專利名稱：城市污泥低溫?zé)峤馔瑫r(shí)制備生物油和活性炭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種城市污泥低溫?zé)峤馔瑫r(shí)制備生物油和活性炭技術(shù)，屬于固體廢棄 物資源化處置領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
根據(jù)《國務(wù)院關(guān)于落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的決定》，2010年城市污水處理率 不低于70%，城市污泥產(chǎn)生量將為418萬噸(折合含水率80%的污泥2090萬噸)。隨著 城市污水處理的規(guī)模不斷擴(kuò)大，污水處理程度逐年升高，污泥產(chǎn)量也急劇增加。目前全國污 水處理能力 20萬t/d(含)以上的城市污水處理廠污泥83%沒有經(jīng)過妥善處置，這些污泥 的出路也沒有一定的保障，造成了污泥無控排放的現(xiàn)狀。因此，如何解決污泥的處理處置出 路，已成為我國城市發(fā)展過程中亟待解決的重大環(huán)境問題?，F(xiàn)有污泥處置技術(shù)中，污泥低溫?zé)峤庥捎谥亟饘俑患诠腆w殘?jiān)蟹€(wěn)定性好，且 反應(yīng)溫度低，避開了二惡英生成區(qū)，NOx和SOx生成也很少，足以滿足嚴(yán)格的政策法規(guī)，而其 經(jīng)濟(jì)性又顯著優(yōu)于焚燒，污泥低溫?zé)峤庠絹碓绞艿疥P(guān)注。污泥低溫?zé)峤庥袃煞N方式，一種是熱解制油，其方法是在無氧條件下加熱污泥至 一定溫度(< 50(TC )，使污泥發(fā)生干餾和熱分解，轉(zhuǎn)化為油、反應(yīng)水、不凝結(jié)氣和炭等4種 產(chǎn)物。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)污泥低溫?zé)峤庵朴瓦M(jìn)行了大量的研究。加拿大環(huán)保學(xué)者Campbell H W 和Bridle T R研發(fā)出采用臥式反應(yīng)器的污泥熱解低溫技術(shù)，將干污泥置入該反應(yīng)器中，在 與外部空氣隔絕的條件下，熱解溫度為450°C，產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物經(jīng)冷凝后變成液態(tài)油，固體 殘?jiān)蔀樘俊０拇罄麃啺厮沟腟ubiaco污水處理廠和清華大學(xué)采用回轉(zhuǎn)窯污泥低溫?zé)峤饧?術(shù)，生產(chǎn)燒結(jié)炭和熱解油。污泥熱解的另一種方式是碳化。上世紀(jì)九十年代許多國家對(duì)該技術(shù)進(jìn)行小規(guī)模生 產(chǎn)性試驗(yàn)，如1992年日本ORGANO公司在東京郊區(qū)建了一個(gè)污泥碳化試驗(yàn)廠；2005年美國 能源技術(shù)公司在加州Railto建立一座每天處理625噸污泥的處理廠，每天約可生產(chǎn)90噸 干的碳化顆粒。上述技術(shù)分別側(cè)重于制油或制炭，不能同時(shí)獲得高品質(zhì)生物油和活性炭①污泥 熱解主要制油，油作為液體燃料使用，固態(tài)熱解產(chǎn)物一般作為低品位燃料或廢棄物處理；② 污泥熱解主要制炭(通常也稱為污泥碳化)，炭作為工業(yè)燃料，油和氣的產(chǎn)率低、品質(zhì)無法 保證，難以資源化利用。主要原因是高品質(zhì)的生物油需要極短的熱解氣停留時(shí)間，時(shí)間 過長容易導(dǎo)致?lián)]發(fā)分中長鏈分子的進(jìn)一步裂解，降低產(chǎn)油率；而高品質(zhì)活性炭則需要盡可 能長的停留時(shí)間才能使其中的揮發(fā)分得到充分脫除，得到的活性炭才會(huì)具有較好的空隙結(jié) 構(gòu)。本發(fā)明采用高倍率循環(huán)流化床污泥熱解技術(shù)解決了這個(gè)矛盾，能夠同時(shí)獲得高附加值 污泥基產(chǎn)品_生物油和活性碳。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題針對(duì)目前污泥處置成本偏高，普通污泥熱解技術(shù)只能獲得單一的資源化產(chǎn)品問題，本發(fā)明提出一種高倍率循環(huán)流化床污泥低溫?zé)峤饧夹g(shù)，目的在于提供一種可 以同時(shí)獲得高附加值生物油和活性炭的低溫?zé)峤夥椒?。技術(shù)方案本發(fā)明的城市污泥低溫?zé)峤馔瑫r(shí)制備生物油和活性炭系統(tǒng)主要由熱解 反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器、回料器、陶瓷過濾器、冷凝器等組成。1、污泥熱解器采用高倍率循環(huán)流化床方式，床內(nèi)分成湍流流化區(qū)和快速流動(dòng)區(qū)。2、污泥從湍流流化區(qū)加入，采用平均粒徑0. 5 Imm的干污泥顆粒，床料(如石 英砂、燃煤底渣等)平均粒徑為1 2mm，湍流流化區(qū)顆粒體積密度0. 3 0. 4，料層高度 為1 2m，采用溫度400 500°C、氣速1 1. 5m/s的湍流流化運(yùn)行方式，其功能是實(shí)現(xiàn)床 料、污泥顆粒、返料的良好混合和熱質(zhì)傳遞，進(jìn)行污泥脫除部分揮發(fā)份和熱解反應(yīng)形成熱解 炭和熱解氣； 3、湍流流化區(qū)上部為快速流動(dòng)區(qū)，熱解炭在該區(qū)域內(nèi)完成大部分揮發(fā)分脫除和熱 解反應(yīng)，該區(qū)域高度為1 2m，顆粒體積濃度大于0. 1，床層橫截面積較湍流流動(dòng)區(qū)稍小，采 用溫度500°C左右、氣速2 3m/s的快速流動(dòng)運(yùn)行方式，減小了熱解氣在床內(nèi)的停留時(shí)間， 有利于提高高品質(zhì)生物油產(chǎn)量；4、部分熱解炭和床料隨熱解氣從熱解反應(yīng)器上部流出并進(jìn)入旋風(fēng)分離器，其最小 捕集粒徑為0. 1mm。旋風(fēng)分離器分離下來的污泥顆粒經(jīng)落料管落入其底部的回料器，通過回 料器重新返回?zé)峤夥磻?yīng)器中，再次進(jìn)行泥脫揮發(fā)分和熱解反應(yīng)。5、熱解炭經(jīng)過多次循環(huán)，循環(huán)倍率為30 50，熱解炭中的揮發(fā)分得到充分揮發(fā)， 空隙結(jié)構(gòu)大大改善，且在高溫和床料的強(qiáng)烈摩擦共同作用下，粒徑不斷減小，直至最后可以 隨熱解氣從旋風(fēng)分離器上部進(jìn)入旋風(fēng)分離器后續(xù)的陶瓷過濾器。陶瓷過濾器可在500°C溫 度下保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，同時(shí)可以捕集0.2μπι以上的微細(xì)活性炭顆粒，減少熱解油中固 體顆粒物含量，有利于提高生物油和活性炭品質(zhì)，增加活性炭產(chǎn)量；6、陶瓷過濾器排出的熱解氣進(jìn)入冷凝器，冷凝器將熱解氣中的生物油冷凝下來， 陶瓷過濾器排出的不凝結(jié)氣一部分作為流化風(fēng)送入熱解反應(yīng)器，一部分作為返料風(fēng)送入回 料器中，還有一部分作為可燃?xì)夤┖罄m(xù)工藝使用。具體方法為熱解反應(yīng)器采用高倍率循環(huán)流化床結(jié)構(gòu)，污泥通過螺旋加料器進(jìn)入 熱解反應(yīng)器，流化風(fēng)經(jīng)風(fēng)室和布風(fēng)板進(jìn)入熱解反應(yīng)器；旋風(fēng)分離器捕集落下來的熱解炭通 過落料管、回料器和返料管返回?zé)峤夥磻?yīng)器進(jìn)行循環(huán)；熱解炭經(jīng)過多次循環(huán)后成為活性炭， 之后活性炭隨熱解氣進(jìn)入陶瓷過濾器，被陶瓷過濾器捕集；陶瓷過濾器排出的熱解氣進(jìn)入 冷凝器，冷凝器下部回收生物油，排出不凝結(jié)氣，第一部分作為流化風(fēng)送入熱解反應(yīng)器，第 二部分作為返料風(fēng)送入回料器，第三部分作為可燃?xì)夤┖罄m(xù)工藝使用。所述熱解反應(yīng)器內(nèi)的物料在熱解反應(yīng)器內(nèi)的循環(huán)倍率保持在30 50，反應(yīng)器主 體分成湍流流化區(qū)和快速流動(dòng)區(qū)兩部分。湍流流化區(qū)內(nèi)干污泥顆粒平均粒徑0. 5 1mm，床料平均粒徑1 2mm，顆粒體積 密度0. 3 0. 4、料層高度1 2m，溫度400 500°C、氣速1 1. 5m/s ；快速流動(dòng)區(qū)高度 1 2m，顆粒體積濃度大于0. 1，溫度500°C左右，氣速2 3m/s。有益效果本發(fā)明具有如下的特色及優(yōu)點(diǎn)污泥熱解器采用高倍率循環(huán)流化床方式，提高了氣固傳熱效果，解決了普通污泥 熱解反應(yīng)器只能獲得單一資源化產(chǎn)品的難題，能夠同時(shí)獲得高品質(zhì)生物油和活性炭；


圖1為本發(fā)明的城市污泥低溫?zé)峤馔瑫r(shí)制備生物油和活性炭工藝流程示意圖。圖中有熱解反應(yīng)器1、螺旋加料器1-1、風(fēng)室1-2、布風(fēng)板1-3、湍流流化區(qū)1_4、快 速流動(dòng)區(qū)1-5、旋風(fēng)分離器2、落料管3、回料器4、返料管5、排渣管6、進(jìn)風(fēng)口 7、陶瓷過濾器 8、冷凝器9。污泥A、流化風(fēng)B、熱解炭C、活性炭D、熱解氣E、返料風(fēng)F、冷卻水G、生物油H、 不凝結(jié)氣I。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明裝置主要由熱解反應(yīng)器1、旋風(fēng)分離器2、回料器4、陶瓷過濾器8及冷凝器 9組成。污泥A通過螺旋加料器1-1加入熱解反應(yīng)器1的湍流流化區(qū)1-4。湍流流化區(qū)內(nèi) 干污泥顆粒平均粒徑0. 5 1mm，床料平均粒徑1 2mm，顆粒體積密度0. 3 0. 4、料層高 度1 2m，溫度400 500°C、氣速1 1. 5m/s。熱解反應(yīng)器1底部設(shè)有排渣管6。流化風(fēng) B經(jīng)進(jìn)風(fēng)口 7進(jìn)入風(fēng)室1-2，經(jīng)過布風(fēng)板1-3整流后進(jìn)入湍流流化區(qū)1-4。污泥A在湍流流 化區(qū)1-4內(nèi)的缺氧環(huán)境中快速升溫形成熱解炭C和熱解氣E，并進(jìn)入快速流動(dòng)區(qū)1-5?？焖?流動(dòng)區(qū)1-5高度1 2m，顆粒體積濃度大于0. 1，溫度500°C左右，氣速2 3m/s。快速流動(dòng) 區(qū)1-5上部與旋風(fēng)分離器2相連，熱解氣E攜帶一部分熱解炭C進(jìn)入旋風(fēng)分離器2中。旋 風(fēng)分離器2分離下來的熱解炭C依次進(jìn)入落料管3和回料器4?；亓掀?在返料風(fēng)F的作 用下，使得分離下來的熱解炭C返回?zé)峤夥磻?yīng)器1中進(jìn)行再次熱解。熱解炭C經(jīng)過多次循 環(huán)，粒徑不斷減小，直至最后形成細(xì)微顆?；钚蕴緿，并隨熱解氣E從旋風(fēng)分離器2上部進(jìn)入 陶瓷過濾器8。陶瓷過濾器8將活性炭D顆粒捕集下來，陶瓷過濾器8排出的熱解氣E進(jìn)入 冷凝器9。在冷凝器9內(nèi)，熱解氣E中的可凝結(jié)氣體凝結(jié)成液態(tài)生物油H從冷凝器9底部排 出；不凝結(jié)氣I則從冷凝器9上部排出。一部分不凝結(jié)氣I作為流化風(fēng)B送入熱解反應(yīng)器 1，一部分不凝結(jié)氣I作為返料風(fēng)F送入回料器，還有一部分不凝結(jié)氣I作為可燃?xì)夤┖罄m(xù) 工藝使用。
權(quán)利要求
一種城市污泥低溫?zé)峤馔瑫r(shí)制備生物油和活性炭的方法，其特征在于污泥(A)通過螺旋加料器(1-1)進(jìn)入熱解反應(yīng)器(1)，流化風(fēng)(B)經(jīng)風(fēng)室(1-2)和布風(fēng)板(1-3)進(jìn)入熱解反應(yīng)器(1)；旋風(fēng)分離器(2)捕集落下來的熱解炭(C)通過落料管(3)、回料器(4)和返料管(5)返回?zé)峤夥磻?yīng)器(1)進(jìn)行循環(huán)；熱解炭(C)經(jīng)過多次循環(huán)后成為活性炭(D)，之后活性炭(D)隨熱解氣(E)進(jìn)入陶瓷過濾器(8)，被陶瓷過濾器(8)捕集；陶瓷過濾器(8)排出的熱解氣(E)進(jìn)入冷凝器(9)，冷凝器(9)下部回收生物油(H)，排出不凝結(jié)氣(I)，第一部分作為流化風(fēng)(B)送入熱解反應(yīng)器(1)，第二部分作為返料風(fēng)(F)送入回料器(4)，第三部分作為可燃?xì)夤┖罄m(xù)工藝使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市污泥低溫?zé)峤馔瑫r(shí)制備生物油和活性炭的方法，其特征 在于所述熱解反應(yīng)器(1)內(nèi)的物料在熱解反應(yīng)器(1)內(nèi)的循環(huán)倍率保持在30 50，反應(yīng)器 主體分成湍流流化區(qū)和快速流動(dòng)區(qū)兩部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的城市污泥低溫?zé)峤馔瑫r(shí)制備生物油和活性炭技術(shù)，其特 征在于湍流流化區(qū)內(nèi)干污泥顆粒平均粒徑0. 5 1mm，床料平均粒徑1 2mm，顆粒體積密 度0. 3 0. 4、料層高度1 2m，溫度400 500°C、氣速1 1. 5m/s ；快速流動(dòng)區(qū)高度1 2m，顆粒體積濃度大于0. 1，溫度500°C左右，氣速2 3m/s。
全文摘要
城市污泥低溫?zé)峤馔瑫r(shí)制備生物油和活性炭方法，解決了目前常規(guī)污泥熱解方法只能獲得單一資源化產(chǎn)品的難題，可同時(shí)獲得高品質(zhì)生物油和活性炭，污泥(A)通過螺旋加料器(1-1)進(jìn)入熱解反應(yīng)器(1)，流化風(fēng)(B)經(jīng)風(fēng)室(1-2)和布風(fēng)板(1-3)進(jìn)入熱解反應(yīng)器(1)；旋風(fēng)分離器(2)捕集落下來的熱解炭(C)通過落料管(3)、回料器(4)和返料管(5)返回?zé)峤夥磻?yīng)器(1)進(jìn)行循環(huán)；熱解炭(C)經(jīng)過多次循環(huán)后成為活性炭(D)，之后活性炭(D)隨熱解氣(E)進(jìn)入陶瓷過濾器(8)，被陶瓷過濾器(8)捕集；陶瓷過濾器(8)排出的熱解氣(E)進(jìn)入冷凝器(9)，冷凝器(9)下部回收生物油(H)，排出不凝結(jié)氣(I)。
文檔編號(hào)C10B49/10GK101845311SQ20101015990
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者馮四平, 吳昌子, 孫國平, 孫宇, 宋敏, 左武, 金保昇, 黃亞繼 申請(qǐng)人:江蘇中容電氣有限公司;東南大學(xué)