城市污泥热解液相产物分析及焦油加氢精制

0前言城市污泥是城市污水处理后的主要副产物袁也是亟待处理的主要固体废弃物遥随着我国城镇化进程的快速发展和人类生活水平的不断提高袁污泥产量也逐年增加遥以含水率80%计袁2015年城市污泥产量为3359万t袁预计2020年污泥产量将突破6000万t[1]遥城市污泥因脱水性能差袁并富含重金属尧病原体以及有机污染物等有害物质袁已成为我国最棘手的环境问题之一[1]袁[2]遥然而袁污泥中有机物含量较高袁且含有丰富的氮磷钾等营养物质[3]袁被认为是一种可利用的资源遥因此袁开发安全高效的城市污泥资源化利用技术是近年来学者关注的问题[4]遥城市污泥热处理渊如焚烧和热解冤作为一种有效的生物质渊如城市污泥和生物质秸秆等冤资源回收和能源高效利用技术袁备受研究者广泛推广和研究遥城市污泥经热解处理后袁可彻底杀死致病细菌尧分解有机污染物与抗生素以及固化污泥中不稳定的重金属[5]袁[6]袁同时还可以获得污泥生物炭尧可燃气和焦油等产物遥焦油通过催化加氢[7]等技术可生产液体燃料和有机化学品遥任善普[8]在城市生活垃圾中添加不同质量的热解焦袁结果表明袁热解焦的加入使焦油产率下降袁对焦油品质的改善有一定的作用遥施庆燕[9]通过对污水污泥尧活性污泥尧消化污泥和油漆污泥等不同种类的污泥进行低温热解制油袁发现活性污泥制油率高袁产生的衍生油需要通过后续处理才能作为燃料使用遥目前袁采用污泥和生物质热解制备焦油的研究已取得了一些研究成果遥然而袁对污泥热解液相产物中焦油进一步的加氢精制以及木醋液的深入分析等方面的相关报道较少遥本文以城市污泥为主料袁废弃农作物花生壳尧玉米秆尧玉米芯尧稻草为辅料袁乙酸钾为催化剂袁研究了不同热解温度对污泥单独热解以及添加不同生物质与污泥共热解的液相产物性质袁并将污泥-花生壳热解制备的焦油进一步加氢精制遥利用色谱质谱联用仪渊GC-MS冤对木醋液中的有机物进行分析袁以期为后续实现污泥热解液相产物的资源化利用提供可靠的科学依据遥1实验材料和方法1.1实验原料及分析城市污泥取自乌鲁木齐市昆仑环保集团的污水处理厂袁含水率为84.77%遥生物质采用4种废弃农作物要要要花生壳尧玉米秆尧玉米芯和稻草袁均取自乌鲁木齐市城郊遥将污泥和生物质分别恒温渊105益冤烘干至恒重遥对烘干后的污泥进行研磨袁收稿日期院2017-12-28遥基金项目院新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市科技计划项目渊Y131330011冤遥通讯作者院陆江银渊1964-冤袁男袁博士袁教授袁研究方向为石油天然气加工及多相催化转化技术遥E-mail院jiangyinlu6410@163.com城市污泥热解液相产物分析及焦油加氢精制李娜1袁王建俊2袁孟记朋1袁成浪1袁方洁1袁陆江银1渊1.新疆大学化学化工学院袁石油天然气精细化工教育部重点实验室袁新疆乌鲁木齐830046曰2.新疆乌鲁木齐昆仑环保集团有限公司袁新疆乌鲁木齐830021冤摘要院文章以乙酸钾为催化剂袁利用间歇式反应釜热解制备城市污泥的液相产物遥采用CH2Cl2萃取分离液相产物中的油相渊焦油冤和水相袁并进一步对焦油加氢精制获取轻质油遥结果表明院污泥单独热解时水相产物呈碱性袁密度接近于水袁低温90~300益时焦油含量极少曰温度增至400~500益时袁焦油和水相氨氮含量分别高达8.18%和7990.80mg/L遥在污泥中添加不同种类生物质渊花生壳尧玉米秆尧玉米芯尧稻草冤共热解后袁焦油含量均显著增加袁水相渊木醋液冤均呈酸性袁其氨氮含量均下降遥与污泥-花生壳共热解制备的焦油相比袁加氢精制的轻质油为密度和运动粘度显著降低的浅黄色液体袁胶质和沥青质含量明显减小袁汽尧柴馏分总收率高达86.1%袁硫氮含量降低袁净热值增大遥通过色谱质谱联用仪测定木醋液袁其有机物主要包含酚类尧酮类遥关键词院城市污泥曰生物质曰共热解曰焦油曰轻质油曰木醋液中图分类号院TK6曰S216.2文献标志码院A文章编号院1671-5292渊2019冤01-0019-07可再生能源RenewableEnergyResources第37卷第1期2019年1月Vol.37No.1Jan.2019窑19窑干化后的生物质经粉碎机粉碎袁将原料分别用60目的标准检验筛进行筛分并取筛下物袁分别存于干燥皿中备用遥所试污泥和生物质的工业分析和元素分析见表1遥1.2热解实验装置共热解实验装置如图1所示袁主要包括氮气供给区尧热解反应区和产物处理区遥热解反应区由反应釜尧加热炉尧热电偶和温控箱组成遥产物处理区包括液相收集装置和气体检测装置袁其中袁液相收集装置包括冷凝器尧液相产物收集器和循环水泵遥1.3产物制备方法制备方法院准确称取100g城市污泥袁加入6%的乙酸钾催化剂水溶液渊质量分数为30%冤混合均匀袁掺入60%的生物质袁搅拌后置于容积为1L的反应釜内遥启动升温程序前通入流量约为200mL/min的高纯氮气渊纯度99.99%冤10mi