專利名稱：一種高濃度污泥煤焦?jié){及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及一種污泥、石油焦、褐煤混合漿體及其制備方法，具體涉及 一種高濃度污泥煤焦?jié){及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源短缺與環(huán)境污染成為社會可持續(xù)發(fā)展的核心問 題。含水污泥的產(chǎn)量急劇增加，含水污泥的資源化利用是污水處理和壞境保護的重大研究 課題。含水污泥的水份高、粘度大、流動性差，熱值較低；含有大量的纖維，為絮狀膠體結(jié)構(gòu)， 不易脫水，屬于均勻高固多相流體的范疇。含水污泥的熱處理利用能較大程度地達到污泥 的減量化、無害化、穩(wěn)定化，并且能利用其低位熱值。但是預干燥處理需要消耗大量的熱量， 并且會產(chǎn)生有害氣體、殘渣等二次污染，導致成本高、能耗高、二次污染難治理等問題。石油焦的物理形態(tài)與煤相似，為黑色或暗灰色堅硬固體，是延遲焦化裝置在生產(chǎn) 輕質(zhì)油品時的副產(chǎn)物，其產(chǎn)量約占原料油的25% 30%。石油焦是含碳90% 97%，含氫 1. 5% 8%的碳氫化合物。石油焦中灰分含量一般彡0. 5%，揮發(fā)分約為11%，品質(zhì)接近無煙 煤，低位發(fā)熱量約為普通煤的1.5 2倍。因此，石油焦具有灰分低(0.3% 1.5%)、發(fā)熱 量高(30 35MJ/kg)、水分含量低(<3%)等優(yōu)點。但是石油焦制漿很容易形成脹塑性流體 (理想的流型是屈服假塑性)，直接影響到水焦?jié){的穩(wěn)定性和水焦?jié){的泵送、霧化和燃燒。褐煤其高揮發(fā)分和低灰熔點有利于水煤漿燃燒與氣化。世界的褐煤儲量高達10 250億噸，其中30.5%(2 070億噸)存儲在亞洲。中國褐煤資源豐富，20世紀末中國已探明 褐煤保有儲量1 300億噸，占中國煤炭總儲量的13%左右，在未來能源中充當重要角色。但 褐煤的芳香核縮合程度較低，有豐富的細孔結(jié)構(gòu)和較多的親水性基團，使得褐煤難以制備 適合氣化的高濃度水煤漿。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種高濃度污泥煤 焦?jié){及其制備方法，以實現(xiàn)高效利用含水污泥、石油焦和褐煤等資源，解決環(huán)境污染和資源 浪費問題。技術(shù)方案為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種高濃度污泥煤焦?jié){，包括以質(zhì)量百分含量計的以下各組分2(Γ65%石油焦，(Γ40% 褐煤，5 10%含水污泥，30 40%水，0. Γ2%添加劑，0. Γ . 5%污泥改性劑。其中，所述添加劑為萘磺酸鹽、聚羧酸鹽和木質(zhì)素磺酸鹽之中的一種或任意幾種 混合。常用的添加劑有萘磺酸鈉、聚羧酸鈉以及木質(zhì)素磺酸鈣等。所述污泥改性劑為碳酸 鹽、磷酸鹽、氫氧化物等堿性物質(zhì)中的一種或任意幾種混合。常用的污泥改性劑有碳酸鈉、 磷酸鈉以及氫氧化鈣等。固體顆粒的粒徑不超過0.3mm。所述的高濃度污泥煤焦?jié){，其固體含量為609Γ70%(質(zhì)量分數(shù))。所述的石油焦是原油經(jīng)蒸餾將輕質(zhì)油分離后，重質(zhì)油再經(jīng)熱裂解過程后轉(zhuǎn)化而成
3的產(chǎn)品，從外觀上看，焦炭為形狀不規(guī)則，大小不一的黑色塊狀(或顆粒)，有金屬光澤，焦炭 的顆粒多具孔隙結(jié)構(gòu)，主要的元素組成為碳，占有80wt%以上，其余的為氫、氧、氮、硫和金 屬元素。本發(fā)明選取的石油焦為延遲焦化裝置在生產(chǎn)輕質(zhì)油時的副產(chǎn)品，其固定碳含量在 90%以上，發(fā)熱量在30MJ/kg以上。所述的褐煤揮發(fā)份大于其干燥無灰基的30%以上，含氧量大于其干燥無灰基的 10%。所述的含水污泥含水率為759Γ98% (重量)；包括城市生活污水處理廠產(chǎn)生的污水 污泥，工業(yè)廢水處理產(chǎn)生的廢水污泥，造紙廠廢水產(chǎn)生的造紙污泥，河流、池塘等自然水體 產(chǎn)生的污泥等。一種制備上述的高濃度污泥煤焦?jié){方法，包括以下步驟
(1)利用攪拌器攪拌混合均勻污泥改性劑和含水污泥，靜置2h以上，形成改性含水污泥。(2)分別預粉碎石油焦和褐煤，使其粒徑不超過0. 3mm ；
(3)將水、步驟(2)制備的石油焦和褐煤、添加劑和步驟(1)制備的改性含水污泥加入 球磨機，球磨濕法制漿，球磨0. 5 lh，形成初始污泥煤焦?jié){；
(4)利用過濾器對步驟(3)的初始污泥煤焦?jié){進行過濾處理；
(5)利用螺桿泵將過濾后的初始態(tài)污泥煤焦?jié){輸送到攪拌罐進行充分攪拌；制備出高 濃度污泥煤焦?jié){，并對其進行質(zhì)量檢驗，完成后轉(zhuǎn)入儲漿罐即可。所述制備出的的高濃度污泥煤焦?jié){，其固體含量為609Γ70%(質(zhì)量分數(shù))。本發(fā)明制備的高濃度污泥煤焦?jié){可以作為燃料燃燒或氣化原料使用，充分利用了 污泥中的水分、熱值，褐煤中的揮發(fā)份、灰分，石油焦中的高含碳量、高熱值等各組成物質(zhì)的 優(yōu)點。克服了處理含水污泥能耗高、二次污染嚴重，褐煤成漿濃度低，石油焦?jié){穩(wěn)定性差、燃 盡率及燃燒效率低等缺點。本發(fā)明克服了污泥煤漿需要變質(zhì)程度高的高質(zhì)量煤，污泥煤漿成漿質(zhì)量分數(shù)低， 熱值損失大；污泥焦?jié){所用污泥質(zhì)量份額少，污泥成分不足以彌補石油焦化學活性；煤焦 漿在保證漿體呈假塑性流體的前提下，石油焦不能與煤任意比例混合制漿等一系列的缺點 與不足。該制備方法具有提高污泥煤焦?jié){成漿性的優(yōu)點及效果。成漿濃度可以提高到60% 以上，同時表觀粘度在lOOOmpa. s以下，無需額外添加穩(wěn)定劑，長時間放置不會產(chǎn)生硬沉 淀，流動性好，易于儲存、輸送與霧化，適合用作燃燒和氣化的混合漿體燃料。有益效果本發(fā)明將高含水率污泥、石油焦和褐煤混合制備高濃度污泥煤焦?jié){。有 效利用了污泥中的水分、熱值，彌補了污泥添加量少造成的污泥成分對石油焦互補性差的 缺點；合理利用了褐煤和石油焦物理與化學性質(zhì)的互補性。制備的高濃度污泥煤焦?jié){實現(xiàn) 了褐煤與石油焦的任意比混合，克服了低級煤與石油焦混合制漿石油焦配比低、成漿濃度 低的缺點。所制備的高濃度污泥煤焦?jié){具有較好的流動性與穩(wěn)定性，易于儲存、輸送及霧 化，可以作為燃燒燃料或氣化原料，具有潛在的規(guī)?；I(yè)應用前景。


附圖是本發(fā)明制備高濃度污泥煤焦?jié){的工藝流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的解釋。實施例1
一種高濃度污泥煤焦?jié){，包括以下質(zhì)量分數(shù)的各組分10%含水污泥，1.5%污泥改性 劑，20%石油焦，38. 4%褐煤，30%水和0. 1%添加劑。其中，添加劑為萘磺酸鈉，污泥改性劑為 碳酸鈉。制備上述高濃度污泥煤焦?jié){的方法，如附圖所示的工藝流，其具體步驟如下
(1)將碳酸鈉和含水污泥按比例混合，利用攪拌器攪拌混合均勻，靜止放置2h以上，形 成改性含水污泥。(2)將塊狀石油焦進行一次機械破碎至粒度8mm ；再進行二次機械破碎，達到粒度 2mm的粉狀；
(3)將塊狀褐煤進行一次機械破碎至粒度8mm；再進行二次機械破碎，達到粒度2mm的 粉狀；
(4)將經(jīng)過稱量的石油焦粉、改性含水污泥、褐煤粉、萘磺酸鈉和水送入球磨機，進行連 續(xù)濕式球磨機制漿；
(5)石油焦粉、改性含水污泥、褐煤粉、萘磺酸鈉和水經(jīng)過球磨機在強力磨制下形成初 始污泥煤焦?jié){；
(6)利用過濾器將初始形態(tài)的污泥煤焦?jié){進行50目多孔篩過濾處理；
(7)過濾后的初始態(tài)污泥煤焦?jié){利用螺桿泵輸送到具有攪拌器的攪拌罐進行充分攪
拌；
(8)對攪拌均勻的高濃度污泥煤焦?jié){進行質(zhì)量檢驗；
(9)將檢驗合格的高濃度污泥煤焦?jié){用泵輸入具有攪拌器的儲漿罐作為產(chǎn)品待用。對所制得的高濃度污泥煤焦?jié){的質(zhì)量指標進行檢測，各質(zhì)量指標如下
①濃度60%士0. 5% (質(zhì)量)；
②表觀粘度在800mPa.s以下，流動性良好，可輸送、霧化；
③漿體中固體顆粒粒徑小于0.3mm。實施例2
一種高濃度污泥煤焦?jié){，包括以下質(zhì)量分數(shù)的各組分7%含水污泥，1%污泥改性劑， 30%石油焦，32%褐煤，28%水和2%添加劑。其中，添加劑為木質(zhì)素磺酸鈣，污泥改性劑為磷 酸鈉與碳酸鈉1:1混合物(質(zhì)量比)。制備高濃度污泥煤焦?jié){的方法，配制過程同實施例1。對所制得的高濃度污泥煤焦?jié){的質(zhì)量指標進行檢測，各質(zhì)量指標如下
①濃度64%士0. 5% (質(zhì)量)；
②表觀粘度在IOOOmPa.s以下，流動性良好，可輸送、霧化；
③漿體中固體顆粒粒徑小于0.3mm。實施例3
一種高濃度污泥煤焦?jié){，包括以下質(zhì)量分數(shù)的各組分5%含水污泥，0. 1%污泥改性劑， 65%石油焦，0%褐煤，28. 4%水和1. 5%添加劑。其中，添加劑為聚羧酸鈉與萘磺酸鈉1 :3混 合物(質(zhì)量比)，污泥改性劑為氫氧化鈣。
5
制備高濃度污泥煤焦?jié){的方法，配制過程同實施例1。對所制得的高濃度污泥煤焦?jié){的質(zhì)量指標進行檢測，各質(zhì)量指標如下
①濃度67%士0. 5% (質(zhì)量)；
②表觀粘度在1200mPa.s以下，流動性良好，可輸送、霧化；
③漿體中固體顆粒粒徑小于0.3mm。
權(quán)利要求
一種高濃度污泥煤焦?jié){，其特征在于，包括以質(zhì)量百分含量計的以下各組分20~65%石油焦，0~40%褐煤，5~10%含水污泥，30~40%水，0.1~2%添加劑，0.1~1.5%污泥改性劑；其中，添加劑為萘磺酸鹽、聚羧酸鹽和木質(zhì)素磺酸鹽中的一種或任意幾種混合，污泥改性劑為碳酸鹽、磷酸鹽和氫氧化物中的一種或任意幾種混合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高濃度污泥煤焦?jié){，其特征在于所述的石油焦的固定碳含 量在90%以上，發(fā)熱量在30MJ/kg以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高濃度污泥煤焦?jié){，其特征在于所述的褐煤的揮發(fā)份大于 其干燥無灰基的30%以上，含氧量大于其干燥無灰基的10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高濃度污泥煤焦?jié){，其特征在于所述的含水污泥包括城市 生活污水處理廠產(chǎn)生的污水污泥、工業(yè)廢水處理產(chǎn)生的廢水污泥、造紙廠廢水產(chǎn)生的造紙 污泥和自然水體產(chǎn)生的污泥，其含水率為75、8%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高濃度污泥煤焦?jié){，其特征在于所述的高濃度污泥煤焦?jié){ 的固體含量為6(Γ70%。
6.一種制備權(quán)利要求1所述的高濃度污泥煤焦?jié){的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)利用攪拌器攪拌混合均勻污泥改性劑和含水污泥，靜置2h以上，形成改性含水污泥；(2)分別預粉碎石油焦和褐煤，使其粒徑不超過0.3mm ；(3)將水、步驟(2)制備的石油焦和褐煤、添加劑和步驟(1)制備的改性含水污泥加入 球磨機，球磨濕法制漿，球磨0. 5 lh，形成初始污泥煤焦?jié){；(4)利用過濾器對步驟(3)的初始污泥煤焦?jié){進行過濾處理；(5)利用螺桿泵將過濾后的初始態(tài)污泥煤焦?jié){輸送到攪拌罐進行充分攪拌；制備出高 濃度污泥煤焦?jié){，并對其進行質(zhì)量檢驗，完成后轉(zhuǎn)入儲漿罐即可。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備高濃度污泥煤焦?jié){的方法，其特征在于所述的制備出 的高濃度污泥煤焦?jié){的固體含量為6(Γ70%。
8.權(quán)利要求1所述的高濃度污泥煤焦?jié){在用做燃料燃燒中的應用。
9.權(quán)利要求1所述的高濃度污泥煤焦?jié){在用做氣化原料中的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高濃度污泥煤焦?jié){及其制備方法和應用。該高濃度污泥煤焦?jié){包括以下質(zhì)量分數(shù)含量的各組分20~65%石油焦，0~40%褐煤，5~10%污泥，30~40%水，0.1~2%添加劑，0.1~1.5%污泥改性劑。本發(fā)明制備的高濃度污泥煤焦?jié){合理利用了褐煤和石油焦物理與化學性質(zhì)的互補性，克服了低級煤與石油焦混合制漿石油焦配比低、成漿濃度低的缺點；成功利用了污泥中的水分、熱值，彌補了污泥焦?jié){中污泥添加量少造成的污泥成分對石油焦互補性差的缺點。所制備的高濃度污泥煤焦?jié){具有較好的流動性與穩(wěn)定性，易于儲存、輸送及霧化，可以作為燃燒或氣化原料，具有潛在的規(guī)模化工業(yè)應用前景。
文檔編號C10L1/32GK101985572SQ20101055928
公開日2011年3月16日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者劉猛, 段鈺鋒, 馬修元 申請人:東南大學