污泥热解液加工方法及其产品的燃料特性研究

摘要

能源短缺和环境问题是当今世界面临的两大难题,能源短缺尤其是石油短缺阻碍了社会经济的快速发展。污泥来源于污水处理过程,其处理处置已成为世界性的难题。热解法是很有前途的污泥资源化处置方式之一,在污泥无害化处置的基础上还能够得到类似石油的热解油而受到广泛关注。本文利用固定床对污泥热解进行研究,对污泥热解液特性进行了全面分析,并利用两步蒸馏法对热解液进行加工,通过GC-MS及油品测试方法对加工产品的组成和性质进行测定,分析其作为石油产品替代物的潜力,为缓解石油短缺问题提供数据参考。
　　 污泥热解液去除相分离水后得到含水热解油,利用蒸馏法对含水热解油样品进行脱水得到无水热解油,并对无水热解油的燃料性质和其它性质进行分析,结果表明,得到的无水热解油基本可以满足4＃燃料油的要求；而硫含量、固体颗粒物含量和金属离子含量过高,为提高其品质必须进行进一步的加工。利用两步蒸馏法对含水热解油进行加工,简单蒸馏的作用是脱除水并得到轻质组分,减压蒸馏用于得到中质组分和沥青质。在减压蒸馏过程中,降低回流比是减少沥青质产率的有效方式,在回流比为1时得到水、轻质组分、中质组分、沥青质的比例分别为25％、13％、31％、28％,蒸馏过程中的体积损失量为3％。含水热解油经两步蒸馏处理既可以去除水分,又能够得到不同品质加工产品,有望实现热解油的高品质应用。
　　 通过对轻质组分、中质组分和沥青质的燃料性质进行分析,讨论了三种加工产品的应用前景。轻质组分中含有大量的烃类物质,链长度在 C6～C13之间,其燃料性质与车用汽油标准相近,表明其具有作为车用汽油的潜力。中质组分中烃类的碳链长度在C10～C20之间,并含有48％的含N、O的有机物,包括有机酸、醇和腈类等；燃料性质表明其可作为2＃燃料油使用,且与5号柴油相近,具有作为车用柴油的潜力；向5号柴油中添加10％的中质组分不会影响柴油使用。沥青质热值为36MJ／kg,可以作为燃料或建筑材料。
　　 提出了一种新的热解动力学模型求解方法,与传统解法相比,具有计算简单的优点；利用新方法求得的参数与传统方法进行比较结果相差不大；良好数据拟合结果表明该方法可用于污泥热解动力学求解。
　　 通过对污泥热解油的社会需求以及热解过程中能耗分析,对污泥热解过程中能耗和产出的经济效益进行核算,得出在污泥含水率低于60％时,产出价值高于能耗费用；而含水率高于60％时,能耗费用高于产出价值；降低污泥含水率和提高设备热效率可以提高污泥热解的经济效益。