专利名称：污泥处理方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种污泥处理方法及其应用，具体而言，涉及包括将污泥在一定温度和压力的条件下进行液化而制备油品的污泥处理方法、及该方法在污泥处理的应用。
背景技术：
近年来，我国市政污泥的产生量不断加大，根据《关于全国城镇污水处理设施2010 年第四季度建设和运行情况的通报》，截止2010年底，我国城镇污水处理量达343亿立方米，污水处理过程中产生的污泥量也大幅度增加。2010年全国污泥生产量约为2199万吨， 每天产生污泥6. 02万吨。按照目前的发展速度，到2015年年末，我国污泥年产量至少将到达沈15万吨，日产污泥约7. 2万吨。污泥的减量化处理和合理利用已经是十分严重的问题。通常，市政污泥未经处理前含水量高达99%，经过压滤等干化处理后含水量约为 80%，且含有重金属(如Co、Pb、Ni等)。污泥的有机成分中含有大量的蛋白质、脂肪、矿物油、洗涤剂、腐殖质、细菌以及细菌的各级代谢产物，其中也包含了寄生虫或卵、微生物、一些工业用高分子材料的残渣、废油漆、各种有机溶剂的残余、有机物的焦或者是不完全分解物。污泥的一般处理方法是填埋和焚烧，存在诸多问题。例如，传统的污泥焚烧处理方案，大都是先将污泥收集和脱水干燥处理后再加入大量的可燃物引燃，放入焚烧炉中进行焚烧。这种焚烧方式一方面因污泥热值较低，且水分含量大，致使炉膛温度低，燃烧不充分可回收的热量也少，所以通常还与煤、石油焦等热值更高的燃料掺混燃烧，燃烧后还会有较多燃烧不充分的固体残渣，同时尾气当中含有大量硫氧化物、氮氧化物以及二噁英类有毒有害气体，对大气、人体健康均产生不良影响。后来人们开发了污泥气化的方法，将有机质转化为H2、CH4、C0、a)2等气体，进一步
分离可得化工原料。在中国专利申请CN1405103A中，公开了一种污泥的处理方法，其主要采用的技术为将在传统的污泥处理工艺中的化学氧化替换为湿式氧化，目的在于将污泥中的有机质氧化为CO2A2或氮氧化物，使脱水性能大大改善、同时还可以除去有机物的毒性。但没有实现有机质的有效利用。在中国专利申请CN101705105A中，公开了一种生物质液化油及其制备方法，其公开内容是将污泥热解、得到生物质液化油的方法。该方法主要是采用高温将污泥热解、由此而得到生物质液化油，但在该方法中采用的是常压，因此污泥中的有机物质的利用率极其低，并且操作过程需要在还原性气氛或惰性气氛中进行，增加了运行成本和操作难度。另外，其工艺的停留时间长，单位时间的处理能力低。因此，目前迫切需要一种将污泥中的有机物质转化成油品而进行更充分地有效利用、同时能耗比较小的方法
发明内容
为了解决上述问题，本发明的发明人进行了深入研究，结果发现，通过将污泥在特定的温度和压力下使其进行反应，可将污泥中的有机物质制备成油品，油品收率高，从而不仅减少了污泥的量，而且还充分地将污泥中的有机物质进行充分再利用，实现了废物的资源化利用。此外，本发明的优势还在于反应时间非常短，且工艺过程不需要还原性气氛或惰性气氛保护、同时本发明的方法的能耗比较小，有利于在工业上的应用，由此达到了本申请发明所要实现的目的。众所周知，物质可以固态、液态、气态和超临界状态等状态存在，物质所处的状态取决于它的温度、压力、密度、组成等状态参数。当物质的温度和压力同时高于其临界温度和临界压力时，则称其处于超临界状态。超临界状态不同于气态和液态，它具有特殊的物理化学性质。超临界水是超临界流体的一种。当温度高于374. 1°C，压力高于22. 12MI^时(本文所述压力均为绝对压力，下同)，水处于超临界状态，其性质发生了很大的改变。例如，在非超临界状态下，碱金属或碱土金属氢氧化物或碱金属或碱土金属碳酸盐在水中通常具有良好的溶解性，但在接近超临界态和超临界状态的水中，它们的溶解度将急剧降低，以致于能从其水溶液中析出来，盐在超临界中的溶解度大大降低。此外，超临界状态下水的介电常数降低，极性减弱，这使得它更接近于有机物，因此对有机质具有良好的溶解作用，同时它也具有优异的传质能力，是一种理想的反应介质。本发明涉及一种污泥处理方法，该方法包括将污泥在水的亚临界或超临界状态下进行液化反应，由此得到油品。所述水的亚临界或超临界状态是指温度为330 480°C、 压力为15 30MPa。所述作为原料的污泥不受特别的限定，可以为直接来自工厂、医院或市政等的污泥，但优选在进行反应前对其进行净化。例如首先将来自工厂、医院或市政等的污泥进行净化，以除去其中的无机物质，然后将净化后的污泥用于液化反应。净化可采用任何公知的方法，例如重力沉降除砂。优选含有铁、钴、镍、钼中的至少一种元素的污泥。另外，对于本申请发明中作为原料而使用的污泥而言，其中水的含量不受特别限定，但通常优选的水含量为65 99wt%，可以通过常规的方法对污泥的水含量进行调节。在上述的温度和压力的特定条件下，污泥中的水处于亚临界或超临界状态，对污泥中的其它成分发生作用，使得污泥中的有机物质和无机物质等开始发生热解、重整、变换等的化学反应，从而转化成气体、液体的油品以及固体物。另外，在污泥中本身含有铁、钴、 镍、钼等的金属元素的情况下，这些金属元素或它们的化合物也具有一定的催化作用，由此进一步加强了污泥在该条件下的液化收率。在上述的方法中，如上所述，污泥中的有机物质通过在上述特定的条件下的分解和重整，大部分转化成具有高附加值的液态产物，即油品。另外，上述方法中，作为污泥液化的原料即污泥成分中的组分例如水、无机物质和有机物质，不受特别限定，但优选所述固态污泥的浓度为1 35wt%。根据需要，也可以在进行污泥液化反应之前向污泥中加入另外水或除去污泥中的部分水来调节污泥的浓度。上述污泥液化反应中，反应温度进一步优选380 450°C，以提高液态产物即油品的收率。反应时间可根据具体的实际情况来确定，但优选液化反应时间为1 60分钟，进一步优选为5 15分钟。上述本发明的污泥处理方法中，其中污泥液化后所得到的产物包含油品、固体残渣、水分和合成气。产物经冷却、分离后，由油品分别得到石脑油、汽柴油和燃料油。石脑油通常为一部分石油轻馏分的泛称，蒸馏馏程在30 200°C，在本发明所述的方法中，污泥液化过程产生的化学组分多为烃类物质，与石油清馏分接近，故用石脑油来定义其中的轻组分。同样的原因，馏程在200 370°C的组分定义为汽柴油；沸点在370°C以上的组分定义为燃料油。此处所述的冷却为冷却到室温。所述分离可为通常的分离手段，例如蒸馏切割、 精馏精制、净化等。另外，在上述污泥液化反应中，可以根据需要加入催化剂，由此进一步提高污泥转化为油品的收率。上述污泥当中大多本身含有的铁、钴、镍或钼等的金属元素或它们的化合物，在该工艺状况下，也具有一定的催化作用，由此进一步加强了污泥在该条件下的液化收率。此外，本发明还涉及采用上述污泥处理方法处理污泥的应用。本发明的效果根据本发明，通过将污泥在特定的条件下进行液化反应，得到富含各种油的油品， 该方法不但可对污泥进行了减量化处理及无害化处理，同时也实现了污泥废物的资源化利用。超临界水或亚临界水由于具有特殊的物理化学性质，大大地提高了传质和传热速率，污泥原料在这种条件下，反应速度大大加快，且有利于生成液体油品。
图1是本发明的一个具体实施方式
的示意图。
具体实施例方式以下，申请人参照附图1对本发明的实施方式进行详细说明。但本发明并不限于该方式。首先，将来自市政、医院或工厂(例如化工厂等)的原始污泥原料进行净化，然后将其加入到反应系统中。该反应系统可包括反应器和换热器或加热器，污泥在反应系统进行液化反应，反应后得到的产物包括气体、液体和固体，然后进入分离系统以进行分离，经过分离系统后，气体、液体、固体得以分离。其中气体可燃烧放热，并将释放的能量输送给反应系统，或者分离出的H2循环回到液化反应器参与进行液化反应，H2既可源自液化时产生的合成气，也可另外补充；作为上述分离后得到固体物可以作为建筑采用等使用。而得到的液体经过进一步处理，可得到化学品。上述污泥处理方法中，污泥液化反应具体步骤如下所示。首先对液化反应器进行加热、加压，使反应温度为330-480°C、优选380-450°C，反应压力为15_30Mpa，在这样的温度和压力条件下，水处于亚临界或超临界状态。在上述反应条件下，污泥开始发生热解、重整、变换等化学反应，在污泥中本身含有铁、钴、镍、钼等金属元素的情况下，这些元素或这些元素的化合物也具有一定的催化作用，由此可进一步加强污泥的液化收率。控制反应时间为1 60分钟、优选5 15分钟。生成包含油品(该油品在反应条件下为气态)在内的反应产物，并副产合成气和残渣。将油品加入到冷却装置中进行冷却分离，得到液态的油品和气态的合成气。再将得到的液态油品进行分离，例如蒸馏，切取合适的馏分，最终获得石脑油、汽柴油和燃料油。而合成气则可用于其它工业用途，例如用于配制管道煤气，或者， 可以从该合成气中回收氢气，并将回收的氢气返回到反应器中作为原料使用。残渣经过进一步处理可以作为建筑材料来使用。实施例以下通过举出实施例来进一步详细说明本发明。但本发明并不限定于这些实施例。在此需要说明的是，实施例中的污泥均为郑州市的市政污泥，其污泥的分析如表1所示。其他地区的市政污泥具有类似的组成。表1污泥的工业分析和元素分析
权利要求
1.一种通过将污泥液化来制备油品的污泥处理方法，其包括以下步骤通过将污泥在水的亚临界或超临界状态下进行液化反应，得到油品。
2.如权利要求1所述的污泥处理方法，其中，所述水的亚临界或超临界状态是指温度为3；30 480°C、压力为I5 30MPa。
3.如权利要求1或2所述的污泥处理方法，其中，所述污泥为将来自工厂或市政的污泥进行净化后而得到的污泥。
4.如权利要求1-3的任一项所述的污泥处理方法，其中，所述污泥中含有铁、钴、镍、钼中的至少一种元素。
5.如权利要求1 4的任一项所述的污泥处理方法，其中，所述污泥的水含量为65 99wt%。
6.根据权利要求1 5的任一项所述的污泥处理方法，其中所述液化反应的温度为 380 450O。
7.根据权利要求1 6的任一项所述的污泥液化方法，其中，液化反应的时间为1 60分钟，优选为5 15分钟。
8.根据权利要求1 7的任一项所述的污泥处理方法，其中，所述油品包含石脑油、汽柴油和燃料油。
9.根据权利要求1 8所述的污泥处理方法，将所述油品冷却、分离后，分别得到石脑油、汽柴油和燃料油。
10.权利要求1 9所述的污泥处理方法在处理污泥的应用。
全文摘要
本发明涉及一种通过将污泥液化来制备油品的污泥处理方法，其包括以下步骤通过将污泥在水的亚临界或超临界状态下进行液化反应，得到油品。此外，本发明还涉及采用上述污泥处理方法处理污泥的应用。
文档编号C10G1/00GK102557366SQ20121000388
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者宋庆峰, 宋成才, 张玉宝, 曹雅琴, 杜娟, 田文堂, 程乐明, 谷蔚, 赵晓, 高志远 申请人:新奥科技发展有限公司