污水处理厂污泥的低温催化热解制油研究 8页

污水处理厂污泥的低温催化热解制油研究第23卷第11期2007年6月中国给水排水CHINAWATER&WASTEWATERV01.23No.11Jun.2007污水处理厂污泥的低温催化热解制油研究喻健良,邢英杰(大连理工大学4k~.z-学院,辽宁大连116012)摘要:采用低温催化热解工艺处理大连市马栏河污水处理厂的污泥,考察了反应温度(250～320oC),反应时间(30～90min),催化剂NacO的用量对产油率的影响.结果表明,温度越高则产油率也越高;经过约75rain的热解后反应趋于平衡;NaCO的最佳用量为4g/100g污泥.在反应温度为270oC,NaCO用量为4g/100g污泥的条件下热解75min后,产油率可达18.4%该工艺为污水厂剩余污泥的处理与处置提供了一个新的途径.关键词:污泥;低温催化热解;产油率中图分类号:X703.1文献标识码:A文章编号:1000—4602(2007)11—0021—03StudyonOilProductionbyCatalyticLow-temperatureThermolysisofSludgefromWastewaterTreat.mentPlantYUJian—liang,XINGYing-jie(SchoolofChemicalEngineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian116012,China)Abstract:Thecatalyticlow—temperaturethermolysisprocesswasusedtotreatsludgefromthe\nMalanheWastewaterTreatmentPlantinDalian.Theinfluencesofreactiontemperature(250—320oC),reactiontime(30—90min)andcatalystdosageofNa2CO3ontheoilproductionratewereinvestigated.Theresuhsshowthat:①Thehighertemperaturesis,thehigheroilproductionrateis;②Thereactionapproachesbalanceafter75minofthermolysis;③Thebestcatalystdosageis4gper100gofsludge.Whenreactiontemperatureis270oC,thermolysistimeis75minandNa2CO3dosageis4gper100gofsludge.theoilproductionratecanreach18.4%.ThisprocessprovidesanewapproachforthetreatmentofsludgefromWWTPs.Keywords:sludge;catalyticlow—temperaturethermolysis;oilproductionrate利用污泥热解制油是近年来处置有机污泥的一种新技术,它在无氧条件下加热污泥至一定温度,使污泥中的有机物热解为油,水,不凝性气体等产物.国外对污泥热解制油技术的研究始于20世纪80年代,Lee等的研究表明…,当对污水厂的一级处理污泥直接进行萃取时产油率为0.181%,经过热解反应后萃取,则产油率可达31.4%.Suzuki等发现J,消化污泥的热解产油率<25%,而剩余污泥的热解产油率可达41%～45%.此外,在加拿大的多伦多和澳大利亚的悉尼还分别建造了干污泥处理能力为4t/d和45t/d的演示性装置.?21?国内在这方面的研究不多,只有欧国荣,何品晶,贺利民等进行了油化试验J,尚无成熟的技术\n及理论.笔者采用低温催化热解法处理大连市马栏河污水处理厂的污泥,分析了其热解特性,并考察了温度,反应时间以及催化剂用量对产油率的影响.1试验装置与方法1.1产油率的表征本文中的油是指用CHC1萃取后在萃取相中沸点>65oC的溶质.产油率(Y0)的计算公式为:Y0=亏芦ji×00%一污泥中挥发性固体含量第23卷第11期中国给水排水ww.watergasheat1.2材料与仪器试验所用污泥为大连市马栏河污水处理厂的脱水污泥,其含水率为70%,挥发性固体组分的质量分数为20.4%;CH2C12和Na2CO3均为化学纯.自制高压反应釜如图1所示.排加图1热解反应釜装置Fig.1Schematicdiagramofthermolysisequipment1.3试验方法取100g污泥并依次加入250mL蒸馏水和一定量的催化剂(NaCO),混合均匀后人高压釜;通人氮气置换釜内氧气并加压至1.4MPa,加热45～60min至设定的反应温度,恒温反应一定时间后让反应器自然冷却至室温;取出样品(为黑色,稠状物,有臭味),用CHC1萃取分离.具体流程见图2.污泥,水,Na~CO3加热反应卜_——1不凝气II不k'\n●-lfDI圃圃Fig.2Flowch~'tofcatal~clow-temperaturethermolysisproofs?22?2结果与讨论2.1正交试验结果为了确定试验的主要影响因素以及催化剂用量是否与反应温度和反应时问存在交互作用,首先选择反应温度(),反应时问(t),催化剂用量(m)进行了正交试验.各因素的水平见表1,试验结果见表2.表1正交试验的因素与水平Tab.1Factorsandlevelsoforthogonaltest因素水平反应温度/℃反应时间/rain催化剂用!R/g125045422706010表2正交试验结果Tab.2Resultoforthogonaltest试验f,扎T?t?mf?,扎产油号%111111111.7211212211.9312121214.9412222115.1521122114.6621221214.8722112217.2\n8222l1l17.4——l13.4oO13.25014.60014.55014.70014.700——16.oo016.150.4.80014.850.4.700.4.700R2.6002.9000.2000.3000.oo00.oo0注:在考察交互作用时,如各因素的水平号相同,则其水平号为1,反之则为2.由表2可知,反应温度和反应时间对热解的影响较为显着,而催化剂用量的影响并不显着,且催化剂用量与反应温度及反应时间之间均没有交互作用.因此,确定反应的最佳条件主要是确定反应温度和反应时间.2.2单因素分析2.2.1反应温度对产油率的影响在不同的温度下热解30min,试验结果见表3.表3反应温度对产油量的影响Tab.3Influenceofthermolysistemperatureonoilproducfon反应2502552印2652703oo320温度/℃产油量/g2.142.352.452.552.732.772.79产油%l0.5l1.5l2,0l2.5l3.4l3.6l3.7watergasheat.COrn喻健良,等:污水处理厂污泥的低温催化热解制油研究第23卷第1I期由表3可知,污泥的产油率随着反应温度的升高而增加,其中当温度为250—270oC时产油率增幅显着,当反应温度>270oC后产油率的增幅趋缓,在\n其他反应时间下的试验结果和30min的类似.因此,控制反应温度在270oC左右为佳.2.2.2反应时间对产油率的影响反应时间直接影响物料的转化率.在270oC下对污泥热解不同的时间后,产油量及产油率如表4所示.表4反应时间对产油量的影响Tab.4Influenceofreactiontimeonollproduction反应30456070758090时间/min产油量/g2.732.973.503.623.753.573.26产油%13.414.617.217.718.417.516.0由表4可知,热解约75min后反应趋于平衡,之后继续延长反应时间反而会使产油率下降.因此,确定最佳的反应时间为75min左右.2.2.3催化剂用量对产油率的影响在污泥的热解过程中,添加适当的催化剂能够缩短热解时间,降低所需温度,提高热解能力,减少剩余固体的量,并控制热解产品的分布范围.笔者采用价格相对低廉且催化效果较好的Na2CO,作催化剂,其用量对产油率的影响见表5(反应时间为75rain).表5催化剂用量对产油率的影响Tab.5Influenceofcatalystdosageonoilrate反应温度/产油率/%℃m=3gm=4gm=5gm:10g25016.016.516.516.8255l6.617.217.217.626016.917.517.517.8265l7.217.817.818.1\n27017.818.418.518.830018.318.818.819.132018.619.219.319.5由表5可知,当催化剂用量>4g后,随催化剂用量的增加则污泥的产油率增幅较小,故确定催化剂的最佳用量为4g.3结论当以大连市马栏河污水处理厂的脱水污泥为原料采用低温催化热解方法制油时,其较佳的工艺参数为:反应温度约270oC,反应时间为75min,催化剂(Na:CO,)用量为4g/100g污泥.在此条件下产油率可达18.4%.参考文献:[1]LeeKM,GriffithPatrick,FarrellJosephB,eta1.Conver—sionofmunicipalsludgetooil[J].JWPCE,1987,59:884—889.[2]SuzukiAkira.Conversionofsewagesludgetoheavyoilbydirectthermo—chemicalliquefaction[J].JChemEngJpn,1988,12(3):288—293.[3]欧国荣,陈奇洲.生活污泥油化试验研究[J].环境污染与防治,1996,18(4):20—21.[4]何品晶.污水污泥低温热解处理技术研究[J].中国环境科学,1996,16(4):224—227.[5]何品晶.污水厂污泥低温热化学转化过程机理研究[J].中国环境科学,1998,18(1):39—42.[6]贺利民.炼油厂废水处理污泥热解制油技术研究[J].湘潭大学,2001,23(2):74—76.[7]ChiuSJ,ChengWH.ThermaldegradationandcatalyticcrackingofpoXy(ethyleneterephthalate)[J].PolymDe-\ngradStab,1999,63:407—412.作者简介:喻健良(1963一),男,湖南益阳人,硕士,教授,研究方向为压力容器安全与能源综合利用.:(0411)83629481E—mail:yujianliang@d1收稿日期:2007—01—02?23?