金屬類催化劑在超臨界水下直接催化氣化污泥制備能源氣體的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于資源環境領域，具體設及金屬類催化劑在超臨界水下直接催化氣化污 泥制備能源氣體的方法。
【背景技術】
[0002] 城市廢水污泥是一種重要的可再生生物質，可W用來產生能源氣體。與別的可再 生生物質不同，廢水污泥如果不做無害化處理，會給環境帶來污染。目前常用的污泥處理法 有焚燒法、填埋法、±地利用等方法，該些方法都對生態環境和人類健康具有長期潛在的危 害性。合理地處置、處理、資源化利用污泥，已經成為城市經濟發展和可持續性發展的一個 重大問題。利用污泥來制取能源氣體，不僅可W解決污泥的環境污染問題，還可W緩解能源 危機。目前對于污泥處理轉換成能源的技術主要有污泥生物化學制氨、污泥高溫熱解制氨、 污泥超臨界水氣化制氨。污泥生物化學制氨是利用微生物在常溫常壓下進行酶催化反應可 制得氨氣的原理進行的。根據微生物生長所需能源來源，污泥生物化學制氨有3種方法：① 光合生物產氨；②發酵細菌產氨；⑨光合生物與發酵細菌的混合培養產氨。污泥高溫熱解 制氨的基本原理與生物質熱解產氨的基本原理相似，通過熱解，污泥中的有機質能夠有效 地轉化為富氨氣體、生物油和熱解焦。污泥超臨界水氣化制氨過程主要利用超臨界水介電 常數小、黏度小、擴散系數大及溶解性強的特點，高溫高壓條件下對有機物進行分解、氣化 過程（主要包括蒸氣重整反應、水氣轉換反應和甲燒化反應）從而得到氨氣。
[0003] 污泥生物化學制氨雖然是一項符合長遠發展的技術，但目前還只限于實驗室研 究，實驗數據也為短期的實驗結果，連續穩定運行期超過一個月W上的研究實例很少。即便 瞬間產氨率較高，長期運行能否獲得高產量尚待討論。所W該方法要達到工業化生產水平 還有很長的路要走，將來的發展和技術上的應用不但取決于研究的進步，而且還有經濟因 素等的影響。污泥高溫熱解制氨也有不足之處：固體體積的減少不如焚燒法減少的多；裂 解產生出來的液態產品的燃燒會產生對環境有害的物質；熱解技術沒有焚燒法完善；熱解 機理和動力學研究方面還有很多工作需要進一步探討，在工藝和設備的改進方面有待進一 步突破。河海大學張會文等提出的是一種污水廠脫水污泥超臨界處理資源化利用的方法及 其設備，其目的旨在解決污水處理中產生的大量脫水污泥，對其進行超臨界水直接氣化處 理，并對處理產物進行資源化利用，實現環境和能源雙贏，但其并未真正做到雙贏，其課題 組所采用的催化劑并不能回收利用而是溶解在污泥殘渣中還是會對環境有一定程度的污 染。而本發明提出采用各種金屬類物質作為催化劑，不僅可W制取能源氣體而且還能對催 化劑進行回收重復利用，從而正真實現了環境和能源的雙贏。
【發明內容】
[0004] 鑒于現有技術存在的技術問題，本發明提供了金屬類催化劑在超臨界水下直接催 化氣化污泥制備能源氣體的方法，將污泥間歇性轉化為能源氣體的方法。
[0005] 具體地，本發明通過w下方案實現，金屬類催化劑在超臨界水下直接催化氣化污 泥制備能源氣體的方法，包括：
[0006] 第一步：將污水處理廠的原污泥進行烘干處理，直至質量不在變化（指質量變化 范圍1%W內）；
[0007] 通常優選烘干溫度105°c，烘干10-12小時（在此時間范圍下質量一般不在變化， 烘干目的是盡可能除去污泥中的水分W確保后續配制污泥漿的水料比的準確性）。
[000引第二步：用蒸饋水與烘干污泥配制成不同水料比的污泥漿；
[0009]優選干污泥；水=1:5,1:6,1:7,1:8,1:9,1:10, 1:11，1:12,1:13,1:14,1:15,單 位；g/ml。
[0010] 第S步：將污泥漿加入反應蓋中，然后打開進氣口閥口，并關閉其它閥口通入N,排 出空氣，直至排除空氣；
[0011] 優選馬流量為20ml/min;通入時間3min-5min(排除空氣，避免能源氣體被氧化， 提高能源氣體的產率）。
[0012] 第四步：待空氣排完，關閉進氣口閥口，進行加熱升溫，升壓，停留（即處于本發明 所述的超臨界水下），反應后冷卻收集能源氣體。
[0013] 然后，分離反應蓋中固液殘渣分別進行后續處理。
[0014] 其中第四步優選溫度；350°C-500°C，壓強；23M化一40MPa，停留時間lOmin- lOOmin。
[0015] 選擇依據：主要是通過實驗在不同的溫度、壓強、時間的多種條件下檢測其制取的 能源氣體產率，并W此作為溫度、壓強、時間的選擇依據。在溫度、壓強、時間范圍外的污泥 制取能源氣體的產率較低。
[0016] 催化劑的加入：在第=步將污泥漿加入反應蓋后，加入催化劑，催化劑放置于反應 器（蓋）內攬拌器上的不誘鋼金屬網售中。
[0017] 加入量優選為干污泥實際重量的0. 5%-8%。
[001引催化劑（金屬催化劑）；金屬催化劑；包括單金屬催化劑；Pt、Pd，多金屬催化劑：Ni-Fe、Pd-Fe，負載型金屬催化劑：Pt-Sn/Al203,Pd-Sn/Al203。
[0019] 本發明相對現有技術的有益效果包括；按照本發明提供的處理方法，針對污水廠 提供的低含水率脫水污泥進行直接超臨界水氣化的處理，其有益效果為：針對金屬催化劑 的可選擇性更廣闊，催化劑可重復利用，可W節約成本，同種催化劑的不同形態結構下的催 化效果不一樣，可用來提高能源氣體的產率，相對于現有技術方法得到能源氣體的產率提 高了近20%。
【附圖說明】
[0020] 圖1雙氧水儲罐示意圖
[0021] 圖2柱塞式計量累示意圖
[0022] 圖3超臨界裝置示意圖
[0023] 圖4冷凝管示意圖
[0024] 圖5冷凝器示意圖
[0025] 圖6液體接收灌示意圖
[0026] 其中，按順序圖1-圖2-圖3-圖4-圖5-圖6順序連接形成本發明的污泥直接 超臨界水催化氣化處理裝置，la-1j為球閥，2為裙邊，3為出料口，4為直通閥。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合具體事例和附圖對本發明作進一步詳細說明，但是本發明的內容不局限 于實施例。
[002引實施例1污泥直接超臨界水催化氣化處理裝置
[0029] 根據圖1至圖6所不，按順序圖1-圖2-圖3-圖4 -圖5-圖6順序連接形成本 發明的污泥直接超臨界水催化氣化處理裝置。
[0030] 實施例2超臨界水直接催化氣化污泥制備能源氣體的方法，包括：
[0031] 使用實施例1所示的污泥直接超臨界水催化氣化處理裝置；
[0032] 第一步：將污水處理廠的原污泥進行烘干處理，烘干溫度105°C，烘干10-12小時 (在此時間范圍下質量一般不在變化，烘干目的是盡可能除去污泥中的水分W確保后續配 制污泥漿的水料比的準確性）。
[0033] 第二步；用蒸饋水與烘干污泥配制成不同水料比的污泥漿（干污泥：水=1:5， 1:6，1:7，1:8，1:9，1:10, 1:11，1:12,1:13,1:14,1:15。單位；g/ml)
[0034] 第=步：將污泥漿加入反應蓋中，然后打開進氣口閥口，并關閉其它閥口通入馬排 出空氣，流量為20ml/min，通入時間3min-5min(排除空氣，避免能源氣體被氧化，提高能 源氣體的產率）
[0035] 第四步：待空氣排完，關閉進氣口閥n，進行加熱升溫，升壓，溫度；350- 500°C(優選 350、400、450°C)，壓強；23-40MPa(優選 23、30、35MPa)，停留時間 10- lOOmin(優選20、40、80min)，反應后冷卻收集能源氣體。分離反應蓋中固液殘渣分別進行 后續處理。
[0036] 實施例3加入催化劑的方案
[0037] 在第=步將污泥漿加入反應蓋后，加入催化劑，催化劑放置于反應器（蓋）內攬拌 器上的不誘鋼金屬網售中。
[003引加入量優選為干污泥實際重量的0. 5%-8%。
[0039] 催化劑（金屬催化劑）；金屬催化劑；包括單金屬催化劑；Pt、Pd，多金屬催化劑： Ni-Fe、Pd-Fe，負載型金屬催化劑：Pt-Sn/Al2〇3,Pd-Sn/Al2〇3。
[0040] 實施例4效果評價
[004U 其中，干污泥：水=1:5,1:10,單位；g/ml按照實施例1裝置和實施例2、3方法進 行處理后，產生能源氣體的結果如下表：
[0042]
【主權項】
1. 金屬類催化劑在超臨界水下直接催化氣化污泥制備能源氣體的方法，包括： 第一步：將污水處理廠的原污泥進行烘干處理，直至質量不在變化； 第二步：用蒸餾水與烘干污泥配制成不同水料比的污泥漿； 第三步：將污泥漿加入反應釜中，然后打開進氣口閥門，并關閉其它閥門通入N2排出空 氣，直至排除空氣； 第四步：待空氣排完，關閉進氣口閥門，進行加熱升溫，升壓，停留，反應后冷卻收集能 源氣體。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，烘干溫度105°C，烘干10-12小時。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，干污泥（g):水（ml) = 1:5,1:6,1:7,1:8， 1:9,1:10, 1:11,1:12,1:13,1:14,1：15〇
4. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，N 2流量為20ml/min ;通入時間3min- 20min〇
5. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述溫度：350°C - 500°C，壓強：23MPa- 40MPa，停留時間 IOmin -lOOmin。
6. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟第三步中加入金屬催化劑：包括單 金屬催化劑：Pt、Pd，多金屬催化劑：Ni-Fe、Pd-Fe，負載型金屬催化劑：Pt-Sn/Al203, Pd-Sn/ Al2O3O
7. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于，加入金屬催化劑的用量為干污泥原料的 0· 5% -8%〇
8. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于，催化劑放置于反應釜內攪拌器上的不銹 鋼金屬網筐中。
【專利摘要】本發明提供了金屬類催化劑在超臨界水下直接催化氣化污泥制備能源氣體的方法，利用超臨界水催化氣化處理裝置將污泥間歇性轉化為能源氣體。按照本發明提供的處理方法，針對污水廠提供的低含水率脫水污泥進行直接超臨界水氣化的處理，其有益效果為：針對金屬類催化劑的可選擇性更廣闊，催化劑可重復利用，可以節約成本，同種催化劑的不同形態結構下的催化效果不一樣，可用來提高能源氣體的產率。
【IPC分類】C02F11-00
【公開號】CN104829072
【申請號】CN201510169088
【發明人】方琳, 閆江龍, 馬睿, 趙緒新, 孫宏元, 洪淵, 羅仲寬
【申請人】深圳大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月10日