本發(fā)明屬于有機固體廢棄物高效資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種循環(huán)利用污泥炭催化氣化同時回用污泥炭二次轉(zhuǎn)化焦油的方法。

背景技術(shù)：

隨著城鎮(zhèn)化過程的加快，污水處理量大幅提升，污水處理的副產(chǎn)品——城市污泥產(chǎn)量也急劇增加。截止2015年9月底，全國設(shè)市城市、縣累計建成污水處理廠3830座，污水處理能力達1.62億立方米/日，處理廢水而產(chǎn)生的污泥量達3500萬噸左右。我國污泥的處理技術(shù)比較落后，主要以填埋、焚燒以及土地利用為主。填埋和農(nóng)田利用不能完全處理污泥含有的病菌和重金屬物質(zhì)，易對自然環(huán)境和人體健康造成極大的威脅，且排放的CH₄對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，這樣的處理方法越來越不可行，也造成了資源浪費。污泥焚燒產(chǎn)生二噁英等有毒氣體，對環(huán)境有很大危害。

污泥熱解技術(shù)是在無氧環(huán)境條件下對污泥進行加熱，使污泥中的有機物進行熱裂解和熱化學(xué)分解反應(yīng)，生成熱解氣、熱解液和熱解炭，具有處理迅速、占地面積小、無害化處理徹底、處置后污泥穩(wěn)定性好、并可回收能源等優(yōu)點，在污泥處置方法中的地位已逐漸增強，被認(rèn)為是很有發(fā)展前景的污泥處置方法，日益受到人們的重視。由于在封閉無氧條件下加熱，無污染氣體排放；大部分重金屬顆粒殘留在熱解炭中，減輕了對環(huán)境的污染，熱解液和熱解氣可作為熱解本身的能源供應(yīng)，熱解炭可用作污水、廢氣處理的吸附劑，運行成本明顯低于焚燒。

然而，熱解過程中產(chǎn)生的可冷凝烴類物質(zhì)的復(fù)雜混合物——焦油會對生產(chǎn)和人體健康產(chǎn)生巨大的危害。焦油作用在皮膚上會引起皮炎、毛囊炎、中毒性黑皮病、光毒性皮炎、痊瘡及癌腫，還能引發(fā)鼻中隔損傷等；而且是有強烈的刺激作用，是致癌物。焦油與空氣的混合物還能夠形成爆炸性混合物，遇到明火、強熱，容器內(nèi)壓力增大發(fā)生開裂和容易發(fā)生爆炸。焦油的存在降低了氣化率，同時也降低了能量的傳輸效率；燃?xì)庠趥鬏數(shù)倪^程中，焦油因為溫度的降低而形成粘稠的液體，附著到管道和設(shè)備的表面，導(dǎo)致管道的堵塞和設(shè)備的腐蝕；再者，焦油在燃燒時容易產(chǎn)生炭黑，這會讓使用燃?xì)獾脑O(shè)備受到嚴(yán)重的損壞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述存在的問題，本發(fā)明提供了一種高效、低成本的循環(huán)利用浸漬污泥炭催化氣化同時回用污泥炭二次轉(zhuǎn)化焦油的方法。該方法是先將污泥熱解，然后通過浸漬預(yù)處理得到浸漬污泥炭，再熱解得到浸漬熱解炭，在污泥熱解反應(yīng)系統(tǒng)下游添加以浸漬熱解炭為催化劑的裂解反應(yīng)器對一次污泥熱解生成的焦油進行高溫裂解，將焦油轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂休^小分子量的氣態(tài)化合物和其它產(chǎn)物。本發(fā)明所述工藝循環(huán)利用污泥熱解炭做催化劑，通過焦油二次熱解轉(zhuǎn)化可明顯降低焦油含量，可提高氣體產(chǎn)量和品質(zhì)，具有高效、低成本的優(yōu)點。上述浸漬熱解炭作為催化劑失活后，經(jīng)蒸汽氣化反應(yīng)可再度恢復(fù)其活性，該回用工藝循環(huán)操作可達5次以上。

本發(fā)明所述方法具體步驟如下：

1)將干燥粉碎的污泥粉末裝入熱解反應(yīng)器，經(jīng)N₂排空空氣后開始加熱，以10-30℃/min的升溫速率升溫至600-900℃并保持90-120min；反應(yīng)結(jié)束后取出，冷卻至室溫得到污泥熱解炭；

2)將污泥熱解炭浸漬于Ni²⁺或Fe³⁺鹽溶液中，在搖床中浸漬1-3天后抽濾，105-120℃烘干至水分含量小于1wt％得到浸漬污泥炭；然后放入惰性氣體氛圍的管式爐內(nèi)，以10-30℃/min的升溫速率程序升溫至600-900℃焙燒60-90min以去除自身揮發(fā)分，得到浸漬熱解炭；

3)在污泥熱解反應(yīng)系統(tǒng)下游添加以浸漬熱解炭為床料的裂解反應(yīng)器對污泥熱解反應(yīng)系統(tǒng)中一次熱解生成的焦油進行高溫裂解。

步驟1)中，污泥粉末的水分含量低于1wt％，粒徑小于2mm。

步驟2)中，浸漬反應(yīng)中的固液比為1:50-1:10g/ml，所述的Ni²⁺或Fe³⁺鹽溶液的濃度為0.1-1mol/L。

步驟3)中，所述污泥熱解反應(yīng)系統(tǒng)中以惰性氣體作為載氣，溫度設(shè)置為600-900℃。

步驟3)中，所述裂解反應(yīng)器的溫度設(shè)置為600-900℃。

所述的載氣為氬氣、氮氣、氦氣中的一種。

上述各步驟熱解得到的氣體產(chǎn)物燃燒后作為干化和熱解反應(yīng)器的熱源。

上述浸漬熱解炭作為催化劑失活后，600-900℃下經(jīng)蒸汽氣化反應(yīng)30min-90min可再度恢復(fù)其活性。直至與蒸汽反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化為H₂，CO等可燃?xì)怏w。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的創(chuàng)新是：

1.采用污泥熱解產(chǎn)生的副產(chǎn)品污泥炭，通過浸漬預(yù)處理將金屬離子負(fù)載到污泥炭內(nèi)，不僅可以使催化劑高度分散于污泥炭之中，并且可以使污泥炭中的催化劑具有很高的催化活性，克服催化劑因積炭和燒結(jié)而容易失活的缺點，從而降低催化劑的使用成本；

2.構(gòu)建污泥炭床對污泥產(chǎn)生的焦油進行高效二次轉(zhuǎn)化，在反應(yīng)過程中，不僅可以利用污泥炭的吸附作用吸附過程中產(chǎn)生的焦油；也可以利用污泥炭燃燒產(chǎn)生的灰分中含有的堿金屬元素成分對焦油起催化裂解作用。這些共同作用使焦油的轉(zhuǎn)化效率大大提高。

3.利用污泥炭負(fù)載鎳或鐵構(gòu)成新型催化劑對污泥進行高效熱解轉(zhuǎn)化，可以實現(xiàn)污泥的能源化和資源化利用。

具體實施方式

下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明所述的制備方法做進一步說明，但是本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

實施例1

首先，將城市污水處理廠污泥70g烘干并粉碎至1-2mm粒徑左右，水分含量低于1wt％，裝入熱解反應(yīng)器，經(jīng)N₂排空空氣后開始加熱，以20℃/min的升溫速率升溫至800℃并保持90min。熱解得到熱解氣、熱解液和污泥熱解炭；氣體產(chǎn)物用氣柜收集；熱解液經(jīng)靜置分離后得到木醋液和焦油產(chǎn)物；污泥熱解炭約占原料的44wt％，可作為催化劑回用。將污泥熱解炭以固液比1:20(g:ml)浸漬于事先配制好的0.5mol/L的Ni(NO₃)₂溶液中，在搖床中(180r/min)浸漬3天后抽濾，放入烘箱(105℃)烘干(24h)，水分含量小于1wt％。在實驗前將浸漬污泥炭放入氮氣氛圍的管式爐內(nèi)，以20℃/min的升溫速率程序升溫至800℃焙燒60min以去除自身揮發(fā)分得到浸漬熱解炭。在一級熱解反應(yīng)器中裝入70g污泥，溫度設(shè)置為900℃，以氮氣作為載氣，二級催化床放入浸漬熱解炭，炭床長度24cm，二級催化床溫度設(shè)置為900℃。采用此工藝熱解產(chǎn)氣76.90L，平均每克原料產(chǎn)氣達到1.098L，相比于未加二級熱解的工藝的產(chǎn)氣率(0.330L/g)提高了232.73％。氣體品質(zhì)由原來的可燃組分(主要有H₂、CO、CH₄等)78.5％提高到了94.89％(H₂+CH₄+CO₂+CO＝100％)。此外，液體產(chǎn)量由20.09g減少為0.12g，減幅達99.40％。固體含量基本保持不變，并略有增加，由30.84g增加到32.72g。

將上述熱解得到的氣體產(chǎn)物燃燒后作為干化和熱解爐的熱源。熱解爐加熱過程的煙道氣也可回用作為干化過程中的熱源。

實施例2

首先，將城市污水處理廠污泥70g烘干并粉碎至1-2mm粒徑左右，裝入熱解反應(yīng)器，經(jīng)N₂排空空氣后開始加熱，以20℃/min的升溫速率升溫至800℃并保持90min。熱解得到熱解氣、熱解液和污泥熱解炭；氣體產(chǎn)物用氣柜收集；熱解液經(jīng)靜置分離后得到木醋液和焦油產(chǎn)物；污泥熱解炭約占原料的44％，可作為催化劑回用。將污泥熱解炭以固液比1:20(g:ml)浸漬于事先配制好的0.5mol/L的Fe(NO₃)₃溶液中，在搖床中(180r/min)浸漬3天后抽濾，放入烘箱(105℃)烘干(24h)。在實驗前將浸漬污泥炭放入惰性氣體氛圍的管式爐內(nèi)，以20℃/min的升溫速率程序升溫至800℃焙燒60min以去除自身揮發(fā)分得到浸漬熱解炭。在一級熱解反應(yīng)器中裝入70g污泥，二級催化床放入浸漬熱解炭，炭床長度6cm，二級催化床溫度設(shè)置為800℃。采用此工藝熱解產(chǎn)氣37.43L，平均每克原料產(chǎn)氣達到0.535L，相比于未加二級熱解的工藝的產(chǎn)氣率(0.330L/g)提高了62.12％。氣體品質(zhì)由原來的可燃組分(主要有H₂、CO、CH₄等)78.5％提高到了87.6％(H₂+CH₄+CO₂+CO＝100％)。此外，液體產(chǎn)量由20.09g減少為4.63g，減幅達76.95％。固體含量基本保持不變，并略有增加，由30.84g增加到31.80g。

上述浸漬熱解炭作為催化劑失活后，800℃下經(jīng)蒸汽氣化反應(yīng)60min可再度恢復(fù)其活性。該回用工藝循環(huán)操作5次后仍保持好的催化效果。

將上述熱解得到的氣體產(chǎn)物燃燒后作為干化和熱解爐的熱源。熱解爐加熱過程的煙道氣也可回用作為干化過程中的熱源。