本发明涉及一种将污泥分级转化生产液体燃料的技术，属于污泥资源化利用领域。
背景技术：
污泥是污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒和胶体等组成的极其复杂的非均质混合物，具有有机质与水含量高、重金属含量高和有害微生物含量高的特点。目前我国污泥处理技术一直落后于相应的污水处理技术，由于大量的污水经处理后成为污泥，其污染根源并未得到妥善处理。污泥的处理方式仍以传统的填埋或焚烧为主，易造成环境二次污染，且无法将污泥中高附加值的有机物得以资源化利用。从技术层面上说，我国污泥处理处置主要考虑的是稳定化的范畴，而资源化利用方面，则没有太多考虑。污水污泥中“污染物”资源化回收利用是未来发展的趋势，污泥是污水处理全过程资源回收利用的关键，所以在“十三五”期间污泥的资源化转化将成为污泥处理的重要技术手段。
目前污泥资源化转化利用方面存在的问题可以归纳为两点：一、资源化转化成本居高不下，缺乏行之有效的工艺流程，且工艺实施难度较高，导致资源化转化项目投资较高；二、产品价格低，现有污泥资源化转化工艺所得产品附加值低，无法通过提高收入来弥补污泥处理企业的收益。故无法使排污企业形成一条低成本、高产出的污泥处置模式，因而许多排污企业对污泥处置望而却步。如何将污泥资源化处置，以污泥资源化产品的收益来支持污泥处置成本，企业在处置污泥的同时，又带来一定的经济效益，则会被更广泛的接受。
专利CN102557366A公开了一种污泥的处理方法，采用超临界水对污泥进行热解反应，反应后的产物经分离后得到油品。由于该方法超临界水的温度和压力条件苛刻，对于工业化连续运行设备材质要求很高，价格昂贵，增加了投资的成本，不利于该方法的实际工业化应用。
本课题组开发的专利ZL201310659027.7发明了一种污泥的处理方法，采用高温高压水热液化方法将污泥中的有机质进行转化，产物经分离后得到油品。由于该方法的水热液化反应是在高温条件下进行，容易引起污泥中的小分子有机质发生裂解而生成气体产物，导致主要产品油的产率减少，从而影响经济效益。
因此，目前迫切需要一种将污泥资源化转化的更有效工艺方法。本工艺方法在较低温度(低于300℃)和较低压力(低于15MPa)下采用萃取的方法将污泥中的小分子有机质萃取出，避免了在后续高温水热液化条件下其发生裂解，有利于提高总油收率；另外，在萃取过程中污泥有机质中的杂原子官能团发生脱除反应，降低了后续高温水热液化脱杂原子的负荷，有利于油品质量的提高。综上所述，本工艺方法具有工艺条件不苛刻、操作简易、设备投资低及产品收率和质量高等特点，极具有工业化应用前景。
技术实现要素：
本发明的目的是通过两步方式将污泥中的有机质组分进行分离和分级转化，最终得到高附加值的液体燃料。
本发明采用如下技术方案：
一种污泥分级转化生产液体燃料的工艺方法，其特征在于，所述的方法为：首先将污泥中的轻质有机组分直接萃取出来作为液体燃料，然后采用液化的方法将污泥中的重质有机组分转化为轻质组分作为液体燃料，从而达到污泥有机质的分级转化；所述方法包括如下步骤：
1)污泥原料和溶剂1按质量比混合配成料浆，其中，溶剂1：污泥原料＝(0.1:1)～(10:1)；
2)在步骤1)所得料浆中充入萃取气氛混合，于50～300℃、常压至15MPa下进行萃取反应，得到气体1、萃取液固混合物，过滤、分离萃取液固混合物后得到油相、水相和萃取残渣，气体1循环利用；
3)蒸馏油相，分离出溶剂1循环利用，得到轻油1；
4)水相、萃取残渣、溶剂2和催化剂按质量比混合，充入液化气氛，于300-450℃、10MPa～25MPa下进行液化反应，其中，水相：萃取残渣＝(10:1)～(0：1)，溶剂2：萃取残渣＝(10:1)～(0：1)，水相和溶剂2的质量不得同时为0，催化剂添加量占萃取残渣的质量比例范围为0-10％；
5)液化产物经分离后得到气体2、溶剂2、轻油2、重油和残渣，溶剂2循环利用，气体2部分循环利用。
所述污泥原料为城市生活废水污泥、工厂生产废水污泥或它们的混合物(包括高含水的有机废弃浆料)，上述污泥不必进行干燥处理。
所述的溶剂1为极性有机溶剂、非极性有机溶剂、供氢溶剂或它们的混合溶剂。
所述的溶剂2为水、极性有机溶剂、非极性有机溶剂、供氢有机溶剂或它们的混合溶剂。
所述的极性有机溶剂为选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙酸、乙醚、丙酮、四氢呋喃、氯仿等极性有机溶剂中的一种。
所述的非极性有机溶剂为选自苯、甲苯、正己烷、二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳等非极性有机溶剂中的一种；
所述的供氢溶剂为选自萘、蒽和菲等稠环芳烃部分加氢产生的供氢溶剂中的一种。
所述的萃取气氛为选自惰性气氛、氧化性气氛或还原性气氛中的一种，
所述的液化气氛为选自惰性气氛、氧化性气氛或还原性气氛中的一种；
所述的惰性气氛为氮气，氧化性气氛为氧气或空气，还原性气氛为CO、H2或合成气中的一种。
所述的气体1为包括CO、CO2、H2、CH4及少量C2-C4烃类气体和微量的H2S和NH3的混合气体。
所述的轻油1为污泥经萃取后产生的溶于溶剂1的有机质。
所述的气体2为主要包括CO、CO2、H2、CH4，及少量的C2-C4烃类气体及微量的含S或N的气体杂质的混合气体。
所述的轻油2为萃取残渣中有机质经水热液化转化而生成的可溶于正己烷的有机物。
所述的催化剂为选自金属Fe、Co、Mo、Ni的化合物、碱金属及碱土金属化合物中一种或几种。
所述的萃取时间和液化时间为30-120min。
本发明的优点在于：资源化转化污水处理厂的污泥；污泥中的有机质组分进行能源化利用，作为高附价值的液体燃料；对原料污泥无特殊要求。具体体现为：针对污泥通常含有丰富的腐殖酸、蛋白质和碳水化合物，其中相当一部分可溶于特定的有机溶剂，因此首先通过有机萃取过程，将污泥中附加值较高的有机溶剂可溶组分分离出来，兼可避免这部分物质(在液化条件下这部分物质极易分解为小分子气体)在后继的液化反应中转化为附加值低的气体副产物；经过萃取后，污泥中90％以上的水转入到水相中，实现了污泥中水的分离，而且该水相中含有大量的酸、醇、醛等化合物，是后续液化溶剂的合适成分；萃取后剩余的水相和残渣进行直接液化反应，实现了水相中有机物和萃取残渣中的较大分子有机物一并转化为附加值高的液体燃料；经过上述萃取和液化反应后，污泥中绝大部分有机物得以转化为液体燃料，剩余残渣中有机物含量已极低，可以直接用作制砖或生产水泥等的原料，从而实现污泥资源化利用及零排放的目标。
附图说明
图1为本发明的具体流程图，同时也是本发明的具体实施方式的示意图。
具体实施方式
实施例
为了进一步理解本发明的特点和性质，以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限定于这些实施例。实施例中的污泥均为上海石洞口污水处理厂的污泥(其工业分析和元素分析结果见表1)，其它污泥也具有类似的组成。
表1原料污泥的工业分析和元素分析
*差减法得到
实施例1：准确称取100g原料污泥和300g正己烷，混合均匀形成浆料，加入到釜式反应器中，氮气置换后，将反应器温度升高至300℃(反应压力11.3MPa)，在该条件下萃取30min；萃取结束后，得到气体1和萃取液固混合物，将液固混合物过滤得到油水液体混合物和萃取残渣；将油水混合物进行相分离，得到油相和水相，并将油相进行蒸馏处理得到轻油1和正己烷；将水相和萃取残渣转移至釜式反应器中，添加1gNa2CO3和100g四氢呋喃，充入4MPa的CO气体，然后将反应器升至300℃(反应压力15.1MPa)，液化反应30min；液化反应结束后，得到气体2和液固混合物，液固混合物经分离后得到水、轻油2、四氢呋喃、重油和残渣。
其中，气体1为包括CO、CO2、H2、CH4及少量C2-C4烃类气体和微量的H2S和NH3的混合气体。
轻油1为污泥经萃取后产生的溶于溶剂1的有机质。
气体2为主要包括CO、CO2、H2和CH4，及少量的C2-C4烃类气体及微量的含S或N的气体杂质的混合气体。
轻油2为萃取残渣中有机质经水热液化转化而生成的正己烷可溶的有机物。
实施例2～6：与实施例1进行类似操作，除了反应条件，溶剂1、溶剂2和催化剂也有所不同，其他步骤一样。
实施例1～6的反应条件及结果见表2。
表2实施例1～6的反应条件及结果
※上述产物产率均以无水无灰基污泥质量为基准
由实施例可见，本发明回收了污泥中绝大部分有机质，得到高附加值的液体燃料，实现了污泥无害化、减量化、能源化和资源化利用。