[發明專利]一種基于水熱反應的污泥生物炭化工藝

有效

• 申請號: 201210328866.6
• 申請日: 2012-09-07
• 公開（公告）號: CN102875005A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 王定美;周順桂;徐榮險;余震
• 申請（專利權）人: 廣東省生態環境與土壤研究所
• 主分類號: C02F11/18
• 分類號: C02F11/18;C02F11/12;C10B53/00;C10L5/46
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 方振昌

技術領域

本發明涉及一種基于水熱反應的污泥生物炭化工藝。

背景技術

污泥炭化是一種新型的污泥處理技術，目前污泥炭化有干法炭化和濕法炭化兩種方法。

干法炭化：該方法是將污泥干燥至含水率小于30%后，在缺氧條件下熱解污泥有機物使之發生炭化。干法炭化工藝可概括為“污泥干燥+干餾技術”，炭化前需要，需要花費大量能源，對污泥進行直接加熱干燥，使含水率下降至一定水平。所以目前的干法炭化工藝的主要關注點是如何提高熱利用率、提高能效。如申請號為201210002712.8的專利利用干餾過程中產生的可燃氣及煙氣作為干燥污泥的熱源，以此來降低能耗成本。

濕法炭化：是在密閉的有水環境中，輔以必要的催化劑，對污泥進行直接加熱，在自生壓力下將生物質進行炭化的。濕法炭化是一種基于水熱反應的污泥炭化技術，具有不需預先干燥污泥，反應條件溫和（180~250℃），炭產量較高，制備工藝簡單等優點，但由于污泥組分和相應催化劑開發的復雜性，使得污泥濕法炭化只能實現脫水而不能實現真正意義上的炭化，仍處以實驗室研究階段。

水熱脫水干化：通過將污泥加熱，在一定溫度和壓力下使污泥中的粘性有機物水解，破壞污泥的膠體結構，可以同時改善脫水性能和厭氧消化性能。隨水熱反應溫度和壓力的增加，顆粒碰撞幾率增大，顆粒問的碰撞導致了膠體結構的破壞，使束縛水和固體顆粒分離。另外，加熱使污泥中的蛋白質分解，細胞發生破裂，胞內的水分被釋放。經過水熱處理后的污泥在不添加絮凝劑的情況下，機械脫水可使含水率大幅度降低到50％以下，大大提高了污泥的脫水性能，使污泥處置技術向低成本、可持續方向發展成為可能。將污泥經水熱處理后實現脫水，已有相關的報道，如：（1）專利（申請號：201110447913.4）一種污泥水熱干化處理裝置及其水熱反應器；（2）專利（申請號：201110279705.8）基于水熱反應的污泥處理技術中開發的基于水熱改性技術的污泥處理工藝，將脫水污泥經水熱改性后，液態產物進入中溫厭氧反應器制備甲烷，固態產物制生物質燃料棒，生物質燃料棒為水熱改性的主要熱源，甲烷為補充熱源，能源利用效率得到提高，甲烷作為商品出售可帶來經濟效益，這為污泥水熱技術的應用提供了一種工藝途徑。但污泥經水熱改性脫水后，制備生物炭未見公開報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于水熱反應的污泥生物炭化工藝。

本發明所采取的技術方案是：

一種基于水熱反應的污泥生物炭化工藝，包括以下步驟：

1）將污泥脫水并送入污泥預存倉中儲存；

2）將儲存的脫水污泥送入預熱系統預熱；

3）經過預熱的脫水污泥送入水熱反應器中加熱處理，得到水熱裂解液；

4）將上步得到的水熱裂解液返送至預熱系統內的供熱管道，用于預熱脫水污泥，水熱裂解液預熱脫水污泥后，水熱裂解液降溫，同時得到氣態產物；

5）降溫后的水熱裂解液進入壓濾機壓濾，得到反應濾液與固態產物；

6）將步驟5）得到的固態產物干燥后送入干法炭化爐中炭化，得到固態生物炭與其他產物，其他產物送入氣液分離裝置分離得到可燃氣與焦油；

7）將步驟4）得到的氣態產物與步驟6）得到的可燃氣與焦油送入燃燒室中燃燒產生熱能，所產生的熱能提供給水熱反應器與干法炭化爐。

步驟2）中，脫水污泥的含水率為70-85wt%。

步驟2）中，預熱系統將脫水污泥預熱至110-180℃。

步驟3）中，水熱反應器中的加熱溫度為200-300℃。

步驟3）中，水熱反應器中的加熱時間為30-90min。

步驟3）中，水熱反應器中，自生壓力為3-10MPa。

步驟4）中，所述的供熱管道為多段，每兩段供熱管道間安裝有背壓閥，水熱裂解液從最后一段供熱管道中排出后，溫度降至85℃以下。

步驟5）中，經過壓濾后得到的固態產物的含水率在30?wt%與40?wt%之間。

步驟6）中，所述的固態產物干燥為自然晾干，經過自然晾干后，其含水率為10wt-30wt%。

步驟6）中，所述的炭化條件為：溫度為500-700℃，時間為30-60min。

本發明的有益效果是：本工藝可得到附加值高的產品，同時節約能源。

具體來說：一方面脫水污泥經水熱處理后得到水熱裂解液，水熱裂解液預熱脫水污泥后降溫，再經過壓濾后得到的濾液作為污水廠脫氮除磷的碳源加以利用，降低污水廠運行成本；經過壓濾后得到的固態產物可自然風干，其含水率降至30%以下后進行干法炭化，制備生物炭。