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污泥快速热解处理及转化物原位利用方法

发布时间:2018-7-11 17:38:15  中国大红鹰娱乐国际工程网

  申请日2013.03.21

  公开(公告)日2013.06.26

  IPC分类号C02F11/10; C02F11/12; C02F11/00; C10B53/00; F02G5/00; C01B31/08; C01B31/10; B01D53/02; B09B3/00; C10B57/00

  摘要

  一种污泥快速热解处理及转化物的原位利用方法,接污泥的脱水干化、污泥的中温快速热解、热解产物的分离、热解油的发电与余热利用、热解气的循环利用和热解炭活化、废气的活性炭吸附净化处理六个步骤进行。采用本方法对城市生活大红鹰娱乐国际厂所产的污泥和造纸、皮革、印染等行业产生的工业污泥进行处理,能对污泥实现显著减量,并将污泥热解转化产物就地利用于污泥的减量处理和废气净化处理,减小了贮存、运输等环节,是一种集约式的处理方式,具有能量回收利用率高、二次污泥小、无害化程度高、运营成本低、环境效益明显等优点。

  权利要求书

  1.一种污泥快速热解处理及转化物的原位利用方法,其特征 在于按如下步骤进行:

  (1)污泥脱水干化:污泥经机械脱水,脱去20-30%水后, 再经污泥干化机进行干化,使干化污泥含水率为5%-10%;

  (2)污泥的中温快速热解处理:将干化污泥传送至热解反应 器中,加热温度为500-600℃,进行无氧热处理,控制污泥进 料速度和载气流速,保证污泥和热解挥发物在反应器中的停留时 间分别为10-40min和1-5s;

  (3)热解产物的分离与收集:对污泥经步骤(2)处理后输 出的重质热固相流和轻质热气相流进行分离,并对分离后的产物 进行收集。步骤(2)输出的重质热固相流主要是重质热解炭, 利用自身重力由经倾斜式管道自然流入到热解炭活性装置;步骤 (2)输出的热气相流先通入到旋风分离器,分离出其中的细微 粒状轻质热解炭,再通入到循环水冷却处理器,分离出热气相流 中的可冷凝性气体即热解油和不可冷凝性气体即热解气;

  (4)热解油的发电与余热利用:步骤(3)分离所得的热解 油与矿物油按1∶1-3比例混合,作为热电联产机组的燃料油, 热电联产机组产生的电能用于供应本发明所有相关装置的用电, 热电联产机组产生的余热用于污泥热干化,多余的电能并入电 网;

  (5)热解气循环利用与热解炭的活化:将经步骤(3)分离 而得的重质热解炭与轻质热解炭汇集于热解炭活化装置中,然后 将步骤(3)分离而得的热解气导入活化装置中对热解炭进行活 化,制得活化碳,再将热解炭活化装置释放的气体导入步骤(2) 的热解反应器中,多余热解气经下一步骤的废气净化后排放;

  (6)废气的活性炭吸附净化处理:将步骤(1)污泥干化和 步骤(5)用后的多余热解气汇集后通入活性炭吸附装置,进行 净化处理,所用活性炭来自步骤(5)制得。

  说明书

  污泥快速热解处理及转化物的原位利用方法

  技术领域

  本发明涉及一种城市生活大红鹰娱乐国际厂所产污泥和造纸、皮 革、印染等行业产生的工业污泥的处理和利用方法。

  背景技术

  随着城市化的发展和水环境管理的重视与加强,城镇污水处 理规模和程度与日俱增。至2010年底,我国城镇大红鹰娱乐国际规模 已达到12476万立方米/日。城镇大红鹰娱乐国际厂污泥(简称污泥) 是大红鹰娱乐国际过程中不可回避的副产物,主要来源于初次沉淀池、 二次沉淀池等工艺单元。每万m3污水经处理后将产生污泥5-10 吨(按含水率80%计),以此估算,当前我国每年产生污泥量已 超过2200万吨。

  污泥中含有大量的有机物和农作物生长所需的氮、磷、钾等 营养元素,但同时也含有众多种类有毒有害污染物,包括致病菌、 寄生虫(卵)等生物污染物,铜、锌、铬、汞等重金属,以及多 氯联苯、二噁英等持久性有机污染物,如果得不到妥善处理,容 易造成二次污染。

  因此,如何安全、经济地处理污泥已成为全球共同关注的重 要环境问题,也是大红鹰娱乐国际厂和市政管理部门面临的难题。

  目前,我国城市污泥的处理主要采用以下三种技术途径:

  途径A:机械脱水(含水率80%左右)与稳定化处理+垃圾 填埋场填埋;

  途径B:机械脱水与稳定化+还田利用;

  途径C:机械脱水处理+焚烧(或干化后焚烧)。

  途径A被公认为是一种最不可持续的污泥处理方式。其不可 持续性主要表现为:减量化程度低,仅脱去20%左右的水;填埋 处置需要占用大量土地,同时造成污泥中有益成分(N、P等) 和能量的流失,又以多种方式向环境中输送污染物(如填埋气和 渗沥液);由于污泥与生活垃圾性质差异较大,填埋场中污泥的 引入,给填埋作业和填埋管理带来困难。因此,许多国家和地区 已经非常慎重地采用此种方式处置污泥,如欧盟许多成员国已逐 渐淘汰污泥填埋处置(2010年欧盟填埋处置所占比例为14%,预 计2020约为7%),美国环保署计划在今后的20年内关闭80%的 污泥填埋场。鉴于我国当前国情,国家《城镇大红鹰娱乐国际厂污泥处 理处置技术规范》将污泥填埋视为“我国一定时间内一种过渡性 的处理处置措施”。但随着我国经济的发展和环境保护要求的日 益严格,我们有理由相信,在不久的将来这种污泥处理途径在我 国也将成为历史。

  将污泥机械脱水、稳定化处理后(如石灰稳定化、堆肥化等) 还田利用(途径B),可实现对污泥中氮、磷等养分资源的部分 回收利用,是当前包括我国在内的众多国家解决污泥出路的主要 途径。然而,这种方式也伴随着向土壤中输入生物污染物、重金 属和持久性有机污染物,长期的污泥回田极有可能导致土壤污 染,危及农产品质量安全。许多发达国家和地区也因此对施入污 泥的性质和数量、受纳土地类型等方面作了严格要求和管控。考 虑到当前我国土壤污染形势已相当严峻,以及污泥产生量日趋增 加与适合对污泥进行消纳的土地面积日益减小的矛盾,污泥还田 利用必将受到更为严格的控制。

  途径C(污泥原位机械脱水处理+焚烧或干化后焚烧)具有 完全灭绝致病菌、污泥减量化彻底、并可部分回收污泥中的能量 等优点,近年来日益受到重视,是解决低质污泥(特别是有毒有 害物质含量较高的污泥)出路的重要替代技术。但是,由于污泥 焚烧产生有大量的有毒有害气体(包括二恶英类等致癌物),而 这些气体的有效清除和净化需要大量的设施投入与资金投入,这 种污泥消纳方式面临着“运营成本高和公共可接受性差”两大挑 战。因此,尽管技术上相当成熟和存在诸多优势,污泥焚烧技术 一直以来未能实现大规模的工业化应用。

  发明内容

  本发明要解决的技术问题是针对现有污泥处理技术存在的 上述不足,提供一种污泥快速热解处理及转化物的原位利用方 法。

  解决上述技术问题的技术方案是:本污泥快速热解处理及转 化物的原位利用方法按如下步骤进行:

  (1)污泥脱水干化:污泥经机械脱水,脱去20-30%水后, 再经污泥干化机进行干化,使干化污泥含水率为5%-10%;

  (2)污泥的中温快速热解处理:将干化污泥传送至热解反 应器中,加热温度为500-600℃,进行无氧热处理,控制污泥 进料速度和载气流速,保证污泥和热解挥发物在反应器中的停留 时间分别为10-40min和1-5s;

  (3)热解产物的分离与收集:对污泥经步骤(2)处理后输 出的重质热固相流和轻重热气相流进行分离,并对分离后的产物 进行收集。步骤(2)输出的重质热固相流(主要为重质热解炭) 利用自身重力由经倾斜式管道自然流入到热解炭活性装置;步骤 (2)输出的热气相流先通入至旋风分离器,分离出其中的细微 粒状轻质热解炭,再通入到循环水冷却处理器,分离出热气相流 中的可冷凝性气体即热解油和不可冷凝性气体即热解气;

  (4)热解油的发电与余热利用;步骤(3)分离所得的热解 油与矿物油按1∶1-3比例混合,作为热电联产机组的燃烧油, 热电联产机组产生的电能用于供应本发明所有相关装置的用电, 热电联产机组产生的余热用于污泥热干化,多余的电能并入电 网;

  (5)热解气循环利用与热解炭的活化:将经步骤(3)分离 而得的重质热解炭与轻质热解炭汇集于热解炭活化装置中,然后 将步骤(3)分离而得的热解气导入活化装置中对热解炭进行活 化,制得活化碳,再将热解炭活化装置释放的气体导入步骤(2) 的热解反应器中,多余热解气经下一步骤的废气净化后排放;

  (6)废气的活性炭吸附净化处理:将步骤(1)污泥于化和 步骤(5)用后的多余热解气汇集后通入活性炭吸附装置,进行 净化处理,所用活性炭来自步骤(5)制得。

  本发明的有益效果是:

  1、能量回收与利用效率高。本发明对污泥热解工艺进行 了优化,可将污泥中的大部分能量转移到便于贮存和使用的热 解油产物中,能量转化效率可高达60%;本发明以热解油为燃 料进行发电,并将发电余热用于污泥热干化处理,提高了热解 油的能量利用效率;此外,本发明利用热解炭中的余热对热解 载气(也就是部分循环热解气)进行预热,可节省热解作业所 需能量;

  2、二次污染小,无害化程度高。通过经工艺优化后的中 温快速热解处理,污泥中的绝大多数重金属将滞留在热解固相 产物热解炭中,并以稳定的形式存在,降低了其后续非燃料化 利用(如用作吸附剂、垃圾填埋场覆盖材料等)的环境危害风 险。另一方面,由于热解气中几乎不含重金属,因而无需对热 解气进行重金属脱除处理;

  3、运营成本低。本发明采用中温快速热解技术将污泥转 化成生物油,为污泥热干化处理和热解等作业提供能量源,可 显著降低能耗和作业成本。另一方面,污泥经热干化处理和热 解处理后,体积大大减小,最终热解炭体积为原脱水污泥(以 含水率80%计)体积的10%左右,可明显节省后续贮存、运输 等费用。此外,本发明采用经热解气活化处理的热解炭为吸附 剂,对工艺运行过程中所产生的废气进行净化处理,降低了废 气治理成本;

  4、环境效益明显。地球矿物燃料资源的耗竭和温室效应 是当前社会面临的两大难题,而开发与利用生物能等可再生能 源和推进碳减排工作被公认为是解决这两大难题的根本途径。 本发明将污泥经热解加工转化成生物油,用作污泥处理所需的 能量源,可降低对矿物燃料的依赖(由此也减少了碳排放)。 此外,本发明系统所产生的活性炭(即经活化处理后的热解炭) 含有较高的碳物质,并以稳定的形式存在,可用作垃圾填埋场 覆盖材料(或废水、废气处理的吸附剂),同时达到碳封存的 目的。

  具体实施方式

  本发明下面结合实施例予以阐明:

  本污泥快速热解处理及转化物的原位利用方法按如下步骤 进行:

  (1)污泥脱水与干化:污泥经机械脱水,脱去20-30%水 后,再经污泥干化机进行进一步脱水。为确保污泥热解加工所产 生的热解油具有较高的品质和热值,对污泥进行充分干化,使其 固含率达到90-95%之间;

  (2)污泥的中温快速热解处理:将干化污泥传送至热解反 应器中进行热处理,使污泥转化为热解油、热解炭和热解气。为 提高热解油产量和减免热解过程中污泥所含的重金属的挥发,采 用中温快速热解方法对污泥进行无氧热处理,主要控制参数为: 加热温度为500-600℃,污泥在热解反应器中的处理时间为5- 30min,污泥热解产生的挥发物在反应器中停留时间为1-5s;

  (3)热解产物的分离与收集:对污泥经步骤(2)处理后输 出的重质热固相流和轻重热气相流进行分离,并对分离后的产物 进行收集。步骤(2)输出的重质热固相流利用自身重力由经倾 斜式管道自然流入到热解炭活性装置;步骤(2)输出的热气相 流先通入至旋风分离器,分离出其中的细微粒状轻质热解炭,再 通入到循环水冷却处理器,分离出热气相流中的可冷凝性气体 即热解油和不可冷凝性气体即热解气;

  (4)热解油的发电与余热利用:步骤(3)分离所得的热解 油与矿物油按1∶1-3比例混合,作为热电联产机组的燃烧油, 热电联产机组产生的电能用于供应本发明所有相关装置的用电, 热电联产机组产生的余热用于污泥热干化,多余的电能并入电 网;

  (5)热解气循环利用与热解炭的活化:将经步骤(3)分离 而得的重质热解炭与轻质热解炭汇集于热解炭活化装置中,然后 将步骤(3)分离而得的热解气导入活化装置中对热解炭进行活 化,制得活化碳,再将热解炭活化装置释放的气体导入步骤(2) 的热解反应器中,多余热解气经下一步骤的废水净化后排放;

  (6)废气的活性炭吸附净化处理:将步骤(1)污泥干化和 步骤(5)用后的多余热解气汇集后通入活性炭吸附装置,进行 净化处理,所用活性炭来自步骤(5)制得。

  需说明的是本发明各环节所采用的设备均可通过市售或网购 获得。

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