[發(fā)明專利]一種利用超臨界水氧化污泥的方法和裝置

有效

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• 申請日: 2012-01-04
• 公開（公告）號: CN103193371A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設計）人: 程樂明;張玉寶;王青;谷俊杰;高志遠;趙曉;宋慶峰;李成學;田文堂;谷蔚;曹雅琴;杜娟;宋成才
• 申請（專利權）人: 新奧科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: C02F11/06
• 分類號: C02F11/06;C02F1/72;C10L3/00;B01D19/02;B01D21/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

技術領域

本發(fā)明屬于化工和環(huán)境工程領域，涉及一種利用超臨界水氧化污泥的方法和裝置。

背景技術

污泥特別是城市市政污泥的處理是重要的環(huán)境課題。目前采用填埋法和焚燒法處理。但是，填埋處理會占用一定的填埋空間，并且由于污泥中存在重金屬和可能的有害微生物，可能會污染地下水體。焚燒技術是目前國內外普遍采用的針對有機物的處理技術，但是高溫燃燒容易產生二噁英、氮氧化物等有毒物質，造成二次污染。此外，對于高水含量的污泥處理，焚燒設施的投入和運營成本較高。

SCWO(超臨界水氧化)技術是20世紀80年代中期由美國學者Mode11首先提出的新型污水污泥處理方法。它就是利用超臨界水的特性，在溫度、壓力高于水的臨界溫度和壓力(374℃，22.1MPa)的條件下以超臨界水作為反應介質，水中的有機物與氧化劑發(fā)生強烈的氧化反應，最后徹底氧化成CO₂、N₂、H₂O以及鹽類等無毒小分子化合物，在超臨界情況下使發(fā)生在液相或固相的有機物和氣相O₂之間的多相反應轉化為在超臨界水中的均相反應。

目前現有的污泥超臨界處理技術主要是超臨界水完全氧化技術，通過氧化將污泥中的有機物完全轉化為二氧化碳和水。此方法具有環(huán)境友好的特點，但是含碳物質的能量無法得到利用。

因此，亟需新的超臨界處理污泥或污泥漿的方法和裝置，能夠有效利用污泥中有機質的能量同時可以避免可燃氣體被氧化，并且保障處理后出水合格；同時具有環(huán)境友好、反應速度快、設備占地面積小、成本低、易于規(guī)模化處理等優(yōu)勢。

發(fā)明內容

本發(fā)明人經過深入的研究和創(chuàng)造性的勞動，得到了一種超臨界處理污泥或污泥漿的方法和裝置。本發(fā)明人發(fā)現，本發(fā)明可以有效利用污泥或污泥漿中的有機質產生可燃氣體，將可燃氣體分離出來得到高壓可燃氣體，對分離得到的不合格出水進行完全氧化反應。避免可燃氣體被氧化，減少了加氧量，降低成本，得到高壓可燃氣體的同時得到合格出水。同時，本發(fā)明具有環(huán)境友好、反應速度快、設備占地面積小、成本低、易于規(guī)?；幚淼葍?yōu)勢。由此提供了下述發(fā)明：

本發(fā)明的一個方面涉及一種利用超臨界水氧化污泥的方法，包括如下步驟：

將污泥進行部分氧化，得到包含可燃氣體的反應后物料；和

將所述反應后物料中的可燃氣體進行分離，得到可燃氣體，并得到含有有機質的液體物料以及固體物料。所述含有有機質的液體物料與固體物料可以是混在一起的，也可以是相互分離的。

根據本發(fā)明任一項所述的方法，其中，所述部分氧化的反應溫度為374-700℃，壓力為22.1-35MPa，并且氧化劑的用量為污泥有機質耗氧量的0.5-30％(w/w)。

根據本發(fā)明任一項所述的方法，其中，所述部分氧化反應的溫度為500-650℃，壓力為23-30MPa，并且氧化劑的用量為污泥有機質耗氧量的2-15％(w/w)。

在本發(fā)明的一個實施方案(稱之為“一步法”)中，涉及部分氧化反應的裝置，其如圖1所示，其中，1-預熱器；2-部分氧化反應器；3-高壓分離器；4-氣液分離器。其中：

污泥漿經過預熱器1后，達到350-500℃，向預熱后的污泥漿中加入氧化劑，污泥漿和氧化劑混合后進入部分氧化反應器2進行部分氧化反應，反應生成部分氧化產物。反應產物經過初步降溫(例如通過預熱原料或者其它換熱形式降溫)后進入高壓分離器3，反應產物中的可燃氣體與其他物料分離，溶解有CO₂的其他物料經過氣液分離器4后，實現CO₂與固液殘渣的分離。產生的氣體可以通過深冷分離、膜分離等分離方式，將H₂、CH₄進行進一步分離。

反應產生的可燃氣體混合物可以通過深冷分離、吸附分離等方式進行進一步分離，也可以用于燃燒發(fā)電等。

反應后產物的熱量可用來預熱污泥漿，反應達到穩(wěn)定態(tài)后熱量可以達到平衡，無需另外加入熱量；

高壓分離器溫度＜31℃；

可燃氣體包括CH₄、H₂及極少量CO。

根據本發(fā)明任一項所述的方法，還包括如下步驟：

將含有有機質的液體物料分離出來；和

用足量氧化劑對分離得到的含有有機質的液體物料進行完全氧化。