本發(fā)明涉及一種將污泥分級(jí)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)液體燃料的技術(shù)，屬于污泥資源化利用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

污泥是污水處理后的產(chǎn)物，是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無(wú)機(jī)顆粒和膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)混合物，具有有機(jī)質(zhì)與水含量高、重金屬含量高和有害微生物含量高的特點(diǎn)。目前我國(guó)污泥處理技術(shù)一直落后于相應(yīng)的污水處理技術(shù)，由于大量的污水經(jīng)處理后成為污泥，其污染根源并未得到妥善處理。污泥的處理方式仍以傳統(tǒng)的填埋或焚燒為主，易造成環(huán)境二次污染，且無(wú)法將污泥中高附加值的有機(jī)物得以資源化利用。從技術(shù)層面上說(shuō)，我國(guó)污泥處理處置主要考慮的是穩(wěn)定化的范疇，而資源化利用方面，則沒有太多考慮。污水污泥中“污染物”資源化回收利用是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，污泥是污水處理全過(guò)程資源回收利用的關(guān)鍵，所以在“十三五”期間污泥的資源化轉(zhuǎn)化將成為污泥處理的重要技術(shù)手段。

目前污泥資源化轉(zhuǎn)化利用方面存在的問題可以歸納為兩點(diǎn)：一、資源化轉(zhuǎn)化成本居高不下，缺乏行之有效的工藝流程，且工藝實(shí)施難度較高，導(dǎo)致資源化轉(zhuǎn)化項(xiàng)目投資較高；二、產(chǎn)品價(jià)格低，現(xiàn)有污泥資源化轉(zhuǎn)化工藝所得產(chǎn)品附加值低，無(wú)法通過(guò)提高收入來(lái)彌補(bǔ)污泥處理企業(yè)的收益。故無(wú)法使排污企業(yè)形成一條低成本、高產(chǎn)出的污泥處置模式，因而許多排污企業(yè)對(duì)污泥處置望而卻步。如何將污泥資源化處置，以污泥資源化產(chǎn)品的收益來(lái)支持污泥處置成本，企業(yè)在處置污泥的同時(shí)，又帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益，則會(huì)被更廣泛的接受。

專利CN102557366A公開了一種污泥的處理方法，采用超臨界水對(duì)污泥進(jìn)行熱解反應(yīng)，反應(yīng)后的產(chǎn)物經(jīng)分離后得到油品。由于該方法超臨界水的溫度和壓力條件苛刻，對(duì)于工業(yè)化連續(xù)運(yùn)行設(shè)備材質(zhì)要求很高，價(jià)格昂貴，增加了投資的成本，不利于該方法的實(shí)際工業(yè)化應(yīng)用。

本課題組開發(fā)的專利ZL201310659027.7發(fā)明了一種污泥的處理方法，采用高溫高壓水熱液化方法將污泥中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，產(chǎn)物經(jīng)分離后得到油品。由于該方法的水熱液化反應(yīng)是在高溫條件下進(jìn)行，容易引起污泥中的小分子有機(jī)質(zhì)發(fā)生裂解而生成氣體產(chǎn)物，導(dǎo)致主要產(chǎn)品油的產(chǎn)率減少，從而影響經(jīng)濟(jì)效益。

因此，目前迫切需要一種將污泥資源化轉(zhuǎn)化的更有效工藝方法。本工藝方法在較低溫度(低于300℃)和較低壓力(低于15MPa)下采用萃取的方法將污泥中的小分子有機(jī)質(zhì)萃取出，避免了在后續(xù)高溫水熱液化條件下其發(fā)生裂解，有利于提高總油收率；另外，在萃取過(guò)程中污泥有機(jī)質(zhì)中的雜原子官能團(tuán)發(fā)生脫除反應(yīng)，降低了后續(xù)高溫水熱液化脫雜原子的負(fù)荷，有利于油品質(zhì)量的提高。綜上所述，本工藝方法具有工藝條件不苛刻、操作簡(jiǎn)易、設(shè)備投資低及產(chǎn)品收率和質(zhì)量高等特點(diǎn)，極具有工業(yè)化應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是通過(guò)兩步方式將污泥中的有機(jī)質(zhì)組分進(jìn)行分離和分級(jí)轉(zhuǎn)化，最終得到高附加值的液體燃料。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種污泥分級(jí)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)液體燃料的工藝方法，其特征在于，所述的方法為：首先將污泥中的輕質(zhì)有機(jī)組分直接萃取出來(lái)作為液體燃料，然后采用液化的方法將污泥中的重質(zhì)有機(jī)組分轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)組分作為液體燃料，從而達(dá)到污泥有機(jī)質(zhì)的分級(jí)轉(zhuǎn)化；所述方法包括如下步驟：

1)污泥原料和溶劑1按質(zhì)量比混合配成料漿，其中，溶劑1：污泥原料＝(0.1:1)～(10:1)；

2)在步驟1)所得料漿中充入萃取氣氛混合，于50～300℃、常壓至15MPa下進(jìn)行萃取反應(yīng)，得到氣體1、萃取液固混合物，過(guò)濾、分離萃取液固混合物后得到油相、水相和萃取殘?jiān)?，氣體1循環(huán)利用；

3)蒸餾油相，分離出溶劑1循環(huán)利用，得到輕油1；

4)水相、萃取殘?jiān)?、溶?和催化劑按質(zhì)量比混合，充入液化氣氛，于300-450℃、10MPa～25MPa下進(jìn)行液化反應(yīng)，其中，水相：萃取殘?jiān)?10:1)～(0：1)，溶劑2：萃取殘?jiān)?10:1)～(0：1)，水相和溶劑2的質(zhì)量不得同時(shí)為0，催化劑添加量占萃取殘?jiān)馁|(zhì)量比例范圍為0-10％；

5)液化產(chǎn)物經(jīng)分離后得到氣體2、溶劑2、輕油2、重油和殘?jiān)軇?循環(huán)利用，氣體2部分循環(huán)利用。

所述污泥原料為城市生活廢水污泥、工廠生產(chǎn)廢水污泥或它們的混合物(包括高含水的有機(jī)廢棄漿料)，上述污泥不必進(jìn)行干燥處理。

所述的溶劑1為極性有機(jī)溶劑、非極性有機(jī)溶劑、供氫溶劑或它們的混合溶劑。

所述的溶劑2為水、極性有機(jī)溶劑、非極性有機(jī)溶劑、供氫有機(jī)溶劑或它們的混合溶劑。

所述的極性有機(jī)溶劑為選自甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、乙酸、乙醚、丙酮、四氫呋喃、氯仿等極性有機(jī)溶劑中的一種。

所述的非極性有機(jī)溶劑為選自苯、甲苯、正己烷、二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳等非極性有機(jī)溶劑中的一種；

所述的供氫溶劑為選自萘、蒽和菲等稠環(huán)芳烴部分加氫產(chǎn)生的供氫溶劑中的一種。

所述的萃取氣氛為選自惰性氣氛、氧化性氣氛或還原性氣氛中的一種，

所述的液化氣氛為選自惰性氣氛、氧化性氣氛或還原性氣氛中的一種；

所述的惰性氣氛為氮?dú)?，氧化性氣氛為氧氣或空氣，還原性氣氛為CO、H₂或合成氣中的一種。

所述的氣體1為包括CO、CO₂、H₂、CH₄及少量C₂-C₄烴類氣體和微量的H₂S和NH₃的混合氣體。

所述的輕油1為污泥經(jīng)萃取后產(chǎn)生的溶于溶劑1的有機(jī)質(zhì)。

所述的氣體2為主要包括CO、CO₂、H₂、CH₄，及少量的C₂-C₄烴類氣體及微量的含S或N的氣體雜質(zhì)的混合氣體。

所述的輕油2為萃取殘?jiān)杏袡C(jī)質(zhì)經(jīng)水熱液化轉(zhuǎn)化而生成的可溶于正己烷的有機(jī)物。

所述的催化劑為選自金屬Fe、Co、Mo、Ni的化合物、堿金屬及堿土金屬化合物中一種或幾種。

所述的萃取時(shí)間和液化時(shí)間為30-120min。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：資源化轉(zhuǎn)化污水處理廠的污泥；污泥中的有機(jī)質(zhì)組分進(jìn)行能源化利用，作為高附價(jià)值的液體燃料；對(duì)原料污泥無(wú)特殊要求。具體體現(xiàn)為：針對(duì)污泥通常含有豐富的腐殖酸、蛋白質(zhì)和碳水化合物，其中相當(dāng)一部分可溶于特定的有機(jī)溶劑，因此首先通過(guò)有機(jī)萃取過(guò)程，將污泥中附加值較高的有機(jī)溶劑可溶組分分離出來(lái)，兼可避免這部分物質(zhì)(在液化條件下這部分物質(zhì)極易分解為小分子氣體)在后繼的液化反應(yīng)中轉(zhuǎn)化為附加值低的氣體副產(chǎn)物；經(jīng)過(guò)萃取后，污泥中90％以上的水轉(zhuǎn)入到水相中，實(shí)現(xiàn)了污泥中水的分離，而且該水相中含有大量的酸、醇、醛等化合物，是后續(xù)液化溶劑的合適成分；萃取后剩余的水相和殘?jiān)M(jìn)行直接液化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了水相中有機(jī)物和萃取殘?jiān)械妮^大分子有機(jī)物一并轉(zhuǎn)化為附加值高的液體燃料；經(jīng)過(guò)上述萃取和液化反應(yīng)后，污泥中絕大部分有機(jī)物得以轉(zhuǎn)化為液體燃料，剩余殘?jiān)杏袡C(jī)物含量已極低，可以直接用作制磚或生產(chǎn)水泥等的原料，從而實(shí)現(xiàn)污泥資源化利用及零排放的目標(biāo)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的具體流程圖，同時(shí)也是本發(fā)明的具體實(shí)施方式的示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

為了進(jìn)一步理解本發(fā)明的特點(diǎn)和性質(zhì)，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不限定于這些實(shí)施例。實(shí)施例中的污泥均為上海石洞口污水處理廠的污泥(其工業(yè)分析和元素分析結(jié)果見表1)，其它污泥也具有類似的組成。

表1原料污泥的工業(yè)分析和元素分析

*差減法得到

實(shí)施例1：準(zhǔn)確稱取100g原料污泥和300g正己烷，混合均勻形成漿料，加入到釜式反應(yīng)器中，氮?dú)庵脫Q后，將反應(yīng)器溫度升高至300℃(反應(yīng)壓力11.3MPa)，在該條件下萃取30min；萃取結(jié)束后，得到氣體1和萃取液固混合物，將液固混合物過(guò)濾得到油水液體混合物和萃取殘?jiān)?；將油水混合物進(jìn)行相分離，得到油相和水相，并將油相進(jìn)行蒸餾處理得到輕油1和正己烷；將水相和萃取殘?jiān)D(zhuǎn)移至釜式反應(yīng)器中，添加1gNa₂CO₃和100g四氫呋喃，充入4MPa的CO氣體，然后將反應(yīng)器升至300℃(反應(yīng)壓力15.1MPa)，液化反應(yīng)30min；液化反應(yīng)結(jié)束后，得到氣體2和液固混合物，液固混合物經(jīng)分離后得到水、輕油2、四氫呋喃、重油和殘?jiān)?/p>

其中，氣體1為包括CO、CO₂、H₂、CH₄及少量C₂-C₄烴類氣體和微量的H₂S和NH₃的混合氣體。

輕油1為污泥經(jīng)萃取后產(chǎn)生的溶于溶劑1的有機(jī)質(zhì)。

氣體2為主要包括CO、CO₂、H₂和CH₄，及少量的C₂-C₄烴類氣體及微量的含S或N的氣體雜質(zhì)的混合氣體。

輕油2為萃取殘?jiān)杏袡C(jī)質(zhì)經(jīng)水熱液化轉(zhuǎn)化而生成的正己烷可溶的有機(jī)物。

實(shí)施例2～6：與實(shí)施例1進(jìn)行類似操作，除了反應(yīng)條件，溶劑1、溶劑2和催化劑也有所不同，其他步驟一樣。

實(shí)施例1～6的反應(yīng)條件及結(jié)果見表2。

表2實(shí)施例1～6的反應(yīng)條件及結(jié)果

^※上述產(chǎn)物產(chǎn)率均以無(wú)水無(wú)灰基污泥質(zhì)量為基準(zhǔn)

由實(shí)施例可見，本發(fā)明回收了污泥中絕大部分有機(jī)質(zhì)，得到高附加值的液體燃料，實(shí)現(xiàn)了污泥無(wú)害化、減量化、能源化和資源化利用。