一种两段式污泥处理的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种两段式污泥处理的方法和系统。所述的两段式污泥处理方法包括在两个不同的装置中在超临界水条件下分别进行的污泥气化反应和污泥氧化反应，其中所述污泥气化反应包括：将污泥预热，得到高温污泥，和将高温污泥送入气化反应器中，发生气化反应，形成气化反应后物料；而所述污泥氧化反应包括：将所述气化反应后物料通过第一分离装置进行分离，分别得到气相物料和液固相物料，并将液固相物料作为所述污泥氧化反应原料的至少一部分送入氧化反应器中，发生氧化反应，形成氧化反应后物料；并且使所述氧化反应后物料与所述高温污泥通过所述气化反应器进行换热，从而实现了利用氧化反应所放出的热量为气化反应提供所需的热量。

Two section type sludge treatment method and system

The invention discloses a method and a system for treating two stage sludge. The two section type sludge treatment method includes in two different devices in supercritical water conditions were the sludge gasification reaction and sludge oxidation reaction, wherein the sludge gasification reaction including: sludge preheating, high temperature and high temperature of sludge, sludge into the gasification reactor, gasification reaction, formed after gasification reaction and oxidation reaction materials; sludge includes: the gasification reaction material through the first separation device for separation, vapor and liquid materials are solid materials, and liquid solid material as the sludge oxidation reaction material at least a portion of the oxide into the reactor, oxidation after the oxidation reaction, the formation of the material; and the oxidation reaction materials and the high temperature sludge through the heat exchanger in the gasification reactor, enabling the use of The heat released from the oxidation reaction provides the heat required for the gasification reaction.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于处理污泥的两段式污泥处理方法和系统，具体地，涉及在超临界水条件下污泥气化制合成气并通过部分氧化气化产物以实现自热式污泥气化的目的的气体方法及系统。
技术介绍
超临界水是指温度和压力均高于其临界点(T≥374.15℃，P≥22.12MPa)的特殊状态的水。超临界水兼具液态和气态水的性质，该状态下只有少量的氢键存在，介电常数近似于有机溶剂，具有高的扩散系数和低的粘度。在足够高的压力下，有机物、氧气能按任意比例与超临界水互溶，从而使非均相反应变为均相反应，大大减少了传热、传质的阻力，并且无机物特别是盐类在超临界水中的溶解度极低，容易将其分离出来。近年来，随着经济的快速发展带动了城市化进程的加快，城市污水处理量也越来越大，污水处理后产生的污泥数量随之增加，仅以一个中小城市为例，一个污水处理厂产生的活性污泥每天达到100吨以上，而且这个数量还在不断增长，大城市的水处理污泥数量就更多了。因城市污泥的急剧增加而又无法处理掉，给城市的环境带来了严重的污染，也给城市建设设置了很大的障碍，水处理污泥成为城市发展的瓶颈之一。经测试，城市污水处理后的污泥的热值达5～15MJ/kg左右，具有很高的热值，从污泥当中回收能量，不仅解决了环境污染问题，回收的热量还可以发电或生产低压蒸汽，将污泥变废为宝，实现无害化、减量化、资源化利用的目的。传统的污泥焚烧处理方案，大都是先将污泥收集和脱水干燥处理后再加入大量的可燃物引燃，放入焚烧炉中进行焚烧。这种焚烧方式一方面因污泥热值较低，且水分含量大(污泥当中大约含有80％左右的水分，这些水分一部分存在于生物质细胞内，另外还有相当一部分与污泥沉降过程产生的絮凝剂紧密地结合在一起，形成絮凝剂水合物，这部分水分在空气当中放置数天也很难去除其中的水分，即便在100℃恒温烘箱内仍需要5小时以上，在实际利用污泥气化时由于能量密度低难以得到高效的利用)，致使炉膛温度低，燃烧不充分可回收的热量也少，所以通常还与煤、石油焦等热值更高的燃料掺混燃烧，燃烧后还会有较多燃烧不充分的固体残渣，同时尾气当中含有大量硫氧化物、氮氧化物以及二噁英类有毒有害气体，对大气、人体健康均产生不良影响。污泥等有机质的超临界水气化技术是利用水在超临界状态下所具有的特殊性质，使有机物在超临界水介质中迅速发生反应来彻底分解有机物，最终生成CH4、H2、CO、CO2等气体，合成气经进一步分离可作化工原料或燃料。污泥本身含有一定量的无机盐类化合物，如钠盐、钾盐等，这些无机盐对气化过程起到一定的催化作用，气化过程可不必额外补充催化剂即能很好地气化污泥当中的有机质，获得氢气、甲烷富集的有效气体。通常情况下，污水处理厂在污水处理过程中经絮凝沉降后产生的泥浆经带式过滤机过滤后，污泥的浓度为20％左右，此时的污泥呈膏状，没有流动性，并且污泥的粒度分布较宽，部分有机质如纤维素等难以研磨。工业当中处理污泥需要进一步稀释和研磨，使其具有良好的流动性和稳定性，进而以泥浆的形式泵送进入工艺装置再进行进一步处理。适当提高泥浆的温度可以降低流体物料的粘度，提高流体输送的稳定性。二氧化碳作为一种温室气体，对大气、环境产生越来越严重的影响。碳排放已成为世界各国关注的焦点问题。二氧化碳捕集技术是近几年科学家研究的热点问题之一。但由于化工生产过程中，尾气及工艺装置的复杂性，CO2的有效捕集是一个非常困难的问题。专利“CN101544419A一种超临界水氧化处理含有有机物污水或污泥的方法及装置”提到了气液分离装置采用串联的第一级气液分离装置和第二级气液分离装置，通过第一级气液分离装置，分出气体经减压阀或经微型汽轮机排入大气，分出的液体为CO2和水的混合液，混合液再减压或经小型水轮机至第二级气液分离装置，分离出的二氧化碳气体，再经压缩成商品液体二氧化碳，但该专利没有提出明确的工艺条件，具体的分离过程没有明确指出，并且从工艺分离的方法上与本专利技术也有明显不同。一般的气化过程，尽管大部分有机质可以被气化生成合成气，但也有一定量的有机质转化为了液态化学品(常温常压条件下)，如烃类、烷基烃类、芳烃类、酚类等有机化合物，在气化废水排放环节因为液体当中COD(化学需氧量)、TOC(总有机碳)等参数过高而难以达不到国家排放标准。当前的比较典型的工艺如鲁奇炉气化过程，直接从气化炉排出的废水COD一般10000mg/L以上，产生多种复杂的烃类、芳烃类化合物，后续废水处理工艺复杂，处理成本高。
技术实现思路
基于以上问题，本专利技术提出一种在超临界水状态下污泥气化制合成气并通过部分氧化气化产物以实现自热式污泥气化的目的的两段式污泥气体的方法及工艺。为此，本专利技术通过了如下方面：<1>.一种两段式污泥处理方法，所述的两段式污泥处理方法包括分别在两个不同的装置中在超临界水条件下进行污泥气化反应和污泥氧化反应，其中所述污泥气化反应包括如下步骤：a.将污泥预热，得到高温污泥，b.将高温污泥送入污泥气化反应器中，发生气化反应，形成气化反应后物料；所述污泥氧化反应包括如下步骤：c.将所述气化反应后物料通过第一分离装置(1)进行分离，分别得到气相物料和液固相物料，并将液固相物料作为所述污泥氧化反应原料的至少一部分送入污泥氧化反应器中，发生氧化反应，形成氧化反应后物料；d.使所述氧化反应后物料与所述高温污泥通过所述气化反应器进行换热，得到降温后的氧化反应后物料，以利用氧化反应所放出的热量为气化反应提供所需的热量。<2>.根据<1>所述的两段式污泥处理方法，其中所述步骤a包括：使所述污泥经过包括一级预热、二级预热和三级预热在内的至少三级预热，其中污泥的一级预热的热量由所述污泥气化反应后物料进行分离后的气相提供，所述二级预热的热量由所述污泥气化反应后物料提供，而所述三级预热的热量由所述步骤d中所述的降温后氧化反应后物料提供；或者其中污泥的一级预热的热量由所述污泥气化反应后物料进行分离后的气相提供，所述二级预热的热量由所述步骤d中所述的降温后氧化反应后物料提供；所述三级预热的热量由所述污泥气化反应后的物料提供。<3>.根据以上任一项所述的两段式污泥处理方法，其中所述第一分离装置(1)的分离温度被控制在100～374℃，压力被控制在0.1～40MPa，以使水以液态形式存在，同时CO2以气态形式存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两段式污泥处理方法，所述的两段式污泥处理方法包括在两个不同的装置中在超临界水条件下分别进行污泥气化反应和污泥氧化反应，其中所述污泥气化反应包括：a.将污泥预热，得到高温污泥，b.将高温污泥送入污泥气化反应器中，发生气化反应，形成气化反应后物料；所述污泥氧化反应包括：c.将所述气化反应后物料通过第一分离装置(1)进行分离，分别得到气相物料和液固相物料，并将液固相物料作为所述污泥氧化反应原料的至少一部分送入污泥氧化反应器中，发生氧化反应，形成氧化反应后物料；d.使所述氧化反应后物料与所述高温污泥通过所述气化反应器进行换热，得到降温后的氧化反应后物料，以利用氧化反应所放出的热量为气化反应提供所需的热量。

【技术特征摘要】
1.一种两段式污泥处理方法，所述的两段式污泥处理方法包括在两
个不同的装置中在超临界水条件下分别进行污泥气化反应和污泥氧化反
应，其中所述污泥气化反应包括：
a.将污泥预热，得到高温污泥，
b.将高温污泥送入污泥气化反应器中，发生气化反应，形
成气化反应后物料；
所述污泥氧化反应包括：
c.将所述气化反应后物料通过第一分离装置(1)进行分离，
分别得到气相物料和液固相物料，并将液固相物料作为所述污泥
氧化反应原料的至少一部分送入污泥氧化反应器中，发生氧化反
应，形成氧化反应后物料；
d.使所述氧化反应后物料与所述高温污泥通过所述气化反
应器进行换热，得到降温后的氧化反应后物料，以利用氧化反应
所放出的热量为气化反应提供所需的热量。
2.根据权利要求1所述的两段式污泥处理方法，其中所述步骤a包
括：
使所述污泥经过包括一级预热、二级预热和三级预热在内的至少三
级预热，
其中污泥的一级预热的热量由所述污泥气化反应后物料进行分离
后的气相提供，所述二级预热的热量由所述污泥气化反应后物料提供，而
所述三级预热的热量由所述步骤d中所述的降温后氧化反应后物料提供；
或者
其中污泥的一级预热的热量由所述污泥气化反应后物料进行分离
后的气相提供，所述二级预热的热量由所述步骤d中所述的降温后氧化反
应后物料提供；所述三级预热的热量由所述污泥气化反应后的物料提供。
3.根据权利要求1所述的两段式污泥处理方法，其中所述第一分离
装置(1)的分离温度被控制在100～374℃，压力被控制在0.1～40MPa，以使
水以液态形式存在，同时CO2以气态形式存在。
4.根据权利要求1所述的两段式污泥处理方法，其中所述方法还包
括：所述气化反应后物料经分离后的气相使所述污泥进行一级预热之后，
进行任选的冷却处理，然后通过第二分离装置(2)分离得到CO2和合成气，
其中所述第二分离装置(2)的分离温度被控制在31℃以下，压力控制在
7.38MPa以上。
5.根据权利要求1所述的两段式污泥处理方法，其中所述两段式污
泥处理方法还包括：在三级预热之后，使污泥进一步与增加的换热器进行
换热，以使污泥达到气化工艺温度。
6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋庆峰，程乐明，张玉宝，谷俊杰，王青，宋成才，高志远，刘扬，曹雅琴，杜娟，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13