一种钢渣催化污泥水热液化产生物质油的方法技术

本发明专利技术涉及一种钢渣催化污泥水热液化产生物质油的方法，将污泥和钢渣粉碎，并加入水，搅拌均匀，得到混合料；将混合料放入高压反应釜，并封闭釜体，用氮气将高压反应釜内的空气排出，在搅拌条件下，通过加热高压反应釜使温度升高至250～350℃，进行水热液化反应，反应结束后，冷却降温得到水热液化混合液，过滤，并用有机溶剂清洗滤渣，得到滤液和滤渣，并将滤液在分液漏斗中进行分液，上层为水溶液，下层为有机溶剂与油相的混合溶液；将上层水溶液烘干得到轻质油；将下层有机溶剂与油相的混合溶液旋蒸除去有机溶剂，得到生物质油。本发明专利技术通过钢渣催化污泥水热液化产生物质油，可提高有机质转化为液相生物质油的产率。机质转化为液相生物质油的产率。

【技术实现步骤摘要】
一种钢渣催化污泥水热液化产生物质油的方法


[0001]本专利技术属于生物质油提取
，具体涉及一种钢渣催化污泥水热液化产生物质油的方法。

技术介绍

[0002]污泥主要含有纤维素、蛋白质、脂质等有机质，在水热液化过程中，污泥中有机质先经水解成碎片，再经过脱水、脱氢、脱氧、脱羧等反应降解成小分子化合物，而小分子化合物再重组缩合反应形成生物质油。为促进污泥水热液化过程生物质油的产率，通常在污泥水热液化过程中添加适宜的催化剂。目前，常用催化剂主要有两大类：其一为均相催化剂，包括硫酸、磷酸等酸性催化剂和Na2CO3、K2CO3、NaOH、Ca(OH)2等碱性催化剂，且碱性催化剂液化效果较酸性催化剂更好；其二为多相催化剂，包括Ni、Co、Fe、Ag、Ru及其合金等金属催化剂和以Al2O3、分子筛、沸石等为载体，表面负载Ni、Co等金属的负载型催化剂。然而，上述催化剂存在均相催化剂催化剂无法回收、多相催化剂使用寿命较短，以及生产成本高等问题，严重制约污泥水热液化制油技术的发展。
[0003]钢渣作为钢铁冶炼过程产生的一种碱性副产物，来源广泛，价格便宜，其化学成分有Fe2O3、FeO、Fe等含铁化合物(含量约为20～25％)、CaO(含量约为30～60％，其中，游离CaO含量为1～7％)、SiO2(含量约为8～23％)、Al2O3(含量约为3～8％)、MgO(含量约为4～11％，其中，游离MgO含量为1～10％)等。钢渣置于水溶液后其内部游离CaO、MgO等碱性氧化物将溶解于水中形成碱性金属氢氧化物，进而使得水溶液呈现较强的碱性。同时，其内硅铝比含量高，具有与ZSM
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5高硅/铝比分子筛相同的高活性酸位，以及高活性的Fe、FeO等金属化合物。因此，钢渣兼具碱性催化剂和金属催化剂的特性，可有效催化有机质裂解。此外，钢渣表面粗糙不平，外形呈现不规则多孔状，其比表面积约高达121m2/kg；钢渣内部存在较多不规则且分布不规律的孔道，其孔体积约为0.02cm3/g，气孔主要以较大孔径的介孔和大孔为主，平均孔径约为7nm，故钢渣的大比表面积、多气孔、大孔径等为有机质吸附提供众多活性吸附位点，可作为钢渣内活性组分催化有机质裂解提供良好的吸附反应载体。同时，由于钢渣经由1500～1700℃高温液态冷却结晶形成，热稳定良好，能保证在水热液化的高温高压过程中整体结构基本保持不变。综上可知，钢渣同时含有碱性金属氧化物、活性金属化合物、高硅铝比等高活性催化组分，可兼具碱性均相催化剂、金属氧化物多相催化剂、高硅铝比负载体的功能。此外，其亦具有大比表面积、多气孔、大孔径等物理结构，能良好吸附有机物，以及其价格低廉、热稳定性高。由此可知，钢渣具有目前单一催化剂所难以媲美的特性，可作为污泥水热液化过程良好催化剂，实现“以废治废，资源回收”。

技术实现思路

[0004]为了提供生物质油提取效率，降低生产成本，本专利技术提供了一种钢渣催化污泥水热液化产生物质油的方法，通过钢渣催化污泥水热液化产生物质油，以实现“以废治废，资源回收”的模式，可提高有机质转化为液相生物质油的产率和提升生物质油的热值。
[0005]本专利技术通过下述技术方案来实现。一种钢渣催化污泥水热液化产生物质油的方法，过程如下：
[0006]步骤1：将污泥和钢渣粉碎，并加入水，搅拌均匀，得到混合料；
[0007]步骤2：将混合料放入高压反应釜，并封闭釜体，用氮气将高压反应釜内的空气排出，在搅拌条件下，通过加热高压反应釜使温度升高至250～350℃，进行水热液化反应，反应结束后，冷却降温得到水热液化混合液；
[0008]步骤3：水热液化混合液过滤，并用有机溶剂清洗滤渣，得到滤液和滤渣，并将滤液在分液漏斗中进行分液，上层为水溶液，下层为有机溶剂与油相的混合溶液；
[0009]步骤4：将下层有机溶剂与油相的混合溶液在40
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50℃下、真空度为65kPa下旋蒸除去有机溶剂，得到生物质油。
[0010]优选的，步骤3中所用有机溶剂为二氯甲烷。
[0011]优选的，步骤(1)中，污泥质量占混合料的质量分数为2.5
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15％。
[0012]优选的，步骤1中，钢渣的占比为污泥的10
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30％。
[0013]优选的，步骤2中，水热液化反应温度为300℃，反应时间为30分钟。
[0014]优选的，步骤3中，二氯甲烷使用量为水使用量的200％。
[0015]优选的，步骤4中，二氯甲烷旋蒸时间为30分钟。
[0016]本专利技术公开一种钢渣催化污泥水热液化产生物质油，以实现“以废治废，资源回收”的模式，可提高有机质转化为液相生物质油的产率和提升生物质油的热值。通过利用钢渣中碱性氧化物(CaO、MgO等)、铁金属及氧化物(Fe、FeO等)等高活性催化组分促进污泥中有机质转化为生物质油，并提高生物质油品质。
[0017]对比单独污泥水热液化下生物质油产率和热值，本专利技术中钢渣B配加量为污泥质量的20％，生物质油产率和低位热值分别可提高19.43％、9.39％。这是由于钢渣中碱性氧化物(CaO、MgO等)能促进污泥中纤维素、蛋白质等物质解聚，并重组缩合形成生物质油。此外，钢渣中的铁金属及氧化物，一方面亦会促进有机质转化为生物质油，另一方面铁金属及氧化物会与亚临界水反应生成氢气，产生的氢气会与生物质油发生加氢脱氧反应，进而提高生物质油的热值。
具体实施方式
[0018]下面结合实施例进一步详细阐明本专利技术。
[0019]本实施例所用钢渣A、钢渣B均是转炉炼钢钢渣，其中是钢渣A是在钢渣B基础上通过磁选将里面的Fe、FeO、Fe3O4等低价铁氧化物选走后的物质，在磁选过程中可能会带走少量的其他物质。
[0020]表1两种转炉钢渣的XRF分析结果
[0021]样品Fe2O3SiO2Al2O3CaOMgOK2ONa2OTiO2MnOP2O5钢渣A12.75820.2254.94248.6613.9920.1540.1722.1053.7661.735钢渣B27.02112.9664.43042.9833.7260.0390.0841.7153.5852.633
[0022]实施例1
[0023](1)将市政污泥在105℃烘干，并粉碎至0.4mm以下，取粉屑干样4.054g放入容器内，接着向容器内加入50g蒸馏水；
[0024](2)将钢渣A破碎至0.4mm以下，取钢渣粉A 0.811g加入到容器中，并搅拌均匀，得到混合料；
[0025](3)将混合料放入高压反应釜，使用氮气将反应釜内的空气排出，控制水热液化温度300℃，时间30分钟，搅拌速度300转/分钟，反应结束后反应釜随炉冷却制室温，将冷却后的混合液倒入到容器内，同时使用二氯甲烷将反应釜体内部和搅拌桨等进行清洗，并将清洗液也倒入到容器内；
[0026](4)容器内的混合液通过真空滤纸抽滤，并用二氯甲烷清洗滤渣，得到滤液和滤渣，并将滤液在分液漏斗中进行分液，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢渣催化污泥水热液化产生物质油的方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：将污泥和钢渣粉碎，并加入水，搅拌均匀，得到混合料；步骤2：将混合料放入高压反应釜，并封闭釜体，用氮气将高压反应釜内的空气排出，在搅拌条件下，通过加热高压反应釜使温度升高至250～350℃，进行水热液化反应，反应结束后，冷却降温得到水热液化混合液；步骤3：水热液化混合液过滤，并用有机溶剂清洗滤渣，得到滤液和滤渣，并将滤液在分液漏斗中进行分液，上层为水溶液，下层为有机溶剂与油相的混合溶液；步骤4：将下层有机溶剂与油相的混合溶液旋蒸除去有机溶剂，得到生物质油。2.根据权利要求1所述的钢渣催化污泥水热液化产生物质油的方法，其特征在于，步骤3中所用有机溶剂为二氯甲烷。3.根据权利要求1所述的钢渣催化污泥水热液化产生物质油的方法，其特征在于，步骤1中，污泥质量占混合料的质量分数为2.5
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【专利技术属性】
技术研发人员：阙志刚，黄蓉，付尹宣，蒋海伟，石金明，艾仙斌，文震林，范敏，
申请(专利权)人：江西省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：