城市污泥的溶剂萃取及其残渣水热液化研究

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目前,污泥的有效处置利用是一个研究热点。根据污泥的性质特点,本文提出了一条污泥液化制油的技术,即在较低温度和压力条件下,先萃取出污泥中的部分有机质,随后在高温高压条件下对萃取残渣进行水热液化。本文的主要研究内容和结果如下:  (1)对污泥的基本性质进行了分析,结果表明:污泥中含有大量的水分(86.07%),有机质含量不高,热值较低(11.92MJ/kg);污泥有机质的化学组成较为复杂,其四氢呋喃可溶有机质主要由有机酸类、酯类、烃类和醇类物质组成,其中富含丁内酯(17.81%)、十六烷酸(9.42%)、十八烷酸(5.89%)和1,3-丙二醇(4.07%)等。  (2)对污泥的溶剂萃取进行了研究,发现:在常规的萃取(常温常压搅拌萃取或溶剂抽提方式)条件下,污泥中的有机质很难被萃取,而在较高温度和较高压力条件下,能直接将其有机质萃取出作为生物粗油;在污泥的高温高压萃取过程中,同时还伴随了O/N/S杂原子的脱除及水的有效分离。在萃取温度280℃、反应时间2.0h、N2气氛、溶剂与污泥比为2∶1条件下,生物粗油产率达22.79%,热值达42.94MJ/kg。萃取残渣主要为四氢呋喃可溶物;萃取后产生的水相有机质主要是由醇类和羧酸类组成(这些是促进大分子有机质热溶解的优良溶剂),这些说明:萃取后产生的水相和残渣适合进行水热处理,进一步产生生物粗油。  (3)萃取后残渣与水相的水热液化研究表明:残渣的水热液化过程受到温度、时间、压力、催化剂及气氛等的影响;在CO气氛、温度370℃、反应时间0.5h、Na2CO3为催化剂(5%)的条件下,残渣转化率达95.61%,生物粗油产率和热值分别为23.90%和38.83MJ/kg。在相同的条件下,与污泥直接水热液化过程比较,发现:污泥先经过正己烷萃取,然后再进行萃取残渣的水热液化,则生物粗油的产率可增加12.59%,这说明本文提出的污泥液化制油技术具有一定优势。
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