污泥热解工艺影响因素
|
污泥热解是一个复杂的物理化学反应过程，影响污泥热解的因素很多，主要包括污泥特性、反应温度、停留时间、加热方式、加热速率、含水率、催化剂、反应设备等。 （1）污泥特性 污泥特性是决定污泥热解制油效果的基础因素。例如对活性污泥、油漆污泥和消化污泥三种不同原料而言，碳含量从高到低依次为活性污泥为消化污泥>油漆污泥，灰分含量从高到低依次是油漆污泥>消化污泥>活性污泥。经过低温热解之后，活性污泥、油漆污泥和消化污泥的产油率分别为31.4%、14.0%和11.0%。活性污泥中有2/3碳转移到热解油产品中，热解油中含26%脂肪酸；消化污泥和油漆污泥热解油产品中脂肪酸含量仅为3%左右。因此，与油漆污泥和消化污泥相比，活性污泥更适于热解制油。一般每吨干污泥可回收油品200～300L。
（2）反应温度 在低温热解条件下（<700℃），热解温度的增加有利于有机质向气相转化，即减少固体残留，液体部分变化较少，而明显增加气体产率。在一定的温度范围内，有机质转化率随温度的升高而增加，但高温阶段增加趋势减小。依照不同温度条件下的产油率，最佳反应温度在400～550℃。
（3）停留时间 热解反应停留时间在污泥热解工艺中也是重要的影响因素。污泥固体颗粒因化学键断裂而分解形成油类产物，经冷凝后形成热解油。随着时间的延长，上述挥发性产物在颗粒内部以均匀气相或不均匀气相与焦炭进一步反应，这种二次反应将对热解产物的产量及分布产生一定的影响。因此，污泥热解工艺中需要控制的重要因素是反应停留时间，随着停留时间的增加，油类产物产量会相应降低。经研究证明，污泥低温热解制油的反应温度在400～500℃时，维持0.5h的停留时间可获得最大的油品获得率。
（4）加热方式 污泥热解时的加热方式包括直接加热法和间接加热法。直接加热时，被热解物质部分直接燃烧或者向热解反应器提供补充燃料时所产生的热来供给污泥的热量。由于燃烧过程中产生的二氧化碳和水蒸气等惰性气体混合在热解可燃气中（若采用空气作氧化剂，热解气体中还会含有大量的氮气），降低了热解气的热值。但该加热方式的设备简单，可以采用高温，其处理量和产气率也较高。间接加热时，将污泥与供热介质分离开来，导热方式一般通过热壁面或者一种中间介质。采用间接加热方式也会有一定的缺点，例如壁面导热方式由于热阻大，可能会出现熔渣包覆传热壁面或者腐蚀等问题，并且不能采用更高的热解温度；而采用中间介质传热，虽然有可能出现固体传热或物料与中间介质分离等问题，但是综合考虑其比壁面导热方式要好一些。间接加热方式也有一定的优点，例如产品的品位较高，但是每千克物料产生的燃气量（产气率）大大低于直接法。
（5）加热速率 加热速率的影响具有阶段性，加热速率对低温段的热解影响较大，通常在450℃以下产生的作用较大，在450℃时，更高的加热速率会使热解效率更高，产生更多的液态成分和气态成分，而降低了固态剩余物的量。在较高的热解温度条件下（如600℃以上），其加热速率的影响可以忽略不计。
（6）催化剂 在污泥低温热解过程中，催化剂的有效使用可以提高燃料的产率和质量、缩短热解时间、降低所需反应温度、提高热解能力、减少固体剩余物、影响热解产品分布的范围、提高热解效率、减少工艺成本。因此为了提高热解油的产量和质量，往往在污泥中添加催化剂。目前，已有许多价格较低且无害的催化剂被广泛用于污泥的催化热解。 |
