性質發生了很大的改變。例如，在非超臨界狀態下，堿金屬或堿土金屬氫氧化物或堿金屬或堿土金屬碳酸鹽在水中通常具有良好的溶解性，但在接近超臨界態和超臨界狀態的水中，它們的溶解度將急劇降低，以致于能從其水溶液中析出來，鹽在超臨界中的溶解度大大降低。此外，超臨界狀態下水的介電常數降低，極性減弱，這使得它更接近于有機物，因此對有機質具有良好的溶解作用，同時它也具有優異的傳質能力，是一種理想的反應介質。本發明涉及一種污泥處理方法，該方法包括將污泥在水的亞臨界或超臨界狀態下進行液化反應，由此得到油品。所述水的亞臨界或超臨界狀態是指溫度為330 480°C、 壓力為15 30MPa。所述作為原料的污泥不受特別的限定，可以為直接來自工廠、醫院或市政等的污泥，但優選在進行反應前對其進行凈化。例如首先將來自工廠、醫院或市政等的污泥進行凈化，以除去其中的無機物質，然后將凈化后的污泥用于液化反應。凈化可采用任何公知的方法，例如重力沉降除砂。優選含有鐵、鈷、鎳、鉬中的至少一種元素的污泥。另外，對于本申請發明中作為原料而使用的污泥而言，其中水的含量不受特別限定，但通常優選的水含量為65 99wt%，可以通過常規的方法對污泥的水含量進行調節。在上述的溫度和壓力的特定條件下，污泥中的水處于亞臨界或超臨界狀態，對污泥中的其它成分發生作用，使得污泥中的有機物質和無機物質等開始發生熱解、重整、變換等的化學反應，從而轉化成氣體、液體的油品以及固體物。另外，在污泥中本身含有鐵、鈷、 鎳、鉬等的金屬元素的情況下，這些金屬元素或它們的化合物也具有一定的催化作用，由此進一步加強了污泥在該條件下的液化收率。在上述的方法中，如上所述，污泥中的有機物質通過在上述特定的條件下的分解和重整，大部分轉化成具有高附加值的液態產物，即油品。另外，上述方法中，作為污泥液化的原料即污泥成分中的組分例如水、無機物質和有機物質，不受特別限定，但優選所述固態污泥的濃度為1 35wt%。根據需要，也可以在進行污泥液化反應之前向污泥中加入另外水或除去污泥中的部分水來調節污泥的濃度。上述污泥液化反應中，反應溫度進一步優選380 450°C，以提高液態產物即油品的收率。反應時間可根據具體的實際情況來確定，但優選液化反應時間為1 60分鐘，進一步優選為5 15分鐘。上述本發明的污泥處理方法中，其中污泥液化后所得到的產物包含油品、固體殘渣、水分和合成氣。產物經冷卻、分離后，由油品分別得到石腦油、汽柴油和燃料油。石腦油通常為一部分石油輕餾分的泛稱，蒸餾餾程在30 200°C，在本發明所述的方法中，污泥液化過程產生的化學組分多為烴類物質，與石油清餾分接近，故用石腦油來定義其中的輕組分。同樣的原因，餾程在200 370°C的組分定義為汽柴油；沸點在370°C以上的組分定義為燃料油。此處所述的冷卻為冷卻到室溫。所述分離可為通常的分離手段，例如蒸餾切割、 精餾精制、凈化等。另外，在上述污泥液化反應中，可以根據需要加入催化劑，由此進一步提高污泥轉化為油品的收率。上述污泥當中大多本身含有的鐵、鈷、鎳或鉬等的金屬元素或它們的化合物，在該工藝狀況下，也具有一定的催化作用，由此進一步加強了污泥在該條件下的液化收率。此外，本發明還涉及采用上述污泥處理方法處理污泥的應用。本發明的效果根據本發明，通過將污泥在特定的條件下進行液化反應，得到富含各種油的油品， 該方法不但可對污泥進行了減量化處理及無害化處理，同時也實現了污泥廢物的資源化利用。超臨界水或亞臨界水由于具有特殊的物理化學性質，大大地提高了傳質和傳熱速率，污泥原料在這種條件下，反應速度大大加快，且有利于生成液體油品。


圖1是本發明的一個具體實施方式
的示意圖。
具體實施例方式以下，申請人參照附圖1對本發明的實施方式進行詳細說明。但本發明并不限于該方式。首先，將來自市政、醫院或工廠(例如化工廠等)的原始污泥原料進行凈化，然后將其加入到反應系統中。該反應系統可包括反應器和換熱器或加熱器，污泥在反應系統進行液化反應，反應后得到的產物包括氣體、液體和固體，然后進入分離系統以進行分離，經過分離系統后，氣體、液體、固體得以分離。其中氣體可燃燒放熱，并將釋放的能量輸送給反應系統，或者分離出的H2循環回到液化反應器參與進行液化反應，H2既可源自液化時產生的合成氣，也可另外補充；作為上述分離后得到固體物可以作為建筑采用等使用。而得到的液體經過進一步處理，可得到化學品。上述污泥處理方法中，污泥液化反應具體步驟如下所示。首先對液化反應器進行加熱、加壓，使反應溫度為330-480°C、優選380-450°C，反應壓力為15_30Mpa，在這樣的溫度和壓力條件下，水處于亞臨界或超臨界狀態。在上述反應條件下，污泥開始發生熱解、重整、變換等化學反應，在污泥中本身含有鐵、鈷、鎳、鉬等金屬元素的情況下，這些元素或這些元素的化合物也具有一定的催化作用，由此可進一步加強污泥的液化收率。控制反應時間為1 60分鐘、優選5 15分鐘。生成包含油品(該油品在反應條件下為氣態)在內的反應產物，并副產合成氣和殘渣。將油品加入到冷卻裝置中進行冷卻分離，得到液態的油品和氣態的合成氣。再將得到的液態油品進行分離，例如蒸餾，切取合適的餾分，最終獲得石腦油、汽柴油和燃料油。而合成氣則可用于其它工業用途，例如用于配制管道煤氣，或者， 可以從該合成氣中回收氫氣，并將回收的氫氣返回到反應器中作為原料使用。殘渣經過進一步處理可以作為建筑材料來使用。實施例以下通過舉出實施例來進一步詳細說明本發明。但本發明并不限定于這些實施例。在此需要說明的是，實施例中的污泥均為鄭州市的市政污泥，其污泥的分析如表1所示。其他地區的市政污泥具有類似的組成。表1污泥的工業分析和元素分析
權利要求
1.一種通過將污泥液化來制備油品的污泥處理方法，其包括以下步驟通過將污泥在水的亞臨界或超臨界狀態下進行液化反應，得到油品。
2.如權利要求1所述的污泥處理方法，其中，所述水的亞臨界或超臨界狀態是指溫度為3；30 480°C、壓力為I5 30MPa。
3.如權利要求1或2所述的污泥處理方法，其中，所述污泥為將來自工廠或市政的污泥進行凈化后而得到的污泥。
4.如權利要求1-3的任一項所述的污泥處理方法，其中，所述污泥中含有鐵、鈷、鎳、鉬中的至少一種元素。
5.如權利要求1 4的任一項所述的污泥處理方法，其中，所述污泥的水含量為65 99wt%。
6.根據權利要求1 5的任一項所述的污泥處理方法，其中所述液化反應的溫度為 380 450O。
7.根據權利要求1 6的任一項所述的污泥液化方法，其中，液化反應的時間為1 60分鐘，優選為5 15分鐘。
8.根據權利要求1 7的任一項所述的污泥處理方法，其中，所述油品包含石腦油、汽柴油和燃料油。
9.根據權利要求1 8所述的污泥處理方法，將所述油品冷卻、分離后，分別得到石腦油、汽柴油和燃料油。
10.權利要求1 9所述的污泥處理方法在處理污泥的應用。
全文摘要
本發明涉及一種通過將污泥液化來制備油品的污泥處理方法，其包括以下步驟通過將污泥在水的亞臨界或超臨界狀態下進行液化反應，得到油品。此外，本發明還涉及采用上述污泥處理方法處理污泥的應用。
文檔編號C10G1/00GK102557366SQ20121000388
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者宋慶峰, 宋成才, 張玉寶, 曹雅琴, 杜娟, 田文堂, 程樂明, 谷蔚, 趙曉, 高志遠 申請人:新奧科技發展有限公司