[發明專利]一種利用污泥制備污泥碳基材料的方法

在審

• 申請號: 201710243468.7
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107142118A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 趙增立;王小波;鄭安慶;鐘慧瓊;劉安琪;李海濱
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: C10B53/00
• 分類號: C10B53/00;C10B57/00;C10B57/12;C02F11/10
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司44001
• 代理人: 方燕,莫瑤江

技術領域：

本發明屬于廢棄物處理及資源化利用技術領域，具體涉及一種利用污泥制備污泥碳基材料的方法。

背景技術：

隨著城市化的發展和社會環保水平的提高，城市污水污泥的產量逐年增加。污泥成分較為復雜，是由多種微生物形成的菌膠團與其吸附的有機物和無機物組成的集合體。同時污泥是一種富碳廢棄物，可作為制備碳材料的原料，而且碳化工藝簡單，污泥炭材料制備和應用倍受青睞，已成污泥資源化利用的研究熱點。污泥熱解可以制備含碳材料，并可以減小固體體積，同時增強存在于炭基中的重金屬對自然析出的抵抗力。而且熱解產生的不凝氣體和熱解油有很高的熱值，這能成為潛在的燃料。熱解法所使用的溫度低于焚燒法，因此進入熱解氣體中污染物也較少。

中國專利CN 102786967 A公開了一種利用污泥制備生物碳的方法，其以污泥為原料，將污泥放置于密閉反應器內，在高溫、無氧條件下，污泥經高溫熱解一定時間后，制成生物碳。采用此法制備的生物碳，使污泥中含有較高濃度的碳、氮、磷、鉀等營養鹽得到回收，使污泥在減量化的同時進行資源化利用。中國專利ZL201410170177.6公開了一種污泥基活性炭及其生產方法和在電鍍含鉻廢水中的應用，污泥經干燥、活化、微波處理、洗滌、烘干步驟后制備而成，可在電鍍含鉻廢水處理中，污泥活性炭用作吸附劑。中國專利ZL 201310112617.8公開了一種污泥高溫碳化系統及碳化工藝，其包括以下步驟：1)將脫水污泥輸送至脫水污泥干燥機中；2)碳化加熱爐供給加熱氣體將污泥含水率降到30％，從脫水污泥干燥機排出的加熱氣體經過處理后進入碳化加熱爐燃燒脫臭；3)干化污泥輸送至污泥碳化爐中經過600℃～800℃的高溫、缺氧處理，形成穩定的碳化產物，污泥碳化爐中碳化所產生的干餾氣體輸出至碳化加熱爐進行燃燒脫臭。

上述專利均涉及將污泥在無氧/缺氧條件下通過加熱方式轉化為污泥碳、活性炭等碳基材料。但上述專利均未涉及通過合理控制污泥碳基材料制備過程，將污泥加熱過程中產生的熱解液體作為分散劑/粘合劑回用到污泥碳基材料制備過程中。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種利用污泥制備污泥碳基材料的方法，其降低了污泥碳基材料生產過程在輔材的使用量，降低污泥碳基材料生產成本及生產過程中的環境風險，解決了現有技術中存在的問題。

本發明的目的是提供一種利用污泥制備污泥碳基材料的方法，包括如下步驟：

(1)烘焙：污泥經低溫烘焙得到烘焙固體產物和烘焙氣體產物；

(2)均混：將烘焙固體產物、改性劑與步驟(7)冷凝得到的冷凝輕質組分混合均勻，改性劑與烘焙固體產物的質量比為2～5:1；

(3)熱解：將步驟(2)得到的混合物進行高溫熱解，得到熱解固體產物和熱解氣體產物；

(4)混合：將熱解固體產物與步驟(7)冷凝得到的冷凝重質組分混合；

(5)成型固化：將步驟(4)得到的混合物進行成型固化，得到成型固化產物；

(6)活化：將步驟(5)得到的成型固化產物進行活化得到污泥碳基材料；

(7)冷凝：將步驟(1)、步驟(3)過程中的產生的烘焙氣體產物和熱解氣體產物分別進行冷凝分離，得到冷凝輕質組分、冷凝重質組分、水及不凝氣，其中烘焙氣體產物和熱解氣體產物冷凝后得到的冷凝重質組分用于步驟(4)，烘焙氣體產物冷凝后得到的冷凝輕質組分用于步驟(2)。

烘焙、熱解過程產生的氣體產物經過冷凝分別得到輕質組分、重質組分和氣體，輕質組分含有大量的水、有機酸、醇、酮、糖等，輕質組分通常呈液體狀，密度較小，粘度低，是性質優良的分散劑；重質組分呈瀝青狀，主要是污泥中有機物裂解產生的聚合度較大的大分子聚合物，具有較高的密度和粘度，是優良的粘合劑；氣體為不可冷凝的氣體(即不凝氣)，主要成分為CO、H₂、CH₄、CO₂等，氣體熱值通常在10000～20000kJ/m³，可以作為烘焙過程的輔助燃料。

優選地，所述的烘焙溫度為200℃～350℃，烘焙時間為2～6h。通過該烘焙溫度和烘焙時間使污泥完全干燥，同時使污泥中在高溫條件下易生成小分子氣體和液體的有機物在較低溫度和較長反應停留時間條件下，通過慢速的縮聚反應進行芳構化和炭化，生成較為穩定的大分子有機物。