金属类催化剂在超临界水下直接催化气化污泥制备能源气体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于资源环境领域，具体设及金属类催化剂在超临界水下直接催化气化污 泥制备能源气体的方法。
【背景技术】
[0002] 城市废水污泥是一种重要的可再生生物质，可W用来产生能源气体。与别的可再 生生物质不同，废水污泥如果不做无害化处理，会给环境带来污染。目前常用的污泥处理法 有焚烧法、填埋法、±地利用等方法，该些方法都对生态环境和人类健康具有长期潜在的危 害性。合理地处置、处理、资源化利用污泥，已经成为城市经济发展和可持续性发展的一个 重大问题。利用污泥来制取能源气体，不仅可W解决污泥的环境污染问题，还可W缓解能源 危机。目前对于污泥处理转换成能源的技术主要有污泥生物化学制氨、污泥高温热解制氨、 污泥超临界水气化制氨。污泥生物化学制氨是利用微生物在常温常压下进行酶催化反应可 制得氨气的原理进行的。根据微生物生长所需能源来源，污泥生物化学制氨有3种方法：① 光合生物产氨；②发酵细菌产氨；⑨光合生物与发酵细菌的混合培养产氨。污泥高温热解 制氨的基本原理与生物质热解产氨的基本原理相似，通过热解，污泥中的有机质能够有效 地转化为富氨气体、生物油和热解焦。污泥超临界水气化制氨过程主要利用超临界水介电 常数小、黏度小、扩散系数大及溶解性强的特点，高温高压条件下对有机物进行分解、气化 过程（主要包括蒸气重整反应、水气转换反应和甲烧化反应）从而得到氨气。
[0003] 污泥生物化学制氨虽然是一项符合长远发展的技术，但目前还只限于实验室研 究，实验数据也为短期的实验结果，连续稳定运行期超过一个月W上的研究实例很少。即便 瞬间产氨率较高，长期运行能否获得高产量尚待讨论。所W该方法要达到工业化生产水平 还有很长的路要走，将来的发展和技术上的应用不但取决于研究的进步，而且还有经济因 素等的影响。污泥高温热解制氨也有不足之处：固体体积的减少不如焚烧法减少的多；裂 解产生出来的液态产品的燃烧会产生对环境有害的物质；热解技术没有焚烧法完善；热解 机理和动力学研究方面还有很多工作需要进一步探讨，在工艺和设备的改进方面有待进一 步突破。河海大学张会文等提出的是一种污水厂脱水污泥超临界处理资源化利用的方法及 其设备，其目的旨在解决污水处理中产生的大量脱水污泥，对其进行超临界水直接气化处 理，并对处理产物进行资源化利用，实现环境和能源双赢，但其并未真正做到双赢，其课题 组所采用的催化剂并不能回收利用而是溶解在污泥残渣中还是会对环境有一定程度的污 染。而本发明提出采用各种金属类物质作为催化剂，不仅可W制取能源气体而且还能对催 化剂进行回收重复利用，从而正真实现了环境和能源的双赢。
【发明内容】
[0004] 鉴于现有技术存在的技术问题，本发明提供了金属类催化剂在超临界水下直接催 化气化污泥制备能源气体的方法，将污泥间歇性转化为能源气体的方法。
[0005] 具体地，本发明通过w下方案实现，金属类催化剂在超临界水下直接催化气化污 泥制备能源气体的方法，包括：
[0006] 第一步：将污水处理厂的原污泥进行烘干处理，直至质量不在变化（指质量变化 范围1%W内）；
[0007] 通常优选烘干温度105°c，烘干10-12小时（在此时间范围下质量一般不在变化， 烘干目的是尽可能除去污泥中的水分W确保后续配制污泥浆的水料比的准确性）。
[000引第二步：用蒸馈水与烘干污泥配制成不同水料比的污泥浆；
[0009]优选干污泥；水=1:5,1:6,1:7,1:8,1:9,1:10, 1:11，1:12,1:13,1:14,1:15,单 位；g/ml。
[0010] 第S步：将污泥浆加入反应蓋中，然后打开进气口阀口，并关闭其它阀口通入N,排 出空气，直至排除空气；
[0011] 优选馬流量为20ml/min;通入时间3min-5min(排除空气，避免能源气体被氧化， 提高能源气体的产率）。
[0012] 第四步：待空气排完，关闭进气口阀口，进行加热升温，升压，停留（即处于本发明 所述的超临界水下），反应后冷却收集能源气体。
[0013] 然后，分离反应蓋中固液残渣分别进行后续处理。
[0014] 其中第四步优选温度；350°C-500°C，压强；23M化一40MPa，停留时间lOmin- lOOmin。
[0015] 选择依据：主要是通过实验在不同的温度、压强、时间的多种条件下检测其制取的 能源气体产率，并W此作为温度、压强、时间的选择依据。在温度、压强、时间范围外的污泥 制取能源气体的产率较低。
[0016] 催化剂的加入：在第=步将污泥浆加入反应蓋后，加入催化剂，催化剂放置于反应 器（蓋）内揽拌器上的不诱钢金属网售中。
[0017] 加入量优选为干污泥实际重量的0. 5%-8%。
[001引催化剂（金属催化剂）；金属催化剂；包括单金属催化剂；Pt、Pd，多金属催化剂：Ni-Fe、Pd-Fe，负载型金属催化剂：Pt-Sn/Al203,Pd-Sn/Al203。
[0019] 本发明相对现有技术的有益效果包括；按照本发明提供的处理方法，针对污水厂 提供的低含水率脱水污泥进行直接超临界水气化的处理，其有益效果为：针对金属催化剂 的可选择性更广阔，催化剂可重复利用，可W节约成本，同种催化剂的不同形态结构下的催 化效果不一样，可用来提高能源气体的产率，相对于现有技术方法得到能源气体的产率提 高了近20%。
【附图说明】
[0020] 图1双氧水储罐示意图
[0021] 图2柱塞式计量累示意图
[0022] 图3超临界装置示意图
[0023] 图4冷凝管示意图
[0024] 图5冷凝器示意图
[0025] 图6液体接收灌示意图
[0026] 其中，按顺序图1-图2-图3-图4-图5-图6顺序连接形成本发明的污泥直接 超临界水催化气化处理装置，la-1j为球阀，2为裙边，3为出料口，4为直通阀。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合具体事例和附图对本发明作进一步详细说明，但是本发明的内容不局限 于实施例。
[002引实施例1污泥直接超临界水催化气化处理装置
[0029] 根据图1至图6所不，按顺序图1-图2-图3-图4 -图5-图6顺序连接形成本 发明的污泥直接超临界水催化气化处理装置。
[0030] 实施例2超临界水直接催化气化污泥制备能源气体的方法，包括：
[0031] 使用实施例1所示的污泥直接超临界水催化气化处理装置；
[0032] 第一步：将污水处理厂的原污泥进行烘干处理，烘干温度105°C，烘干10-12小时 (在此时间范围下质量一般不在变化，烘干目的是尽可能除去污泥中的水分W确保后续配 制污泥浆的水料比的准确性）。
[0033] 第二步；用蒸馈水与烘干污泥配制成不同水料比的污泥浆（干污泥：水=1:5， 1:6，1:7，1:8，1:9，1:10, 1:11，1:12,1:13,1:14,1:15。单位；g/ml)
[0034] 第=步：将污泥浆加入反应蓋中，然后打开进气口阀口，并关闭其它阀口通入馬排 出空气，流量为20ml/min，通入时间3min-5min(排除空气，避免能源气体被氧化，提高能 源气体的产率）
[0035] 第四步：待空气排完，关闭进气口阀n，进行加热升温，升压，温度；350- 500°C(优选 350、400、450°C)，压强；23-40MPa(优选 23、30、35MPa)，停留时间 10- lOOmin(优选20、40、80min)，反应后冷却收集能源气体。分离反应蓋中固液残渣分别进行 后续处理。
[0036] 实施例3加入催化剂的方案
[0037] 在第=步将污泥浆加入反应蓋后，加入催化剂，催化剂放置于反应器（蓋）内揽拌 器上的不诱钢金属网售中。
[003引加入量优选为干污泥实际重量的0. 5%-8%。
[0039] 催化剂（金属催化剂）；金属催化剂；包括单金属催化剂；Pt、Pd，多金属催化剂： Ni-Fe、Pd-Fe，负载型金属催化剂：Pt-Sn/Al2〇3,Pd-Sn/Al2〇3。
[0040] 实施例4效果评价
[004U 其中，干污泥：水=1:5,1:10,单位；g/ml按照实施例1装置和实施例2、3方法进 行处理后，产生能源气体的结果如下表：
[0042]
【主权项】
1. 金属类催化剂在超临界水下直接催化气化污泥制备能源气体的方法，包括： 第一步：将污水处理厂的原污泥进行烘干处理，直至质量不在变化； 第二步：用蒸馏水与烘干污泥配制成不同水料比的污泥浆； 第三步：将污泥浆加入反应釜中，然后打开进气口阀门，并关闭其它阀门通入N2排出空 气，直至排除空气； 第四步：待空气排完，关闭进气口阀门，进行加热升温，升压，停留，反应后冷却收集能 源气体。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，烘干温度105°C，烘干10-12小时。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，干污泥（g):水（ml) = 1:5,1:6,1:7,1:8， 1:9,1:10, 1:11,1:12,1:13,1:14,1：15〇
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，N 2流量为20ml/min ;通入时间3min- 20min〇
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述温度：350°C - 500°C，压强：23MPa- 40MPa，停留时间 IOmin -lOOmin。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤第三步中加入金属催化剂：包括单 金属催化剂：Pt、Pd，多金属催化剂：Ni-Fe、Pd-Fe，负载型金属催化剂：Pt-Sn/Al203, Pd-Sn/ Al2O3O
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，加入金属催化剂的用量为干污泥原料的 0· 5% -8%〇
8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，催化剂放置于反应釜内搅拌器上的不锈 钢金属网筐中。
【专利摘要】本发明提供了金属类催化剂在超临界水下直接催化气化污泥制备能源气体的方法，利用超临界水催化气化处理装置将污泥间歇性转化为能源气体。按照本发明提供的处理方法，针对污水厂提供的低含水率脱水污泥进行直接超临界水气化的处理，其有益效果为：针对金属类催化剂的可选择性更广阔，催化剂可重复利用，可以节约成本，同种催化剂的不同形态结构下的催化效果不一样，可用来提高能源气体的产率。
【IPC分类】C02F11-00
【公开号】CN104829072
【申请号】CN201510169088
【发明人】方琳, 闫江龙, 马睿, 赵绪新, 孙宏元, 洪渊, 罗仲宽
【申请人】深圳大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月10日